【摘 要】所有信息都具有相應(yīng)的時態(tài)屬性，時態(tài)數(shù)據(jù)庫是一種與時間有關(guān)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)。本文介紹了時態(tài)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基本概念和特征，以及時態(tài)數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀與展望。

【關(guān)鍵詞】時態(tài);時態(tài)數(shù)據(jù)庫;技術(shù)

一、引言

時間是自然界無處不在的客觀屬性，真實的事件無不打上時間的烙印。客觀世界中的事物都具有時間的屬性，因此在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中管理時間信息是必要且迫切的。所有的信息是隨時間變化的，這種隨著時間變化的信息稱為時態(tài)信息。它本身沒有時間性，需要應(yīng)用時間元素來記錄信息的時態(tài)屬性，這種記錄時態(tài)數(shù)據(jù)反映時態(tài)信息的數(shù)據(jù)庫就是時態(tài)數(shù)據(jù)庫。

描述現(xiàn)實世界的帶有時間屬性的信息系統(tǒng)，特別是以時態(tài)信息為關(guān)鍵特征的信息系統(tǒng)，稱為時態(tài)信息系統(tǒng)。例如金融方面的會計、銀行系統(tǒng)，檔案管理方面的人事檔案、醫(yī)療記錄系統(tǒng)，行程安排中的飛機(jī)、火車、旅館等項目的管理系統(tǒng)，科學(xué)應(yīng)用方面的氣候、地理系統(tǒng)等等。隨著數(shù)據(jù)庫與信息技術(shù)的深入和發(fā)展，信息系統(tǒng)面臨許多新的應(yīng)用和需求，對時態(tài)信息處理的需求越來越迫切，時態(tài)信息在信息系統(tǒng)中扮演著日益重要的角色。

二、時態(tài)數(shù)據(jù)庫的基本概念

在時態(tài)數(shù)據(jù)庫中存在著三種基本的時間體系。（?。┯脩糇远x時間，是指用戶根據(jù)自己的需要或理解定義的時間。（2）有效時間，是指一個對象或者事件在現(xiàn)實世界中發(fā)生并保持的那段時間。（3）事務(wù)時間，是指一個數(shù)據(jù)庫對象進(jìn)行操作的時間，是一個事實存儲在數(shù)據(jù)庫中的時間。它記錄著對數(shù)據(jù)庫修改或更新的各種操作歷史，對應(yīng)于現(xiàn)有事務(wù)或數(shù)據(jù)庫狀態(tài)變遷的歷史。時態(tài)數(shù)據(jù)庫有兩個時間變元Now和UC， Now隨著當(dāng)前時間的變化而變化，記錄了隨時間變化的信息，它的有效值依賴于當(dāng)前時間。UC是主要用于事務(wù)時間中的時間變元，表示直到該元組改變的時間。

按表示時態(tài)信息的方式，可以將數(shù)據(jù)庫分成四個基本類型。（?。┛煺諗?shù)據(jù)庫。它是以在特定時刻的瞬間快照建立模型，反映了現(xiàn)實世界某一個瞬間的情況。（2）回滾數(shù)據(jù)庫。它按事務(wù)時間編址，保存了過去每次事務(wù)提交之前的初始狀態(tài)。（3）歷史數(shù)據(jù)庫。它支持有效時間，可以顯著增加系統(tǒng)包含的信息量，也便于對信息進(jìn)行處理。（4）雙時態(tài)數(shù)據(jù)庫。它既支持事務(wù)時間，又支持有效時間。雙時態(tài)數(shù)據(jù)庫集成了前三種數(shù)據(jù)庫的功能特性，由一個四維結(jié)構(gòu)的時態(tài)關(guān)系組成。其中兩維是屬性和元組，另外兩維是事務(wù)時間和有效時間，時態(tài)關(guān)系可以看成是一個歷史關(guān)系的序列。時態(tài)數(shù)據(jù)庫在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上增加了時間維概念，時間維指的是有效時間維和事務(wù)時間維。對于數(shù)據(jù)庫中的元組來說，有效時間反映的是元組屬性在現(xiàn)實中為真的時間，事務(wù)時間是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中沒有邏輯刪除的時間。可以把有效時間的維看成是一個數(shù)軸，數(shù)軸中的取值可以是從過去的某一時刻起，到現(xiàn)在甚至是將來的某一個時間點，而元組的有效時間取值就是在這個時間軸上取有限個時間點，或者是有限個時間片段。

傳統(tǒng)的商業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，例如Oracle、SQL Server和Sybase等都不支持時態(tài)數(shù)據(jù)的管理操作。雖然它們基本上都支持某些時間數(shù)據(jù)類型，但是并不提供相應(yīng)的語義操作，時間包含的特殊語義只能由用戶自己判別。一個時態(tài)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（TDBMS）需要支持以下功能：（1）一種時態(tài)數(shù)據(jù)定義語言。（2）一種時態(tài)數(shù)據(jù)操縱語言。（3）一種時態(tài)查詢語言。（4）時態(tài)約束，例如時態(tài)外鍵一致性約束。

三、時態(tài)數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀與展望

目前時態(tài)信息技術(shù)仍處于研究和發(fā)展階段，人們從不同的角度提出了各種時態(tài)數(shù)據(jù)庫模型;另一方面由于實際應(yīng)用的需求，時態(tài)信息處理的應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬，在應(yīng)用中也提出了許多方法和技術(shù)，大大促進(jìn)了時態(tài)數(shù)據(jù)庫的發(fā)展。雖然在理論上已經(jīng)證明了時態(tài)數(shù)據(jù)庫擁有傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫所無法企及的優(yōu)點，但是在實踐中很難真正實現(xiàn)一個既具有傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的功能，例如數(shù)據(jù)定義、存儲、完整性控制等，又能實現(xiàn)時態(tài)處理的完整的時態(tài)數(shù)據(jù)庫，能夠進(jìn)行時態(tài)處理的成熟的商業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)也不多見。這就使得時態(tài)數(shù)據(jù)庫的理論得不到充分的實際應(yīng)用的檢驗，給時態(tài)數(shù)據(jù)庫的推廣和進(jìn)一步發(fā)展蒙上一層陰影。

現(xiàn)有時態(tài)數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究中的不足可以歸納為以下幾點。（?。r態(tài)數(shù)據(jù)運算體系不完備，缺乏系統(tǒng)和有力的數(shù)學(xué)理論支持。（2）時態(tài)數(shù)據(jù)模型不夠成熟，國際標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步完善。大多數(shù)時態(tài)數(shù)據(jù)模型都是傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展，時態(tài)數(shù)據(jù)查詢語言也是對當(dāng)前查詢語言例如SQL的擴(kuò)展，時態(tài)數(shù)據(jù)查詢功能有限，效率較低。（3）技術(shù)研究大多局限在數(shù)據(jù)庫的時態(tài)屬性，而忽視了其他信息的時態(tài)屬性，例如知識庫的時態(tài)特征和應(yīng)用。時態(tài)數(shù)據(jù)技術(shù)更多地還停留在數(shù)據(jù)處理上，關(guān)于時態(tài)邏輯和推理方面的研究，主要成果是符號演算和推理能力較強(qiáng)，但是信息處理能力相對較弱，導(dǎo)致與時態(tài)數(shù)據(jù)庫和時態(tài)信息處理研究相脫離。關(guān)于時態(tài)知識與邏輯方面，目前主要包括時間區(qū)間邏輯運算的擴(kuò)充等，時態(tài)知識數(shù)據(jù)庫模型的研究程度還不夠深入。（4）在電子商務(wù)、地理信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)、智能決策支持系統(tǒng)、數(shù)據(jù)倉庫，特別是時空信息技術(shù)和多媒體信息系統(tǒng)方面，時態(tài)信息處理技術(shù)得到空前的重視和應(yīng)用。但是由于成熟的時態(tài)模型和軟件產(chǎn)品并不多，大部分與時態(tài)相關(guān)的應(yīng)用只是借鑒當(dāng)前一些時態(tài)數(shù)據(jù)模型，在實際應(yīng)用中仍然只能采用傳統(tǒng)技術(shù)，其時態(tài)部分的解釋是由應(yīng)用程序而非數(shù)據(jù)庫本身來進(jìn)行的。

新一代信息系統(tǒng)對時態(tài)信息處理技術(shù)的需求迫切而廣泛，因此具有廣闊的市場發(fā)展前景，時態(tài)信息處理理論、技術(shù)和應(yīng)用的研究及實踐活動方興未艾。時態(tài)數(shù)據(jù)模型正朝著統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，時態(tài)數(shù)據(jù)庫查詢語言朝著產(chǎn)品化方向發(fā)展。由于SQL是當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫查詢語言，所以時態(tài)數(shù)據(jù)庫模型現(xiàn)在基本上都采用擴(kuò)充SQL模型，例如TSQL2模型、ATSQL查詢語言等等。另一方面，由于時態(tài)信息需求的多元化，導(dǎo)致時態(tài)信息的應(yīng)用也是多元化的。

四、結(jié)語

有別于傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，時態(tài)數(shù)據(jù)庫記錄中的元組部分屬性帶有時變的特性，這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫的一些基本概念、理論和性質(zhì)等方面都發(fā)生改變。時態(tài)數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化是大勢所趨，時態(tài)信息應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣闊。由于時態(tài)只是信息的重要屬性，時態(tài)信息產(chǎn)品將朝著嵌入式、面向領(lǐng)域的、面向應(yīng)用的中間件和軟件構(gòu)件等方向發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 湯庸. 高級數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社， 2008.

作者簡介：王曉東（1971—），男，漢族，湖北十堰人，副教授，主要研究方向：軟件開發(fā)。