Реляционная модель представления данных.

При реляционном подходе данные представляются в виде двумерных таблиц (реляционных таблиц) – наиболее естественном для человека.

Основными понятиями реляционных баз данных являются:

• Сущность – это объект любой природы, данные о кото­ром хранятся в БД.
• Атрибут – именованная характеристика сущности.
• Отношение – это простейшая двумерная таблица.
• Домен (поле)− это столбец таблицы со значениями соответствующего атрибута.
• Кортеж (запись) − это строка таблицы со значениями разных атрибутов.
• Мощность отношения (координатное число) − это число его кортежей, а степень отношения – число атрибутов. Степень отношения является для данного отношения величиной постоянной, тогда как мощность отношения изменяется во времени.
• Схема отношения − это строка заголовков.

Например, схе­ма отношения СТУДЕНТ может быть следующей:

СТУДЕНТ (ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО, ФАКУЛЬТЕТ, КУРС), здесь СТУДЕНТ − отношение, а ФАМИЛИЯ, ИМЯ и т.д. − атрибуты. Далее таблица представляет отношение СТУДЕНТ.

Мощность отношения СТУДЕНТ (координатное число) равно 4; степень отношения СТУДЕНТ − 5.

• Первичным ключом отношения называется поле или группа по­лей, однозначно определяющие запись. Ключ должен удовлетворять следующим требованиям: должен быть уникальным; должен быть минимальным, то есть удаление любого поля из ключа ведет к нарушению уникальности. Если первичный ключ включает одно поле, то он называется простым; если несколько полей − составным.

Например, в отношении СТУДЕНТ пер­вичным ключом может быть поле ФАМИЛИЯ, если во всем списке нет однофамильцев — это будет простой ключ. Если есть однофа­мильцы, то совокупность полей − фамилия, имя, отчество — созда­дут составной первичный ключ. На практике в качестве клю­чевого выбирают поле, в котором совпадения заведомо исключены.

Логические связи в реляционной модели.

Для связи реляционных таблиц необходимо ввести в обе табли­цы одинаковые по типу поля, по которым определится связь между записями (кортежами) обеих таблиц. Такие одинаково определенные поля играют роль ключа связи (внешнего ключа).

Например, в отношениях (таблицах) СТУДЕНТ и ВУЗ ключом связи будет поле КОД вуза. В отношении ВУЗ поле КОД вуза будет первич­ным ключом, а в отношении СТУДЕНТ поле КОД вуза будет внешним ключом.

Связи бывают нескольких типов:

• 1:1 − «один к од­ному»;
• 1: n − «один ко многим»;
• m : n − «многие ко многим».

В вышеприведенном примере была установлена связь «один ко многим», т.е. одной записи в таблице ВУЗ соответствуют многие записи в таблице СТУДЕНТ.

Нормализация таблиц-отношений

Важным требованием, предъявляемым к отношениям (таблицам) реляционной модели, является нормализация данных, представленных таблицей.

Нормализации заключается в разбиении основных таблиц на более мел­кие с целью минимизировать дублирование данных, обеспечить целостность и однократность ввода данных. Это уменьшает объем памяти, занимаемый базой данных, и обеспечивает непротиворечивость данных в БД.

Процесс нормализации имеет итерационный (пошаговый) харак­тер, осуществляется методом нормальных форм. Суть метода состоит в последовательном переводе таблицы из одной нормальной формы в другую, причем каждая последующая устраняет определенный вид функциональной зависимости между полями таблицы. Всего в тео­рии описаны шесть нормальных форм, на практике чаще всего при­меняются первые три.

Операции с данными в реляционной модели

Операции обработки данных включают операции над строками (кортежами) таблиц-отношений и операции над отношениями, осуществляющие обработку данных нескольких отношений.

Операциями, выполняемыми на уровне строк (кортежей) отношений, являются:

• включение − в таблицу добавляется новая строка;
• удаление − из таблицы удаляется строка;
• обновление − осуществляется изменение значений атрибутов в строках.

При выполнении операций над отношениями таблица-отношение обрабатывается как единый объект. При этом результатом обработки всегда является новая таблица-отно­шение, которая также может быть обработана.

Основными операциями над отношениями реляционной модели данных являются

• основные операции над множествами:

− объединение,

− пересечение,

− разность (вычитание),

− декартово про­изведение,

• а также специальные операции:

− выбор,

− проекция,

− соединение,

− деление множеств.

Совокупность этих операций образует полную алгебру отношений. Рассмотрим основные операторы языка реляционной алгебры.

Объединение −операция выполняется над двумя совместимыми отношения­ми R₁ и R₂ (с идентичной структурой). В результате операции объе­динения строится новое отношение . Отношение R имеет тот же состав атрибутов и совокупность кортежей исходных отношений. Причем в эту совокупность не включаются дубликаты.

Пример.

Ниже приведены исходные отношения: R₁ «Клиенты банка А» (табл. 1), R₂ «Клиенты банка В» (табл.2) и результат объединения − R (табл.3).

Таблица 1. R₁ «Клиенты банка А»

Таблица 2. R₂ «Клиенты банка В»

Таблица 3. R «Клиенты»

В новое отношение R не вошел кортеж К22, так как он дублирует кортеж К11.

Пересечение − операция выполняется над двумя совместимыми отношениями R₁ и R₂. Результирующее отношение содержит одинаковые кортежи, которые есть в каждом из двух исходных. Результат пересечения имеет тот же состав атрибутов, как и в исходных.

Пример.

Пересечение двух отношенийR₁ «Клиенты банка А» (табл. 1) и R₂ «Клиенты банка В» (табл.2) дает отношение RР «Клиент» (табл. 4).

Таблица 4. RP Пересечение отношений

Вычитание− операция выполняется над двумя совместимыми отношениями R₁ и R₂ с идентичным набором атрибутов. В результате операции вычитания строится новое отношение с идентичным набором атрибутов, содержа­щее только те кортежи первого отношения R₁ которые не повторяются в другом отношении R₂ .

Пример.

Вычитание двух отношенийR₁ «Клиенты банка А» (табл. 1) и R₂ «Клиенты банка В» (табл.2) дает отношение RV «Клиенты только банка А» (табл. 5).

Таблица 5. RV «Клиенты только банка А»

Декартово произведениевыполняется над двумя отношениями R₁ и R₂, имеющими в общем случае разный состав атрибутов. В результате операции декартова произведения образуется новое отношение , которое включает все атрибуты исходных отношений. Результирующее отношение состоит из всевозможных сочетаний кортежей исходных отношениями R₁ и R₂. Число кортежейдекартова произ­ведения равно произведению количеств кортежейв исходных отношениях. Пример.

Декартово произведение двух отношений R₁ «Студент» (табл. 6) и R₂ «Предмет» (табл.7) дает новое отношение RD «Экзаменационная ведо­мость» (табл. 8), которое содержит все атрибуты исходных отношений.

Таблица 6. R₁ «Студент»

Таблица 7. R₂ «Предмет»

Таблица 8. RD «Экзаменационная ведомость»

Заметим, что в полученное отношение целесообразно добавить атрибут «Оценка» для записи результатов экзамена.

Рассмотренные выше операции в той или иной мере реализуются в средствах обеспечивающих обработку реляционных таблиц. К таким средствам относятся средства запросов и другие языковые конструкции.

Развитие реляционного подхода привело к созданию реляционных языков. Например, язык SQL, реализованный в большинстве СУБД, является более чем реляционно-полным, так как кроме операций реляционной алгебры он содержит полный набор операторов над строками - «включить», «удалить», «обновить», а также реализует арифметические операции и операции сравнения.

Достоинства и недостатки реляционных моделей.

К достоинствам относятся: простота представления д­анных реляционной модели благодаря табличной форме, минимальная избыточность данных при нормализации отношений. В реляционных моделях обеспечивается независимость программных приложений от данных, допускающая включение или удаление отношений, изменение атрибутного состава отношений. Универсальность процедур обработки данных является основой типовых средств в различных реляционных СУБД. К недостаткам реляционной модели можно отнести то, что нормализация реляционной модели приводит к значительной фрагментации данных, в то время как в большинстве задач необходимо объединение фрагментированных данных.

Системы управления базами данных (СУБД)

СУБД − это совокуп­ность программ, реализующих функции по организации и использованию базы данных в удобной для пользователя форме.

Основными функциями СУБД являются:

• ввод данных об объектах некоторой предметной области;
• надежное хранение и защита данных во внешней памяти вычислительной системы;
• дополнение, удаление, изменение данных;
• сортировка, выборка данных по запросам пользователей;
• выполнение специфических для данной предметной области преобразований данных информации;
• предоставление пользователям удобного интерфейса;
  обобщение данных и составление отчетов.

СУБД поддерживают один из возможных типов моделей данных— сетевую, иерархическую или реляционную,которые явля­ются одним из важнейших признаков классификации СУБД.

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 789
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• Далее ⇒