10 Дәріс. Мәліметтердің реляциялық моделі

Дәріс мазмұны:

- мәліметтердің реляциялық модельдерінің негізгі анықтамалары.

Дәріс мазмұны:

- мәліметтердің реляциялық модельдерінің негізгі анықтамаларын оқу.

10.1 Реляциялық кестелер мен кілттер

Реляциялық модель "қатынас" (Relationship) деген түсінікте негізделген. Оның артықшылықтары мен бірге кемшіліктері де болса, қазіргі кезде ең көп тараған модель болып табылады. 80-ші жылдардың (ХХ ғ.) ортасынан бастап осы модельдің артықшылықтары басқа МҚБЖ-ді дүниежүзінің нарығынан ығыстыруына себеп болды.

Реляциялық модельдің артықшылықтары ретінде келесілерді атауға болады:

- қарапайымдылық, көп тараған тақырып аймақтардың көбісін қарапайым модельдеуге абстракцияларының аз саны және интуитивті түсінікті болып отырып олар формалды анықтамаларды орнатуға мүмкіндік береді;

- жақсы өңделген және қуатты математикалық аппаратының бар болуы;

- мәліметтердің физикалық үйымдастыруын білмей ақ оларға операцияларды қолдану мүмкіндіктері.

Реляциялық модельдің кемшіліктері деп келесілерді есептейді:

- басқа модельдерге қарағанда мәліметтерді сақтаудың тиімділігі төмен болып табылады;

- кейбір операцияларды іске асырғанда жылдамдылық жеткілікті болмайды:

- мәліметтердің күрделі құрылымдарын көрсету мүмкіндіктері шектелген;

- тақырып аймақтың семантикасын адекватты көрсету мүмкін емес.

Мәліметтерді кестелер немесе реляциалар түрінде көрсететін мәліметтер моделі мәліметтердің реляцялық моделі болып табылады. Реляция дегеніміз жатық және тік жолдардан тұратын екі өлшемді кесте. Кодд моделінде кестедегі мәліметтермен жұмыс жасауға екі тілді: реляциялық алгебра мен реляциялық есептеуді қолдануы ұсынылады. Бұл теориялар математикалық логиканың бөліктері. Оларда кестені relation (қатынас) деп атайды. Осы тілдердің екеуі де мәліметтермен жұмыс істеуді физикалық көрсеткіштер негізінде емес, олардың логикалық сипаттамалары арқылы қамтамасыздандырады.

Кесте түсініктемесі реляциялық модельдің негізі болып табылады. Мәліметтер қорын кестелер жиыны деп түсінуге болады. Бірақ бұл кестенің түсініктемесі тек қана мәліметтерді көрсету түріне қатысты, дискіде немесе жадыда жазбаларды физикалық іске асыруымен оның еш қандай байланысы жоқ.

Реляциялық МҚБЖ-де ең кемінде екі шарт орындалады:

1) пайдаланушылар мәліметтерді кесте түрінде қабылдайды;

2) пайдаланушы бар кестелерден белгілі операторларды қолданып жаңа кестелерді жасауларына болады.

Кестеге операцияны қолданған кезде нәтижесінде қайтадан кесте пайда болатыны өте маңызды қасиет (реляциялық бекітілу қасиеті). Басқа сөзбен айтқанда бір түрлі объектке операцияны қолдансақ нәтижесінде бірдей типті объектті аламыз.

Реляциялық модель негізінде келесідей түсініктемелер болады: мәліметтер типі, атрибут, домен, бастапқы кілт, қатынас.

Реляциялық модельдегі мәліметтер типі деген түсініктеме программалау тілдердегі осындай түсініктемемен толығымен сәйкес. Әдетте символдық, сандық, календарлы, ақшалы, және биттік типтер қарастырылады.

Ақпаратты сақтау үшін атрибут қолданылады. Реляциялық модельдегі атрибут түсініктемесінің мағнасы ER-модельдегі объект қасиетімен бірдей. Атрибуттың аты мен типі болады. Қатынас құрылымы атрибуттар жиыны мен олардың типтерінен құрастырылады. Атрибуттар саны реляция дәрежесі (рангы) болып табылады.

Атрибуттар реті маңызды емес деп есептелінеді. Сондықтан, реляцияның ешқандай екі атрибутарының аттары бірдей болмауы керек. Атрибуттың қабылдайтын барлық мәндерінің жиыны атрибут домені (аймағы) деп аталады. Реляциялық модельде доменнің үлкен ролі бар. Ол анықтама функциясын іске асырады. Доменді қолдану көптеген салыстыру қателерден сақ болуды орындайды. Мысалы, бір түсініктемені әртүрлі жолмен енгізген кезде (мысалы, енгізу қатесі болса). Сонымен бірге орнатылған позицияларынан қажеттісін таңдау жолымен, домен енгізуді бақылау және классификациялау функцияларын орындайды. Доменнің барлық элементтері бірдей типті болып, кейбір логикалық шартты қанағаттандырады. Домен элементі сан, символдық жол, дата болуы мүмкін, бірақ массивтер, тізімдер сияқты күрделі құрылым бола алмайды.

Атрибуттардың екі аймағы бірдей болу үшін олардың бірдей мағнасы болуы керек. Екі атрибуттың аймақтары бірдей болса да, олардың аттары әртүрлі болуы мүмкін. Әр атрибуттың мәндері бір доменнен болады яғни атрибут мәндерін берілген жиыннан қабылдайды. Атрибуттың аты мен мәні бар, көбінесе атрибут аты домен атымен бірдей болады.

Аталған

(A_i, Di), i=1,k

жұптар жиынын қатынастың сұлбасы деп атайды,

мұндағы A_i – атрибут аты, D_i – домен аты, k – қатынас рангы.

Егер де атрибут аты домен атымен бірдей болса, қатынас сұлбасын келесі тізім ретінде көрсетуге болады

R (A₁, A₂, ... A_k),

мұндағы А_i – домендер аттары.

Қатынастар сұлбаларының жиындары реляциялық мәліметтер қорының сұлбасы болып табылады және келесідей компоненттерден тұрады

S(rel) = < A, D, R, Rel, F>,

мұндағы A – атрибуттар жиыны, D – домендер жиыны, R – қатынастар аттарының жиыны, Rel – қатынастар сұлбаларының жиыны, F – шектеулер, сонымен бірге функционалдық тәуелділіктер жиыны.

"Атрибут аты, атрибут мәні" жұптардың жиыны қатынастың кортежі болып табылады, сонымен бірге әр атрибут кортежге тек қана бір рет кіреді. Кортеж қатынастың денесі (реляциялардың жатық жолдары) деуге болады. Ол толтырылған атрибуттар жиындарынан тұрады. Қатынаспен бейнеленетін объект туралы ақпаратты кортеж береді. Егер де атрибуттар мен домендер құрылымды белгілесе, кортеж ақпаратпен толтыру болып табылады.

Қатынастың бір сұлбасына сәйкес кортеждер жиынтығы қатынас болып табылады.

Практикада қатынасты кесте түрінде көрсету ыңғайлы; қатынас сұлбасы кестенің ат жолы, ал кортеждері жатық жолдары болып табылады; сонда атрибуттар аты кестенің тік жолдарының аты болады.

Жатық жолдардың алдын ала белгілеген реті жоқ, сондықтан кез-келген екі кортеж мәндерінің жиынтығы бірдей болмауы керек.

Егер де атрибут қолданылмаса немесе оның мәні белгісіз болса, оған меншіктелетін мән бос мән болып табылады.

Реляциялық кестенің әрбір кортежін бір мағналы анықтайтын атрибуттардың кез-келген жиынтығы суперкілт деп аталады.

Минималды суперкілт яғни атрибуттардың минималды жиыны реляцияның кілті болып табылады.

Егер де кілт құрамына екі немесе бірнеше атрибуттар кірсе кілт құрамды кілт деп аталады.

Кез келген реляциялық кестеде кілт болып таңдалынатын атрибуттар жалғыз болмауы мүмкін. Олар потенциалды кілттер деп аталады. Кілт ретінде таңдалынған потенциалды кілт бастапқы кілт деп аталады. Әдетте бастапқы кілт ретінде пайдалануға ыңғайлы потенциалды кілтті таңдайды. Бастапқы кілтті әдетте кілт деп атайды. Реляциялық кестенің белгілеуінде кілттік атрибутты астынан сызып қояды.

Әртүрлі қатынастарды байланыстыру үшін сыртқы кілт түсініктемесі қолданылады. Басқа A_k қатынаста кілт болып табылатын және оның мәндері D_k доменде жататын кестенің атрибуты (атрибуттар жиыны) сыртқы кілт деп аталады. Басқа қатынаста атрибуты бастапқы кілт болатын сыртқы кілті анықталған қатынас алдынғы қатынасқа сілтеме жасайды деп айтады. Сонымен, сыртқы кілт дегеніміз басқа кестенің (немесе өзінің) кілті болып табылатын бір кестенің атрибуттар жиыны болады. Сыртқы кілттер кестелер арасындағы маңызды байланыстарды орнатады. Сыртқы кілттің атрибуттарының аттары сәйкес кілттің аттарынан бөлек болуы мүмкін.

Өз реляциялық кестесіне сілтеме жасайтын сыртқы кілт рекурсивті сыртқы кілт деп аталады.

Сыртқы кілттер туралы ақпарат өте маңызды болғандықтан реляциялық кестелерді анықтағанда міндетті түрде сыртқы кілттерін көрсетеді.

Реляциялық кестенің жалпы белгілеуі: реляция атынан кейін жақшада оның барлық атрибуттары жазылады. Реляциялық кестелердің аттарынан, олардың атрибуттарының аттарынан, кілттік атрибуттарынан, сыртқы кілттерінің анықтамаларынан тұратын толық тізім мәліметтер қорының реляциялық сұлбасы деп аталады.