Файл: 1. Введение в теорию баз данных Вопрос Основные понятия.docx
Добавлен: 07.12.2023
Просмотров: 818
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рис. 52. Треугольник Серпинского
Рис. 53. Папоротник Барнсли
«Треугольник Серпинского» задается тремя, а «папоротник Барнсли» четырьмя аффинными преобразованиями (или, «линзами»). Каждое преобразование кодируется считанными байтами, в то время как изображение, построенное с их помощью, может занимать и несколько мегабайт.
Из вышесказанного становится понятно, как работает архиватор, и почему ему требуется так много времени. Фактически, фрактальная компрессия – это поиск самоподобных областей в изображении и определение для них параметров аффинных преобразований.
В худшем случае, если не будет применяться оптимизирующий алгоритм, потребуется перебор и сравнение всех возможных фрагментов изображения разного размера. Даже для небольших изображений при учете дискретности мы получим астрономическое число перебираемых вариантов. Причем, даже резкое сужение классов преобразований, например, за счет масштабирования только в определенное количество раз, не дает заметного выигрыша во времени. Кроме того, при этом теряется качество изображения. Подавляющее большинство исследований в области фрактальной компрессии сейчас направлены на уменьшение времени архивации, необходимого для получения качественного изображения.
Тема 7. Классификация БД и СУБД[22]
Вопрос 1. Классификация БД.
По форме представляемой информации можно выделить фактографические, документальные и мультимедийные БД.
Особенностью фактографической информации является практическая очевидность (минимальная неопределённость, не требующая использования сложных или нечётких процедур) идентификации и интерпретации факта, как его имени, так и состояния. То есть, в этом случае контекст (содержание) в достаточной степени определяется однозначно понимаемым объявлением о назначении базы данных и таким именованием полей данных, когда в качестве имени используется общепринятое, не зависящее от прикладных задач, имя свойства (и таким образом определяются характеристические признаки).
Документальная информация отличается неопределённостью или переменной структурой данных (документов).
По типу хранимой информации (исключая мультимедийную) можно выделить фактографические, документальные, лексикографические БД.
Лексикографические базы – это классификаторы, кодификаторы, словари основ слов, тезаурусы, рубрикаторы и т.д., обычно используемые в качестве справочных совместно с документальными или фактографическими БД.
Документальные базы подразделяются по уровню представления информации на полнотекстовые (обрабатывающие «первичные» документы) и библиографическо-реферативные (обрабатывающие «вторичные» документы, отражающие на адресном и содержательном уровне первичный документ).
По типу используемой модели данных традиционно выделяют три класса БД: иерархические, сетевые, реляционные. Иерархические и сетевые модели данных называют ещё навигационными.
Иерархическая модель вообще реализовывалась средствами древовидных структур с корневыми сегментами, имеющими физический указатель на другие сегменты. Преимущество таких моделей БД заключалось в том, что они уменьшали избыточность данных. Одно из неудобств такой модели данных заключается в том, что реальный мир не может быть легко представлен в виде древовидной структуры с единственным корневым сегментом. Иерархические базы данных обеспечивали указатели между различными деревьями баз данных, но обработка данных с использованием таких связей иногда могла оказаться неудобной. Примером такой модели является файловая структура.
Сетевая модель данных включала язык определения данных (Data Definition Language, DDL) и язык манипулирования данными (Data Manipulation Language, DML) – формальные языки, предназначенные для определения и манипулирования содержимым базы данных. Предложенное разграничение функций между различными типами языков в системах управления базами данных привело к выделению языков управления транзакциями, языков манипулирования схемой и других групп языков. В сетевых БД, в отличие от иерархических, нет необходимости в корневой записи, поскольку между типами записей могут быть созданы наборы без искусственных ограничений, свойственных иерархии. Однако здесь, как и в иерархических БД, ассоциации поддерживаются с помощью физических указателей. Примером этой модели является Интернет.
Реляционная модель данных обеспечивает ряд важных возможностей, которые делают управление БД и их использование относительно легким, устойчивым по отношению к ошибкам и предсказуемым. Она описывает данные с их естественной структурой, не добавляя каких-либо дополнительных структур, необходимых для машинного представления или для целей реализации; обеспечивает математическую основу для интерпретации выводимости, избыточности и непротиворечивости отношений; обеспечивает независимость данных от их физического представления, от связей между данными и от соображений реализации, связанных с эффективностью и подобными заботами. Главным элементом в реляционной модели является отношение. Для большинства людей обычной визуализацией отношения служит «таблица». Таблица, как известно, имеет строки и столбцы. Столбцы отношения соответствуют «элементам данных» каждой записи, которая представляется строкой отношения. Важное различие между отношением и таблицей (в том виде, как она реализована в большинстве поставляемых реляционных СУБД) заключается в том, что отношение не может иметь дубликатов кортежей (т.е. записей в файле), в то время как для таблиц допускается возможность содержать дубликаты строк.
Реляционная модель данных (РМД) некоторой предметной области представляет собой набор отношений, изменяющихся во времени. При создании информационной системы совокупность отношений позволяет хранить данные об объектах предметной области и моделировать связи между ними.
Разработчики приложений на основе иерархической или сетевой БД обладают контролем над тем, каким образом были определены связи и как осуществляется навигация по ним. При создании систем реляционных БД большая часть этой обработки заключается в саму реляционную СУБД. Поэтому оптимизация запросов стала важной функцией (отсутствие которой первоначально ограничивало производительность) коммерческих реляционных СУБД.
Классическая реляционная модель предполагает неделимость данных, хранящихся в полях записей таблиц, что в ряде случаев мешает эффективной реализации приложений. Развитие технологий обработки данных привело к появлению постреляционных, объектно-ориентированных, многомерных БД, которые в той или иной степени соответствуют упомянутым классическим моделям.
Постреляционная модель данных представляет собой расширенную реляционную модель, снимающую ограничение неделимости данных, хранящихся в записях таблиц. Она допускает многозначные поля – поля, значения которых состоят из подзначений. Набор значений многозначных полей считается самостоятельной таблицей, встроенной в основную таблицу.
Первые публикации, связанные с объектно-ориентированными базами данных (ООБД) появились в середине 1980-х годов. В общей классической постановке объектно-ориентированный подход базируется на концепциях:
объекта и идентификатора объекта;
атрибутов и методов;
классов;
иерархии и наследования классов.
Объектно-ориентированные базы данных (ООБД) строятся из объектов. Объекты хранятся физически как строки или столбцы таблицы. В этом случае реляционную модель можно рассматривать как «таблично-ориентированную» модель данных, так как соответствующие ей БД строятся из таблиц. В ООБД важнейшее место отводится объектам, на основе которых могут определяться другие объекты благодаря использованию концепции, называемой наследованием. При этом некоторые или все атрибуты (либо свойства) определяющего объекта наследуются каким-либо другим объектом, одни атрибуты и (или) свойства добавляются, а другие могут удаляться.
Любая сущность реального мира в объектно-ориентированных языках и системах моделируется в виде объекта. Любой объект при своем создании получает генерируемый системой уникальный идентификатор, который связан с объектом во все время его существования и не меняется при изменении состояния объекта.
Каждый объект имеет состояние и поведение.
Состояние объекта - набор значений его атрибутов.
Поведение объекта - набор методов (программный код), оперирующих над состоянием объекта.
Значение атрибута объекта - это тоже некоторый объект или множество объектов.
Состояние и поведение объекта инкапсулированы в объекте; взаимодействие между объектами производится на основе передачи сообщений и выполнении соответствующих методов.
Множество объектов с одним и тем же набором атрибутов и методов образует класс объектов. Объект должен принадлежать только одному классу (если не учитывать возможности наследования).
По типологии доступа и характеру использования хранимой информации выделяют специализированные и интегрированные БД.
По топологии хранения данных различают локальные и распределённые БД.
По степени доступности можно выделить общедоступные и с ограниченным доступом пользователей к БД.
Представленная классификация не является полной. Она в большей степени отражает исторически сложившееся состояние дел в сфере деятельности, связанной с разработкой и применением баз данных.
Вопрос 2. Классификация СУБД.
Рассмотрим ряд классификационных признаков, относящихся к СУБД.
По языкам общения СУБД делятся на открытые, замкнутые и смешанные. Открытые системы – это системы, в которых для обращения к базам данных используются универсальные языки программирования. Замкнутые системы имеют собственные языки общения с пользователями БД. Открытые системы в настоящее время используются редко.
По числу уровней в архитектуре различают одноуровневые, двухуровневые, трехуровневые системы. В принципе возможно выделение и большего числа уровней.
Под архитектурным уровнем СУБД понимают функциональный компонент, механизмы которого служат для поддержки некоторого уровня абстракции данных (логический и физический уровень, а также «взгляд» пользователя — внешний уровень).
По выполняемым функциям СУБД делятся на информационные и операционные. Информационные СУБД позволяют организовать хранение информации и доступ к ней. Для выполнения более сложной обработки необходимо писать специальные программы. Операционные СУБД выполняют достаточно сложную об-работку, например, автоматически позволяют получать агрегированные показатели, не хранящиеся непосредственно в базе данных, могут изменять алгоритмы обработки и т. д.
По сфере возможного применения различают универсальные и специализированные, обычно проблемно-ориентированные СУБД. Системы управления базами данных поддерживают разные типы данных. Набор типов данных, допустимых в разных СУБД, различен. В настоящее время наблюдается тенденция к расширению числа используемых типов данных. Кроме того, ряд СУБД позволяет разработчику (прикладному программисту или администратору БД) добавлять новые типы данных и новые операции над этими данными. Такие системы называются расширяемыми системами баз данных (РСБД).