用樹形結(jié)構(gòu)表示實體之間聯(lián)系的模型叫層次模型。層次模型是早用于商品數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型。其典型代表是于1969問世、由IBM公司開發(fā)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)IMS（Information Management System）。
1.2.3.1 層次模型的結(jié)構(gòu)
層次模型的表示方法是：樹的結(jié)點表示實體集（記錄的型），結(jié)點之間的連線表示相連兩實體集之間的關(guān)系，這種關(guān)系只能是“1一M”的。通常把表示1的實體集放在上方，稱為父結(jié)點，表示M的實體集放在下方，稱為子結(jié)點。層次模型的結(jié)構(gòu)特點是：
（1） 有且僅有一個根結(jié)點。
（2） 根結(jié)點以外的其它結(jié)點有且僅有一個父結(jié)點。
因而層次模型只能表示“1一M”關(guān)系，而不能直接表示“M—M”關(guān)系。
在層次模型中，一個結(jié)點稱為一個記錄型，用來描述實體集。每個記錄型可以有一個或多個記錄值，上層一個記錄值對應(yīng)下層一個或多個記錄值，而下層每個記錄值只能對應(yīng)上層一個記錄值。例如，系記錄型有：計算機系、電信系等記錄值。而計算機系的下層記錄值有軟件、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等研究室和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等課程，軟件研究室下層又有員工和項目記錄值，
關(guān)于層次模型中實體集之間多對多的聯(lián)系的處理，解決的方法是引入冗余結(jié)點。例如，學(xué)生和課程之間的多對多的聯(lián)系，引入學(xué)生和課程的冗余結(jié)點 轉(zhuǎn)換為兩棵樹：一棵樹的根是學(xué)生，子結(jié)點是課程，它表現(xiàn)了一個學(xué)生可以選多門課程；一棵樹的根是課程，子結(jié)點是學(xué)生，它反映了一門課程可以被多個學(xué)生選。
1.2.3.2層次模型的數(shù)據(jù)操作
層次模型的數(shù)據(jù)操作大特點是必須從根結(jié)點入手，按層次順序訪問。首先介紹層次順序中的兩個概念。
（１） 記錄類型碼 對層次模型中的記錄型樹，按照從上到下，從左到右的順序給每個記錄類一個編號，稱為記錄類型碼，以表示記錄類在樹中的位置。
（２） 順序域 為了確定同一記錄類下的各個記錄值的位置，指定記錄中某字段的值作為記錄值的排序的依據(jù)，該字段稱為順序域。
（３） 層次順序和路徑 有了記錄類型碼和順序域，就可以對所有的記錄值進行排序，首先按類型碼排序，同一類型碼下的各個記錄值再按順序域排序。這種從上到下、從左到右的排列順序就是層次順序。從根結(jié)點開始到目標結(jié)點之間所有直系祖先的類型碼和順序域組成該結(jié)點的層次路徑。如圖1.19所示，D(Department)、S(Section)、C(Course)、F(Faculty)和P(Project)分別表示系、研究室、課程、員工和項目。D02的層次順序： D02S01F01F02S02F03F04S03F05F06F07023056C01C02C03。
GU DEPT(DEPT#=’D02’)
SECTION(SEC#=’S03’)
FACULTY(FAC#=’F06’)
層次模型中的更新操作之前，一般都先執(zhí)行一個查詢，再執(zhí)行相應(yīng)操作。所以層次模型數(shù)據(jù)操作的特點是通過層次路徑定位記錄，僅能訪問一條記錄。
1.2.3.4 層次模型的物理存儲
層次模型的物理存儲有兩種實現(xiàn)方法：
（１） 順序法
按照層次順序把所有的記錄鄰接存放，即通過物理空間的位置相鄰來實現(xiàn)層次順序。
（２） 指針法
各個記錄存放時不是按層次順序，而是用指針按層次順序把它們鏈接起來。
1.2.3.5 層次模型的約束
層次模型的限制是：
（１） 層次模型的樹是有序樹（層次順序）。對任一結(jié)點的所有子樹都規(guī)定了先后次序，這一限制隱含了對數(shù)據(jù)庫存取路徑的控制。
（２） 樹中父子結(jié)點之間只存在一種聯(lián)系，因此，對樹中的任一結(jié)點，只有一條自根結(jié)點到達它的路徑。
（３） 不能直接表示多對多的聯(lián)系。
（４） 樹結(jié)點中任何記錄的屬性只能是不可再分的簡單數(shù)據(jù)類型。
1.2.3.1 層次模型的結(jié)構(gòu)
層次模型的表示方法是：樹的結(jié)點表示實體集（記錄的型），結(jié)點之間的連線表示相連兩實體集之間的關(guān)系，這種關(guān)系只能是“1一M”的。通常把表示1的實體集放在上方，稱為父結(jié)點，表示M的實體集放在下方，稱為子結(jié)點。層次模型的結(jié)構(gòu)特點是：
（1） 有且僅有一個根結(jié)點。
（2） 根結(jié)點以外的其它結(jié)點有且僅有一個父結(jié)點。
因而層次模型只能表示“1一M”關(guān)系，而不能直接表示“M—M”關(guān)系。
在層次模型中，一個結(jié)點稱為一個記錄型，用來描述實體集。每個記錄型可以有一個或多個記錄值，上層一個記錄值對應(yīng)下層一個或多個記錄值，而下層每個記錄值只能對應(yīng)上層一個記錄值。例如，系記錄型有：計算機系、電信系等記錄值。而計算機系的下層記錄值有軟件、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等研究室和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等課程，軟件研究室下層又有員工和項目記錄值，
關(guān)于層次模型中實體集之間多對多的聯(lián)系的處理，解決的方法是引入冗余結(jié)點。例如，學(xué)生和課程之間的多對多的聯(lián)系，引入學(xué)生和課程的冗余結(jié)點 轉(zhuǎn)換為兩棵樹：一棵樹的根是學(xué)生，子結(jié)點是課程，它表現(xiàn)了一個學(xué)生可以選多門課程；一棵樹的根是課程，子結(jié)點是學(xué)生，它反映了一門課程可以被多個學(xué)生選。
1.2.3.2層次模型的數(shù)據(jù)操作
層次模型的數(shù)據(jù)操作大特點是必須從根結(jié)點入手，按層次順序訪問。首先介紹層次順序中的兩個概念。
（１） 記錄類型碼 對層次模型中的記錄型樹，按照從上到下，從左到右的順序給每個記錄類一個編號，稱為記錄類型碼，以表示記錄類在樹中的位置。
（２） 順序域 為了確定同一記錄類下的各個記錄值的位置，指定記錄中某字段的值作為記錄值的排序的依據(jù)，該字段稱為順序域。
（３） 層次順序和路徑 有了記錄類型碼和順序域，就可以對所有的記錄值進行排序，首先按類型碼排序，同一類型碼下的各個記錄值再按順序域排序。這種從上到下、從左到右的排列順序就是層次順序。從根結(jié)點開始到目標結(jié)點之間所有直系祖先的類型碼和順序域組成該結(jié)點的層次路徑。如圖1.19所示，D(Department)、S(Section)、C(Course)、F(Faculty)和P(Project)分別表示系、研究室、課程、員工和項目。D02的層次順序： D02S01F01F02S02F03F04S03F05F06F07023056C01C02C03。
GU DEPT(DEPT#=’D02’)
SECTION(SEC#=’S03’)
FACULTY(FAC#=’F06’)
層次模型中的更新操作之前，一般都先執(zhí)行一個查詢，再執(zhí)行相應(yīng)操作。所以層次模型數(shù)據(jù)操作的特點是通過層次路徑定位記錄，僅能訪問一條記錄。
1.2.3.4 層次模型的物理存儲
層次模型的物理存儲有兩種實現(xiàn)方法：
（１） 順序法
按照層次順序把所有的記錄鄰接存放，即通過物理空間的位置相鄰來實現(xiàn)層次順序。
（２） 指針法
各個記錄存放時不是按層次順序，而是用指針按層次順序把它們鏈接起來。
1.2.3.5 層次模型的約束
層次模型的限制是：
（１） 層次模型的樹是有序樹（層次順序）。對任一結(jié)點的所有子樹都規(guī)定了先后次序，這一限制隱含了對數(shù)據(jù)庫存取路徑的控制。
（２） 樹中父子結(jié)點之間只存在一種聯(lián)系，因此，對樹中的任一結(jié)點，只有一條自根結(jié)點到達它的路徑。
（３） 不能直接表示多對多的聯(lián)系。
（４） 樹結(jié)點中任何記錄的屬性只能是不可再分的簡單數(shù)據(jù)類型。