आँकड़ाकोश वास्तुकला व उन्नत आँकड़ा प्रतिरूप

GATE के तीन उधार लिए आँकड़ाकोश अध्याय ER प्रतिरूप, संबंधात्मक बीजगणित/कैलकुलस, SQL, सामान्यीकरण, अनुक्रमण व अभिलेन-देन GATE की गहराई पर ढकते हैं — वह मूल संबंधात्मक सामग्री जो NET की इकाई 4 भी पूछती है। NET उससे आगे जो पूछता है वही इस अध्याय का विषय है: त्रि-स्कीमा वास्तुकला व आँकड़ा-स्वतंत्रता जो यह ढाँचा देती है कि संबंधात्मक आँकड़ाकोश इसी ढंग से क्यों संगठित है, तथा 'उन्नत' आँकड़ा-प्रतिरूपों का पूरा परिवार — कालिक, मल्टीमीडिया, निगमनात्मक, XML/इंटरनेट, मोबाइल व वितरित आँकड़ाकोश, तथा भौगोलिक सूचना तंत्र — जिन्हें GATE CS बिल्कुल नहीं परखता।

त्रि-स्कीमा वास्तुकला व आँकड़ा-स्वतंत्रता

ANSI-SPARC त्रि-स्कीमा वास्तुकला
स्तरवर्णित करता है
बाह्य स्कीमाहर उपयोगकर्ता/अनुप्रयोग का आँकड़े का अपना दृश्य — अनेक बाह्य स्कीमा विद्यमान हो सकते हैं, प्रत्येक केवल वही दिखाते हुए जो उस उपयोगकर्ता को चाहिए।
प्रत्ययात्मक स्कीमापूरे आँकड़ाकोश की तार्किक संरचना — सभी संस्थाएँ, संबंध व प्रतिबंध — किसी एक अनुप्रयोग से स्वतंत्र व भौतिक भंडारण से स्वतंत्र।
आंतरिक स्कीमावास्तविक भौतिक भंडारण: फ़ाइल संगठन, अनुक्रमणिकाएँ, अभिगम-पथ — आँकड़ा डिस्क पर वस्तुतः कैसे संचित है।
🎯 आँकड़ा-स्वतंत्रता ठीक इन्हीं स्तरों के विरुद्ध परिभाषित है
तार्किक आँकड़ा-स्वतंत्रता वह क्षमता है कि प्रत्ययात्मक स्कीमा बदली जाए (उदा० नया संस्था-प्रकार जोड़ें) बिना उस पर बने बाह्य स्कीमा/अनुप्रयोग-प्रोग्रामों को पुनर्लिखने की आवश्यकता के। भौतिक आँकड़ा-स्वतंत्रता वह क्षमता है कि आंतरिक स्कीमा बदली जाए (उदा० फ़ाइल-संगठन बदलें, अनुक्रमणिका जोड़ें) बिना प्रत्ययात्मक स्कीमा को तनिक भी बदले। भौतिक आँकड़ा-स्वतंत्रता व्यवहार में प्राप्त करना सरल है, क्योंकि प्रत्ययात्मक स्तर आरंभ से ही भंडारण-विवरण के किसी संदर्भ के बिना अभिकल्पित होता है — तार्किक स्वतंत्रता कठिनतर गारंटी है, क्योंकि अनुप्रयोग-कोड प्रायः प्रत्ययात्मक स्कीमा के ठीक आकार पर निर्भर करता है।

कालिक, मल्टीमीडिया, निगमनात्मक व XML/इंटरनेट आँकड़ाकोश

  • कालिक आँकड़ाकोश केवल वर्तमान स्थिति संचित करने के बजाय यह ट्रैक करते हैं कि आँकड़ा समय के साथ कैसे बदलता है — वैध समय (जब कोई तथ्य वास्तविक जगत् में सत्य था) व लेन-देन समय (जब वह आँकड़ाकोश में अभिलिखित हुआ) पृथक आयाम के रूप में ट्रैक किए जाते हैं, क्योंकि पिछले वर्ष सत्य रहे तथ्य के विषय में आज दर्ज सुधार को दोनों चाहिए।
  • मल्टीमीडिया आँकड़ाकोश छवियाँ, ऑडियो, वीडियो व अन्य असंरचित/द्विआधारी विषय-वस्तु संचित व प्रश्न करते हैं, सामान्यतः ठीक-मेल प्रश्नों के बजाय विषय-वस्तु-आधारित पुनर्प्राप्ति चाहते हुए (इस जैसी छवियाँ खोजें), क्योंकि मीडिया की बाइट-दर-बाइट तुलना विरले ही वह होती है जो प्रश्न वस्तुतः चाहता है।
  • निगमनात्मक आँकड़ाकोश संचित तथ्यों को तार्किक नियमों से संवर्धित करते हैं, तथा नियमों से नए तथ्य अनुमानित (प्रोलॉग-सदृश, तर्क-प्रोग्रामन उपागम) कर प्रश्नों के उत्तर देते हैं — यही निगमनात्मक आँकड़ाकोश को सादे संबंधात्मक आँकड़ाकोश से अलग करता है, जो केवल पहले से संचित तथ्य लौटा सकता है, उन पर नियमों से अनुमानित तथ्य कभी नहीं।
  • XML/इंटरनेट आँकड़ाकोश व मोबाइल आँकड़ाकोश: XML की स्व-वर्णनात्मक, पदानुक्रमिक (वृक्ष-आकार) संरचना अर्ध-संरचित वेब आँकड़े हेतु उपयुक्त है, जिसे कठोर संबंधात्मक प्रतिरूप बुरी तरह सेवा देता है; मोबाइल आँकड़ाकोश को अतिरिक्त रूप से आंतरायिक संयोजकता व वियोजित प्रचालन सँभालना है, संयोजकता लौटने पर आँकड़ा प्रतिकृत कर बाद में तुल्यकालित/मेलमिलाप करते हुए।
  • भौगोलिक सूचना तंत्र (GIS) पारंपरिक गुण-आँकड़े के साथ स्थानिक आँकड़ा (वास्तविक-जगत् निर्देशांकों से बँधे बिंदु, रेखाएँ, बहुभुज) संचित करते हैं, तथा स्थानिक संकारक व स्थानिक अनुक्रमणिकाएँ (उदा० R-वृक्ष) चाहते हैं जिन्हें सादे संबंधात्मक इंजन की B+-वृक्ष अनुक्रमणिकाएँ दक्षतापूर्वक उत्तर देने हेतु नहीं बनी हैं — '2 किमी के भीतर सभी रेस्तराँ खोजें' स्थानिक प्रश्न है, किसी सामान्य गुण पर समता या परास प्रश्न नहीं।

वितरित आँकड़ाकोश व क्लाइंट-सर्वर वास्तुकला

वितरित आँकड़ाकोश एक तार्किक आँकड़ाकोश है जिसका आँकड़ा भौतिक रूप से नेटवर्क से जुड़े कई स्थलों में फैला है, उपयोगकर्ताओं को एक एकीकृत आँकड़ाकोश के रूप में प्रकट होते हुए (वितरण-पारदर्शिता)। आँकड़े को खंडित किया जा सकता है (संबंध क्षैतिज खंडों — पंक्तियों के असंयुक्त उपसमुच्चय — या ऊर्ध्वाधर खंडों — स्तंभों के असंयुक्त उपसमुच्चय — में बँटकर स्थलों में वितरित) व/या प्रतिकृत (भिन्न स्थलों पर उसी आँकड़े की कई प्रतियाँ, उपलब्धता व तेज़ स्थानीय वाचन हेतु अतिरिक्त भंडारण व तुल्यकालन-लागत के व्यापार में)। वितरित आँकड़ाकोश हेतु प्रश्न-अनुकूलक को अतिरिक्त रूप से यह तय करना है कि प्रश्न का हर भाग कहाँ चले व नेटवर्क पर भेजे आँकड़े का आयतन कैसे न्यूनतम हो — एक लागत-आयाम जिसे एकल-स्थल अनुकूलक को कभी विचारना नहीं पड़ता।

⚠️ खंडन व प्रतिकृति स्वतंत्र निर्णय हैं
वितरित अभिकल्प बिना प्रतिकृति किए खंडित हो सकता है (हर पंक्ति ठीक एक स्थल पर रहती है, बस बँटी हुई), बिना खंडन किए प्रतिकृत हो सकता है (पूरा संबंध थोक में कई स्थलों पर प्रतिलिपित), या दोनों कर सकता है (स्वयं प्रतिकृत खंड)। केवल दोनों में एक नामित करने वाला प्रश्न यह संकेत नहीं देता कि दूसरा अनुपस्थित है — यह मानने के बजाय कि अभिकल्प को दोनों जोड़ना ही चाहिए, प्रश्न वस्तुतः क्या कहता है वह जाँचें।

जीनोम आँकड़ा-प्रबंधन

जीनोम आँकड़ा-प्रबंधन आँकड़ाकोश प्रौद्योगिकी का जैविक अनुक्रम-आँकड़े (DNA/RNA/प्रोटीन अनुक्रम) पर विशिष्ट अनुप्रयोग है, जो बहुत उच्च आयतन, परिवर्तनशील व कभी-कभी विशाल लंबाई के अनुक्रमों, व मूलतः अनुमानित समानता (क्या यह अनुक्रम किसी ज्ञात से मिलता-जुलता है, सम्मिलन/विलोपन/प्रतिस्थापन की अनुमति सहित) संबंधी प्रश्नों से अभिलक्षित है, न कि ठीक-मेल से — मल्टीमीडिया विषय-वस्तु-आधारित पुनर्प्राप्ति के अधिक निकट प्रश्न-आकार, सादे संबंधात्मक खोज से कहीं दूर, जिस हेतु सादे B+-वृक्ष के बजाय विशिष्ट अनुक्रमण (उदा० अनुक्रम-आँकड़े पर सफ़िक्स-वृक्ष/सरणी) प्रयुक्त होता है।

मुख्य बिंदु

  • त्रि-स्कीमा वास्तुकला बाह्य (प्रति-उपयोगकर्ता), प्रत्ययात्मक (सम्पूर्ण-आँकड़ाकोश तार्किक) व आंतरिक (भौतिक भंडारण) स्तर पृथक करती है।
  • तार्किक आँकड़ा-स्वतंत्रता प्रत्ययात्मक-स्कीमा परिवर्तन से रक्षा करती है; भौतिक आँकड़ा-स्वतंत्रता (प्राप्त करना सरल) आंतरिक-स्कीमा परिवर्तन से।
  • कालिक आँकड़ाकोश वैध समय को लेन-देन समय से पृथक करते हैं; निगमनात्मक आँकड़ाकोश केवल संचित तथ्य लौटाने के बजाय संचित नियमों से नए तथ्य अनुमानित कर प्रश्नों के उत्तर देते हैं।
  • वितरित आँकड़ाकोश स्थलों में अपना आँकड़ा खंडित (क्षैतिज/ऊर्ध्वाधर) व/या प्रतिकृत कर सकता है — ये स्वतंत्र अभिकल्प-निर्णय हैं।
  • GIS व जीनोम आँकड़ाकोश दोनों को विशिष्ट (स्थानिक या अनुक्रम-समानता) अनुक्रमण चाहिए जिसे सादा संबंधात्मक B+-वृक्ष दक्षतापूर्वक समर्थित नहीं करता।

अभ्यास प्रश्न (8)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. ANSI-SPARC त्रि-स्कीमा वास्तुकला में, प्रत्ययात्मक स्कीमा वर्णित करती है:

    1. पूरे आँकड़ाकोश की तार्किक संरचना, किसी एक अनुप्रयोग व भौतिक भंडारण दोनों से स्वतंत्र
    2. केवल एक उपयोगकर्ता का आँकड़े का दृश्य
    3. भौतिक फ़ाइल-संगठन व अनुक्रमणिकाएँ
    4. आँकड़ाकोश तक पहुँचने हेतु प्रयुक्त नेटवर्क प्रोटोकॉल
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — पूरे आँकड़ाकोश की तार्किक संरचना, किसी एक अनुप्रयोग व भौतिक भंडारण दोनों से स्वतंत्र

    प्रत्ययात्मक स्कीमा वह एकल, अनुप्रयोग-स्वतंत्र तार्किक संरचना (संस्थाएँ, संबंध, प्रतिबंध) है जो अनेक बाह्य (प्रति-उपयोगकर्ता) स्कीमा व एक आंतरिक (भौतिक) स्कीमा के बीच बैठती है।

  2. प्रत्ययात्मक स्कीमा को तनिक भी बदले बिना प्रश्नों को तेज़ करने हेतु नई अनुक्रमणिका जोड़ना इस पर निर्भर करता है:

    1. भौतिक आँकड़ा-स्वतंत्रता
    2. तार्किक आँकड़ा-स्वतंत्रता
    3. नेटवर्क-पारदर्शिता
    4. निगमनात्मक अनुमान
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — भौतिक आँकड़ा-स्वतंत्रता

    अनुक्रमणिका-परिवर्तन आंतरिक-स्कीमा (भौतिक भंडारण) परिवर्तन है; भौतिक आँकड़ा-स्वतंत्रता ठीक वही गुण है कि ऐसे परिवर्तन को उसके ऊपर की प्रत्ययात्मक स्कीमा में कोई परिवर्तन नहीं चाहिए।

  3. निगमनात्मक आँकड़ाकोश सादे संबंधात्मक आँकड़ाकोश से मुख्यतः इस प्रकार भिन्न है कि यह:

    1. संचित तार्किक नियमों से अनुमानित तथ्यों से प्रश्नों के उत्तर दे सकता है, केवल पहले से संचित तथ्यों से नहीं
    2. बिल्कुल कोई आँकड़ा संचित नहीं कर सकता
    3. केवल स्थानिक अनुक्रमणिकाएँ प्रयोग करता है
    4. कालिक आँकड़ाकोश के समान है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — संचित तार्किक नियमों से अनुमानित तथ्यों से प्रश्नों के उत्तर दे सकता है, केवल पहले से संचित तथ्यों से नहीं

    निगमनात्मक आँकड़ाकोश संचित तथ्यों को तार्किक नियमों से संवर्धित करता है व प्रश्न-समय पर नए तथ्य अनुमानित करता है, एक प्रोलॉग-सदृश क्षमता जो सादे संबंधात्मक आँकड़ाकोश के पास नहीं, जो केवल स्पष्ट रूप से संचित वही लौटाता है।

  4. वैध समय व लेन-देन समय दोनों ट्रैक करता कालिक आँकड़ाकोश मुख्यतः इसलिए चाहिए क्योंकि:

    1. आज दर्ज कोई सुधार वास्तविक जगत् में किसी पूर्व बिंदु पर सत्य रहे तथ्य से संबंधित हो सकता है
    2. अन्यथा आँकड़ाकोश दिनांक संचित नहीं कर सकते
    3. यह प्रत्ययात्मक स्कीमा की आवश्यकता समाप्त कर देता है
    4. यह प्रत्येक संबंधात्मक आँकड़ाकोश हेतु अनुप्रयोग की परवाह किए बिना आवश्यक है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — आज दर्ज कोई सुधार वास्तविक जगत् में किसी पूर्व बिंदु पर सत्य रहे तथ्य से संबंधित हो सकता है

    वैध समय (जब तथ्य वास्तविकता में था) को लेन-देन समय (जब वह अभिलिखित हुआ) से पृथक करना ही आँकड़ाकोश को देर से आए सुधारों व भूतलक्षी अद्यतनों को यह इतिहास खोए बिना सही ढंग से निरूपित करने देता है कि कब क्या माना गया था।

  5. दो स्थलों में वितरित क्षैतिज खंडों में बँटे संबंध का अर्थ है:

    1. पंक्तियों के असंयुक्त उपसमुच्चय हर स्थल पर संचित हैं
    2. स्तंभों के असंयुक्त उपसमुच्चय हर स्थल पर संचित हैं
    3. पूरा संबंध दोनों स्थलों पर समान रूप से प्रतिलिपित है
    4. किसी भी स्थल पर कोई आँकड़ा संचित नहीं है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — पंक्तियों के असंयुक्त उपसमुच्चय हर स्थल पर संचित हैं

    क्षैतिज खंडन संबंध को पंक्ति-वार बाँटता है; ऊर्ध्वाधर खंडन इसके बजाय उसे स्तंभ-वार बाँटता, और दोनों स्थलों पर पूर्ण प्रतियाँ खंडन के बजाय प्रतिकृति होतीं।

  6. भौगोलिक सूचना तंत्र (GIS) आँकड़ाकोशों के विषय में निम्नलिखित में कौन सत्य हैं? (एक से अधिक विकल्प सही हो सकते हैं।)

    1. वे वास्तविक-जगत् निर्देशांकों से बँधे बिंदु, रेखाएँ व बहुभुज जैसे स्थानिक आँकड़े संचित करते हैं
    2. उन्हें प्रभावी समीपता-प्रश्नों हेतु सामान्यतः R-वृक्ष जैसी स्थानिक अनुक्रमणिकाएँ चाहिए
    3. सादी B+-वृक्ष अनुक्रमणिका बिना किसी अनुकूलन के सभी स्थानिक प्रश्नों का दक्षतापूर्वक उत्तर देती है
    4. '2 किमी के भीतर सभी रेस्तराँ खोजें' स्थानिक प्रश्न का उदाहरण है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — वे वास्तविक-जगत् निर्देशांकों से बँधे बिंदु, रेखाएँ व बहुभुज जैसे स्थानिक आँकड़े संचित करते हैं; B — उन्हें प्रभावी समीपता-प्रश्नों हेतु सामान्यतः R-वृक्ष जैसी स्थानिक अनुक्रमणिकाएँ चाहिए; D — '2 किमी के भीतर सभी रेस्तराँ खोजें' स्थानिक प्रश्न का उदाहरण है

    GIS आँकड़ा मूलतः स्थानिक है और उसे समीपता/समावेशन प्रश्नों हेतु बनी स्थानिक अनुक्रमण-संरचनाएँ चाहिए; सादी B+-वृक्ष, एकल गुण पर क्रमित/समता खोज हेतु बनी, ऐसे प्रश्नों का उत्तर अपने आप दक्षतापूर्वक नहीं देती।

  7. उस आँकड़ाकोश-अभिकल्प चुनाव का नाम बताइए जिसमें वही आँकड़ा भिन्न स्थलों पर कई प्रतियों के रूप में संचित होता है, उपलब्धता व तेज़ स्थानीय वाचन हेतु अतिरिक्त भंडारण व तुल्यकालन-लागत के व्यापार में।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: replication

    प्रतिकृति खंडन से स्वतंत्र है — संबंध को थोक में प्रतिकृत किया जा सकता है, बिना प्रतिकृति के खंडित किया जा सकता है, या दोनों खंडित व प्रतिकृत।

  8. जीनोम अनुक्रम-आँकड़े पर प्रश्न मूलतः इस विषय में हैं:

    1. अनुमानित समानता (सम्मिलन, विलोपन व प्रतिस्थापन की अनुमति सहित), ठीक-मेल नहीं
    2. केवल ठीक बाइट-दर-बाइट समता
    3. अनुक्रमों से बिल्कुल कोई लेना-देना नहीं
    4. बिना किसी अनुकूलन के मानक B+-वृक्ष परास-प्रश्न
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — अनुमानित समानता (सम्मिलन, विलोपन व प्रतिस्थापन की अनुमति सहित), ठीक-मेल नहीं

    जीनोम प्रश्न सामान्यतः पूछता है कि क्या कोई अनुक्रम सम्मिलन/विलोपन/प्रतिस्थापन हेतु कुछ सहनशीलता के भीतर किसी ज्ञात से मिलता-जुलता है, इसीलिए ठीक या क्रमित खोज हेतु बनी सादी B+-वृक्ष के बजाय सफ़िक्स-वृक्ष/सरणी जैसी विशिष्ट अनुक्रम-अनुक्रमण संरचनाएँ प्रयुक्त होती हैं।