Ковалевич И.А. Основы баз данных: учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Извлечь корневую запись можно по значению ключа. Кроме того,

допускается последовательный просмотр корневых записей. Всякая

обработка базы данных начинается только с корневой записи.

Для движения по структуре служит модификация ИЗВЛЕЧЬ

СЛЕДУЮЩИЙ. Следующий трактуется в контексте левостороннего обхода

дерева. Для примера левосторонний обход дерева на Рис. 4 .8 дает

последовательность: А1, В1, М1, М2, В2, ВЗ, МЗ, М4, М5,Н1, Е1, Е2,... Эта

же операция служит для просмотра экземпляра группового отношения.

В операции ИЗВЛЕЧЬ допускается задание условий выборки.

Например, выбирая студентов, можно ограничиться только записями о

мужчинах. Записи, не удовлетворяющие условию поиска, будут так – же

рассматриваться, но не выдаваться пользователю для обработки. Механизм

задания условий выборки позволяет упростить алгоритмы запросов.

Еще раз отметим, что обработка БД начинается только с корневой

записи, а доступ к некорневым осуществляется по иерархическому пути.

Операций перехода к владельцу группового отношения в

иерархической модели данных нет. Да они и не нужны, поскольку структура

БД древовидная, некорневая запись может быть подчинена только одной

исходной (владельцу). А для обращения к этой некорневой записи

неминуемо прохождение через исходную (система хранит сведения о

просмотренных записях). Следовательно, операция извлечения владельца

группового отношения теряет смысл в иерархической модели данных. Если

же средствами иерархической модели данных имитируется сетевая

структура, то, как было показано, требуется дополнительное дублирование

ключевых полей.

4.3.4.ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

В ИЕРАРХИЧЕСКИХ БАЗАХ ДАННЫХ.

Рассмотрим, как в иерархической модели данных реализуется запрос,

приведенный в предыдущей главе, «Выдать список студентов указанного

факультета, приведя для каждого сведения об основной работе».

1.Ввести с терминала название факультета.

2.Извлечь последовательно запись ГРУППА при условии, что

факультет группы совпадает с заданным; по концу перейти к п. 8.

3.Извлечь следующую запись СТУДЕНТ в групповом отношении.

4.Если список подчиненных исчерпан, перейти к п. 2.

5.Извлечь корневую запись ОРГАНИЗАЦИЯ по ключу, заданному в

найденной записи СТУДЕНТ.

6.Обработать записи СТУДЕНТ и ОРГАНИЗАЦИЯ.

7.Перейти к п. 3.

8.Выдать сообщение «Конец запроса». Останов.

В заключение отметим отличительные особенности иерархической

модели данных:

 данные организованы в иерархические структуры;

 при отображении сетевых структур необходимы дублирование

данных и меры по поддержанию семантической целостности;

 основная единица обработки—запись;

 обработка начинается только с корневой записи, а, доступ к

некорневым обеспечивается по иерархическому пути (по

групповым отношениям движение только вниз—от исходных к

подчиненным).

5. РЕЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ

В конце 60-х годов появились работы, в которых обсуждались

возможности применения различных табличных даталогических моделей

данных, т.е. возможности использования привычных и естественных

способов представления данных. Наиболее значительной из них была статья

сотрудника фирмы IBM д-ра Э.Кодда (Codd E.F., A Relational Model of Data

for Large Shared Data Banks. CACM 13: 6, June 1970), где, вероятно, впервые

был применен термин "реляционная модель данных".

Будучи математиком по образованию Э.Кодд предложил

использовать для обработки данных аппарат теории множеств

(объединение, пересечение, разность, декартово произведение). Он показал,

что любое представление данных сводится к совокупности двумерных

таблиц особого вида, известного в математике как отношение - relation

(англ.). Именно поэтому реляционную модель данных в литературе часто

называют моделью Кодда .

Для пояснения математического понятия «отношение» дадим два

определения.

 Декартово произведение. Пусть D

,...D

—

произвольные конечные множества и не обязательно различные.

Декартовым произведением этих множеств D

,...X Dn

называется множество n-к вида-<d

, d

, ..., dn>, где d



, d



...,



Dn.

Рассмотрим простейший пример. Пусть первое множество состоит

из двух элементов D

, а

},второе - из трех: D2={b

}. Тогда их

декартово произведение есть: D

={a

, a

 Отношением R, определенным на множествах

,...Dn, называется подмножество декартова произведения

,...X Dn. При этом множества D

,...Dn называются

доменами (domain) отношения, а элементы декартова произведения

- кортежами отношения.

Рис. 5.1. Организация данных в реляционных БД.

Отношения удобно представлять в виде таблиц, в которых столбцы

соответствуют атрибутам, а строки таблицам (см. Рис. 5 .1 )

Степень отношения - это число его атрибутов. Отношение степени

один называют унарным, степени два - бинарным, степени три -

тернарным, ..., а степени n - n-арным.

Кардинальное число или мощность отношения - это число его

кортежей.

Поскольку отношение - это множество, а множества по определению

не содержат совпадающих элементов, то никакие два кортежа отношения не

сотр_номер сотр_имя сотр_зарп сотр_отд_номер

2934 Иванов 1120,00 310

2935 Петров 1440,00 310

2936 Сидоров 920,00 313

2937 Федоров 1100,00 310

2938 Иванова 1120,00 315

кортежи

отношение

сотрудники

атрибуты

первичный

ключ

Табельные

номера

Оклады

Имена

Номера

отделов

домены

деньги

строки

символов

целые

числа

типы данных

могут быть дубликатами друг друга в любой произвольно-заданный момент

времени.

5.1. ОРГАНИЗАЦИЯ ДАННЫХ

Основными понятиями реляционных баз данных являются тип

данных, домен, атрибут, кортеж, отношение, первичный и внешний ключ .

Покажем смысл этих понятий на примере отношения

СОТРУДНИКИ, содержащего информацию о сотрудниках некоторой

организации(Рис. 5 .1).

5.1.1.ТИП ДАННЫХ

Понятие тип данных в реляционной модели данных полностью

адекватно понятию типа данных в языках программирования. Обычно в

современных реляционных БД допускается хранение символьных, числовых

данных, битовых строк, специализированных числовых данных (таких как

"деньги"), а также специальных "темпоральных" данных (дата, время,

временной интервал). Достаточно активно развивается подход к

расширению возможностей реляционных систем абстрактными типами

данных (соответствующими возможностями обладают, например, системы

семейства Ingres/Postgres). В нашем примере мы имеем дело с данными трех

типов: строки символов, целые числа и "деньги".

5.1.2.ДОМЕН

Понятие домена более специфично для баз данных, хотя и имеет

некоторые аналогии с подтипами в некоторых языках программирования. В

самом общем виде домен определяется заданием некоторого базового типа

данных, к которому относятся элементы домена, и произвольного

логического выражения, применяемого к элементу типа данных. Если

вычисление этого логического выражения дает результат "истина", то

элемент данных является элементом домена.

Наиболее правильной интуитивной трактовкой понятия домена

является понимание домена как допустимого потенциального множества

значений данного типа. Например, домен "Имена" в нашем примере

определен на базовом типе строк символов, но в число его значений могут

входить только те строки, которые могут изображать имя (в частности,

такие строки не могут начинаться с мягкого знака).

Следует отметить также семантическую нагрузку понятия домена:

данные считаются сравнимыми только в том случае, когда они относятся к

одному домену. В нашем примере значения доменов "Номера пропусков" и

"Номера отделов" относятся к типу целых чисел, но не являются

сравнимыми.

Несколько атрибутов отношения могут быть определены на одном и

том же домене. Для пояснения рассмотрим отношение ПОЭТЫ (Таблица

5 .1.). В нем атрибуты ГОД - РОЖДЕНИЯ и ГОД - СМЕРТИ определены

на одном домене.

Атрибуты разных отношений также могут быть определены на одном

и том же домене.

Домены : ИМЯ СТРАНА ГОД

Атрибуты : ИМЯ СТРАНА

ГОД

РОЖДЕНИЯ

ГОД

СМЕРТИ

Петрарка

Гётте

Тютчев

Байрон

Италия

Германия

Россия

Англия

1304

1749

1803

1788

1374

1832

1873

1824

Таблица 5.1. Отношение ПОЭТЫ.

Таким образом, понятие «домен» формально можно определить

следующим образом:

 Домен — это множество атомарных значений

одного и того же типа, или другими словами, множество

допустимых значений данного атрибута.

Заметим, что в большинстве реляционных СУБД понятие домена не

используется, хотя в OracleYV.7 оно уже поддерживается.

5.1.3.СХЕМА ОТНОШЕНИЯ, СХЕМА БАЗЫ ДАННЫХ

 Схема отношения–это именованное множество

пар {имя атрибута, имя домена (или типа, если понятие домена не

поддерживается).

Рис. 5.2. Графическое изображение схем отношений.

Степень или "арность" схемы отношения — мощность этого

множества. Степень отношения СОТРУДНИКИ равна четырем, то есть оно

является 4-арным. Если все атрибуты одного отношения определены на

разных доменах, осмысленно использовать для именования атрибутов имена

соответствующих доменов (не забывая, конечно, о том, что это является

всего лишь удобным способом именования и не устраняет различия между

понятиями домена и атрибута).

Перечень атрибутов отношения и его свойства определяет схему

отношения.

ПОЛИКЛИНИКИ

НОМЕР_ПОЛ район телефон главврач

Integer Char() Char() Char()

ОРГАНИЗАЦИИ

ИНН_ОРГ Наименование Ведомство Адрес Телекс

Long Char() Char() Char() Char()

БАНК

ИНН_БАНКА Наименование Район Адрес

Long Char() Char() Char()

ЖИТЕЛИ

НОМЕР

ПАСПОРТА

ФИО номер_пол инн_орг Табельный

номер

Адрес Телефон Год

рождения

Char() Char() Integer Char() Long Char() Char() Date

СЧЕТА

ИНН_БАНКА Номер

счета

номер

паспорта

Сумма Тип вклада

Integer Char() Char() Currency Char()

*Выделены первичные ключи.

** ИНН — идентификационный номер налогоплательщика

 Два отношения называются односхемными, если

они построены по единой схеме.

 Схема БД (в структурном смысле) — это набор

именованных схем отношений.

На. Рис. 5 .2 показан пример графического изображения схемы базы

данных)

5.1.4.КОРТЕЖ, ОТНОШЕНИЕ

 Кортеж, соответствующий данной схеме

отношения,–это множество пар {имя атрибута, значение},

которое содержит одно вхождение каждого имени атрибута,

принадлежащего схеме отношения. "Значение" является

допустимым значением домена данного атрибута (или типа

данных, если понятие домена не поддерживается).

Тем самым, степень или "арность" кортежа, т.е. число элементов в

нем, совпадает с "арностью" соответствующей схемы отношения. Попросту

говоря, кортеж - это набор именованных значений заданного типа.

 Отношение - это множество кортежей,

соответствующих одной схеме отношения.

Иногда, чтобы не путаться, говорят "отношение-схема" и

"отношение-экземпляр", иногда схему отношения называют заголовком

отношения, а отношение как набор кортежей - телом отношения. На самом

деле, понятие схемы отношения ближе всего к понятию структурного типа

данных в языках программирования. Было бы вполне логично разрешать

отдельно определять схему отношения, а затем одно или несколько

отношений с данной схемой.

Однако в реляционных базах данных это не принято. Имя схемы

отношения в таких базах данных всегда совпадает с именем

соответствующего отношения-экземпляра. В классических реляционных

базах данных после определения схемы базы данных изменяются только

отношения-экземпляры. В них могут появляться новые и удаляться или

модифицироваться существующие кортежи. Однако во многих реализациях

допускается и изменение схемы базы данных: определение новых и

изменение существующих схем отношения. Это принято называть

эволюцией схемы базы данных.

Обычным житейским представлением отношения является таблица,

заголовком которой является схема отношения, а строками–кортежи

отношения-экземпляра; в этом случае имена атрибутов именуют столбцы

этой таблицы. Поэтому иногда говорят "столбец таблицы", имея в виду

"атрибут отношения". Этой терминологии придерживаются в большинстве

коммерческих реляционных СУБД.

 Реляционная база данных–это набор отношений,

имена которых совпадают с именами схем отношений в схеме БД.

Как видно, основные структурные понятия реляционной модели

данных (если не считать понятия домена) имеют очень простую

интуитивную интерпретацию, хотя в теории реляционных БД все они

определяются абсолютно формально и точно. Математические понятия

явились теоретической базой для создания реляционных СУБД, разработки

соответствующих языковых средств и программных систем,

обеспечивающих их высокую производительность, и создания основ теории

проектирования баз данных. Однако для массового пользователя

реляционных СУБД обычно используются неформальные эквиваленты этих

понятий:

отношение - таблица (иногда файл),

кортеж - строка (иногда запись),

атрибут - столбец, поле.

При этом принимается, что "запись" означает "экземпляр записи", а

"поле" означает "имя и тип поля".

5.2. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ОТНОШЕНИЙ

Остановимся теперь на некоторых важных свойствах отношений,

которые следуют из приведенных ранее определений.

5.2.1.ОТСУТСТВИЕ КОРТЕЖЕЙ-ДУБЛИКАТОВ

То свойство, что отношения не содержат кортежей-дубликатов,

следует из определения отношения как множества кортежей. В

классической теории множеств по определению каждое множество состоит

из различных элементов.

Из этого свойства вытекает наличие у каждого отношения так

называемого первичного ключа — набора атрибутов, значения которых

однозначно определяют кортеж отношения. Для каждого отношения по

крайней мере полный набор его атрибутов обладает этим свойством. Однако

при формальном определении первичного ключа требуется обеспечение его

"минимальности", т.е. в набор атрибутов первичного ключа не должны

входить такие атрибуты, которые можно отбросить без ущерба для

основного свойстваY–Yоднозначно определять кортеж.

Из выше сказанного следует что первичный ключ может быть

определен или одним атрибутом или конкатенацией значений нескольких

атрибутов, тогда говорят, что отношение имеет составной ключ. Например,

в отношении СЧЕТА (Рис. 5 .2.) ключ состоит из двух атрибутов:

ИНН_БАНКА и НОМЕР СЧЕТА.

Отношение может содержать и несколько ключей. Так, в отношении

ЖИТЕЛИ кортежи могут идентифицироваться фамилией и инициалами (для

простоты условимся, что эти значения уникальны, хотя вообще это

необязательно), номером паспорта, сочетанием идентификационного номера

организации с табельным номером (при условии, что все жители работают)