Типы данных и их структуры
Все данные могут быть отнесены к одному из двух типов: базовые (простые) данные, форма представления которых определяется архитектурой компьютера, или сложные данные, разработанные пользователем для решения конкретных задач.
Функции баз данных
Базы данных предоставляют множество функций для работы с данными. Например, с помощью запросов можно отбирать нужные данные, формы предназначены для ввода и вывода информации, а отчеты применяются для просмотра данных в отформатированном виде. Некоторые базы данных также имеют встроенный язык программирования, который позволяет написать собственные модули и скрипты для работы с данными.
Заключение
Базы данных представляют собой основополагающую часть современных компьютерных систем, которые требуют большого объема данных. Благодаря базам данных мы можем хранить, изменять и получать доступ к необходимой информации быстро и удобно. Это делает базы данных не только удобными, но и необходимыми для управления информацией в любом бизнесе.
Структуры данных и их типы
Исследование структур данных приводит к выявлению различных типов данных и их характеристик. Одним из основных типов данных является массив, который представляет собой набор элементов определенного типа, обслуживаемый как единое целое. Массив может быть одномерным или многомерным, а также иметь переменную длину, что позволяет создавать структуры данных в виде кольцевых, стековых или двусторонних очередей.
Другим распространенным типом данных является запись, которая представляет собой набор элементов различных типов, объединенных в одно целое. Записи часто используются для создания файлов с данными, где каждая запись имеет уникальный идентификатор, называемый ключом.
Важным аспектом структур данных является их хранение в памяти. Статические структуры занимают постоянный объем памяти, в то время как динамические структуры могут изменять свою длину. Это открывает возможности для использования таких структур как деревья, списки и ссылки.
Одной из наиболее значимых структур данных, требующих нелинейного адресного пространства, является дерево. Оно может быть использовано для представления различных структур данных, таких как классификации, иерархии и рекурсии.
Исследования данных структур позволяют выделить общие типы данных, которые отражают представление пользователя о реальных данных. Таким образом, универсальные структуры данных также называются моделями данных.
Создание структуры базы данных библиотеки
... работа. Цель работы: Формирование структуры БД библиотеки. 1. ГЛАВНЫЕ ПОНЯТИЯ 1.1 Понятие о базе данных В методической литературе ... закончено описание всех элементов будущей БД, начинается создание ее структуры, т. е. устанавливаются связи между элементами. ... отобразить связи между типами элементов информации. Эта схема называется «модель данных». Модель данных представляет только логические ...
Каждая модель данных должна содержать три компонента:
- Структура данных — описывает пользовательский вид отображения данных.
- Набор разрешенных операций, которые выполняются над структурой данных. Модель данных требует, по крайней мере, наличия языка определения данных (DAT), описывающего структуру его хранения, и языка манипулирования данными (DAT), включающего операции извлечения и модификации данных.
- Ограничения целостности — механизм поддержания соответствия данных предметной области, основанный на формально описанных правилах.
В процессе исторического развития СУБД использовала следующие модели данных:
- Иерархический
- Онлайн
- Реляционный
В последнее время все большее значение приобретает объектно-ориентированный подход к представлению данных.
Типы баз данных
Иерархические базы данных могут быть представлены в виде дерева, состоящего из объектов разных уровней. Верхний уровень занимает один объект, второй уровень — объекты и так далее.
Между объектами есть связи, каждый объект может содержать несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты связаны с предком (объект ближе к корню) и потомком (объект более низкого уровня), возможно, что у объекта-предка нет или несколько потомков, в то время как у объекта-потомка обязательно есть только один предок. Объекты, у которых есть общий предок, называются близнецами.
Определяется иерархический тип организации данных СУБД: элемент, агрегат, набор данных (группа), групповые отношения, база данных.
Атрибут (элемент данных) — наименьшая единица структуры данных. Обычно при описании базы данных каждому элементу присваивается уникальное имя. Это имя используется для доступа к базе данных во время обработки. Элемент данных часто называют полем.
Экземпляр записи данных, Групповые отношения —
Основная запись каждого дерева должна обязательно содержать ключ с уникальным значением. Ключи не корневых записей данных могут иметь уникальное значение только внутри группового отношения. Каждая запись идентифицируется полностью связанным ключом, который понимается как набор ключей всех записей от корня по иерархическому пути.
В графическом представлении групповые отношения представлены дугами ориентированной диаграммы и типами наборов данных по вершинам (диаграмма Бахмана).
Для групповых отношений иерархическая модель обеспечивает автоматический режим активации и фиксированное членство. Это означает, что каждая не корневая запись в базе данных должна иметь свою родительскую запись для сохранения. При удалении родительской записи автоматически удаляются все дочерние записи.
Существуют операции с данными, которые определяются в иерархической модели:
- Добавить новую запись в базу данных. Создание ключевого значения обязательно для записи основных данных.
- МОДИФИРОВАНИЕ значения данных предварительно извлеченной записи. Ключевые данные не должны быть изменены.
- Удалить запись и все записи о детях.
ОТМЕНА:
- Извлечение записи основных данных по ключевому значению; возможно также последовательное отображение записи основных данных.
- извлечь следующую запись (следующая запись извлекается в порядке пересечения левого дерева)
В операции ОШИБКИ допускается указывать условия отбора проб (например, отбирать работников с заработной платой выше 1000 рублей).
Сетевая модель данных
... возможности сетевой модели данных являются наиболее обширными в сравнении с остальными моделями. 5.Возможность доступа к данным через значения нескольких отношений (например, через любые основные отношения). Недостатки: 1. Жесткость. Наборы отношений и структуру записей ...
Как видите, все операции изменения относятся только к «текущей» записи (которая предварительно извлечается из БД).
Такой подход к манипулированию данными называется «навигационным».
Модель сетевых данных
На разработку этого стандарта сильно повлиял американский ученый Ч. Бахман. Основные принципы модели сетевых данных были разработаны в середине 1960-х. Справочный вариант модели сетевых данных описан в докладах рабочей группы CODASYL (1971) по языкам баз данных (COnference on DAta SYstem Languages).
Модель сетевых данных представляет собой одну из форм организации данных, которая определяет связи между различными наборами данных. Как и в иерархической модели, в сетевой модели данные могут быть организованы в виде владельцев и участников групповых отношений. Однако, основное отличие заключается в том, что в сетевой модели набор данных может быть членом нескольких групповых отношений.
Исследование сетевой модели данных
Каждое групповое отношение в сетевой модели имеет свой тип и экземпляр. Тип группового отношения определяется его именем и определяет общие свойства для всех его экземпляров. Экземпляр группового отношения представлен записью владельца и набором дочерних записей. Однако, существует ограничение: одна запись не может быть членом двух экземпляров одного и того же типа группового отношения.
Для наглядности, представим иерархическую структуру данных в виде деревьев (а) и (b).
В сетевой модели эти деревья заменяются единой сетевой структурой, где запись СТАТУС находится в двух групповых отношениях. Для отображения типа M:N вводится запись CONTRACT_CONTRACT, которая используется только для соединения записей CONTRACT и CONTRACT.
Особенности экземпляров группового отношения
Каждый экземпляр группового отношения в сетевой модели имеет свои особенности. Одной из таких особенностей является способ организации записей о детях. Этот способ может быть произвольным, хронологическим/стандартным, обратно хронологическим/стеклом или сортированным. Если запись является членом нескольких групповых отношений, каждому из них может быть назначен свой метод упорядочения.
Гибкость сетевой модели данных
Таким образом, сетевая модель данных представляет собой более гибкую структуру, чем иерархическая модель, позволяющую организовывать данные с помощью нескольких групповых отношений и определять различные методы упорядочения записей. Это делает ее полезной для различных типов приложений, где требуется более сложная организация данных.
Режим записи в режиме ведомого:
- Автоматически — невозможно ввести запись в базу данных без немедленного назначения ее конкретному владельцу
- Ручной — позволяет запомнить запись о ребенке в базе данных и не сразу добавлять ее в экземпляр группового отношения.
Этот процесс инициируется позже пользователем
Режим исключения Принято присваивать членство в групповых отношениях трем классам записей о детях:
- Исправлено — Детская запись строго связана с владельцем записи и может быть исключена из группового отношения только путем удаления.
Если запись владельца-владельца удаляется, то автоматически удаляются и все дочерние записи.
В приведенном выше примере фиксированное членство предполагает групповое отношение «ДОГОВОР» между записями «ДОГОВОР» и «ЗАКАЗ»,
поскольку договор не может существовать без заказчика. - Обязательно — Допускается передача записи о ребенке другому владельцу, но его существование невозможно без владельца.
Для удаления владельца записи необходимо, чтобы у него не было дочерних записей с обязательным членством.
Такова связь между записями «ЗАКАЗЧИК» и «ПОСТАВКА».
При роспуске отдела все его сотрудники должны быть либо переведены в другие отделы, либо уволены. - Это добровольно — Вы можете исключить запись из группового отношения, но можете сохранить ее в базе данных,
не прикрепляя к другому владельцу. Когда владелец записи удаляется, его дочерние записи — опциональные члены — хранятся в базе данных
и больше не участвуют в групповых отношениях такого типа. Примером таких групповых отношений может служить «ДОГОВОР» между
«ДОГОВОРАМИ-ПАРТНЕРОМ» и «ДОГОВОРОМ», поскольку в организации могут быть сотрудники,
деятельность которых не связана с выполнением договорных обязательств перед клиентами.
Операции с данными, в сетевой модели данных:
| ADD | — создать запись в БД и, в зависимости от режима включения, либо включить ее в групповое отношение, в котором она объявлена дочерней, либо не включать ее ни в одно групповое отношение. |
| В ВКЛЮЧЕНИЕ ГРУППЫ | — привязать существующую запись о ребенке к владельцу записи. |
| ПРИМЕЧАНИЕ | — связать существующую запись о ребенке с другой записью владельца-владельца, находящейся в той же групповой связи. |
| Обновить | — изменение значения элементов предварительно извлеченной записи. |
| ERROR | — Извлечение записей последовательно по ключевому значению и использование групповых отношений — Вы можете переключаться с владельца на членов записи и с дочерней записи на владельца набора. |
| DELETECT | — удаляет запись из базы данных. Если эта запись является владельцем групповых отношений, анализируется принадлежность к классу дочерних записей. Обязательные члены должны быть временно исключены из групповых отношений, фиксированные члены должны быть удалены вместе с владельцем, а необязательные члены остаются в базе данных. |
ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ЭКСКЛУДИНГ-ГРУППЫ — Отсоединить владельца записи от участника записи.
Модель реляционных данных
Модель реляций была предложена в 1970 году сотрудником IBM Э.Ф.Коддом (русский перевод статьи, в которой он впервые был описан в 1995 году в журнале СУБД N 1).
В настоящее время эта модель является действующим стандартом, по которому ориентируются практически все современные коммерческие СУБД.
В реляционной модели достигается гораздо более высокая степень абстракции данных, чем в иерархической или сетевой модели. В приведенной выше статье Э.Ф.Кодды говорится, что «реляционная модель предоставляет средство описания данных только на основе их естественной структуры, т.е. без необходимости введения дополнительной структуры для целей машинного представления». Другими словами, представление данных не зависит от того, как они физически организованы. Это достигается за счет использования математической теории отношений (название «реляционная» происходит от английского отношения — «взаимосвязь»).
Полезно представлять отношения в виде таблиц. На рисунке 2 представлена таблица (соотношение степени 5), содержащая некоторую информацию о работниках гипотетического предприятия. Ряды таблицы соответствуют моторизованным поездам. Каждая строка на самом деле является описанием реального объекта (в данном случае сотрудника), характеристики которого содержатся в столбцах. Можно провести аналогию между элементами реляционной модели данных и элементами модели «предметного взаимодействия». Отношения соответствуют наборам сущностей, а кортежи — сущностям. Поэтому, как и в модели взаимодействия сущностей, столбцы таблицы, представляющие реляционную связь, называются атрибутами.
Каждый атрибут определяется в домене таким образом, что домен может рассматриваться как набор допустимых значений для этого атрибута.
При проектировании базы данных на одном домене могут быть определены различные атрибуты одного отношения или атрибуты разных отношений. Например, на домене «деньги» могут быть определены атрибуты «зарплата» и «бонус». Семантическая нагрузка домена подразумевает, что данные могут считаться сопоставимыми только если они относятся к одному домену. Несмотря на то, что атрибуты могут содержать данные одного типа, сравнение атрибутов разных отношений, таких как «номер индикатора» и «вознаграждение», семантически некорректно.
Набор имен пар «имя атрибута — имя домена» составляет схему отношений, а сила этого набора определяется как степень или «арнити» отношений. Схема базы данных представляет собой набор именованных схем отношений.
Атрибут, однозначно идентифицирующий кортежи, называется ключом. В примере сотрудников компании ключом является атрибут «номер индикатора», так как его значение уникально для каждого сотрудника. Связь, идентифицируемая только путем объединения значений нескольких атрибутов, считается имеющей составной ключ.
Отношения могут содержать несколько ключей, при этом один ключ всегда объявляется первичным, и его значения нельзя обновлять. Остальные ключи называются возможными.
В реляционной модели данных отсутствует понятие групповых отношений, в отличие от иерархической и сетевой моделей данных. Двойные ключи используются для отражения ассоциаций между кортежами разных отношений. Например, устанавливая отношения между поставщиком и заказчиком, первичный ключ «DELIVER_Number» копируется из первого отношения во второе.
Методы обработки данных
В информационных системах используется структурированное хранение данных, которое позволяет быстро и эффективно выполнять операции над ними. Один из основных методов обработки данных в ИС – использование реляционной модели данных.
Реляционная модель данных
Реляционная модель данных была разработана в 1970-х годах и базируется на использовании таблиц для хранения информации. В таблицах хранятся данные, разбитые на столбцы и строки, с возможностью связи с данными других таблиц. Реляционная модель данных предоставляет набор операций для работы с данными, таких как выборка данных, вставка, удаление и обновление.
Объектно-ориентированная СУБД
В отличие от реляционной модели данных, где данные представляются в виде таблиц, объектно-ориентированная модель данных использует объекты, их атрибуты и методы для хранения и обработки информации.
Объекты в объектно-ориентированной СУБД могут быть организованы в классы, которые определяют их свойства и поведение. Также объекты могут взаимодействовать друг с другом через методы.
Одним из главных преимуществ объектно-ориентированной модели данных является возможность более наглядного представления данных и более естественных операций над ними.
Исследование структуры объектной модели
Структура объектной модели является основополагающим понятием в объектно-ориентированном программировании. Она определяет способ организации объектов, их связей и взаимодействия друг с другом. В данной работе мы рассмотрим три ключевых понятия структуры объектной модели: инкапсуляцию, наследование и полиморфизм.
Инкапсуляция — это принцип, согласно которому каждый объект имеет свое внутреннее состояние, представленное набором данных, а также определенное поведение, выраженное методами. Доступ к данным и изменение их может быть осуществлено только через эти методы объекта. Такой подход позволяет рассматривать объекты как независимые сущности, отделенные от внешнего мира.
Наследование — это механизм, позволяющий создавать новые классы на основе существующих. При этом новый класс наследует свойства и методы родительского класса. Это позволяет повторно использовать код и облегчает его поддержку и развитие.
Полиморфизм — это возможность объектов с одинаковым интерфейсом использовать методы по-разному. То есть объекты одного и того же типа могут реагировать на вызовы методов по-разному в зависимости от их внутреннего состояния.
Объектно-ориентированное программирование: исследование ключевых понятий
Наследование — это возможность создания новых классов объектов на основе существующих классов. При наследовании новый класс (наследник) наследует свойства и методы своих предков. В свою очередь, наследник может добавлять новые методы и свойства, отражающие его собственные особенности. Таким образом, наследование позволяет создавать иерархии классов и облегчает повторное использование кода.
Полиморфизм — это способность объектов различных классов отвечать на одни и те же внешние события по-разному. Два объекта, которые являются экземплярами разных классов, могут иметь одинаковые методы, но реализация этих методов может быть разной. Полиморфизм позволяет унифицировать взаимодействие между объектами разных классов и обеспечивает гибкость в разработке и использовании программного кода.
Для обеспечения целостности объектно-ориентированного подхода предусмотрены различные инструменты. Один из них — это автоматическое наследование. Это означает, что наследник автоматически получает все свойства и методы своих предков. Также объекты могут объявлять «скрытые» поля данных и методы, которые недоступны для других объектов. Эти методы можно использовать только внутри самого объекта. Такой подход к управлению состоянием объектов помогает обеспечить целостность данных и защитить их от некорректного использования.
В отличие от реляционных баз данных, в объектно-ориентированных базах данных хранятся не записи, а объекты. Это позволяет более точно отразить структуру и особенности реального мира. Объектно-ориентированный подход является более продвинутым средством представления реального мира, чем реляционная модель, поскольку он позволяет моделировать отношения и свойства объектов более естественным образом.
В результате исследования структуры объектной модели можно сделать вывод о том, что инкапсуляция, наследование и полиморфизм являются ключевыми понятиями, которые позволяют организовать объекты и их взаимодействия в объектно-ориентированной системе. Эти понятия обеспечивают гибкость, повторное использование кода и правильную организацию данных, что является основой объектно-ориентированного программирования.
Исследование баз данных
В современном мире базы данных играют значительную роль в информационных системах. С развитием Интернета и новых технологий базы данных становятся ключевыми элементами в карьерном росте специалистов. Новые технологии, такие как объектно-реляционные СУБД, предоставляют улучшенные функциональные возможности баз данных, расширяя их применение в различных областях.
Целью баз данных является облегчение отслеживания определенной информации для организаций и частных лиц. Современные технологии вносят дополнительные возможности для работы с базами данных, улучшая их функциональность и эффективность.
Преимущества и недостатки объектно-ориентированной модели данных в сравнении с реляционной моделью:
- Естественное представление данных: В реляционной модели все отношения относятся к одному уровню, что затрудняет трансформацию иерархических отношений модели «коммуникации сущностей» в реляционную модель. О-модель позволяет просматривать данные на разных уровнях абстракции.
- Определение новых типов данных и операций: О-модель позволяет определять новые типы данных и операции с ними, что предоставляет больше гибкости и функциональности.
Однако объектно-ориентированная модель данных имеет и некоторые недостатки:
- Отсутствие мощных непроцедурных средств извлечения данных: Все запросы должны быть написаны на процедурных языках, что затрудняет их оптимизацию и может создавать проблемы для программистов.
- Необходимость обеспечения внутренней целостности: Вместо декларативных ограничений целостности, в объектно-ориентированной модели данные обеспечиваются через код процедур.
Очевидно, что эти два недостатка связаны с отсутствием разработанных средств манипулирования данными. Для их решения предлагаются два подхода: расширение языков объектно-ориентированных моделей в сторону управления данными или добавление свойств объектов в реляционную СУБД.
Технологии баз данных остаются актуальными и значимыми, и несмотря на развитие новых технологических решений, они продолжают быть неотъемлемой частью работы бизнеса и Интернет-приложений.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://liarte.ru/referat/struktura-bazyi-dannyih/
Практическая часть
Наше исследование сосредотачивается на использовании объектно-ориентированных баз данных в информационных системах. Для этого были изучены следующие работы:
- Аткинсон М., Бансилон Ф.ДеВитт ДиДиттрих К., Майер Д.Здоник С. Манифест объектно-ориентированных систем баз данных. DBMS № 4, 2001
- Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных для информационных систем. -M. : «Финансы и статистика», 2006.
- N.Wirth. Алгоритмы и структуры данных.-М. : «Мир», 2005.
- Медников А.Ю. Объектно-ориентированные базы данных сегодня или завтра? Открытые системы N 4.2004
- Ким выиграл объектно-ориентированную технологию базы данных. Открытые системы N 4, 1992
- Шибуя М. Ямамото Т. Алгоритмы обработки данных.
- Пшиялковский В. Новая одежда, знакомая с СУБД: Объект, переданный нам реальностью. СУБД N4, 2004
- Кузнец С. Д. Основы баз данных — 2-е издание — М.: Интернет-Университет информационных технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004 г. — 484 с.
