Modelo Jerárquico (página 2)

Los segmentos, se organizan en niveles de manera que en
un mismo nivel estén todos aquellos segmentos que dependen
de un segmento de nivel inmediatamente superior.

CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA
JERÁRQUICA

Los segmentos, en función de
su situación en el árbol y de sus
características, pueden denominarse como:

1) SEGMENTO PADRE: Es aquél que tiene
descendientes, todos ellos localizados en el mismo
nivel.

2) SEGMENTO HIJO: Es aquél que depende de un
segmento de nivel superior. Todos los hijos de un mismo padre
están en el mismo nivel del árbol.

3) SEGMENTO RAÍZ: El segmento raíz de una
base de datos
jerárquica es ?el padre que no tiene padre.

La raíz siempre es única y ocupa el nivel
superior del árbol.

Un ejemplo sería:

Sea una determinada empresa de
ámbito nacional con delegaciones por todo el país;
esta empresa tiene centralizadas todas las compras de
material de sus delegaciones en la oficina central,
para lo cual dispone de una base de datos
jerárquica que le permite almacenar los datos de todos sus
proveedores.

La base de datos de proveedores, denominada PROVEBAS,
presenta cinco segmentos. El segmento raíz en el que se
almacenan los datos que son comunes a todos los proveedores, como
pueden ser: Nombre de la
empresa,

Director de la empresa, N.I.F., entro otros. Este
segmento se denomina DATGEN.

En el segundo nivel del árbol hay tres segmentos
dependientes del segmento raíz. El primero de ellos
contiene las direcciones de las sucursales de la empresa
proveedora, indicando: Calle, Número, ciudad, Tipo de
dirección, entre otros. El nombre de este
segmento es DIRPRO.

El segundo segmento que ocupa este nivel es el que
contiene los datos de todos los productos
suministrados por cada una de las empresas
proveedoras, Este segmento se denota como P RODUC. El
último segmento del segundo nivel es el que permite
guardar las diferentes notas informativas que sobre un proveedor
van remitiendo las delegaciones a la oficina central, este
segmento se denomina NOTINF.

El tercer nivel del árbol está ocupado por
un solo segmento que es el que permite almacenar las zonas de
distribución de cada uno de los productos
suministrados por los diferentes proveedores, este segmento se
reconoce como AREDIS y depende del segmento PRODUC.

Una OCURRENCIA de un segmento de una base de datos
jerárquica es el conjunto de valores
particulares que toman todos los campos que lo componen en un
momento determinado.

Un REGISTRO de la
base de datos es el conjunto formado por una ocurrencia del
segmento raíz y todas las ocurrencias del resto de los
segmentos de la base de datos que dependen jerárquicamente
de dicha ocurrencia raíz.

La relación PADRE/HIJO en la que se apoyan las
bases de datos
jerárquicas, determina que el camino de acceso a los datos
sea ÚNICO; este camino, denominado CAMINO SECUENCIA
JERÁRQUICA, comienza siempre en una ocurrencia del
segmento raíz y recorre la base de datos de arriba a
abajo, de izquierda a derecha y por último de adelante a
atrás.

El esquema es una estructura arborescente compuesta de
nodos, que representan las entidades, enlazados por arcos, que
representan las asociaciones o interrelaciones entre dichas
entidades.

La estructura del modelo de
datos jerárquico es un caso particular de la del modelo en
red, con fuertes
restricciones adicionales derivadas de que
las asociaciones del modelo jerárquico deben formar un
árbol ordenado, es decir, un árbol en el que el
orden de los nodos es importante. Una estructura
jerárquica, tiene las siguientes
características:

– El árbol se organiza en un conjunto de
niveles.

– El nodo raíz, el más alto de la
jerarquía, se corresponde con el nivel 0.

– Los arcos representan las asociaciones
jerárquicas entre dos entidades y no tienen nombre, ya que
no es necesario porque entre dos conjuntos de
datos sólo puede haber una
interrelación.

– Mientras que un nodo de nivel superior (padre) puede
tener un número ilimitado de nodos de nivel inferior
(hijos), al nodo de nivel inferior sólo le puede
corresponder un único nodo de nivel superior. En otras
palabras, un progenitor o padre puede tener varios descendientes
o hijos, pero un hijo sólo tiene un padre.

– Todo nodo, a excepción del nodo raíz, ha
de tener obligatoriamente un padre.

– Se llaman hojas los nodos que no tienen
descendientes.

– Se llama altura al número de niveles
de la estructura jerárquica.

– Se denomina momento al número de
nodos.

– El número de hojas del árbol se llama
peso.

– Sólo están permitidas las
interrelaciones 1:1 ó 1:N

– Cada nodo no terminal y sus descendientes forman un
subárbol, de forma que un árbol es una estructura
recursiva.

El árbol se suele recorrer en preorden; es decir,
raíz, subárbol izquierdo y subárbol
derecho.

Entre las restricciones propias de este modelo se pueden
resaltar:

A) Cada árbol debe tener un único segmento
raíz.

B) No puede definirse más de una relación
entre dos segmentos dentro de un árbol.

C) No se permiten las relaciones reflexivas de un
segmento consigo mismo.

D) No se permiten las relaciones N:M.

E) No se permite que exista un hijo con más de un
padre.

F) Para cualquier acceso a la información almacenada, es obligatorio el
acceso por la raíz del árbol, excepto

en el caso de utilizar un índice
secundario.

G) El árbol debe recorrer siempre de acuerdo a un
orden prefijado: el camino jerárquico.

H) La estructura del árbol, una vez creada, no se
puede modificar.

Las estructuras
jerárquicas se clasifican también como:

– Lineales: es un caso particular y simple en
el que cada tipo de registro padre sólo puede tener un
tipo de registro hijo, donde se muestra la
interrelación entre DEPARTAMENTO y EMPLEADO.

Esquema y ocurrencia
de árbol

Un esquema jerárquico consiste en una descripción de un determinado universo del
discurso
mediante un árbol en el que los nodos representan los
tipos de registro (entidades), y los arcos, los tipos de
interrelaciones jerárquicas existentes entre los mismos.
Una ocurrencia de dicho esquema será también un
árbol, pero en él los nodos representan las
ocurrencias de los registros, y los
arcos, las interrelaciones jerárquicas entre dichas
ocurrencias.

Una base de datos jerárquica está formada
por una colección o bosque de árboles
disjuntos.

Definición del
modelo jerárquico

Podemos definir el modelo jerárquico
como:

– Un conjunto de tipos de entidad E1, E2, …,
En.

– Un conjunto de interrelaciones o asociaciones no
nominadas Rij que conectan los tipos de entidad Ei y
Ej.

– Un conjunto de restricciones inherentes que provienen
de la estructura jerárquica.

PROBLEMAS DEL MODELO
JERÁRQUICO

El modelo de datos jerárquico presenta importante
inconvenientes, que provienen principalmente de su rigidez, la
cual deriva de la falta de capacidad de las organizaciones
jerárquicas para representar sin redundancias ciertas
estructuras muy difundidas en la realidad, como son las
interrelaciones reflexivas y N:M.

La poca flexibilidad de este modelo puede obligar a la
introducción de redundancias cuando es
preciso instrumentar, mediante el modelo jerárquico,
situaciones del mundo real que no responden a una
jerarquía; así ocurre con el esquema no
jerárquico de la figura 10 cuando se quiere adaptar al
modelo jerárquico, donde es preciso crear dos
árboles e introducir redundancias, ya que los registros D,
H e I aparecen en ambas jerarquías. Se trata de una pobre
solución de diseño.

Se puede calcular un índice de redundancia
mediante

Ir -?N?. Nodos extra x 100

N?. Total de nodos

En nuestro caso, el índice de redundancia se
calcularía como

Ir -?3 x 100 -?20%

La redundancia que hemos calculado es una redundancia
lógica
que, en general, no coincide con la redundancia física. Esto es
debido a que al almacenar los datos en el dispositivo
físico no se suelen repetir los registros completos, sino
sólo los identificadores, o bien se introducen
punteros.

En general, los productos ofrecen algún tipo de
solución a estos problemas.

Otra limitación importante del modelo
jerárquico es no estar preparado para representar
interrelaciones N:M, como la existente entre profesores y
alumnos.

Además del grave problema que provocan estas
redundancias no controladas por el sistema, existe
otro importante inconveniente en este tipo de solución
como es la no conservación de las simetrías
naturales existentes en el mundo real.

Las actualizaciones en las bases de datos
jerárquicas pueden también originar problemas,
debido a las restricciones inherentes al modelo:

– Toda alta, a no ser que corresponda a un nodo
raíz, debe tener un padre. Por ejemplo, sería
imposible insertar en la base de datos de un alumno que
aún no tuviera asignado profesor.

Se podría resolver el problema creando un padre
ficticio para este registro, pero con ello se complicaría
la labor del usuario de la base de datos, que tendría,
cuando deseara conectar el registro a su padre real, que
eliminarlo de la base de datos y volver a introducirlo ligado a
su verdadero padre Además, el sistema no podría
distinguir entre padre ficticio y real y cuando contara el
número de profesores de la base de datos nos daría
uno más.

– La baja de un registro implica que desaparezca todo el
subárbol que tiene dicho registro como nodo raíz,
con lo que pueden desaparecer datos importantes que
convendría conservar en la base de datos.

Los SGBD basados en el modelo jerárquico suelen
facilitar instrumentos que los dotan de una mayor flexibilidad
para representar estructuras no estrictamente
jerárquicas.

Por lo que respecta a las restricciones de usuario, el
modelo jerárquico no ofrece ninguna posibilidad de
definirlas.

En cuanto a las ventajas proporcionadas por los SGBD de
tipo jerárquico, cabe citar su sencillez de
comprensión y la mayor facilidad de instrumentación en los soportes
físicos, aunque esto depende en gran medida de los
productos.

Transformación
de un esquema e/r en un esquema jerárquico

Ya se han señalado los inconvenientes que
presenta el modelado del mundo real según esquemas
jerárquicos,

y también hemos indicado una técnica de
diseño jerárquico que consiste en introducir
redundancias.

Se podría evitar la pérdida de
simetrías introduciendo mucha mayor redundancia, como se
muestra en la

Figura 13, donde se presenta la transformación de
un esquema E/R con dos entidades y una interrelación N:M
es un esquema jerárquico en el que existen dos
árboles, de modo que se conservan las simetrías
naturales, ya que los algoritmos
para dos preguntas simétricas, como son recuperar los
alumnos de un profesor y recuperar los 10 profesores de un
alumno, serían también
simétricos.

Soluciones de este tipo no son en absoluto
eficientes.

A partir del modelo E/R, vamos a analizar la forma de
transformar algún tipo, de interrelaciones al modelo
jerárquico.

A) Interrelaciones 1:N con cardinalidad mínima 1
en la entidad padre.

En este caso no existe ningún problema y el
esquema jerárquico resultante será
prácticamente el mismo que en el ME/R.

B) Interrelaciones 1:N con cardinalidad mínima 0
en el registro propietario.

El problema es que podrían existir hijos sin
padre, por lo que o se crea un padre ficticio para estos casos o
se crean dos estructuras arborescentes.

La primera estructura arborescente tendrá como
nodo padre el tipo de registro A y como nodo hijo los
identificadores del tipo de registro B. De esta forma no se
introducen redundancias, estando los atributos de la entidad B en
la segunda arborescencia, en la cual sólo existiría
un nodo raíz B sin descendientes.

C) Interrelaciones N:M

La solución es muy parecida, creándose
también dos arborescencias.

La solución es independiente de las
cardinalidades mínimas. Se podría suprimir, en la
primera arborescencia o en la segunda, el registro hijo, pero no
se conservaría la simetría.

D) Interrelaciones reflexivas

La jerarquía a) se utilizaría siempre que
se desee obtener la explosión.

La aplicación de estas normas de
diseño evita la introducción de redundancias,
así como la pérdida de simetría, pero
complica enormemente el esquema jerárquico resultante que
estará constituido por más de un árbol, lo
que no resulta fácilmente comprensible a los
usuarios.

La función de
manipulación de datos en los modelos
jerárquicos

La manipulación de datos jerárquicos
necesita localizar (seleccionar) primero los datos sobre
los que va a trabajar para realizar a continuación la
acción
de recuperación o actualización sobre dichos
datos.

A) Localización o selección.

La función de selección jerárquica
es de tipo navegacional, es decir, trabaja registro a registro.
Dada la sencillez del modelo, la función de
selección es también muy sencilla, existiendo
únicamente las siguientes formas básicas de
búsqueda:

– Seleccionar un determinado registro que cumpla una
cierta condición. en el lenguaje
DL/I se realizará este tipo de selección mediante
una sentencia (GET UNIQUE -GU-) que activará el primer
registro que cumpla la condición especificada en el
predicado que acompaña a la sentencia.

– Seleccionar el siguiente registro, que se encuentra
perfectamente definido al existir un único camino
jerárquico. También en este caso se puede
especificar una condición que habrá de cumplir el
registro para ser seleccionado. En DL/I se utiliza una sentencia
(GET NEXT -GN-) que selecciona y, al mismo tiempo
recupera el siguiente registro en el pre orden.

– Seleccionar el siguiente registro dentro de un padre.
Esta sentencia (GET NEXT PARENT -GNP-) es análoga a la
anterior, pero la selección termina cuando no haya
más descendientes de ese padre.

– Seleccionar el registro padre de otro dado (que ha
sido activado previamente) se conoce como normalización jerárquica ascendente,
mientras que la selección de descendientes se llama
normalización jerárquica descendente.

B) Acción

Una vez seleccionado un registro, se tendrá que
realizar sobre él una acción, sea de
recuperación o de actualización.

La recuperación, que va asociada a la
selección en el DL/I, consiste en llevar el registro
marcado como activo en la selección realizada previamente
al área de entrada/salida. Se utiliza la sentencia
GET.

En cuanto a la actualización, es preciso
distinguir entre:

– Insertar un conjunto de datos (INSERT
-ISRT-)

– Borrar un conjunto de datos (DELETE
-DLET-)

– Reemplazar -modificar- uno o varios campos de
un registro (REPLACE -REPL-)

Debido a la naturaleza
jerárquica de las conexiones entre registros, las
inserciones y borrados de registros requieren consideraciones
especiales:

– Cuando un nuevo registro se inserta en una base de
datos jerárquica, excepto para la raíz, tiene que
ser conectado a un nodo padre previamente seleccionado mediante
alguna sentencia de selección. El nuevo registro se
inserta como hijo del registro padre seleccionado.

– Cuando un registro se borra en una base de datos
jerárquica, excepto si se trata de una hoja, se han de
borrar todos los registros descendientes de él.

El lenguaje de
manipulación jerárquico

Una instrucción de un lenguaje de
manipulación constará:

– Un operador que indica el tipo de operación a
realizar.

– Los datos sobre los que se lleva a cabo la
operación.

– Una condición, que servirá para
seleccionar el conjunto de datos sobre el que se desea trabajar,
y que es una expresión de tipo lógico, es decir,
constantes y variables
unidas por operadores de comparación y del álgebra de
Boole.

OTRO TIPO DE ESTRUCTURA
JERÁRQUICA

Conclusión

El modelo jerárquico de base de datos es uno de
los primeros en aparecer, solo podían modelar relaciones
pero se podía arreglar usando los Vínculos
Virtuales. Los vínculos virtuales posibilitan las
relaciones, el principal problema del este sistema es el de la
poca independencia
de los programas con
respecto al almacenamiento de
datos. La implementación de productos se efectúa
con punteros, esto facilitaba para que el usuario pueda conseguir
un diseño físico de la base de datos.

Autor:

Rogger Armando Larrea Moran