Một mô hình dữ liệu hướng đối tượng thời gian đối với tài liệu cấu trúc

MỘT MÔ HÌNH DỮ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG 
 THỜI GIAN ĐỐI VỚI TÀI LIỆU CẤU TRÚC 
Đỗ Quang Vinh 
Quách Tuấn Ngọc 
MỞ ĐẦU 
Thư viện số đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu tích cực bao gồm lưu 
trữ khối và các cơ chế truy nhập từ xa, cũng như tổ chức và tìm kiếm thông 
tin lưu trữ điện tử. Những đề xuất mới đối với thư viên số tiếp cận tới lưu trữ 
sách, báo, tạp chí định kỳ, bằng sáng chế, hồ sơ y học, sách hướng dẫn v v... 
Trong nhiều phạm trù, thành công của các đề xuất này thuộc về cách các tài 
liệu lưu trữ được phân loại và cách thông tin này được sử dung khi tìm kiếm 
chúng. Trong ngữ cảnh này, thông tin mô tả về một nguồn tin được gọi là siêu 
dữ liệu. Hầu hết siêu dữ liệu thông thường trợ giúp bởi các hệ thống hiện thời 
là tác giả, nhan đề, nhà xuất bản, chủ đề, ngày tháng, kiểu, nguồn tin. người 
đóng góp, vai trò, LSBN v.v... Các đầu mục này được lưu trữ một lần cùng 
với thông tin tham chiếu tới, chúng được chỉ số hóa và sử dụng trong khi tìm 
kiếm tài liệu. 
Trong công trình này, chúng tôi mở rộng phạm vi của siêu dữ liệu để 
mô tả hai đặc tính thêm vào của tài liệu: tổ chức lôgíc và chiều thời gian. Cả 
hai đặc tính được phát triển ở phần tiếp theo. Mục đích cuối cùng của công 
trình này là cung cấp một mô hình cơ sở dữ liệu thời gian để trợ giúp tất cả 
siêu dữ liệu và chỉ ra cách sử dụng nó trong khi tìm kiếm tài liệu. Hệ thống đ-
ưa ra sẽ cho phép người dùng thư viện số nhận được các lợi ích nâng cao từ 
các kho tài liệu của nó. 
TÀI LIỆU LỊCH SỬ 
Chúng tôi coi các tài liệu lịch sử là giữ thông tin liên quan với thời gian 
chúng được tạo ra và sẽ có ích trong tương lai. Trong nhóm này, có báo, tạp 
chí định kỳ bằng sáng chế và v v... Để trợ giúp lưu trữ và tìm kiếm chúng, 
chúng tôi định nghĩa một mô hình cho tài liệu lịch sử được phác thảo dưới 
đây. 
Thứ nhất, ta xem xét cấu trúc phức tạp của tài liệu. Đối với mỗi một 
lớp tài liệu có định nghĩa cấu trúc chung. Nghĩa là một hệ thống kiểu gốc đối 
với tài liệu bù hệ thống kiểu hướng đối tượng thông thường ở hai nghĩa: cho 
phép đối với bộ được sắp thứ tự và cung cấp hợp của các kiểu. Mặt khác, dù 
rằng các tài liệu không tiến hoá, ba chiều thời gian khác nhau có thể được xác 
định cho tài liệu lịch sử: 
- Tài liệu có thể được nhóm lại bằng kiểu mà các đặc tính của nó có thể 
thay đổi theo thời gian. Điều này có thể được hiểu như là loại lược đồ hoặc 
kiểu tiến hoá nào đó. Ví dụ, báo thường thay đổi cách trình bày và tổ chức của 
nó. 
- Mỗi một tài liệu xuất bản hoặc biên tập tại một thời điểm đã biết. Các 
đặc tính của chúng phù hợp với định nghĩa kiểu hiện thời tại thời gian đó. 
Theo ví dụ trước, chúng tôi nhận thấy mỗi một báo được đề ngày tháng và địa 
phương, cách trình bày của nó tương xứng với định nghĩa hiện thời về kiểu tại 
ngày tháng đó. 
- Chiều thời gian cuối cùng quy về thời gian người dùng tài liệu xem 
xét nội dung của nó là hợp lệ hoặc cập nhật. Ví dụ, trong một báo, dự báo thời 
tiết sẽ đúng cho hai ngày tiếp theo trong khi tin về một vụ án sẽ đúng trong 
toàn bộ quá trình xét xử. 
Tất cả thông tin xác định tổ chức và các chiều thời gian của tài liêu lịch 
sử nằm trong phạm vi của siêu dữ liệu. Trong bài báo này, chúng tôi thảo luân 
cách biểu diễn dữ liêu. Khi tích hợp siêu dữ liệu và tài liệu vào trong một mô 
hình dữ liệu đơn giản, một kiến trúc hai mức cần xuất hiện. Ở lớp trên siêu dữ 
liệu biểu diễn thông tin về tài liệu lưu trữ ở lớp dưới. Điều này tạo thành tính 
mới lạ chủ yếu của mô hình dữ liệu đã đề nghị. 
MÔ HÌNH DỮ LIỆU ĐỐI VỚI TÀI LIỆU LỊCH SỬ 
Trong phần này, trình bày một mô hình dữ liệu hình thức đối với tài 
liệu lịch sử như đã định nghĩa. Bên trong một mô hình dữ liệu hướng đối tư-
ợng, chúng tôi dùng siêu lớp để bao hàm các đặc tính thời gian và hành vi mô 
tả lịch sử của các kiểu tài liệu và đối tượng. 
Kiểu hệ thống 
Mô hình dữ liệu đã đề nghị dựa vào hai kiểu hệ thống khác nhau, mang 
tên: MTS và DTS. Kiểu trước được dành cho định nghĩa kiểu siêu dữ liệu, 
trong khi kiểu sau được dành cho mô tả kiểu tài liệu. Sự phân chia thành hai 
hệ thống được làm bởi vì các tài liệu và siêu dữ liệu của chúng đưa ra các ký 
hiệu cú pháp hoàn toàn khác nhau. Tập hợp tất cả định danh duy nhất đối tư-
ợng được biểu thị bằng Ql và tập hợp tất cả tên lớp tài liệu bằng Cl. 
Kiểu hệ thông MTS 
Kiểu hệ thống MTS tuân theo cú pháp sau đây: 
 = ATOMIC {time} [A1: 1, An; n] { } 
trong đó kiểu nhóm ATOMIC chứa tất cả kiểu nguyên tử như là 
integer, real, char, string v v..., time là kiểu chỉ định miền thời gian, interval 
là kiểu chỉ định miền khoảng thời gian, A1: 1 An: n ] là bộ xây dựng và {  
} là tập hợp xây dựng. 
Các miền giá trị của kiểu nguyên tử và cấu trúc theo ngữ nghĩa là 
thông thường cho trước trong mô hình dữ liệu giá trị phức tạp. Về phương 
diện này, để nhận được miền của một MTS kiểu , hàm dom( ) được định 
nghĩa. Vì vậy, dom (time) là một tập hợp giá trị đẳng cấu với tập số nguyên. 
Các khoảng thời gian sau đó được dịch như là tập thời điểm liên tục, qua đó 
các toán tử lý thuyết tập hợp (như ,  và  được sử dụng để định nghĩa các 
quan hệ thời gian cơ bản. Miền này được biểu diễn hình thức như sau: 
dom (time)  TIME= {0,1,2,3,4,5,6,...,now,...} 
dom (interval  (INT ={[x,y] 1 x,y  TIME, x y} 
Kiểu hệ thống DTS 
Cú pháp của kiểu DTS như sau: 
 := DATA ICLASS { (1{.}(m )} 
 + * ? [A1 :  1,Am: m  
Ở đây, mỗi một kiểu DATA là một kiểu multimedia như văn bản, tranh 
ảnh, đồ thị, .v.v... Mỗi một kiểu CLASS là một tên lớp từ Cl. Cả hai tập hợp 
kiểu gồm có tập hợp kiểu dữ liệu cơ bản theo quan điểm của các kiểu cấu trúc 
được định nghĩa sau đây: 
1 . Phần tử 1 biểu diễn hợp của các kiểu và cho dãy kiểu dữ liệu 1m 
2. Thành phần hậu tố + biểu thị thành phần được kỳ vọng xuất hiện tối 
thiểu một lần, * chỉ định thành phần có thể xuất hiện 0 hoặc nhiều lần hơn và 
? biểu thị thành phần có thể xuất hiện 1 lần hoặc 0 lần. 
3. Cấu trúc cây được tạo thành với các bộ được sắp xếp lồng nhau dùng 
các tên thuộc tính Ai như là các nút khái niệm. 
Nhận xét rằng kiểu hệ thống DTS tương tự với ngôn ngữ định nghĩa 
kiểu dữ liệu DTD của SGML. Thật vậy, cả hai chủ yếu nhằm tới biểu diễn 
cấu trúc chung tài liệu theo quan điểm linh hoạt bằng một cú pháp dựa vào 
ngữ pháp. 
Kiểu hệ thống DTS được có xu hướng trình bày tất cả kiểu tài liệu lịch 
sử. Điều này nghĩa là mỗi một kiểu tài liệu liên quan tới một khoảng thời gian 
nó có thể được sử dụng. Một cách nhất quán, các giá trị sinh ra cho mỗi một 
kiểu lịch sử cũng phải phụ thuộc thời gian. Về phương diện này, { } ký hiệu 
tập giá trị hợp lệ của một DTS kiểu  tại một thời điểm cho trước t. Hàm này 
là ấn bản thời gian của hàm dom đã định nghĩa cho kiểu hệ thống MTS. 
Siêu lớp 
Từ một quan điểm khái niệm, một siêu lớp là một lớp của các lớp. Nói 
cách khác, một siêu lớp trừu tượng hoá các đặc tính thao tác và cấu trúc thông 
thường của một tập hợp các lớp. Vì vậy, một siêu lớp được định nghĩa như là 
một bộ 5: 
MC = 
trong đó: id là định danh của siêu lớp, meta_type là một kiểu MTS, 
c_meth là một tập ký hiệu phương thức đã định nghĩa qua kiểu hệ thống MTS, 
min_ type là một kiểu DTS và o _meth là một tập ký hiệu phương thức đã 
định nghĩa qua kiểu DTS. 
Trạng thái của một lớp biểu diễn siêu dữ liệu của nó, được định nghĩa 
trong thành phần của siêu lớp meta_type. Mặt khác, hành vi của một siêu lớp 
được định nghĩa bằng tập phương thức c_ meth. Trong số khác, những điều 
này bao gồm tạo ra các trường hợp và kiểm tra sự nhất quán của chúng. Đồng 
thời, mỗi một siêu lớp bao gồm một phân cấp lớp chỉ có một gốc liên quan tới 
kiểu min_ type và tập phương thức o_ meth: Về hướng này tất cả lớp của một 
siêu lớp chia sẻ một kiểu và hành vi thông thường. 
Do bản chất của các ứng dụng gần kề, hành vi cơ bản của toàn thể mô 
hình dữ liệu có thể được biểu diễn ở mức siêu lớp. Chú ý rằng hầu hết thao 
tác chính bao hàm trong thư viện số được rút gọn về chèn tài liệu mới và tìm 
kiếm tài liệu lưu trữ. Đây là lý do ở phần còn lại của bài báo, phần thao tác 
của mô hình dữ liệu bị bỏ qua. 
Cuối cùng, chúng tôi giả sử rằng các siêu lớp không thể tạo thành hệ 
thống phân cấp, đó là mật độ siêu lớp hoàn toàn là rời rạc. Điều này đảm bảo 
rằng mật độ đối tượng không tham gia vào các hệ thống phân cấp khác nhau. 
Đáng chú ý là tính bất biến này đặc biệt thích hợp với các ứng dụng của 
chúng ta vì cơ sở tài liệu đối với thư viện số cần quản lý các loại dữ liệu rất 
khác nhau (như multimedia, tài liệu có cấu trúc, v.v...) phải được sắp xếp 
trong hệ thống phân cấp rời rạc. 
Lớp 
Như đã chú ý trước đó, các kiểu tài liệu lịch sử có thể tiến hoá theo thời 
gian. Nói riêng, các lớp tài liệu đượctrợ giúp để thay đổi như là siêu dữ liệu 
mới và các thành phần cần được trợ giúp đối với chúng. Đặc tính này dẫn 
chúng ta tới xác định ngữ nghĩa phụ thuộc thời gian đối với lớp, sự kế thừa và 
lược đồ cơ sở dữ liệu. 
Chúng tôi định nghĩa một ký hiệu lớp như là bộ 5 sau đây: 
C = 
trong đó: 
- id là định danh lớp. 
- lifespan là giá trị của INT chỉ định thời gian hợp lệ của lớp, 
- type là giá trị từ {historic, static} chỉ định nếu lớp tiến hoá, 
history là một bộ 4 như sau: 
(h-type= (1@in),c_state = (v1@j1,vk@jk) 
i_ ext= (p1 @i1pn@in), m-ext =(p* 1 @ i1 p *n @in), 
trong đó: 1n ký hiệu các kiểu DTS, (1 ...(k ký hiệu các giá trị MTS, 
p1'pn , p*1 p*n là các tập hợp định danh đối tượng từ O1 và i1 ...in, 
j1jk là các khoảng thời gian từ LNT. Ở đây, thành phần h-type biểu diễn 
lịch sử của kiểu C. Thành phần c-state biểu diễn lịch sử của trạng thái lớp. 
Cuối cùng, i-ext chứa mật độ thích hợp và m_ ext chứa mật độ mở rộng. Các 
khoảng của các chuỗi này phải nối tiếp nhau sao cho chúng là rời rạc và thành 
phần của chúng trùng khớp với lifespan của C. Chú ý rằng các khoảng của h- 
type, ext và p_ ext tạo thành dãy thời gian như nhau. 
- mc là siêu lớp mà lớp C thuộc vê nó. 
Như là một trường hợp siêu lớp, một lớp phải là một trường hợp nhất 
quán. Vì thế, tất cả trạng thái lịch sử của một lớp phải là các giá trị tương 
thích với kiểu siêu lớp của nó. Một cách hình thức, với điều kiện M là siêu 
lớp mà một lớp C thuộc về nó, điều kiện sau đây phải thoả mãn: 
đối với mỗi một (v @i)  C.his- tory. C_state, (v “dom(M.meta_type) 
Đối tượng 
Khác lớp, đối tượng của mô hình dữ liệu không tiến hoá theo thời gian. 
Đặc biệt là, cả sự cập nhật lẫn sự di trú đối tượng là không được phép ở thư 
viện số tài liệu lịch sử. Tuy nhiên, như đã mô tả ở mở đầu, các đối tượng biểu 
thị hai chiều thời gian: thời gian biên tập và thời gian hợp lệ. Thời gian trước 
là một thời điểm phục vụ để gắn mỗi một đối tượng với kiểu của nó trong khi 
thời gian sau biểu diễn khoảng thời gian đối tượng được coi là cập nhật hoặc 
hợp lệ. Về các quan niệm trên, một ký hiệu đối tượng được liên kết với bộ 5 
sau đây: 
O = 
trong đó oid  OI là định danh đối tượng, e_time là một thời điểm, v_ 
time là một khoảng thời gian, value là một giá trị từ kiểu hệ thống DTS và 
c_id là tên của lớp đặc trưng nhất mà đối tượng O thuộc về nó tại thời điểm 
e_time. 
Định nghĩa tính nhất quán đối tượng: một đối tượng O được coi là 
nhất quán nếu 
O value  {type(O.c_id,t)} t với t = O, e_ time 
Định nghĩa tập đối tợng nhất quán: một tập OBJ là một tập nhất 
quán của các đối tượng nếu các điều kiện sau đây thoả mãn: 
1 . Đối với tất cả đối tượng o  OBJ, o là một đối tượng nhất quán, 
2. Đối với mỗi một cặp o, o’  OBJ, nếu o.oid=o'.oíd thì o.e_time= 
o'e_time, o.v =o'.v và o. vt= o’ vt, 
3. Đối với tất cả đối tượng o  OBJ, mỗi một định danh ở ref (o) phải 
được chứa trong I(OBJ), 
4. Đối với mỗi một cặp o,o'OBJ, nếu o’.oidref(o) thì o.e_time=o'.e_ 
time, 
5. Đối với mỗi một cặp o.o'  OBJ, nếu o'.oid  ref(o) thì o’ v-time  
o.v_time 
Điều kiện 1 tính cho tính nhất quán của các đối tượng cô lập, điều kiện 
2 tính cho tính đồng nhất đối tượng và điều kiện 3 tính cho tính toàn vẹn tham 
chiếu. Các điều kiện 4 và 5 là các ràng buộc về sự kết hợp hệ thống phân cấp 
của các đối tượng đã mô tả trước đây. 
Sự kế thừa 
Hệ thống phân cấp lớp cho phép người dùng xác định các quan hệ kế 
thừa giữa các lớp. Trong mô hình dữ liệu, một lớp có thể chỉ liên quan tới các 
lớp khác thông qua sự kế thừa nếu quãng đời của nó xuất hiện trong quãng 
đời của các siêu lớp của nó. Hơn nữa, do sự tiến hoá lớp, quan hệ này không 
cần giữ gìn trong toàn bộ quãng đời của lớp con. 
Ở đây, một hệ thống phân cấp lớp được định nghĩa là bộ , 
trong đó CL là một tập tên lớp và < is - A là một quan hệ tam nguyên tạo 
thành bằng các cặp lớp từ CL và khoảng thời gian từ INT. Mỗi một bộ <c, c’, 
i> từ < is-A được dịch vì c là một lớp con của c' trong khoảng thời gian i. Vì 
vậy, điều kiện sau đây phải đúng đối với quan hệ này: 
 i  lifespan(c)  (lifespan(c’) 
Như quan hệ < is-A, quan hệ kiểu phụ ký hiệu với < t là một quan hệ 
tam nguyên tạo thành bởi các cặp kiểu từ DTS và thời điểm từ TIME. Cả hai 
quan hệ< is-A và < t phải liên quan với nhau nhất quán để tạo thành các hệ 
thống phân cấp lớp nhất quán. Các định nghĩa sau đây định nghĩa các ràng 
buộc như thế giữa hai quan hệ. 
Định nghĩa hợp thành trong: một hệ thống phân cấp lớp <CL, < is- A 
> là hợp thành trong không chắc chắn đối với mỗi một  < is-A 
chứa type (c,t), type(c'.t),t>  < t đối với mọi t  i. 
Định nghĩa hợp thành ngoài: một hệ thống phân cấp lớp <CL, <is -A 
> là hợp thành ngoài không chắc chắn đối với mỗi một , i > <is- A 
chứa  *(c,t)  (*(c,t) đối với mọi t  i. 
Cơ sở dữ liệu tài liệu lịch sử 
Phần này liên kết đồng thời tất cả định nghĩa trước đây để đưa vào 
công thức đối với một cơ sở dữ liệu tài liệu lịch sử. Theo các mô hình cơ sở 
dữ liệu hướng đối tượng khác, chúng tôi phân biệt giữa lược đồ của cơ sở dữ 
liệu (tập lớp) và trường hợp của nó (tập đối tượng) . Lược đồ bao gồm các 
định nghĩa về siêu lớp đem lại các hệ thống phân cấp lớp rời rạc và cấu trúc 
thông thường đối với các trạng thái lớp của chúng. Như vậy, ký hiệu cho một 
lược đồ cơ sở dữ liệu được định nghĩa nh sau: 
Schema = 
trong đó MCL là một tập hợp các định nghĩa siêu lớp. Cl-Def là một tập 
hợp các định nghĩa lớp nhất quán tạo thành một hệ thống phân cấp lớp hợp 
thành trong nằm dưới quan hệ kế thừa < ls-A. Mặt khác, một cơ sở trường 
hợp của lược đồ cơ sở dữ liệu ở trên là một tập đối tượng nhất quán OBJ như 
được định nghĩa ở phần 2.4. Thêm vào, hệ thống phân cấp lớp tạo thành bởi 
lược đồ phải là hợp thành ngoài đối với OBJ. 
KẾT LUẬN 
Một thư viện như là một cơ sở dữ liệu tài liệu lịch sử hướng đối tượng 
thời gian trợ giúp siêu dữ liệu, đóng vai trò nổi bật ở các thư viện số hiện 
thời. Sự khác nhau với các đề xuất khác là mô hình tích hợp và đồng thời 
phân biệt giữa siêu dữ liệu và phần còn lại của các thuộc tính và nội dung tài 
liệu (như khoá, nhan đề v.v...). bỏ qua phần còn lại của thông tin về tài liệu 
lưu trữ. Mặt khác, các mô hình dữ liệu hướng đối tượng hiện thời không trợ 
giúp siêu dữ liệu như mô tả ở đây. Cách dùng siêu dữ liệu trong cách tiếp cận 
cho phép nâng cao các ứng dụng tài liệu trước đây theo một số hướng. Thứ 
nhất, lưu trữ và chiếu các nội dung toàn phần của tải liệu với tổ chức gốc của 
chúng. Thứ hai, một chiều thời gian (v-time) đã được thêm vào đề làm cho 
thuận tiện đặc tả về các quan hệ thời gian giữa các tài liệu được tìm kiếm. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. C J.DATE, An Introduction to Database Systems, 6th Ed., Ad- dision-
wesley, 1995. 
2. V.S. SUBRAMANIAN, Principles of Multimedia Database System, 
Morgan Kaufmann, 1998. 
3. ĐỖ TRUNG TUẤN. Cơ sở dữ liệu, Nhà xuất bản Giáo dục, 1998. 
4. A.CHILVERS, J.Feather, The management of digital data: a metadata 
approach, The Electronic Library. 16 (1 998) 365-372.