Основные понятия геоинформационных

Понятие модели данных и виды моделей данных
Данные, хранимые в БД, имеют определенную логическую структуру, т.е. описываются некоторой моделью представления данных (моделью данных). Модель данных — это совокупность взаимосвязанных структур данных, операций над ними и множества ограничений для хранимых данных.
Различные СУБД поддерживают различные модели данных. Как уже было отмечено, одной из наиболее распространенных в настоящее время моделей является реляционная. Кроме нее к числу классических моделей данных относят иерархическую и сетевую.
На основе анализа работ [1, 5, 7, 15, 17, 19] можно утверждать, что в последние годы появились и стали более активно внедряться на практике постреляционная, многомерная и объектно-ориентированная модели (см. табл. 3.1). Разрабатываются также всевозможные системы, основанные на моделях данных, расширяющие известные модели и интегрирующие их возможности. В некоторых СУБД поддерживаются одновременно несколько моделей данных.
Выбор той или иной модели данных связан с определенной гипотезой о строении предметной области и, как следствие, с некоторыми допущениями. Исторически сложилось так, что первой появилась иерархическая модель данных, затем сетевая. Обе эти модели для создания БД уже не используются, однако созданные на их основе БД продолжают действовать.
Реляционная модель была предложена в 1970 г. американским математиком Э. Коддом, который явился также автором многомерной модели, широко используемой в хранилищах данных. Начиная с 1990-х гг. разрабатывается и применяется объектно-ориентированная модель данных [24].
Иерархическая модель данных. Описание отображаемой предметной области в иерархической модели данных базируется на гипотезе о том, что моделируемую область можно рассматривать как иерархию объектов. Вся предметная область, представляющая некоторый класс объектов, разбивается на подклассы, каждый подкласс — на подклассы более низкого уровня и т.д., — это модель типа «дерево». Дерево — это связный граф, который не содержит циклов. Связный граф — это неориентированный граф, в котором между каждыми двумя вершинами имеется путь.
Иерархическая модель организует данные в виде структуры, состоящей из узлов и ветвей (рис. 3.3). Паивысший уровень называется «корнем». На нижних уровнях находятся предки по отношению к нижестоящим узлам и потомки но отношению к вышестоящим. Каждый потомок может быть связан только с одним предком, а один предок может иметь О, 1 или N потомков. Доступ к каждому потомку выполняется через его непосредственного предка, и существует единственный иерархический путь доступа к любому узлу, начинающийся с корня дерева. В схеме иерархической БД узлы иерархической модели представляют сущности (информационные объекты), а дуги — связи между ними. Для БД определен порядок обхода — «сверху-вниз», «слева-направо». В иерархической БД для поддержания целостности данных должно выполняться правило: никакой потомок не может существовать без своего предка.

Рис. 3.3. Иерархическая модель данных
Достоинствами этой модели являются простота понимания и использования. Такая модель удобна для работы с иерархически упорядоченной информацией. Иерархическая модель данных, как показала практика, позволяет эффективно использовать память компьютера и демонстрирует достаточно высокую скорость выполнения основных операций над данными.
Недостаток модели — отсутствие универсальности: для большинства задач требуется дублирование данных, возможна потеря данных, связи «многие-ко-многим» (см. ниже) могут быть реализованы только искусственно при избыточности данных. Другой недостаток — допустимость только навигационного принципа доступа к данным (последовательным перемещением по БД для нахождения требуемой записи): записи извлекаются по одной, и чтобы извлечь некое множество данных, нужно повторять операции извлечения многократно. Непосредственный доступ по ключу (см. ниже), как правило, возможен только к объекту самого высокого уровня (корневому). Для обработки информации с достаточно сложными логическими связями иерархическая модель подходит плохо, поскольку становится громоздкой и сложной для понимания обычного пользователя.
На иерархической модели основано сравнительно небольшое число СУБД. Типичным представителем иерархических БД является IMS (Information Management System) компании IBM. Другие примеры: зарубежные системы PC/Focus, Team-Up и Data Edge, а также отечественные разработки — Ока, ИНЭС и МИРИС |9, 33J.
Сетевая модель данных. Применение сетевой модели данных предполагает наличие сетевой структуры моделируемой предметной области. Вся область рассматривается как совокупность частей, связанных между собой бинарными связями различных типов (рис. 3.4). Допускаются связи между различными уровнями, т.с. сетевая модель представляет собой пересекающиеся иерархии. В сетевой модели потомок может иметь любое число предков.