Концептуальное проектирование

Модель данных это формализованное описание информационной структуры и операций над ними.

Каждая СУБД поддерживает ту или иную модель данных. Она определяет правило пораждения допустимых для данной СУБД видов структуры данных.

После разработки инфологической модели приступают к выбору модели данных. Учитывают следующие их свойства:

1. возможность прямого моделирования понятий, информационной модели, с помощью структур данных предлагаемой модели данных.

2. Сложность и трудоемкость написания определений данных и программ для манипулирования структурами данных.

3. Простота с точки зрения минимального числа типов базисных структур.

4. Сложность модели для изучения пользователями.

5. Наглядность представления структуры данных и т.д.

Наиболее часто используются иерархическая, сетевая и реляционная модель.

Иерархическая и сетевая относятся к графовым моделям, то есть БД представляется в виде графов. Вершина графов соответствуют логическим записям, а ребра – адресным указателям. Для связи между записями. Основной способ манипулирования данными и навигации.

Основные понятия иерархической системы это уровень, элемент (узел), и связь.

у ровень 1 А1 связь

у ровень 2 В1 В2 В3

С1 С2 С3 С4 С5 С6

Узел это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект.

Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину, не подчиненную другим.

Сетевая модель. Те же основные понятия что и в иерархической (уровень, узел, связь). Каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

А В

С Е Н

F G

Типы записей используются для представления типов сущностей и являются вершинами графов. Модель допускает существование вершин как простой, так и сложной структур.

реляционная. Основное понятие отношение.

Отношение это таблица, в виде которой в реляционной модели представляются данные. Столбцы такой таблицы представляют собой элементы данных, строки такой таблицы это записи. Значение в столбце выделяются из доменов.

Отношения обладают следующими свойствами:

1. Отсутствуют одинаковые строки.

2. Порядок строк не существенен.

3. Порядок столбцов не существенен.

4. Все значения имеют атомарный характер. Их нельзя разбить на компоненты.

Достоинства:

1. Простота и доступность

2. Непроцедурные запросы

3. Более высокая степень независимости данных

4. Гибкость

Недостаток: более низкая производительность.

Объектно-ориентированная модель данных

К основным понятием относятся объекты, атрибуты, классы, наследование, иерархия классов.

Достоинства:

1. Добавление семантического наполнения

2. Использование наследования для поддержания целостности

3. Структурная независимость

Недостатки:

1. Отсутствие должной стандартизации.

2. Сложная навигация доступа к данным.

3. Трудность изучения

4. Медленное выполнение транзакций.

ВУЗ

филиалы

корпуса

Учебные аудитории

Не учебные аудитории

деканат

кафедры

В интернет используются те же модели данных, что и в информационных системах. Чаще всего используется реляционная модель.

Основные разработки ведутся в направлении создания систем БД, обеспечивающих простой и гибкий интерфейс с глобальной сетью. При этом предъявляются следующие требования:

1. Гибкий, эффективный и безопасный доступ в интернет

2. Поддержка сложных типов данных

3. Интерфейс с множеством источников данных и структур

4. Относительная простота концептуальной модели.

5. Обилие доступных инструментальных средств разработки и реализации приложений.

6. Мощный графический интерфейс пользователя.

Накладная №123

Дата Покупатель Адрес

11.03.13 ООО Геракл Калуга, ул Королева

Список товара количество ед. изм цена общ стоимость

Тушенка 1000 банки 80 80000

Сахар 500 кг 30 6000

Макароны 200 кг 40 20000

Итого

106000

Номер Дата Покупатель Адрес Список товара Количество Единица измерения Цена Общая стоимость итого

Номер Дата Покупатель

Адрес Список товара Количество Единица измерения Цена Общая стоимость Итого

Наиболее важным аспектом релиционной модели является языки, которые позволяют манипулировать данными на основе только их логических характеристик.

Сюда относят реляционную алгебру и реляционное исчисление, которое может быть на переменных-кортежах и переменных-доменах.

Реляционная алгебра это процедурный язык обработки реляционных таблиц.

Реляционное исчисление это не процедурный язык. Формулируем выражение, каким должен быть ответ на наш запрос.

РА и РИ логически эквивалентны, то есть любой запрос, который можно сформулировать с помощью реляционной алгебры можно сформулировать и при помощи РИ и наоборот.

РА позволяет выражать запросы средствами специализированных операторов, применяемых к отношениям. Реляционное исчисление позволяет выражать запросы путем спецификации предикатов, которому должны удовлетварять требуемые кортежи или домены.

РА и РИ это теоретические языки. Служат для оценки логической мощности существующих языков запросов. Если язык обеспечивает, как минимум, те же возможности, что и реляционные то он называется реляционно полными. Если язык имеет меньшую логическую мощность, то, навярняка, существуют запросы, которые нельзя сформулировать с помощью данного языка.

С теоретической точки зрения реляционные отношения представляет собой подмножество декартова произведения доменов.

Декартово произведение позволяет получить все возможные комбинации элементов.

Отношение удобно представлять как таблицу, в которой каждая строка есть кортеж, а каждый столбец соответствует одному и тому же компоненту декартова произведения.

1. Операция объединения. Операция применяется только к отношениям одинаковой размерности. Результатом этой операции является отношение множества картежей которого принадлежат либо одному, либо другому исходному отношению.

2. Разность отношений. Эта операция позволяет идентифицировать строки, которые есть в одной исходной таблице, и нет в другой.

3. Декартово произведение.

4. Проекция отношения. Операция применяется для создания новой таблицы путем исключения столбцов.

5. Селекция. Данная операция используется для создания реляционной таблицы из исходной. Путем отбора строк, удовлетворяющих заданным условиям.

6. Пересечение отношений. Позволяет идентифицировать строки общее в 2х таблицах.

7. Операция деления. Операция создает новую реляционную таблицу путем выбора строк соответствующих каждой строке другой таблицы.

8. Соединение отношений. i и j это номера столбцов а тетта арифметический оператор сравнения. Можно обращаться не только по номерам, но и по именам. Операция соединения создает новую таблицу путем склеивания строк, столбцы которых отвечают заданным условиям.

Решение каждого запроса в реляционном исчислении является реляционная таблица, которая задается целевым списком и определяющим выражения.

T – целевой список, пси(т) определяющее выражение. Целевой список это список, определяющие атрибуты таблицы решений. Определяющее выражение это условие, ограничивающее вхождение элементов в таблицу решения.

Формулы в реляционном исчислении строятся из атомов и совокупности арифметических и логических операторов. Атомы могут быть трех типов:

1. Кортеж (переменная на некоторых доменах)

2. Арифметическое выражение с двумя переменными вида S[j]QU(j)

3. Выражение типа [j]Qa , a – const

S[3]>=2

В реляционном исчислении можно сделать операции аналогичные объединению, пересечению, разности, декратову произведению, проекции и селекции.

Для реализации соединения используется квантор существования. А для деления квантор всеобщности. Квантор существования это выражение реляционного исчисления, означающее существование хотя б одной строки, удовлетворяющий условию. И квантор всеобщности это выражение реляционного исчисления, обозначающее, что некоторое условие применяемое к каждой строке определенного типа.

Пример

Кто из студентов учатся на ЗИ.

{r.FIO: r in STUDENT and t.SPEC=”ЗИ”}

Решение задается целевым списком, состоящим из 1го атрибута.

Пример 2

Пусть даны 2 таблицы. Student с полями FIO, adres, course, old, id

GROUP(GR,Starosta,KUR,nzk)

Перечислить имена студентов, обучающихся в ЗИ-81

{q.fio,q.adres:q in STUDENT and EXIST S IN GROUP

(q.NZK = s.NZT AND s.GR=’ЗИ-81’)}

В реляционном исчислении на переменных кортежах доказана теорема: Если существует выражения реляционной алгебры, то существует эквивалентная ему безопасное выражение в реляционном исчеслении с переменными кортежами.

В реляционном исчислении с переменными доменами тоже доказана теорема: для каждого безопасного выражения реляционного исчисления с переменными доменами существует эквивалентное безопасное выражение с переменными кортежами.

Реальным языком запросов, основанном на реляционном исчислении с переменными кортежами, является язык QUEL. Реальным языком, основанным на реляционной алгебре, с переменными на доменах является QBE.

Семинар

R1

г	у	к
а	б	д
у	ф	ц
б	л	м

R2

б	л	м
к	с	ц

Разность

г	у	к
а	б	д
у	ф	ц

Пересечение отношений

б

л

м

R1

а	б	в	е
к	л	б	в
д	с	у	к
д	с	д	е
к	л	д	е
У	ф	х	ц
у	ф	б	в

R2

б	в
д	е

Деление

к

л

Селекция

а	б	в	е
к	м	д	е
д	с	у	к
д	с	б	в
к	л	б	в
У	ф	х	ц
у	ф	д	е