28. Модели данных: основные понятия, преимущества, недостатки. Математические основы реляционной модели. Основные понятия реляционной модели. Типы связей между отношениями.

Модель данных – это совокупность принципов организации БД. модели данных различаются принципами определения, манипулирования и хранения данных в базе. Но наиболее важным является способ организации связей между данными в базе. Классическими являются иерархическая, сетевая и реляционная модели данных. Кроме того, при разработке БД в последнее время активно используются такие модели как постреляционная, объектно-ориентированная, объектно-реляционная и многомерная модели. В иерархичной модели связи между данными можно представить с помощью дерева. Данные в такой модели расположены на разных иерархичных уровнях и называются сегментами. Самый высокий сегмент имеет название «корневой». Сегменты, расположенные на более низком уровне, называются сегментами-потомками; на более высоко уровне – сегментами-предками. Каждый сегмент может иметь только одного предка на более высоком уровне и одного или нескольких потомков на более низком уровне. Доступ к определенному сегменту осуществляется по цепочке – от сегмента-предка к сегменту-потомку начиная слева.

Иерархическая модель используется для представления организационных структур, по своей природе являющихся иерархическими. Организовать более сложные связи в этой модели не возможно.

Недостатки: громоздкость модели для обработки данных со сложными логическими данными.

Достоинство: эффективное использование памяти компьютера при хранении данных.

Сетевая модель, ее достоинства и недостатки.

Представления сетевыми структурами типа запись данных, связываются отношениями «один-к-одному» и «один-ко-многим». Это структура, у которой любой элемент может быть связан с любым другим элементом. 1 или несколько элементов имеют более 1 исх. элемента.

Более универсальны, так как взаимосвязи большинства предметных областей имеют сетевой характер.

Технология работы удобна для пользователя: возможен непосредственно доступ к элементам данных. Сетевая БД состоит из наборов записей, которые связаны между собой так, что записи могут содержать явные ссылки на другие наборы записей. Так они образуют сеть. Связи между записями могут быть произвольными, и эти связи явно присутствуют и хранятся в базе данных.

Достоинство: высокая эффективность затрат памяти; оперативность обработки данных.

Недостаток – сложность и жесткость схемы базы; сложность понимания; ослаблен контроль целостности, т.к. в ней допускается устанавливать произвольные связи между записями.

Использование связей «мног-ко-многим» позволяет устранить недостатки иерархической модели: низкую приспосабливаемость к описанию данных иерархической структуры и слабую гибкость при развитии системы.

Сравнивая иерархические и сетевые: сетевые обеспечивают достаточно быстрый доступ к данным, (т.к. основная структура представляя информацию имеет форму сети: каждая вершина (узел) может иметь связь с любой другой. Данные в сетевой более равноправны: доступ к ним может быть осуществлен, начиная с любого узла.

Реляционная модель – комплекс взаимосвязанных простейших двумерных таблиц-отношений. Таблицы-отношения должны обладать следующими свойствами: *каждый столбец таблицы – это элемент данных и его значения должны быть не расчленяемыми на несколько значений; *все столбцы однородные; *в таблице нет двух одинаковых строк; *столбцы и строки могут просматриваться в любом порядке, безотносительно к их информационному содержанию и смыслу; *число строк не ограничено. Отношение описывает некоторый объект материального мира посредством атрибутов R(A1, A2,..,An), называемого схемой отношения. В теории реляционных моделей данных используется терминология алгебры отношений. Согласно ей столбцы отношения называются доменами, а строки – кортежами. При работе с реляционными таблицами используют также альтернативные им понятия – поле и записи. В отношении записи должны иметь уникальный идентификатор – ключ. Ключ – один или несколько полей, однозначно определяющих записи. Ключ служит для быстрого поиска нужной информации.

Связь между таблицами в реляционной модели данных. Первичный и внешний ключи, их отличия.

В реляционной базе данных между таблицами устанавливаются связи, которые делают их более информативными, чем они являются по отдельности. Связь устанавливается посредством связи ключевых полей, содержащих общую информацию для обеих таблиц. Пусть таблица R₁ связывается с таблицей R₂. Тогда таблица R₁называется основной, а таблица R₂ – подчиненной. Ключевое поле основной таблицы называется первичным ключом, а подчиненной – внешним ключом.

Одна запись основной таблицы может быть связана с одной или несколькими записями подчиненной таблицы. При этом значения первичного ключа уникальны, а внешнего – могут повторяться.

В общем виде реляционная модель данных представляет собой множество взаимосвязанных таблиц. Графическое изображение связи между таблицами называется схемой данных.

В реляционной модели данных должны выполняться условия целостности данных. Это условие «целостности таблиц», «ссылочной целостности».

Условие «целостности таблиц» накладывает ограничения на значения первичного ключа, они должны быть уникальными. Кроме того, они должны быть непустыми. Отсюда следует, что не каждое поле может быть выбрано в качестве первичного ключа.

Условие «ссылочной целостности» предполагает, что каждое значение внешнего ключа должно совпадать с одним из значений первичного ключа.

В процессе обработки реляционных таблиц СУБД выполняет операции реляционной алгебры: объединение, пересечение, декартово произведение, разность, проекция, выборка, соединение, деление.

Объединением двух отношений R₁ и R₂ называется отношение R, содержащее множество кортежей, принадлежащих либо R₁, либо R₂, либо обоим отношениям одновременно.

Пересечением отношений R₁ и R₂ называется отношение R, которое содержит множество кортежей, принадлежащих одновременно и R₁ и R_2.

Отношение определяется, как подмножество R декартова произведения D₁ x D₂ x…x D_n. Декартово произведение – это набор всевозможных сочетаний из n значений, где каждое значение берется из своего домена.

Разностью отношений R₁ и R₂ называется отношение R, содержащее множество кортежей, принадлежащих R₁ и не принадлежащих R₂.

Проекция – это выбор атрибутов в отношении. Для операции выборки задается условие выборки кортежей булевым выражением α(r), составленным из термов сравнения с помощью логических операций «И», «ИЛИ», «НЕ». Терм сравнения – выражение типа сравнения (в нем могут использоваться операции =,<, >,≤, ≤, ≠).

Операция соединения отношений R₁ и R₂ выполняется путем сцепления кортежей отношения R₁ с кортежами R₂при условии совпадения значения атрибута А1 отношения R₁ со значением атрибута А2 отношения R₂ (А1, А2 – атрибуты, задаваемые для сцепления). При этом в результирующее отношение R одинаковые атрибуты включаются только один раз.

Операция деление выполняется над двумя отношениями R₁ и R₂, имеющими атрибуты, определенные на одном домене. Пусть k₁ – степень отношения R₁, а k₂ – отношения R₂ и k₁>k₂. Тогда результат операции деления R₁÷R₂ есть отношение R степени k₁-k₂, любой кортеж которого вместе с любым кортежем R₂ образует кортеж, имеющийся в R₁.

29. Этапы разработки базы данных. Цель нормализации. Концепция нормальных форм. Основные свойства нормальных форм.

Основные этапы разработки базы данных

Согласование параметров разработки базы данных