Ограничения целостности

Имеется (необязательная) возможность потребовать для конкретного типа связи отсутствие потомков, не участвующих ни в одном экземпляре этого типа связи (как в иерархической модели).

1 Заметим, что перечисляемые ниже характеристики в полной мере относятся и к другим не реляционным подходам к организации баз данных, которые возникли до появления реляционного подхода или почти одновременно с ним. В частности, подобными свойствами обладают системы, основанные на подходах MUMPS (наиболее известной в России является реализация этого подхода в СУБД Cache компании Intersystems) и Pick (этот подход реализован во многих СУБД, в частности, в СУБД UniVerse и UniData семейства U2 компании IBM).

Реляционная модель данных.

Реляционная модель основывается на понятии отношения. Физическим представлением этого отношения является таблица, которая состоит из строк и столбцов. БД – это набор таблиц.

Домен – поименованный столбец отношения.

Кортеж – поименованная строка отношения.

Т.о. каждый атрибут определяется на некотором домене.

Для уникальной идентификации картежей вводится понятие реляционных ключей. Существуют следующие типы реляционных ключей:

1. Супер-ключ – единственным образом идентифицирует картеж данного отношения.

2. Потенциальный ключ – супер-ключ, который не содержит подмножества так же являющийся супер-ключом данного домена.

Потенциальный ключ имеет следующие свойства:

- уникальность;

- неприводимость.

Одно отношение может иметь несколько уникальных ключей. Выбор потенциальных ключей для идентификации картежей осуществляется исходя из смысла использования атрибутов в реальной задаче.

3. Первичный ключ – тот же потенциальный ключ, который выбран для идентификации кортежа внутри отношения.

4. Вторичный ключ – столбец отношения (группа столбцов), которые выбраны для организации связи между таблицами их первичным ключом. Значение вторичных ключей, как правила, повторяются. Они используются для организации связи 1:N.

5. Составной ключ – ключ состоящий из нескольких атрибутов.

Для всех допустимых БД задаются правила целостности. В реляционной модели существует два основных правила целостности:

1. Целостность сущностей;

2. Ссылочная целостность.

Первое правило относится к первичным ключам : в базовом отношении первичный ключ не может иметь отсутствующих значений, определенных как NULL. Определитель NULL указывает , что значение атрибута в банный момент не определено или не приемлемо для данного кортежа.

Второе правило касается внешних (вторичных) ключей: если в отношении существует внешний ключ, то его значение должно соответствовать значению потенциального ключа в базовом отношении. Допускается определить внешний ключ как NULL-значение.

Первичный ключ (сокращенно РК - primary key) - столбец, значения которого во всех строках различны. Первичные ключи могут быть логическими (естественными) и суррогатными (искусственными). Так, для нашей таблицы Пользователи первичным ключом может стать столбец e-mail (ведь теоретически не может быть двух пользователей с одинаковым e-mail). На практике лучше использовать суррогатные ключи, т.к. их применение позволяет абстрагировать ключи от реальных данных. Кроме того, первичные ключи менять нельзя, а что если у пользователя сменится e-mail?

Отношения: ключ, степень, мощность

Отношения характеризуется рядом следующих свойств:

1. Степень – количество атрибутов, которое содержит это отношение.

2. Кардинальность(мощность) отношения – количество содержащих в отношении кортежей. Может меняться.

Реляционная модель представляет из себя набор нормализованных отношений.

Официальный термин	Альтернативный термин	Альтернативный термин2
Отношение	Таблица	Файл
Кортеж	Строка	Запись
Атрибут	Столбец	Поле

Реляционная схема – имя отношения, за которым записывается множество пар имен столбцов и доменов.

Отношение R(А₁,А₂,А₃,…,А_n) – n-арное отношение, которое определено на доменах D₁,D₂,…D_n реляционная схема будет иметь следующий вид:

R(A₁ : D₁, A₂ : D₂, … , A_n : D_n)

Отношение обладает следующими характеристиками:

1. имеет уникальное имя;

2. Каждая ячейка представляет из себя атомарное неделимое значение;

3. Каждый атрибут отношения имеет уникальное имя;

4. Значения атрибутов берутся из одного и того же домена;

5. каждый картеж отношения является уникальным;

6. Порядок следования отношений является неизменным.

Отношения удовлетворяющие выше указанным характеристикам называются нормализованными отношениями, т.е. отношениями отвечающие первой нормальной форме. Всякое отношение должно приводиться к этой форме для построения реляционной БД.

Обзор процесса нормализации отношений.

При проектировании базы данных центральной задачей является определение количества отношений и их атрибутного состава. Задача группировки в отношения , набор которых заранее не фиксирован, допускает множество различных вариантов решений. Рациональные варианты группировки должны учитывать следующие требования:

1. Множество отношений должно обеспечивать минимальную избыточность данных,

2. Корректировка отношений не должна приводить к двусмысленности или потере данных,

3. Перестройка набора отношений при добавлении в базу данных новых полей должна быть минимальной.

Процесс преобразования отношений называется нормализацией. Методику нормализации отношений разработал А.Ф.Кодд. в 1970г. Он выделил три нормальные формы. Затем Бойсом и Коддом было сформулировано более строгое определение третьей нормальной формы, получившей название нормальной формы Бойса-Кодда. Позже стали выделять 4НФ и 5НФ. Однако на практике эти нормальные формы используются крайне редко.

Процесс нормализации заключается в декомпозиции исходного отношения посредством последовательного выполнения операций проекции. Полученные отношения обеспечивают выполнение их соединения без потерь. Поэтому данную процедуру называют беспроигрышной или неаддитивной декомпозицией.

Отношение находится в 1-ой нормальной форме, если его атрибуты имеют простые неделимые значения.

Отношение находится во второй нормальной форме, если оно удовлетворяет 1НФ и неключевые поля функционально полно зависят от ключа. Полная функциональная зависимость означает, что значение каждого неключевого поля однозначно определяется значением ключа.

Отношение находится в третьей нормальной форме, если оно удовлетворяет требованиям 2-ой нормальной формы и при этом неключевое поле зависит от ключа нетранзитивно.

Нормальная форма Бойса-Кодда учитывает функциональные зависимости, в которых участвуют все потенциальные ключи отношения, а не только первичный ключ. Для отношения с единственным потенциальным ключом его 3НФ и НФБК эквивалентны. Отношение находится в НФБК тогда и только тогда, когда каждый его детерминант является потенциальным ключом. Для проверки принадлежности к отношения к НФБК необходимо найти все его детерминанты и убедиться, что они являются потенциальными ключами. Детерминантом является один атрибут или группа атрибутов, от которых функционально полно зависит другой атрибут. Нарушение требований НФБК происходит, если :

1. Имеются два или более составных ключа,

2. Эти потенциальные ключи перекрываются, т.е. ими совместно используется , по крайней мере один общий атрибут.

НФБК позволяет устранить любые аномалии, вызванные функциональными зависимостями. В ходе исследований выявлен еще один тип зависимости – многозначная зависимость.

SQL (ˈɛsˈkjuˈɛl; англ. structured query language — «язык структурированных запросов») — формальный непроцедурный язык программирования, применяемый для создания, модификации и управления данными в произвольной реляционной базе данных, управляемой соответствующей системой управления базами данных (СУБД). SQL основывается на исчислении кортежей.