語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型(數(shù)據(jù)庫(kù))

時(shí)間：2022-12-06 20:30:02 | 來源：信息時(shí)代

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    語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型 : 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用分析的工具之一,一種更加抽象的面向用戶的數(shù)據(jù)模型。它通過提供預(yù)定義的語(yǔ)義標(biāo)準(zhǔn)體系,包括相應(yīng)的操作和約束,來捕捉和表達(dá)數(shù)據(jù)的語(yǔ)義信息,從而能夠直觀地表達(dá)和描述用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)識(shí),同時(shí)可以適應(yīng)不斷變化的應(yīng)用環(huán)境。
關(guān)系模型在1970年誕生之后,受到了人們廣泛的關(guān)注,也得到了普遍的應(yīng)用。但是,關(guān)系模型本質(zhì)上缺乏語(yǔ)義結(jié)構(gòu)成分,因此采用關(guān)系模型構(gòu)建組織模型時(shí)常常會(huì)引起二義性。為了加強(qiáng)關(guān)系模型的語(yǔ)義,消除關(guān)系之間的異常,H. A. Senmid和J. R.Swenson在1975年最早提出了一種語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型的雛形——信息模型,該模型中除包括關(guān)系模型的基本結(jié)構(gòu)模型外,還引入客體類型、特征及客體類型間關(guān)聯(lián)等結(jié)構(gòu)。之后,人們對(duì)語(yǔ)義模型的研究越來越深入,并定義了多種語(yǔ)義模型。比較典型有:P.P.Chen在1976年提出實(shí)體-聯(lián)系(E-R)模型,該模型包含了實(shí)體和聯(lián)系的語(yǔ)義概念;C.W.Bachman于1977年提出了角色(role)模型,該模型以角色這一語(yǔ)義概念作為基本要素; 以及基于歸納和聚合抽象的其他語(yǔ)義模型如SHM、ADD、LGDM、SAM、SDM、RM/T、SHM+、TAXIS、Events Model等。
在語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型中,數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)類型被統(tǒng)一地模型化成對(duì)象(或類),用這些對(duì)象來描述組織的基本語(yǔ)義特性,再根據(jù)語(yǔ)義模型結(jié)構(gòu)規(guī)則把這些對(duì)象有機(jī)組合起來從而形成組織模型。語(yǔ)義模型的對(duì)象處于比數(shù)據(jù)元素更高的層次上,通過對(duì)象在客體層次上構(gòu)造模型形成客體類別及這些客體類別間的關(guān)聯(lián),在基本語(yǔ)義結(jié)構(gòu)被確認(rèn)后,再加入數(shù)據(jù)元素。
語(yǔ)義模型為對(duì)象集合及關(guān)聯(lián)集合的定義、命名和分類提出了多種抽象手段,大多數(shù)模型允許數(shù)據(jù)庫(kù)工程師定義不同的對(duì)象集合類型(object set type)和關(guān)聯(lián)集合類型(association set type)。在語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型中,所抽象出的對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)可具有如下幾種典型的結(jié)構(gòu)關(guān)系: ①分類(classification): 用于建立在對(duì)象與實(shí)例之間聯(lián)系;②聚集(aggregation): 用于建立在對(duì)象與其構(gòu)成部分之間聯(lián)系; ③概括(generalization): 用于建立在概念上較抽象的超型和較具體的次型之間聯(lián)系。
通?？刹捎谜Z(yǔ)義網(wǎng)(semantic net)來表示語(yǔ)義模型的結(jié)構(gòu)。圖1所示為一個(gè)語(yǔ)義網(wǎng)的示例圖。語(yǔ)義網(wǎng)是由兩部分所組成的一個(gè)圖: ①描述語(yǔ)義客體對(duì)象的點(diǎn)的集合;②表示這些對(duì)象關(guān)聯(lián)的連接的集合。
語(yǔ)義網(wǎng)可以描述各個(gè)層次上的語(yǔ)義結(jié)構(gòu)。如果語(yǔ)義網(wǎng)表示的是語(yǔ)義模型層次上的結(jié)構(gòu),則點(diǎn)表示的是語(yǔ)義抽象,連接表示的是這些對(duì)象間所允許的關(guān)聯(lián); 如果語(yǔ)義網(wǎng)表示的是對(duì)組織模型的模型化,則點(diǎn)表示客體集,連接表示客體集間的關(guān)聯(lián),這些關(guān)聯(lián)必須和語(yǔ)義模型層次上的關(guān)聯(lián)相一致; 如果語(yǔ)義網(wǎng)表示的是對(duì)客體層次的模型化,則點(diǎn)表示組織中實(shí)際的客體,客體可以以一種與語(yǔ)義模型中的關(guān)聯(lián)相一致的關(guān)聯(lián)而連在一起。很明顯,層次間存在從屬關(guān)系。組織模型由語(yǔ)義模型產(chǎn)生,可組織客體的分類與組織模型相對(duì)應(yīng)。

圖1 語(yǔ)義網(wǎng)

在圖1中。第一層次是語(yǔ)義模型層,包括三個(gè)客體集型c₁、c₂、c₃。在客體集型c₁和c₂的客體之間及客體集型c₁和c₃的客體之間允許發(fā)生關(guān)聯(lián); 在客體集型c₁和c₃的客體之間的關(guān)聯(lián)允許是m₁型,在客體集型c₁相c₂的客體之間的關(guān)聯(lián)允許是m₂型。第二層次是組織模型層。這一層次由6個(gè)客體集a、b、c、d、e、f組成,客體集c和d是c₁型,e和f是c₂型。a和b是c₃型; 在客體集b和c間有類型m₁的關(guān)聯(lián),這個(gè)關(guān)聯(lián)命名為z,在e和d之間及在f和d之間有兩個(gè)類型m₂的關(guān)聯(lián),關(guān)聯(lián)名分別為x、y。第三層是組織中的實(shí)際客體的模型化。每個(gè)客體集有若干客體,這些客體以語(yǔ)義網(wǎng)中的小點(diǎn)表示,實(shí)體間的關(guān)聯(lián)以關(guān)聯(lián)客體間的連接線表示。
總之,相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型,語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型具有如下的特性:
(1)高度的標(biāo)準(zhǔn)抽象概念:語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型最常用的抽象概念是分類、概括、聚合與組合。語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型是在更高層次上表達(dá)數(shù)據(jù)模型的語(yǔ)義,不同于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型。
(2)定義非結(jié)構(gòu)的原子對(duì)象:原子對(duì)象是非結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型,而且是最基本的類型,不可再分的。
(3)聯(lián)系的表示:從概念上說,聯(lián)系在模型中可用屬性、實(shí)體或者函數(shù)的形式出現(xiàn)。一個(gè)屬性體現(xiàn)的聯(lián)系是: 其中某一對(duì)象的屬性連接到或指向另一對(duì)象,或者是由另一對(duì)象派生出來的。
(4)用繼承方法消除數(shù)據(jù)模式的重復(fù)信息:對(duì)象類型之間的重復(fù)描述用繼承來處理,使某對(duì)象的屬性描述來自于對(duì)其他對(duì)象的描述,就是把一般對(duì)象的屬性傳遞給特殊的對(duì)象的一種方法。
(5)插入、刪除、修改約束:插入和刪除約束用于維持語(yǔ)義數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性是其最重要的特征之一,約束的說明是對(duì)這個(gè)模型語(yǔ)義的物理解釋和操作解釋。如果對(duì)象通過聯(lián)系連接起來,一個(gè)對(duì)象的插入、刪除和修改將會(huì)影響到所有與其連接的其他對(duì)象的存在狀態(tài)。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)者和終端用戶來說,模型的聯(lián)系要清晰地反映數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)系的語(yǔ)義是至關(guān)重要的,甚至有些模型允許設(shè)計(jì)者說明聯(lián)系的插入、刪除、修改語(yǔ)義。
(6)語(yǔ)義模型中網(wǎng)狀和層次聯(lián)系:幾乎所有的語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型都為模式的概念化提供了圖示結(jié)構(gòu),在大多數(shù)這類模型中,用圖來表示模型的基本建模概念,例如,概括/特化圖、聚合層次圖、實(shí)體聯(lián)系模型圖等。
(7)精確的建模規(guī)則和能夠表達(dá)語(yǔ)義聯(lián)系的能力: 實(shí)體之間的聯(lián)系是用戶從現(xiàn)實(shí)世界中通過分析抽象出來的。語(yǔ)義模型通過抽象概念,允許用戶在多個(gè)層次上建立模型和處理數(shù)據(jù),有的模型給語(yǔ)義表達(dá)式賦予主值、空值或缺省值等,這使設(shè)計(jì)者有更多的靈活性。