Кубанский государственный университет
Опубликован: 24.12.2013 | Доступ: свободный | Студентов: 648 / 5 | Длительность: 24:28:00
Лекция 12:

Семантика баз данных

< Лекция 11 || Лекция 12: 1234567891011
12.2.3 Другие модели, эмулируемые в иерархической модели данных

СУБД Cache обладает уникальными особенностями, которые позволяют существенно расширить ее возможности. Использование двух моделей—объектной и реляционной, обычная вещь в сегодняшних базах данных. Неразрывная связь этих моделей и еще иерархической модели — явление уникальное. Еще важнее то, что имеет эффективный язык для работы с деревьями, позволяющий организовывать многопоточную работу, но иерархическая модель данных не организована. Это позволяет, используя COS, расширить возможности СУБД Cache за счет введения практически любых моделей данных и усилить технологическое оснащение программирования за счет разработки транслятора для любой парадигмы.

Как и в реализации полуструктурированной модели, описанной выше, для эмулирования других моделей в иерархической модели необходимо деревья Cache пополнить различными ссылками. При этом в двухсторонних (т.е. неориентированных) ссылках при добавлении ссылки из одного узла на другой в последнем должна автоматически появляться ссылка на первый узел. Это обеспечивает навигацию по любым путям.

Обратим внимание на то, что универсальная модель данных, представленная на рисунке 12.1, это дерево с четырьмя уровнями: "схема" (это корень), "таблица", "столбец", "данные" (имеется в виду значение в ячейке на пересечении строки и столбца). Отсюда понятно, как в иерархической модели эмулировать модели табличного типа, объектные и объектно-реляционные модели.

В наиболее развернутом варианте глобал, эмулирующий сеть, делится на два поддерева — ветвей и узлов. Узлы ветвей, находящиеся на первом уровне, содержат описания всех связей с их именами, арностями, атрибутами привязки к узлам, именами этих узлов и эмерджентными атрибутами связей. Поддерево узлов содержит описания узлов со значениями в виде списка связей, в которых он участвует.

Во втором способе узлы сети и их значения находятся на первом уровне дерева. В первом подварианте (будем говорить о подходе от значений) информация о том, что элементы (a1,a2, . . . ,аn) находятся в ориентированном отношении с именем р, хранится как часть значения узла a1. Во втором подварианте (подход от индексов) эти сведения размещаются в индексах потомков узла aj. Если сеть хранится в глобале , то такое отношение будет храниться как узел ^P(a1,a2, . . . ,аn) со значением р. Если этот набор узлов связан несколькими отношениями, то они перечисляются в значении узла ^P(a1,a2, . . . ,аn) через запятую. Если отношение неориентированное, то информация о нем хранится в каждом из узлов, участвующих в отношении.

На рисунке 12.12 в качестве примера показана сеть из трех узлов, представляющих трех человек — Алексея, Васю и Машу. На рисунке 12.13 изображено дерево, представляющее эту сеть при хранении ссылок в индексах дерева. Заметим, что отношения "родня" не ориентированное, так что можно было добавить еще пять узлов уровня 3 или ввести глобал справочника, позволяющий установить наличие такого отношения. На рисунке 12.14 —та же сеть, но расположенная в дереве с хранением информации о ссылках в значениях узлов. Первым элементом этого списка значений будет элемент, характеризующий узел сети, но не отношения, в которые он входит (на рисунках 12.13 и 12.14 эта часть представлена многоточием). На четных позициях, начиная со второй, помещаются имена отношений, на следующих за ними нечетных — списки узлов, входящих в отношения с предш ествующим именем. Выбор такого представления обусловлен тем, что поиск по равенству выполняется непосредственно функцией $LISTFIND.

Пример сети

Рис. 12.12. Пример сети
Пример хранения ссылок сети в индексах

увеличить изображение
Рис. 12.13. Пример хранения ссылок сети в индексах
Пример хранения ссылок сети в узлах

Рис. 12.14. Пример хранения ссылок сети в узлах

Моделирование отношений произвольной арности позволяет представлять гиперграфы и семантические сети. Можно представлять наборы N=<A,B,T,U,f>, где

  • А — конечное множество вершин;
  • В — множество кортежей <a_1,a_2,\dots,a_n>, где a_1,a_2,\dots,a_n\in A. Каждый кортеж соответствует вершинам сети, которые находятся в некотором отношении;
  • Т — конечное множество имен отношений;
  • U — мультимножество, состоящее из элементов u\in(T\times B);
  • f(а) — функция, которая каждой вершине a\in A ставит в соответствие некоторое значение. Это значение, в зависимости от интерпретации может быть и набором параметров и именем функции, которую нужно вызвать.

Как уже упоминалось, в неориентированных отношениях каждый узел содержит ссылки на все остальные узлы, связанные этим отношением. Из-за большой избыточности такого представления предлагается использовать вариант описанного выше представления с двумя поддеревьями: одно — для хранения узлов, другое —для неориентированных отношений. Ориентированные отношения хранятся как обычно, а неориентированные как ссылки на одноуровневые деревья, узлами которых являются имена узлов, состоящих в данном отношении.

На рисунке 12.15 изображен гиперграф, а на рисунке 12.16 — дерево, представляющее этот гиперграф. Ориентированные отношения хранятся в нем в узлах. На неориентированные отношения дается только ссылка. Эта ссылка представляет собой список из двух элементов: первый —это имя отношения, а второй — номер набора элементов для этого отношения.

Пример гиперграфа

Рис. 12.15. Пример гиперграфа
Часть структуры хранения гиперграфа

увеличить изображение
Рис. 12.16. Часть структуры хранения гиперграфа

На основе предложенного подхода в Cache могут быть реализованы двудольные графы сетей Петри. Необходимо организовать представление фишек и создать автомат, обеспечивающий работу сети.

Фишки, в том числе разносортные, представляются значениями узлов. В варианте с хранением сети в одном глобале индексы мест сети Петри получают префикс "Р_", а переходы снабжаются префиксом "В_". В результате автоматической сортировки узлов все переходы располагаются левее всех мест. Естественно, в реализации использовано ограничение "ребра между однотипными узлами не существуют". Возможны два варианта обхода сети — синхронный и асинхронный. Синхронный обход может быть реализован методом, использующим функцию $ORDER, которая в цикле перебирает всех потомков корневого узла, представляющих переходы сети. Для каждого такого узла анализируется возможность перехода и при положительном решении переход выполняется.

Для изменения порядка обхода узлов, представляющих переходы, достаточно расширить префикс. Изменение порядка обхода при необходимости может быть выполнено "на ходу" путем переписывания графа. Другой вариант — задание списка вершин для обхода параметром метода, выполняющего обход.

Асинхронный обход моделируется набором фоновых процессов, запускаемых операторами job. Каждый процесс следит за одним или несколькими переходами и через заданный интервал времени пытается выполнить свой переход. Для уменьшения нагрузки процессора, могут быть введены задержки.

Пример простой сети Петри, и ее представление в Cache приведены на рисунках 12.17 и 12.18. В значениях узла первый элемент для переходов—пустая строка, а для мест —количество фишек. "link" —имя отношения, необходимое для организации ссылки.

Пример сети Петри

Рис. 12.17. Пример сети Петри
Пример хранения сети Петри

Рис. 12.18. Пример хранения сети Петри

Обратим внимание, что эмуляция моделей в глобалах требует существенного изменения семантики данных, которая должна интерпретироваться приложением. Это требует написания значительного объема программного кода.

< Лекция 11 || Лекция 12: 1234567891011
Илья Житков
Илья Житков
Россия
Eldar Necefov
Eldar Necefov
Азербайджан, Baku