【概述】
数据库领域主流的逻辑模型随着时代的发展不断在变化，格式化模型（层次模型、网状模型）在 20 世纪 70 年代到 80 年代初期十分流行，占据主导地位，但现在已逐渐被关系模型的数据库系统取代
同时，自 80 年代面向对象技术在计算机各领域广泛应用后，数据库领域针对于面向对象方法也进行了研究，这就有了面向对象模型，之后为进一步支持面向对象模型，许多数据库厂商对关系模型进行了扩展，这就产生了对象关系数据模型
随着 Internet 的发展，Web 上各种半结构化、结构化数据源成为了重要的信息来源，这又促进产生了半结构化数据模型和非结构数据模型
限于篇幅，本篇仅简单介绍基本已被淘汰的格式化模型
【层次模型】
介绍
层次模型是最早出现的逻辑模型，其和概念模型最接近，用树形结构来表示各类实体以及实体间的关系，典型代表是 IBM 公司的 IMS 数据库管理系统
层次模型的数据结构简单清晰，查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型，还提供了良好的完整性支持，但多对多联系表示不自然，对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂，查询子结点必须通过父结点，结构严密，层次命令趋于程序化
数据模型组成要素
层次模型的数据结构满足以下两个基本条件：
- 有且仅有一个结点没有父结点，这个结点称为根结点
- 根结点以外的结点有且仅有一个父结点
在层次模型进行表示时，采取如下方法：
- 实体型：用记录类型描述，每个结点表示一个记录类型（实体）
- 属性：用字段描述，每个记录类型包含若干字段
- 联系：用结点间的连线表示实体间的一对多的父子联系
如下图，是一个教员学生层次模型，该模型有 4 个记录类型，代表着 4 个不同的实体，每个类型根据实际需要划分为若干字段，每个字段代表一个属性，每个实体之间的连线代表着彼此间的关系
下图是教员学生层次模型对应的一个值
层次模型的数据操纵主要有：查询、插入、删除、更新
在进行插入、删除、查询操作时，要满足层次模型的完整性约束条件，即：
- 插入：没有父结点值，就不能插入子结点值
- 删除：删除父结点值，要删除相应子结点值
- 查询：查询子结点值，必须通过父结点值查询
通过上述介绍可以发现，层次模型只能处理一对多的实体联系，同时，任何记录值只有按路径查看时，才能显示其全部意义，此外，任何一个子结点记录值都不可脱离父结点记录值独立存在
多对多联系的表示
如果想要用层次模型表示多对多的实体联系，那么就要将多对多联系分解成一对多联系，间接来表示多对多联系，常见的方法有冗余结点法、虚拟结点法
如下图所示，是一个学生选课的多对多联系
当采用冗余结点法转换为一对多联系时，有：
当采用虚拟结点法转换为一对多联系时，有：
存储结构
层次模型的存储需要存储数据本身和数据间的联系，有邻接法、链接法（孩子-兄弟链接法、层次序列链接法）两种方法
邻接法是按照层次树前序遍历的顺序将所有记录值依次邻接存放，即通过物理空间的位置相邻来实现层次顺序
孩子-兄弟链接法是将每个记录设两类指针，分别指向最左边的孩子和最近的兄弟
层次序列链接法是按层次树的前序穿越顺序链接各记录值
【网状模型】
介绍
网状数据库系统采用网状模型作为数据的组织方式，典型代表是 DBTG 系统（CODASYL 系统），其是数据系统语言研究会（CODASYL）下属的数据库任务组（Database Task Group，DBTG）提出的一个系统方案，其并不是一个实际的数据库系统软件，其基本概念、方法、技术具有普遍意义，后续不少系统均采用 DBTG 模型作为实际的网状模型
网状模型能够更为直接地描述现实世界，其具有良好的性能，存取效率较高，但结构比较复杂，且随着应用环境的扩大，数据库的结构越来越复杂，不利于用户掌握，同时，DDL、DML 语言复杂，不容易使用，此外，记录类型联系变动后涉及链接指针的调整，扩充和维护都比较复杂
数据模型组成要素
网状模型的数据结构满足以下两个基本条件：
- 允许一个以上的结点没有父结点
- 一个节点可以有多个父结点
在网状模型进行表示时，采取如下方法：
- 实体型：用记录类型描述，每个结点表示一个记录类型（实体）
- 属性：用字段描述，每个记录类型包含若干字段
- 联系：用结点间的连线表示实体间的一对多的父子联系
网状模型中子结点与父结点的联系可以不唯一（层次模型中的联系必须唯一），这就要求为每个联系进行命名，并指出与该联系有关的父亲记录和孩子记录
如下图，是一个学生选课数据库的网状模型
网状模型的数据操纵主要有：查询、插入、删除、更新
但网状模型的完整性约束条件不像层次模型那么严格，具体的数据库系统有着不同的限制，以 DBTG 来说，其在模式数据定义语言中提供了定义 DBTG 数据库完整性的若干概念和语句，主要有：
- 记录码：唯一标识记录的数据项的集合
- 一个联系中父记录与子记录间是一对多联系
- 支持父记录与子记录间的某些约束条件（子记录插入时要求父记录存在、父记录删除时连同子记录一起删除等）
多对多联系的表示
如果想要用网状模型表示多对多的实体联系，那么就要将多对多联系分解成一对多联系，间接来表示多对多联系
例如：一个学生可以选修若干门课程，某一课程可以被多个学生选修，学生与课程之间是多对多联系
为在网状模型中表示这种多对多联系，可以引进一个学生选课的联结记录，其由 3 个数据项组成：学号、课程号、成绩，从而表示某个学生选修某一门课程及其成绩
存储结构
网状模型的存储需要存储数据本身和数据间的联系，常用的方法有：单向链接、双向链接、环状链接、向首链接
如下图，是一个学生选课系统的网状数据库实例，其中，左侧为学生记录，右侧为课程记录，中间为选课记录
【关于格式化模型】
实质上，层次模型可以认为是网状模型的一种特例，因此两者被统称为格式化模型
两者有许多共同的缺点：
- 使用了许多与数据操作任务无关的概念，如：DBTG 系统中的系
- 记录之间的联系是通过存取路径实现的，在访问数据时必须选择适当的存取路径，这要求必须了解系统结构的细节，加重了编写应用程序的负担
- 不支持集合处理，即未提供一次处理多个记录的功能
- 没有充分认识端点用户直接与数据库对话的需求，缺乏为适应非预期查询而增加系统设施的能力
