Реляционная модель данных.
“Прекрасное дается нелегко” Солон,640-559гг.до н.э.
Реляционная модель данных (РМД), предложенная в 1970г. (Кодд), занимает особо важное положение в современных информационных технологиях. Первой причиной этого стала математическая строгость её построения, по сравнению возникшими ранее иерархической и сетевыми моделями данных. Второй причиной, делающей реляционную модель практически вечной, стала простота и интуитивная ясность основных понятий и операций для конечных пользователей, для которые данные абстрагируются в виде таблиц. Заметим, что это только кажущаяся простота, что хорошо известно специалистам по проектированию реальных реляционных баз данных. Ниже мы рассмотрим основные понятия и обозначения РМД.
Обратите внимание, что данные надо как-то получать, где-то хранить и кому-то использовать. Но этого мало, как информация они должны быть на каком-либо материальном носителе, закодированы в общепринятой знаковой системе, по возможности полны и непротиворечивы, а самое главное – содержательны и нужны. Все эти аспекты понятия «модель данных» обычно подразумеваются. Отметим, что, в известном смысле, естественные языки общения есть своеобразные модели данных.
Сложность и многообразие отношений, которые стоят за понятием «модель данные» столь велики, что проблема моделирования данных будет актуальны всегда, пока есть прогресс цивилизации. Каждый человек – стихийный системный аналитик. В зависимости от уровня его понимания понятия «модель данных», можно оценить уровень развития его мышления. «Короткие» мысли требуют примитивных моделей данных, а «длинные» – более строгих и сложных. Отметим, что в жизни всем нам необходимы как первые, так и все другие.
Реляционное отношение.
“Сделанное и дурак поймет” Гомер, VII в. до н.э.
Принято различать схему и экземпляр реляционного отношения. Схема есть описание конструкции данных по правилам реляционной модели. Для представления конструкции данных отношения (структуры) наиболее часто используется образ таблицы. Информация о схеме реляционного отношения позволяет однозначно построить пустую таблицу. Экземпляр отношения – это совокупность значений элементов непустой таблицы, структура которой задается её схемой. Нам требуется уточнить эти интуитивные определения.
Обратите внимание, что мы ввели словосочетание «реляционное отношение», но не определили его как математическое понятие, временно полагая его совпадающим с интуитивно известным Вам понятием «таблица». Но таблицы могут быть такими разными! Если мы стремимся к однозначности и точности, то требуется раскрытие понятия «реляционное отношение», что мы и сделаем дальше.
В математике процесс исследования и уточнения слов, используемых в обыденном смысле, называется экспликацией их как понятий. Обычно, в результате экспликации, порождается семейство терминов, имеющих точный смысл. Например, анализ понятия «равно» в общем смысле приводит к различным типам «равенства» математических объектов: изоморфизму, гомоморфизму и полиморфизму и др.
Примером одного из методов системного анализа, известным как принцип «разделяй и властвуй», является выделение из понятия «реляционное отношение» двух новых: схемы реляционного отношения и экземпляра реляционного отношения. Отметим, что при этом порождается не два новых объекта (входящих в состав исходного), а три. Последним будет некоторое подразумеваемое соглашение о связях между ними.
Очевидно, что при изменениях (например, при последовательной детализации) определений указанных трех новых понятий, мы будем получать различные трактовки исходного понятия «реляционного отношения». Все профессиональные системные аналитики очень внимательны к подобным «мелочам», т.к. они имеют системообразующий характер.
Схема реляционного отношения.
“Двух слов довольно умному” Плавт Тит Макций, нач.IIв. до н.э.
Схема реляционного отношения есть множество элементов (их принято называть атрибутами cхемы). Можно считать, что схема реляционного отношение есть заголовок некоторой таблицы. Полагаем, что математическое описание схемы реляционного отношения RS имеет вид следующего набора
RS = { А1, А2, …, А|RS| },
где Ai -идентификатор i-ого элемента (атрибута)схемы, i = 1,2,… |RS|; |RS| - количество атрибутов в даннойсхеме (размер схемы); RS – уникальный идентификатор схемы (имён заголовков таблиц может быть много).
Математическое понятие множества требует, чтобы все элементы (т.е. идентификаторы атрибутов) были различны. При этом количество атрибутов не ограничивается (но конечно), а их порядок – не важен. Ясно, что если мы знаем имя атрибута, то всегда каким-либо способом получим доступ к полю в памяти, содержащие его значение.
Заметим, что мы уменьшили общность (повысили конкретность), но остались на концептуальном уровне, определяя правила и вводя свойства чего-то как атрибуты. При этом можно считать, что детали реализации сознательно скрыты, или как это принято говорить – инкапсулированы. Очевидно, что в прикладной программе важно, в каком порядке будут храниться описания атрибутов. Каждый из них может рассматриваться как метаобъект. Но различать эти метаобъекты можно, только используя идентификатор атрибута.
Схема при реализации будет храниться как контейнер для её объектов-атрибутов. Ясно, что в общем случае объектов-схем может быть много, поэтому каждый из них имеет идентификатор.
Каждый атрибут схемы связан с атрибутом экземпляра реляционного отношения. Но атрибут схемы задает параметры правил определения понятия «атрибут», а атрибут в экземпляре реляционного отношения – результат применения этих правил.