Илюшечкин В.М. Базы данных
Подождите немного. Документ загружается.
телефона изменен на 531-55-33, забыв при этом сообщить о других жильцах
квартиры. Если чиновник изменит номер телефона только в тех строках,
которые содержат телефонный номер Иванова И.И. 1978 года рождения, то
правильный номер телефона в квартире с адресом 801-12 будет фактически
утерян, поскольку в отношении Zgrad будут присутствовать два различных
телефонных номера для одной квартиры.
В спроектированной РБД описанная проблема обновления не возникает:
при изменении номера телефона у Иванова И.И. 1978 года рождения,
проживающего по адресу 801-12 (сведения из отношения PERSON), изменится
только кортеж <5315894, ..., 801-12> в отношении TPHONE (в кортеже
обновляется номер телефона, установленного в квартире 801-12).
Проблема удаления
В отношении Zgrad присутствует только один кортеж, соответствующий
Ильину Ф.П. Предположим, чиновник узнает, что этот житель лишился своего
источника дохода, условно именуемого Работа1, и удаляет этот кортеж из
отношения. Поскольку это единственный кортеж с информацией об Ильине, его
удаление приведет к исключению жителя из БД. Если чиновник вслед за этим
запросит список фамилий и.о. жителей, зарегистрированных в БД, то Ильина в
списке не окажется, хотя он продолжает жить по прежнему адресу.
В спроектированной РБД проблема удаления не возникает: для удаления
сведений об источнике доходов у Ильина, номер которого равен 4, следует
удалить кортеж <4, Работа, 300000> из отношения HAVE_D. После этого
сведения о существовании Ильина остаются в отношении PERSON без
изменений.
Итак, спроектированная РБД не создает проблем вставки, обновления и
удаления при работе с ней.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие компоненты следует предусмотреть в инфологической модели?
2. Как по известной ER-диаграмме определить отношения (таблицы),
включаемые в проектируемую базу данных?
3. Какие проблемы возникают при использовании однотабличной базы данных?
61
4. Приведите пример, иллюстрирующий проблему обновления при
использовании однотабличной БД.
5. Приведите пример, иллюстрирующий проблему вставки при использовании
однотабличной БД.
6. Приведите пример, иллюстрирующий проблему удаления при
использовании однотабличной БД.
Раздел 3. Описание информационных потребностей
пользователей базы данных.
Тема 8. Информационные потребности пользователей базы данных.
Описание информационных потребностей пользователей является одним
из компонентов ИЛМ и отражает типы запросов к БД, которые могут поступать
от пользователей информационной системы.
8.1. Типы и языки запросов
Запрос формируется в терминах объектов Е, их атрибутов А и значений
атрибутов V. Простые запросы можно разделить на 6 (табл.8.1).
Таблица 8.1
Типы простых запросов
№
п/п
Форма
запроса
Тип
запроса
Пример
1 A(E)=? Обычный запрос значения
атрибута
Определить год рождения жителя
с номером 199
2 =
A(?)V
>
<
Какие объекты имеют заданное
значение атрибута?
Кто из жителей проживает по
адресу 901-15?
3 =
?(E)V
<
>
Перечислить все атрибуты,
имеющие заданное значение для
данного объекта
Какие источники дохода дают
жителю №199 больше 500руб.?
4 ?(E)=? Запрос на получение всей
информации об объекте
(выборка)
Сообщить все хранимые сведения
о жителе №199
5 А(?)=? Перечислить значения данного
атрибута для каждого объекта
(проекция)
Перечислить даты рождения и
адреса для всех жителей
6 =
?(?)V
<
>
Перечислить все атрибуты
объектов, имеющие данное
значение
Для каждого жителя определить
источник дохода, дающий больше
500 руб.
62
Примеры в табл.8.1 приведены для отношения, в котором хранится
информация о жителях; названия различных источников дохода являются
отдельными атрибутами жителя; значение такого атрибута равно размеру
дохода.
Запросы могут формулироваться различными способами, в частности, с
использованием операций реляционной алгебры или языка SQL.
8.2. Реляционная алгебра (алгебра отношений)
Реляционная алгебра служит математической основой реляционной ДЛМ.
Так как отношение является множеством, то реляционная алгебра является
алгеброй взаимосвязей между особыми множествами, называемыми
отношениями.
В реляционной алгебре существует ряд операций над отношениями,
например: проекция, выборка, соединение, объединение, пересечение,
вычитание, деление, умножение.
8.2.1. Проекция
Воспользуемся в качестве примера следующим отношением R,
представленным в виде таблицы (рис.8.1).
R
r
НП ЗавК Нтел
102 Шаньгин 2854
104 Вернер 2882
108 Вернер 2882
125 Шаньгин 2854
Рис.8.1. Отношение R (r - кортеж).
Пусть для конкретного кортежа r, являющегося элементом отношения R,
r[x] обозначает расположенные в ряд составляющие кортежа, соответствующие
подмножеству атрибутов Х. Например, если X={ЗавК, Нтел}, то r[X] = <Вернер,
2882>.
Проекцией отношения R на Х называют новое отношение
R[X] = {r[X] | r
R}.
Так, проекции R[ЗавК, Нтел] и R[НП, ЗавК] показаны на рис.8.2.
63
R2 = R[ЗавК, Нтел] R1 = R[НП, ЗавК]
ЗавК Нтел НП ЗавК
Шаньгин 2854 102 Шаньгин
Вернер 2882 104 Вернер
108 Вернер
125 Шаньгин
Рис.8.2. Проекция R[ЗавК, Нтел] и R[НП, ЗавК].
Т.е. при проецировании из исходного отношения R удаляется часть
атрибутов, не указанных в Х. При этом, если в полученном таким способом
отношении окажутся одинаковые кортежи, то из них оставляют по
единственному представителю. Следовательно, проекция является операцией,
при которой из отношения выделяются только нужные столбцы.
8.2.2. Выборка
В противоположность проекции, которая выделяет из отношения нужные
столбцы, выборкой называют операцию, при которой отношение исследуют по
строкам и выделяют множество строк, удовлетворяющих заданным условиям.
Выборкой из отношения R по условию для подмножества атрибутов Х
называют новое отношение
R[
(X) ] = { r R (r[X]) }.
Так, выборка по условию (r[X]) = (ЗавК=‘Шаньгин’), т.е. информация о
преподавателях, работающих на кафедре Шаньгина, показана на рис.8.3.
R3 = R [ЗавК=‘Шаньгин’]
НП ЗавК Нтел
102 Шаньгин 2854
125 Шаньгин 2854
Рис.8.3. Выборка.
8.2.3. Соединение
Операция соединения обратна операции проекции и предназначена для
создания одного нового отношения из двух уже существующих отношений.
Новое отношение получается путем конкатенации (сцепления) кортежей первого
отношения R с кортежами второго отношения S. Только те кортежи
подвергаются конкатенации, в которых значение заданного атрибута Х в
отношении R совпадает со значением заданного атрибута Y в отношении S:
R [X=Y] S = {<r,s> | r R s S (r[X] = s[Y])}.
64
Если R имеет N атрибутов (столбцов), а S - M атрибутов, то отношение
R[X=Y]S будет иметь N+M атрибутов (столбцов). В получаемом отношении в
двух столбцах всегда будут содержаться одинаковые значения. Если один из
этих столбцов удалить, то результат принято называть естественным
соединением.
Например, естественное соединение R1 [ЗавК=ЗавК] R2 отношений R1 и
R2, показанных на рис.8.2, совпадает с отношением, приведенным на рис 8.1.
8.2 .4. Объединение
Объединение - это операция получения отношения, полностью
объединяющего кортежи, содержащиеся в отношениях R и S. Множества
атрибутов и порядок следования атрибутов в кортежах должны быть
одинаковыми в отношениях R и S. Результирующее отношение называется
множеством-суммой
R S = { x | x R x S }.
8.2 .5. Пересечение
Результатом данной операции является отношение, состоящее из общих
кортежей отношений R и S:
R S = { x | x R x S }.
8.2 .6. Вычитание
Это операция получения отношения, состоящего из кортежей, которые
являются кортежами отношения R и не являются кортежами отношения S:
R - S = { x | x R x S }.
8.2.7. Умножение
Результатом данной операции является декартово, или прямое,
произведение: R S = { <r,s> | r R s S }
Если умножаются отношение R степени m и отношение S степени n, то
получается отношение R S степени (m+n).
Мощность отношения R S равна i*j, где i, j - мощности отношений R, S
соответственно.
Например, если
65
G2 G1 F1
R= A , S= d 3
B h 7
то
G2 G1 F1
A d 3
R S= A h 7
B d 3
B h 7
8.2 .8. Деление
Операция определена для отношений R(X, Y) и S(Z), где X, Y , Z -
множества атрибутов отношений R и S, причем Y=Z. Результат деления
R[YZ]S является отношением, в котором множество кортежей r[X] таково, что
r[X],sR(X,Y), где s S(Z):
R[YZ]S={ r[X] | r[X],sR(X,Y) s S(Z) }.
Справедливо следующее выражение: (R[YZ]S S) R.
X Y Z
Например, если
G2 G1 F1 G1 F1
A d 3 d 3
R = A h 7 , S = h 7 ,
B r 3
B h 7
C h 7
то
G2
R[YZ]S = A .
B
Значение С поля G2 не вошло в результат, поскольку в R отсутствует
кортеж < C, d, 3>. Дополнительно проверить правильность отсутствия значения С
в результате можно умножением:
G2 G1 F1 G2 G1 F1
a)
A
d 3 = A d 3
B h 7 A h 7 R;
C B d 3
B h 7
C d 3
C h 7
б) (R[YZ]S S) R.
С помощью рассмотренных операций реляционной алгебры можно
формулировать запросы к БД для получения необходимой информации, а
66
проекция используется для нормализации отношений. Нормализация проводится
с целью удаления избыточных данных из каждой таблицы в БД.
8. 3 . Примеры запросов на реляционном языке
Год рождения жителя с номером 199 определяется запросом
(person[nom=199])[Rdate]
Сведения о жителях, проживающих в квартире с адресом 901-15, можно
получить по запросу
person[Adr=‘901-15’]
Все сведения о жителе №199 определяется запросом
(((person[nom=199])[Adr=Adr]tphone)[nom=nom]Have_D)
Список дат рождения и адресов для всех жителей обеспечивается
запросом
person[Rdate, Adr].
Определить для каждого жителя источник дохода, дающий больше 500
рублей, можно с помощью запроса
(Have_D[money>500])[nom, source]
Реляционная алгебра не является “дружественным” языком, поскольку
выражения реляционной алгебры не всегда понятны и привычны обычному
пользователю.
Как правило, реляционная алгебра используется для внутреннего
представления запросов, а для взаимодействия с БД были разработаны языки
запросов, ориентированные на пользователя, например, QBE (Query-By-
Example) и SQL. Наиболее популярным языком является SQL, ставший
стандартом для реляционных СУБД.
Вопросы для самоконтроля
1. Дайте математическое определение и приведите пример выполнения
операции проекции над отношением.
2. Дайте математическое определение и приведите пример выполнения
операции выборки над отношением.
3. Дайте математическое определение и приведите пример выполнения
операции соединения над отношениями.
67
4. Дайте математическое определение и приведите пример выполнения
операции объединения над отношениями.
5. Дайте математическое определение и приведите пример выполнения
операции пересечения над отношениями.
6. Дайте математическое определение и приведите пример выполнения
операции вычитания над отношениями.
7. Дайте математическое определение и приведите пример выполнения
операции умножения над отношениями.
8. Используя операции реляционной алгебры, для учебной базы данных,
рассмотренной как пример в теоретических сведениях к самостоятельной
работе №6, написать запросы, которые извлекают следующую информацию:
а) список фамилий, имен, отчеств и дат рождения для
всех жителей квартиры с адресом 901-15;
б) список жителей, имеющих телефоны;
в) список названий источников дохода, имеющихся у
жителей квартиры с адресом 901-15.
Раздел 4. Использование языка SQL для работы с базами
данных.
Тема 9 . Структурированный язык запросов SQL
9.1. Стандарт и разновидности языка SQL
Язык SQL (Structured Query Language) является языком запросов. Он
реализован в таких СУБД, как ORACLE, INGRES, SQLBase (SQLWindows) и др.
в упомянутых системах он является базовым языком, в других (например,
FoxPro, dBase IV) он используется в качестве альтернативного языка.
Ввиду своего широкого использования язык SQL был официально
объявлен международным стандартом.
Язык SQL близок к классу языков реляционного исчисления кортежей и
применяется в основном в РСУБД.
SQL оперирует данными, представленными в виде таблицы. Различают
базовые таблицы, определенные с помощью описания на языке SQL, и
68
производные таблицы, получаемые из одной или нескольких других таблиц
путем выполнения некоторого запроса.
Таблицы включаются в БД. БД обычно содержит несколько таблиц, а
также индексы и другие информационные объекты. Одновременно можно
работать только с одной БД.
SQL - язык высокого уровня. При его использовании не нужно заботиться
об открытии и закрытии файлов, определять наиболее эффективный способ
реализации запроса, активизировать индексы и т.п. Все это делается
автоматически.
9.2. Краткое введение в SQL
Язык SQL включает в себя небольшое число основных операторов.
Наиболее часто используемым оператором языка SQL, выполняющим отбор
информации из БД, является оператор SELECT, который в простейшем виде
может задаваться так:
SELECT <список столбцов, включаемых в ответ>
FROM <список таблиц>
WHERE <условие>
Запрос может быть простым и вложенным, т.е. оператор SELECT может
быть включен в состав другого оператора. этот включенный оператор
называется подзапросом.
Ключевые слова SELECT (отобрать) и FROM (из) должны присутствовать
в операторе обязательно, слово WHERE (где) вместе с условием могут быть
опущены. В этом случае в ответ войдут все строки, имеющиеся в указанных
таблицах.
Если в ответ должны войти все столбцы, имеющиеся в указанных
таблицах, то вместо их перечисления в операторе SELECT можно поставить знак
“*”. Например, запрос, выбирающий сведения обо всех Ивановых из таблицы
PERSON, может быть представлен на языке SQL следующим образом:
SELECT * FROM person WHERE fio=‘ИВАНОВ’
Оператор SELECT оперирует множествами, и результатом обработки в
общем случае является множество строк. поэтому к этим множествам могут
быть применены операции реляционной алгебры: объединение (UNION),
69
пересечение (INTERSECTION), разность (DIFFERENCE, MINUS). В разных
реализациях языка SQL имеется свой набор таких операций.
Язык SQL позволяет запрашивать вычисляемые значения, задавать
сортировку полученного ответа по определенному признаку, осуществлять
группировку данных с целью получения промежуточных итогов или
обобщающих величин (например: среднее, минимум, максимум).
SQL первоначально создавался как язык запросов, но фактически является
комплексным языком “запросов-обновлений” и включает в себя два языка: язык
описания данных (SQL -DDL) и язык манипулирования данными (SQL-DML).
Применение языка SQL для формирования запросов к БД является более
мощным средством по сравнению с какими-либо универсальным языком
программирования высокого уровня. Оператор языка SQL работает не с
отдельной строкой, а с частью таблицы как с единым целым. Используя эту
особенность, можно формировать достаточно сложные запросы к нескольким
связанным таблицам с помощью небольшого по размеру оператора.
Язык SQL позволяет выполнять такие операции, как создание и
уничтожение таблиц, индексов и т.д., ввод, удаление и изменение данных, а
также обеспечивать защиту информации.
Тема 1 0 . Основные элементы языка SQL. Использование языка SQL для
выборки данных
10.1. Оператор SELECT
Этот оператор является основным в языке SQL и служит для отбора
данных и выдачи результатов этого отбора в заданном виде. Оператор имеет
следующий формат:
SELECT <предложение>
FROM <предложение>
[WHERE <условие>]
[GROUP BY <предложение>] [HAVING <условие>]
[UNION <подзапрос>]
[ORDER BY <предложение>]
70