時(shí)態(tài)語(yǔ)義(數(shù)據(jù)庫(kù))

時(shí)間：2022-11-11 16:30:01 | 來(lái)源：信息時(shí)代

時(shí)間：2022-11-11 16:30:01 來(lái)源：信息時(shí)代

    時(shí)態(tài)語(yǔ)義 : 時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)中蘊(yùn)涵的被描述對(duì)象的那些不能被詞法分析器揭示的深層次屬性。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)不能有效處理時(shí)態(tài)信息,為解決這一問(wèn)題,人們引入時(shí)態(tài)來(lái)描述伴隨的時(shí)間信息(包括事務(wù)時(shí)間、有效時(shí)間和用戶定義時(shí)間)。
事務(wù)時(shí)間是指事實(shí)被記載在時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)刻,事務(wù)事件由系統(tǒng)產(chǎn)生和管理,不能被更改。有效時(shí)間是指被記錄時(shí)間在時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中有效的時(shí)間區(qū)間。用戶定義時(shí)間作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的普通屬性,被人們指定了一個(gè)有時(shí)間意義的名稱,如出生日期、交易時(shí)間等。通過(guò)下例來(lái)解釋時(shí)態(tài)語(yǔ)義。
傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是{屬性}×{元組}的二維結(jié)構(gòu)。表1中的關(guān)系記錄了球隊(duì)的當(dāng)前教練姓名信息。它只是一個(gè)快照,不能反應(yīng)被管理對(duì)象的歷史。

表1 傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

球 隊(duì)	教 練
東 風(fēng) 草 原	李向東 馬 騰

圖1給出了一種簡(jiǎn)單的解決方法,時(shí)間軸以“年”為時(shí)間粒度,假定用戶正處于2006年某個(gè)時(shí)刻,用與時(shí)俱進(jìn)的變量now表示這一時(shí)刻。將2004年年底、2005年年底和2006年當(dāng)前時(shí)間(now)的三個(gè)快照放在一起,集成為一個(gè)有時(shí)間維的三維數(shù)據(jù)庫(kù)。由此可在一定程度上解決管理對(duì)象歷史的問(wèn)題。

圖1 帶時(shí)間維的三維數(shù)據(jù)庫(kù)

在沒(méi)有使用時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的以前,人們用上述方法管理歷史性數(shù)據(jù)。實(shí)踐中遇到的問(wèn)題有:
(1)取多大的時(shí)間間隔保存快照?如果間隔太大,則不足以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確詳實(shí); 如果間隔太小,則冗余多,占存儲(chǔ)空間大。
(2)傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中,一個(gè)表的多個(gè)快照,不能簡(jiǎn)單地同時(shí)裝入內(nèi)存,并簡(jiǎn)單地使用傳統(tǒng)的選擇、投影、連接運(yùn)算進(jìn)行操作。同一元組同一屬性下的值在不同快照中可能不同,需要較復(fù)雜的、非通用的編程。
(3)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中,對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)本身歷史的支持不足,一般只有供恢復(fù)回退用的事務(wù)日志,缺乏相應(yīng)的事務(wù)查詢命令(例如快速地查出誰(shuí)對(duì)某一字段作了超過(guò)10次的修改)。
為了解決現(xiàn)實(shí)生活提出了這些問(wèn)題,研究者引入了時(shí)態(tài)語(yǔ)義,提出了各種各樣的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)模型。
表1所示的三維數(shù)據(jù)庫(kù)可以通過(guò)增加“任期”來(lái)解決。表2中屬性“任期”的值域,如馬騰的兩度任職區(qū)間{[2004.1—2004.12],[2006.1—now]}是區(qū)間集合,在時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中稱為元組的有效時(shí)間或生命周期(注意:它是一個(gè)區(qū)間的集合)。在時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中,有效時(shí)間由系統(tǒng)管理,而不是作為普通字段管理。一個(gè)元組被插入關(guān)系時(shí)刻是該元組的生命周期起點(diǎn),對(duì)元組作一個(gè)時(shí)態(tài)刪除,則指定一個(gè)時(shí)刻或取當(dāng)前時(shí)刻作為該元組生命周期終點(diǎn),并不作物理上刪除元組。時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中,所有的歷史都記錄在案,歷史只能追加和查詢,不能刪除。

表2 增加任期的教練信息

球隊(duì)	教練	任 期
東風(fēng)	李向東	[2004.1—2006.12]
草原	馬騰	[2004.1—2004.12] [2006.1—now]
草原	周路	[2005.1—2005.12]
東風(fēng)	陳軍	[2006.1—now]

比較圖1和表2,可知引入生命周期后,有下列優(yōu)點(diǎn):
(1)減少了冗余。圖1中共有三個(gè)關(guān)系、6個(gè)元組,表2中只有一個(gè)關(guān)系、四個(gè)元組。如果在圖1中減少快照時(shí)間間隔,則表2中產(chǎn)生的冗余和空間浪費(fèi)會(huì)更多。
(2)提高了準(zhǔn)確度。表2中準(zhǔn)確地給出了任期,而在表1中,如果保存快照的間隔太大,可能與任免時(shí)間錯(cuò)過(guò),則不能反映準(zhǔn)確的任職區(qū)間。
(3)表2能推導(dǎo)出表1。反過(guò)來(lái),表1不夠詳細(xì),不能確定地推出表2。

表3 時(shí)態(tài)屬性值的示例

教練	任期與級(jí)別
馬騰	([2004.1—2004.12],三級(jí)教練) ([2006.1—now],二級(jí)教練)

時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中擴(kuò)展屬性也可擴(kuò)展為時(shí)態(tài)屬性,一個(gè)時(shí)態(tài)屬性值可以是一個(gè)普通屬性值和一個(gè)時(shí)間區(qū)間組成的二元組,如表3中的任期與級(jí)別。在傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中表達(dá)表3的信息需要三個(gè)屬性模式下的兩個(gè)元組,而時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)表現(xiàn)了簡(jiǎn)潔性。時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中,變量now有先天的與時(shí)俱進(jìn)性質(zhì)。圖1中,只要馬騰的教練級(jí)別還保持在二級(jí)教練,記錄就不需要變化,如果馬騰在2006.11升級(jí)為一級(jí)教練,只需要把 “任期與級(jí)別” 屬性值修改為(([2004.1—2004.12],三級(jí)教練),([2006.1—2006.10],二級(jí)教練),([2006.11—now],一級(jí)教練))。
在某些時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù),例如HRDM模型中,要求同一元組中各時(shí)態(tài)屬性的生命周期一致,稱為滿足同時(shí)性條件。
生命周期是系統(tǒng)時(shí)間域的子集。作為集合,生命周期經(jīng)過(guò)集合運(yùn)算,如并、交、差和邏輯非等運(yùn)算之后的結(jié)果仍然是生命周期。