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第六章 RDBMS 的扩展

第六章 RDBMS 的扩展. 关系模型中概括与聚合的扩展 支持共享与递归的分子对象概念 关系查询语言 QUEL 的扩展及其支持 关系模型中的抽象数据类型 XSQL 语言的扩展 嵌套的关系模型 NF2. ※6.1 关系模型中概括与聚集的扩展. 例 1 ：关于人的特化模型示例. Persons. maritalStatus. nationality. sex. Singles. Austrians. Females. …. Canadians. Married. Males. 关系扩展模型 —— 一般化的 m 维特化示例. R. S km.

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第六章 RDBMS 的扩展

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  1. 第六章 RDBMS的扩展 • 关系模型中概括与聚合的扩展 • 支持共享与递归的分子对象概念 • 关系查询语言QUEL的扩展及其支持 • 关系模型中的抽象数据类型 • XSQL语言的扩展 • 嵌套的关系模型NF2

  2. ※6.1 关系模型中概括与聚集的扩展 • 例1：关于人的特化模型示例 Persons maritalStatus nationality sex Singles Austrians Females … Canadians Married Males

  3. 关系扩展模型 —— 一般化的m维特化示例 R Skm Sk1 …… R1p1 Rmpm R11 Rm1 …… ……

  4. 扩展的关系模型的一般语法 var R : generic sk1=(R11,…,R1p1); … skm=(Rm1,…,Rmpm); of aggregate keylist s1: key R1; … sn: key Rn; end

  5. 对该语法的说明 • 对generic关系R，具有n个属性，其中： －若是一般的类型，仅用类型符标识它 －若是一个聚集引用，即若引用一个generic关系类型，则需要加前缀“key”进行区分 • 对R可以特化，其m维的特化属性用sk1…skm表示 • 每一个特化属性ski将R的实例化对象划分成pi个不相交的集合，每一个集合为R的一个特化集

  6. 因此，若R有m维特化属性，则将R的实例集进行m种划分，每一种划分都可以获得R的Pi个特化集（Ri1,…,Ripi)因此，若R有m维特化属性，则将R的实例集进行m种划分，每一种划分都可以获得R的Pi个特化集（Ri1,…,Ripi) • M个特化属性sk1,…,skm属于R的属性集 s1,…,sn的子集。

  7. 正确定义一个generic的关系R需要如下规则： • R的n个属性中，每个属性的类型定义Ri（1≤i≤n）是以下两种类型： (1)是一个类型标识符（前缀key必须不出现），它表示了 Ri是一个原子值。 (2)是一个generic的标识符，则前缀key必须在定义中出现,它表示对其他对象的引用。 • Keylist——主关键属性表是{s1,…,sn}的子集

  8. 每一个特化类型Rij（1≤i≤m，1≤j≤Pi）都是一个generic标识符，其关键字域与R的相同，且其属性在定义时就要copy父类型除特化属性外的所有属性。每一个特化类型Rij（1≤i≤m，1≤j≤Pi）都是一个generic标识符，其关键字域与R的相同，且其属性在定义时就要copy父类型除特化属性外的所有属性。 • 特化属性Ski（1≤i≤m）都与R的某个属性Sj（ 1≤j≤n）相同。 • 如果Ski与Sj相同，则Sj的类型—Rj的值域是（Ri1,…,Ripi）。

  9. 一个应用实例 — 基于扩展关系模型的CSG表示 • 参看P31页CSG的形式化表示： <mechanical part> ::= <object> <object> ::= <primitive>| <object> <motion op> <motion arguments>| <object> <set operator> <object> <primitive> ::= cube | cylinder | cone | … <motion op> ::= rotate | scale | translate | … <set operator> ::= union | intersection |difference |…

  10. 由此看出，一个object 有三种类型： 1. Prim_obj （原始对象） 2. Mot_obj （运动对象） 3. Comp_obj （组合对象） 如下图：

  11. 扩展CSG实例化关系模型 ID Mech_obj MAN LEFT_ARG RIGHT_ARG ARG_OBJ TYPE Comp_obj Prim_obj Mot_obj OP_CODE PRICE MAT T PTYPE LENGTH WIDTH cylinder … cuboid HEIGHT

  12. CSG的关系模型表示 (1) var mech_obj: generic (2) TYPE = (prim_obj, mot_obj, comp_obj); (3) of (4) aggregate [ID] (5) ID : identifier; (6) MAN: manufacturer; (7) TYPE: structural_comp (8) end

  13. Mech_obj的三个特化子类型说明 var prim_obj：generic prim_obj 是mech_obj的 PTYPE =(cylinder,…,cuboid); 特化，而本身通过特化控制 of 属性PTYPE进一步被特化 aggregate[ID] 为原始对象集合 ID:identifier; 这两个属性是父类属性， MAN:manufacturer; 除控制特化的TYPE属性 MAT:material; 外的全部属性的复制，以 PRICE:money; 此实现继承的概念 PTYPE:geom_form; end

  14. var cuboid cuboid不是generic类型， aggregate [ID] 它没有进一步特化（没有子类） ID:identifier; MAN:manufacturer; 这四个属性继承父类 MAT：material; 而来 PRICE:money; LENGTH:real; 这三个属性是cuboid WIDTH:real; 自身的进一步描述 HEIGHT:real; end

  15. var mot_obj mot_obj也不是generic类型 aggregate [ID] ID:identifier; MAN:manufacturer; ARG_OBJ: key mech_obj; 该属性表达了对一 个对象的引用 T : matrix; end

  16. var comp_obj aggregate [ID] ID:identifier; MAN:manufacturer; LEFT_ARG_OBJ:key mech_obj; RIGHT_ARG_OBJ: key mech_obj; OP_CODE :( union,difference,intersection,…) end

  17. 一个无孔支架bracket的CSG的关系实例

  18. 对该模型的总结与讨论 特点：1.扩展了对概括抽象和聚集抽象的支 持,方法简单，易理解。 2.通过复制方案实现继承。 问题：1.由于复制造成大量冗余，效率低下。 2.没有面向对象行为，即不允许具体 的行为操作。 3.基本对象的语义结构仍然不易表达。 4.为保证一致性，在更新操作时需要进行持 续的信息复制，开销较大。

  19. ※6.2分子对象— 对generic类型的进一步扩展 • 分子对象(Molecular Object）的概念 — 分子对象由分子集合组成 — 分子集合将一系列实例(可以是不同类型) 和它们的关系，聚集对象为较高层次的 实体

  20. 分子对象的结构分类： — 不相交/非递归； — 相交/非递归； — 不相交/递归； — 相交/ 递归； 相交：指一个分子对象的组成部分 是否能被其他同类型分子对象共享。 递归/非递归：分子对象的结构是否 是递归定义的。

  21. 四种类型分子的进一步说明 • 不相交/非递归 ——是最简单的结构 — 分子集合内的所有分子之间均是两个不 相交的、结构不重叠的，因之也不是递 归定义的。 例如：原始对象集合。

  22. 相交/非递归的分子对象 — 分子间存在共享对象成份，即两个分子 可能在一些抵赖的分子对象上重叠。 例如：具有同一平台的两个几何体

  23. 不相交/递归 — 具有递归定义的不共享的分子结构， 例：几何对象的CSG表示是一个递归分子 对象的典型例子，它构成一颗二叉树。参照图3.2（支架表示）

  24. 递归/相交 — 如果允许CSG中的几何部件被共享，则 它是一个有向无环图DAG

  25. CSG1 CSG2

  26. 6.3 将QUEL表达式作为类型的关系模型的扩展 • QUEL:—由伯克利分校研制的Ingres查询语言 —类似于元组关系演算 • QUEL的组成：由三个子句组合而成 —range of子句：类似于from子句，作用为声 明元组变量的取值范围，书写格式为 range of t is r(t为关系r的一个元组变量) —retrieve子句：类似于select子句，作用为确 定查询目标，其变量必须已经在range 子句中声明，retrive t.A 查询t的A属性值 —where P子句：条件子句，P为选择谓词 *请参考“数据库系统概念”第五章

  27. M N boundary mech-part faces 一般化引用基制的模型构造 • 纯关系结构示例： E-R： • 关系表

  28. QUEL查询语句序列 • range of m is mechanical_part range of f is faces range of b is boundary retrive m.all,f.all where m.ID = “cube#1” and m.ID = b.GEO_ID and f.ID = b.FACE_ID • range of m is mechanical_part retrive m.all, m.FACE_JOIN where m.ID = “cube#1” • range of f is faces retrive f.GEO_JOIN where f.ID= “f1”

  29. 关系模型的扩展 • 关系属性类型中扩展一个新类型—QUEL类型 • QUEL类型为一个QUEL查询表达式，它可以在被引用是触发执行 • 使用QUEL类型代替外键联接关系，例如上图boundary，从而将原来显示的联接隐含在父关系的某个属性中，只有在动态联接时才被激活

  30. 上述关系示例的扩展

  31. 相应的QUEL查询语句 • 利用mech-part的FACE-JOIN和faces中的GEO-JOIN属性代码为： range of m is mech-part retrieve m.all,m.FACE-JOIN where m.ID = “cube#1” range of f is faces retrieve f.GEO-JOIN where f.ID=“f1”

  32. 进一步的扩展 • range of m is mech-part retrive m.FACE-JOIN.SURFACE where m.ID = “cube#1” • 利用QUEL类型和操作符”.”的重载，可以在构造一个复杂的引用链时，通过简化显式联接的方法简化查询和关系表的构建

  33. 安全性的缺陷 • 由于采用隐式的联接方法(通过QUEL函数)，使得查询结果只有在运行时进行动态联接时才能确定，因而容易产生类型安全性错误 • 例如：

  34. 安全性的缺陷(续) • 程序 range of m is mechanical_part retrivesum(m.FACE-JOIN.SURFACE) where m.ID = “cube#1” range of m is mechanical_part retrivesum(m.FACE_JOIN.SURFACE) where m.ID = “cube#3”

  35. 6.4 关系模型中的抽象数据类型 • 概念：该模型发展得最好的是INGRES，他们在开始研制时已留有与C的接口——ADT-INGRES， 并进一步发展为POSTGRES。

  36. 抽象数据类型的建模过程 • 在关系建模时，可以将某些属性显式地说明为一个抽象数据类型ADT • 例： cuboids ( id: integer, material: char(10), description: char(20), V1: ADT: vertex_type, V2: ADT: vertex_type, … V8: ADT: vertex_type)

  37. 抽象数据类型的建模过程(续) • 用户在系统提供的环境上，定义一个ADT的接口说明 • 例：define ADT (typename = “vertex_type”, bytesin = 9, bytesout = 9, inputfunc = “to_internal_vertex”, outputfunc = “to_external_vertex”, filename = “/usr/ingres/…/vertex”) X Y Z to_external_vertex to_internal_vertex “X%%Y%%Z”

  38. 抽象数据类型的建模过程(续) • 用户需要用C(informix也允许用java)语言实现ADT的结构读写程序，并存放在按接口说明的路径所示位置 • 在数据库运行时，需有用户需要检索ADT的值，则系统自动进行动态联接，激活并运行相应的函数

  39. 例：执行一个查询 range of c is cuboids retrieve (c.material, c.description,c.V1) where c.id = 5 • 结果为：

  40. 用同样的方法，可以定义并实现在ADT域上的各种用户自定义操作用同样的方法，可以定义并实现在ADT域上的各种用户自定义操作 • informix中使用UDR工具实现 • 例： define adtop (opname = “Ry”, funcname = “rotate_abount_y”, filename = “/usr/ingres/../rotate_y”, result = ADT: vertex_type, arg1 = ADT: vertex_type, arg2 = ADT: angle_type, prec like “+”)

  41. 6.5 XSQL支持的层次扩展模型 • XSQL是Kifer在1992中提出的一个SQL的面向对象的扩展模型 • SQL-3标准已包括了SQL面向对象的扩展 • XSQL支持的层次扩展主要针对复合对象模型，其扩展的主要是聚合抽象的实现方法

  42. 基于纯关系模型的XSQL的基本构成 • 代用 Surrogates：由系统产生并维护的关系元组对象实例的逻辑标识符 • 特点 • 唯一性 • 系统内部产生，用户不能干涉 • 不可修改，在一个对象的生命周期中保持不变 • 代用产生的标识符应当保证在“世界范围” 内的唯一性，以保证基于广域网的分布式DB中每个元组的唯一性 生成方法： processor ID date & time

  43. componet of R1 E1 E2 • component –of 属性——XSQL利用该属性建立元组间的引用关联。 关联的语义为part-of 特点：component-of属性支持元组间的1:1和1:N的联接 • E-R表示： • 关系表的定义 create table E1(E1-ID:identifier, E1_DATA:…) create table E2(E2-ID:identifier, E2_FATHER:component of (E1), E2_DATA:…) • component of 的值是与E2的一个元组e2具有R1联系的E1的元组e1的ID值 1 N

  44. E1 (0,*) (0,*) 1 1 R2 R1 (1,1) N N (1,1) E2 E3 1 (0,*) R3 (1,1) N E4 • 多层次的引用结构 create table E1(E1-ID:identifier, E1_DATA:…) create table E2(E2-ID:identifier, E2_FATHER:component of (E1), E2_DATA:…)

  45. 代用标识符的组成含有元组对象间的依赖关系，即对属于同一个复合对象的元组，其ID值具有相同的前缀代用标识符的组成含有元组对象间的依赖关系，即对属于同一个复合对象的元组，其ID值具有相同的前缀 • 系统对每一个复合对象建立一个map的映射，含有指向该元组的存储位置指针TIDs

  46. 元组间N:M联系的扩展方法 • 原理：由于XSQL是在纯关系上进行的扩展，因此，不可能表示集合属性，解决N:M关联的方法只能采用第三方关系——专门定义一个引用关系表R，将两个有联系的元组对应起来 • reference属性，它建立了一个引用关联

  47. N M R1 E1 E2 一般的N:M联系的关系表定义 • E-R表示： • 关系表定义： create table E1(E1-ID:identifier, E1_DATA:…) create table E1(E2-ID:identifier, E2_DATA:…) create table R(R-ID:identifier, RtoE1: reference(E1), RtoE2: reference(E2))

  48. XSQL模型的评价 创新点： • 元组的逻辑标识符概念的引入 • 在关系模型的基础上建立了关系间的层次结构 • 解决了数据类型的QUEL的安全隐患 局限性： • component-of属性可以较好支持1:N联系，但是在共享低层对象时，由于关系不能表示集合，会造成大量的冗余，即一个引用就需产生一个对象元组，由此造成查询的复杂低效，和一致性更新维护困难

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