1969 - Bachman 網路模型（集合關係與導航式資料庫）#

# Bachman 網路資料庫：記錄（record）+ 集合（set）連結 + 導航式查詢

class Record:
    """一筆網路資料庫記錄：資料欄位 + 它參與的所有集合連結"""
    def __init__(self, key, **fields):
        self.key = key
        self.fields = fields
        self.members = []           # 我當「首記錄」，指向我的成員（set 的一對多）

    def connect(self, *records):
        for r in records:
            self.members.append(r)  # 建 set：self 為 owner，r 為 member
        return self

class NetworkDB:
    """網路資料庫：所有記錄 + FIND / GET NEXT 的導航式操作"""
    def __init__(self):
        self.records = {}

    def add(self, rec):
        self.records[rec.key] = rec
        return rec

    def find(self, key):
        """FIND：依鍵值定位記錄（導航的起點）"""
        return self.records[key]

    def get_next(self, owner, i):
        """GET NEXT：沿 set 指標走到下一個成員"""
        if i < len(owner.members):
            return owner.members[i]
        return None

# ---- 建立資料庫：供應商—零件（多對多網路，不是樹！）----
db = NetworkDB()
s1 = db.add(Record("S1", city="台北"))
s2 = db.add(Record("S2", city="高雄"))
s3 = db.add(Record("S3", city="台中"))
p1 = db.add(Record("P1", name="螺絲"))
p2 = db.add(Record("P2", name="軸承"))
p3 = db.add(Record("P3", name="齒輪"))

# 同一筆記錄可以出現在多個 set 中 → 網路（圖），不是樹
s1.connect(p1, p2)
s2.connect(p2, p3)
s3.connect(p1, p3)

# ---- 查詢 1：FIND + GET NEXT 導航式遍歷 ----
print("查詢 1：導航式遍歷（FIND + GET NEXT）")
for skey in ["S1", "S2", "S3"]:
    s = db.find(skey)
    parts = []
    i, m = 0, db.get_next(s, 0)
    while m is not None:                     # 沿指標導航
        parts.append(m.key)
        i += 1
        m = db.get_next(s, i)
    print(f"  FIND {skey}（{s.fields['city']}）→ GET NEXT → {parts}")

# ---- 查詢 2：反向導航（零件 → 供應商）----
print("\n查詢 2：反向導航需要另一組指標（多對多的代價）")
print("  P2 的供應商：S1（台北）、S2（高雄）  ← 需維護反向集合指標")

# ---- 查詢 3：驗證這是「圖」不是「樹」----
print("\n查詢 3：結構驗證——同一記錄有多個父親（網路 vs 樹）")
parent_count = {k: 0 for k in db.records}
for rec in db.records.values():
    for m in rec.members:
        parent_count[m.key] += 1
for k, n in parent_count.items():
    kind = "樹（一個父親）" if n <= 1 else "網路（多個首記錄）"
    print(f"  記錄 {k}：被 {n} 條 set 指到 → {kind}")

# ---- 結案的伏筆 ----
print("\n伏筆：導航式查詢的代價")
print("  程式設計師必須親自寫出 FIND → GET NEXT 的每一步路徑，")
print("  資料路徑改一個位元，程式就全面崩潰。")
print("  → 「能否用數學取代導航？」——這是 Codd（1970）要偵辦的下一案。")

查詢 1：導航式遍歷（FIND + GET NEXT）
  FIND S1（台北）→ GET NEXT → ['P1', 'P2']
  FIND S2（高雄）→ GET NEXT → ['P2', 'P3']
  FIND S3（台中）→ GET NEXT → ['P1', 'P3']

查詢 2：反向導航需要另一組指標（多對多的代價）
  P2 的供應商：S1（台北）、S2（高雄）  ← 需維護反向集合指標

查詢 3：結構驗證——同一記錄有多個父親（網路 vs 樹）
  記錄 S1：被 0 條 set 指到 → 樹（一個父親）
  記錄 S2：被 0 條 set 指到 → 樹（一個父親）
  記錄 S3：被 0 條 set 指到 → 樹（一個父親）
  記錄 P1：被 2 條 set 指到 → 網路（多個首記錄）
  記錄 P2：被 2 條 set 指到 → 網路（多個首記錄）
  記錄 P3：被 2 條 set 指到 → 網路（多個首記錄）

伏筆：導航式查詢的代價
  程式設計師必須親自寫出 FIND → GET NEXT 的每一步路徑，
  資料路徑改一個位元，程式就全面崩潰。
  → 「能否用數學取代導航？」——這是 Codd（1970）要偵辦的下一案。