時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論

前言

　　由于現(xiàn)實(shí)世界是不斷演變進(jìn)化的，時(shí)間是反映現(xiàn)實(shí)世界信息的基本組成部分，因而大多數(shù)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序都有時(shí)態(tài)的特性。例如，地震資料分析應(yīng)用程序、天氣監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序、天氣預(yù)報(bào)分析程序、資源管理應(yīng)用程序、銀行等財(cái)經(jīng)類的應(yīng)用程序、項(xiàng)目管理等記錄性應(yīng)用程序。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對(duì)時(shí)態(tài)信息的存儲(chǔ)、處理和操作都十分有限，正因?yàn)閭鹘y(tǒng)數(shù)據(jù)庫缺乏對(duì)時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)的支持，因而在很多方面產(chǎn)生了問題。例如，它把時(shí)問數(shù)據(jù)作為一個(gè)字段的值進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，只反映了對(duì)象某一個(gè)時(shí)刻或當(dāng)前時(shí)刻的信息和狀態(tài)，不聯(lián)系對(duì)象的歷史、現(xiàn)在和將來，無法將對(duì)象的歷史、現(xiàn)在和將來作為對(duì)象的一個(gè)發(fā)展過程來看待，而這樣做無助于解釋事物發(fā)展的本質(zhì)規(guī)律。抓住事物的發(fā)展趨勢(shì)這一點(diǎn)對(duì)于決策支持系統(tǒng)這類應(yīng)用程序來說是很基本、很重要的；同時(shí)要求管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中元事件的時(shí)態(tài)信息，例如數(shù)據(jù)庫被查詢修改的時(shí)刻、時(shí)間區(qū)間。多用戶系統(tǒng)中對(duì)鎖定排隊(duì)以及資源競(jìng)爭(zhēng)協(xié)調(diào)的時(shí)標(biāo)等，這些時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)也有助于提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可靠性和效率。隨著數(shù)據(jù)庫技術(shù)的不斷發(fā)展，人們開始逐漸意識(shí)到必須為時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)建立時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫的模型，或者在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫模型上加以改造，于是提出了時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫的概念。1982年美國(guó)的Zvi在他的論文“The Time Relati（）nal Model”中首次提出了時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫和幾個(gè)重要的概念，這是時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫形成的標(biāo)志。1993年美國(guó)的Tansel，Clifforld等所著的Temporal Database：Theory，Design andImplementation一書中首次對(duì)時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫給出了較為全面的論述。　　所謂時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫，是指能夠處理時(shí)間信息的數(shù)據(jù)庫。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫只記錄了數(shù)據(jù)的當(dāng)前狀態(tài)，在現(xiàn)實(shí)情況改變時(shí)，數(shù)據(jù)庫也發(fā)生變化。而時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫不僅存放對(duì)象的現(xiàn)狀，而且存放對(duì)象過去的一切狀態(tài)，并且可以根據(jù)對(duì)象現(xiàn)在和過去的狀態(tài)推測(cè)其未來可能的狀態(tài)?！　r(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫技術(shù)已成為一個(gè)誘人且活躍的研究領(lǐng)域。時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫在宏觀上有下面兩個(gè)方面的特性：①動(dòng)態(tài)性。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行靜態(tài)或準(zhǔn)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)庫管理。在數(shù)據(jù)更新時(shí)，過時(shí)的數(shù)據(jù)將從數(shù)據(jù)庫中刪除，這就不能反映出現(xiàn)實(shí)世界的動(dòng)態(tài)過程。例如，李明的專業(yè)技術(shù)職務(wù)是1991.5～1994.3為助教，1994.4～2001.6為講師，2001.7至今為副教授。

內(nèi)容概要

本書是在作者三十余年來對(duì)數(shù)據(jù)庫理論研究的基礎(chǔ)上撰寫的。書中系統(tǒng)論述和分析了時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織理論和基于時(shí)態(tài)ER（實(shí)體一聯(lián)系）模型的概念設(shè)計(jì)研究成果以及作者提出的若干新的概念、方法、算法。    本書共分七章。主要內(nèi)容包括：時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)研究的概況、時(shí)態(tài)模塊模式與時(shí)態(tài)模塊、時(shí)態(tài)函數(shù)依賴和集細(xì)于關(guān)系、時(shí)態(tài)類型和它的封閉集處理、TFD的推導(dǎo)規(guī)則、時(shí)態(tài)類型處理中的細(xì)于關(guān)系矩陣、時(shí)態(tài)類型集的封閉集及其公共最大下界、有限導(dǎo)出時(shí)態(tài)類型集、glb操作的實(shí)現(xiàn)算法。通過計(jì)算一個(gè)時(shí)態(tài)類型集的封閉集以及它的細(xì)于關(guān)系矩陣可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)態(tài)類型的相關(guān)處理。討論了基于全序、偏序TFD集的時(shí)態(tài)模式規(guī)范化，基于TMVD的時(shí)態(tài)模式的規(guī)范化，強(qiáng)全序時(shí)態(tài)模式中多值依賴問題，基于時(shí)態(tài)ER模型的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。    本書可作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)據(jù)庫及相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生教材或碩士生選修課教材，也可供從事上述領(lǐng)域研究的博士生、科研人員及工程技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

郝忠孝，教授，山東蓬萊人，1940年12月生，中共黨員，曾任原東北重型機(jī)械學(xué)院副校長(zhǎng)，齊齊哈爾大學(xué)副校長(zhǎng)，哈爾濱理工大學(xué)校學(xué)術(shù)委員會(huì)主席。現(xiàn)任哈爾濱理工大學(xué)博士生導(dǎo)師、哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士生導(dǎo)師（兼）。原機(jī)械電子工業(yè)部有突出貢獻(xiàn)專家、享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼、全國(guó)優(yōu)秀教師、省共享人才專家、省級(jí)學(xué)科帶頭人、省計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)。
    主要研究領(lǐng)域：①空值數(shù)據(jù)庫理論。在國(guó)內(nèi)、外首次提出了空值數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型，完成一系列相關(guān)研究，形成了比較完整的理論體系，完成了國(guó)內(nèi)、外第一部該方面的論著《空值環(huán)境下數(shù)據(jù)庫導(dǎo)論》。②數(shù)據(jù)庫NP-完全問題的求解問題。首次基本解決了求全部候選關(guān)鍵字、主屬性、基數(shù)為M的候選關(guān)鍵字、最小候選關(guān)鍵字等問題，完成了《關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)理論新進(jìn)展》一書。③數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織的無環(huán)性理論研究。首次給出了歸并依賴集、關(guān)聯(lián)度等概念。并在此基礎(chǔ)上對(duì)無a環(huán)、無口環(huán)、無y環(huán)的分解條件與規(guī)范化理論研究方面有了突破性進(jìn)展，著有《數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織無環(huán)性理論》。④時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫理論研究。系統(tǒng)提出并完成了時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫中基于全序、偏序、多粒度環(huán)境下的各種時(shí)態(tài)理論問題研究，完成了《時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論》的論著。⑤主動(dòng)數(shù)據(jù)庫理論研究。完成了國(guó)內(nèi)、外第一部該方面的論著《主動(dòng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)理論基礎(chǔ)》。⑥空間、時(shí)空數(shù)據(jù)庫理論研究。
    完成了國(guó)家、省部級(jí)項(xiàng)目10項(xiàng)；獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一、二、三等獎(jiǎng)5項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇，其中，國(guó)家一級(jí)論文130余篇、在《計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展》上發(fā)表個(gè)人學(xué)術(shù)論文專輯兩部，被SCl、EI等檢索80余篇。1991年發(fā)表學(xué)術(shù)論文數(shù)居中國(guó)科技界第五位(并列)。著書五部。

書籍目錄

前言   第1章 時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)研究的概況  1.1 時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)研究概況  1.2 時(shí)態(tài)ER模型的研究概況  1.3 時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫的類型和查詢語言概述    1.3.1 時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫元素的類型    1.3.2 時(shí)態(tài)查詢語言  1.4 本章小結(jié)第2章 時(shí)態(tài)類型和它的封閉集處理  2.1 時(shí)態(tài)類型和時(shí)態(tài)函數(shù)依賴    2.1.1 時(shí)態(tài)類型    2.1.2 時(shí)態(tài)模塊    2.1.3 時(shí)態(tài)函數(shù)依賴和集細(xì)于關(guān)系    2.1.4 TFD的推導(dǎo)規(guī)則    2.1.5 時(shí)態(tài)類型處理  2.2 封閉時(shí)態(tài)類型集    2.2.1 封閉集與公共最大下界    2.2.2 封閉集算法  2.3 本章小結(jié)第3章 基于全序TFD集的時(shí)態(tài)模式規(guī)范化  3.1 全序TFD集特性和成員籍    3.1.1 全序時(shí)態(tài)類型集的TFD集的邏輯蘊(yùn)涵    3.1.2 求全序時(shí)態(tài)類型TFD集成員籍的算法    3.1.3 求時(shí)態(tài)候選關(guān)鍵字算法    3.1.4 屬性集的有限閉包  3.2 TFD集的化簡(jiǎn)  3.3 時(shí)態(tài)TFD集F規(guī)范化的基本概念  3.4 T3NF分解    3.4.1 T3NF分解算法    3.4.2 應(yīng)用實(shí)例  3.5 時(shí)態(tài)初等關(guān)鍵字范式和簡(jiǎn)單范式    3.5.1 時(shí)態(tài)初等關(guān)鍵字范式分解    3.5.2 時(shí)態(tài)簡(jiǎn)單范式分解  3.6 本章小結(jié)第4章 基于偏序TFD集的時(shí)態(tài)模式的規(guī)范化  4.1 TFD集成員籍算法    4.1.1 基于有限決定集的成員籍算法    4.1.2 基于屬性集的有限閉包的成員籍算法    4.1.3 基于有限導(dǎo)出時(shí)態(tài)類型集的成員籍算法    4.1.4 三種算法的比較  4.2 基于偏序TFD集的時(shí)態(tài)模式的弱時(shí)態(tài)第三范式    4.2.1 弱時(shí)態(tài)第三范式的定義    4.2.2 WT3NF分解算法  4.3 WT3NF分解算法的有效性與實(shí)用性    4.3.1 WT3NF分解算法的有效性    4.3.2 WT3NF分解算法的實(shí)用性  4.4 應(yīng)用實(shí)例  4.5 基于偏序TFD集的時(shí)態(tài)模式的時(shí)態(tài)BC范式    4.5.1 偏序時(shí)態(tài)BC范式    4.5.2 偏序時(shí)態(tài)BC范式分解算法  4.6 本章小結(jié)第5章 基于TMVD的時(shí)態(tài)模式的規(guī)范化  5.1 時(shí)態(tài)多值依賴的推導(dǎo)規(guī)則    5.1.1 多值依賴的概念    5.1.2 MVD集M的依賴基    5.1.3 時(shí)態(tài)多值依賴的概念    5.1.4 時(shí)態(tài)多值依賴的推導(dǎo)規(guī)則  5.2 TFD和TMVD的相互作用  5.3 成員籍問題    5.3.1 時(shí)態(tài)類型集的強(qiáng)封閉集    5.3.2 屬性集的有限閉包、有限依賴基和特殊有限依賴基  5.4 有限依賴基和特殊有限依賴基的基本定理、求解算法  5.5 TFD和TMVD邏輯蘊(yùn)涵的判定  ……第6章 強(qiáng)全序時(shí)態(tài)模式中多值依賴問題第7章 基于時(shí)態(tài)ER模型的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)研究的概況　　1.1 時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)研究概況　　時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫的研究已有二十多年的時(shí)間，在數(shù)據(jù)模型、實(shí)現(xiàn)技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論等方面取得了大量的成果。時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論主要涉及兩方面的研究：基于時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)依賴的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論研究和基于時(shí)態(tài)ER（實(shí)體-聯(lián)系）模型的概念設(shè)計(jì)研究。下面首先介紹一下有關(guān)時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)模型及實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面的研究概況?！　∪魏螖?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)都離不開具體的數(shù)據(jù)模型。經(jīng)過多年的研究，目前已經(jīng)提出了幾十種時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)模型，其中絕大部分是基于關(guān)系模型的，只有少數(shù)模型是基于面向?qū)ο竽Ｐ偷?。時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫一般要支持兩種無關(guān)的時(shí)間類型：有效時(shí)間和事務(wù)時(shí)間。有效時(shí)間是指現(xiàn)實(shí)世界中信息有效的時(shí)間；事務(wù)時(shí)間是指數(shù)據(jù)庫中更新所發(fā)生的時(shí)間。在這些模型中，一些模型兩種時(shí)間類型都支持，一些模型只支持有效時(shí)間（通常稱歷史數(shù)據(jù)庫），而有一些模型只支持事務(wù)時(shí)間?！　≡谘芯咳藛T提出大量的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)模型的同時(shí)，時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)查詢語言的研究也取得大量的成果，出現(xiàn)了近幾十種查詢語言。這些查詢語言大多是時(shí)態(tài)關(guān)系查詢語言，也出現(xiàn)了一些時(shí)態(tài)面向?qū)ο蟛樵冋Z言。不同的查詢語言是基于不同的數(shù)據(jù)模型的，在這些數(shù)據(jù)模型中，多數(shù)是基于1NF（第一范式）關(guān)系模型的。實(shí)際上，由于關(guān)系數(shù)據(jù)模型具有完整的數(shù)學(xué)形式化的描述和較為完備的理論基礎(chǔ)，因此，大量的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)模型是基于關(guān)系模型的。目前市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件都是基于關(guān)系的，采用時(shí)態(tài)關(guān)系模型有利于時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)品化?！　　?/pre>








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