Зацерковний В.І. та ін. ГІС та бази даних

Основними поняттями реляційних баз даних є тип даних, домен,

атрибут, кортеж, первинний ключ і відношення (рис. 12.2). Альтерна-

тивні варіанти термінів СКБД представлені в табл. 12.1.

ВІДНОШЕННЯ

ЗАГОЛОВОК ВІДНОШЕННЯ

Рис. 12.2. Графічне відображення основних понять реляційних баз даних

Таблиця 12.1

Альтернативні варіанти термінів СКБД

391

Реляційна модель заснована на математичному понятті відношення, фізичним представленням якого є таблиця.

Будь-яка комп’ютерна реляційна модель, подана у вигляді таблиці, має такі властивості:

Рис. 12.3. Властивості реляційної моделі даних

Сутність – опис об’єкта, дані про який зберігаються в базі даних.

Сутність – це інформація, яку необхідно зберігати. Звідси випливає, що сутності (а значить, і зв’язки) мають певні властивості (properties), які відповідають тим даних про них, які необхідно зберігати в базі даних. Дані про сутність зберігаються у відношенні.

В загальному випадку властивості можуть бути як простими, так і складними, причому настільки простими або складними, наскільки це буде вимагатись потребами бази даних. Наприклад, властивість "місцезнаходження ділянки" – відносно проста: вона складається тільки з назви населеного пункту і може бути описана як простий символьний рядок. На противагу цьому сутність "ґрунт" може мати властивість "морфологічний опис" з достатньо складною структурою, що включає розчленування на генетичні горизонти, кольори і їх забарвлення, структуру тощо з відповідним текстовим описом.

К. Дейт46 визначає три основні класи сутностей: стрижневі, асоціативні і характеристичні, а також підклас асоціативних сутностей –

позначення.

46Кристофер Дейт (Christopher J. Date) (1941 р.) – відомий фахівець у галузі баз даних, незалежний автор, лектор і консультант. Автор класичного посібника "Введення в системи баз даних", який як стандартний текст у системах баз даних використовується в багатьох університетах світу.

393

Стрижнева сутність (стрижень) – це незалежна сутність.

Асоціативна сутність (асоціація) – це зв’язок типу Б:Б між двома або більше сутностями чи екземплярами сутності.

Асоціації розглядаються як повноправні сутності, які або можуть брати участь в інших асоціаціях і позначатись аналогічно стрижневим сутностям, або мати не тільки набір ключових атрибутів, необхідних для вказівки зв’язків, але й будь-яку іншу кількість атрибутів, що характеризують зв’язок.

Характеристична сутність (характеристика) – це зв’язок типу Б:1 або 1:1 між двома сутностями (окремий випадок асоціації). Єдиною метою характеристики в рамках аналізованої предметної сфери є опис або уточнення деякої іншої сутності. Потреба у них виникає в зв’язку з тим, що сутності реального світу мають іноді багатозначні властивості. Наприклад, книга може мати декілька характеристик перевидання (доповнене, перероблене тощо).

В реляційній моделі даних до відношень пред’являються певні вимо-

ги, які виражаються в принципі інформаційної неподільності: кожне значен-

ня відношення реляційної моделі може містити тільки одну порцію даних –

і принципі інформаційного кодування: неприпустимо, щоб в значенні відношення реляційної моделі містилось більше однієї порції даних.

12.2. Ключі

Зв’язки між кортежами реалізуються у вигляді ключів – певним чином позначених атрибутів відношення.

Ключ – це стовпчик (або декілька стовпчик), що додається до таблиці і дозволяє встановити зв’язок із записами в іншій таблиці.

Існують ключі двох типів: первинні і вторинні (зовнішні).

Первинний ключ – це одне або кілька полів (стовпчик), комбінація значень яких однозначно визначає кожний запис у таблиці. Пер-

винний ключ не допускає значень Null і завжди повинен мати унікальний індекс. Первинний ключ використовується для зв’язування таблиці з зовнішніми ключами в інших таблицях (рис. 12.4).

Зовнішній (вторинний) ключ – це одне або декілька полів (стовпчиків) у таблиці, що містять посилання на поле або поля первинного ключа в іншій таблиці. Зовнішній ключ визначає спосіб об’єднання таблиць.

З двох логічно пов’язаних таблиць одну називають таблицею первинного ключа, або головною таблицею, а іншу – таблицею вторинного (зовнішнього) ключа, або підпорядкованою таблицею.

394

Таблиця

Themes PK

Id_theme Записи

1

2

3

4

Рис. 12.4. Пов’язування таблиць ключем

СКБД дозволяють зіставити споріднені записи з обох таблиць і спільно вивести їх у формі, звіті або запиті.

Існує три типи первинних ключів: ключові поля лічильника (лічиль-

ник), простий ключ і складовий ключ.

Поле лічильника (тип даних "Лічильник"). Для кожного запису цього поля таблиці автоматично заноситься унікальне числове значення.

Простий ключ. Якщо поле містить унікальні значення, такі як коди чи інвентарні номери, то це поле можна визначити як первинний ключ. Як ключ можна визначити всі поля, що містять дані, якщо це поле не містить повторювані значення або значення Null.

Складові ключі. У випадках, коли неможливо гарантувати унікальність значень кожного поля, існує можливість створити ключ, що складається з декількох полів. Найчастіше така ситуація виникає для таблиці, використовуваної для зв’язування двох таблиць відношенням

"багато до багатьох" (рис.12.5).

Необхідно ще раз відзначити, що в полі первинного ключа повинні бути тільки унікальні значення в кожному рядку таблиці, тобто збіг не допускається, а в полі вторинного або зовнішнього ключа збіг значень у рядках таблиці допускається.

Якщо виникають труднощі з вибором потрібного типу первинного ключа, то як ключ доцільно обрати поле лічильника.

395

Рис. 12.5. Приклад складового ключа

12.3. Зв’язування відношень

Структура даних може бути описана формально. Опис глобальної логічної структури бази даних називається схемою. Схема визначає всі типи елементів даних, які зберігаються в базі даних, а також усі зв’язки між ними. Схема бази даних, як правило, дуже складна. Конкретний користувач або прикладний програміст не повинен знати схему в цілому. Така необізнаність часто навіть необхідна з точки зору безпеки даних. Програміст або користувач повинен бути інформований тільки промножину даних і зв’язків, які орієнтовані на його конкретну предметну сферу.

Частина схеми отримала назву підсхеми. По суті, підсхема – це певна організація файлів прикладного програміста. В функції СКБД входить побудова відповідних підсхем із загальної схеми і передача даних користувачам і системним програмістам. При цьому схема даних повинна бути спроектована таким чином, щоб з неї могли бути побудовані всі підсхеми за запитами користувачів або прикладних програм. Ні схема, ні підсхема не визначають методів фізичного зберігання даних.

Схеми і підсхеми подають у вигляді діаграм, на яких зображують типи елементів даних і зв’язки між ними. Розрізняють чотири види зв’язків:

1)необов’язковий зв’язок: існування об’єктів не залежить від зв’язку;

2)можливий зв’язок: існування одного з об’єктів залежить від зв’язку;

3)умовний зв’язок: частковий вид можливого зв’язку, коли задається умова існування (наприклад, зв’язок між об’єктами СТУДЕНТ, СТИПЕНДІЯ можливий за умови відповідної успішності);

396

4) обов’язковий зв’язок: існування обох об’єктів залежить від зв’язку. Односторонні зв’язки між парами елементів називаються асоціація-

ми, адвосторонні – відображеннями.

Між двома сутностями А і В можливі чотири типи зв’язків:

1) перший тип – зв’язок ОДИН-ДО-ОДНОГО (1:1): за допомогою такого відображення подають такий тип зв’язку, коли в кожний момент часу кожний екземпляр елемента, від якого спрямовано зв’язок, ідентифікує один і тільки один екземпляр елемента, до якого спрямовано зв’язок, при цьому ця ідентифікація є унікальною в обох напрямках. Приклад відображення 1:1 наведено на рис. 12.5. Якщо відомо значення А, то однозначно визначається і значення В. І навпаки.

Рис. 12.5. Приклади відображення 1:1 ("один-до-одного")

2) другий тип – зв’язок ОДИН ДО БАГАТЬОХ (1:Б): якщо екземпляр елемента даних, від якого спрямований зв’язок, ідентифікує певну кількість екземплярів елементів даних, до яких спрямовано зв’язок, причому ідентифікація в даному напрямку не обов’язково є унікальною, то таке відображення називається ОДИН ДО БАГАТЬОХ (1:Б). Прикладом такого відношення (рис. 12.6) може бути БУДИНОК – МЕШКАНЦІ. Будинок може пустувати, в ньому може жити один або декілька мешканців.

397

Рис. 12.6. Приклад відображення 1:Б ("один-до-багатьох")

Оскільки між двома сутностями можливі зв’язки в обох напрямках,

то існує ще два типи зв’язків:

3)БАГАТО ДО ОДНОГО (Б:1). Відображення Б:1 є аналогічним відображенням 1:Б;

4)БАГАТО ДО БАГАТЬОХ (Б:Б).

Якщо екземпляр елемента даних, від якого спрямовано зв’язок, ідентифікує певну кількість екземплярів елементів даних, до яких спрямовано зв’язок, і навпаки, тобто ідентифікація не є унікальною в обох напрямках, то таке відображення називається БАГАТО ДО БАГАТЬОХ

(Б:Б).

Прикладом такого відношення (рис. 12.7) є відношення ВИКЛАДАЧІ – СТУДЕНТИ. Кожний студент "пов’язаний" з багатьма викладачами, і кожний викладач читає лекції різним групам студентів.

Рис. 12.7. Приклад відображення Б:Б ("багато-до-багатьох")

398

Характер зв’язків між сутностями не обмежується переліченими. Існують і більш складні зв’язки:

1)множина зв’язків між одними й тими ж сутностями. Наприк-

лад, пацієнт, маючи одного лікаря, що лікує, може мати також декілька лікарів-консультантів; лікар може бути лікарем, що лікує декількох пацієнтів, та може одночасно консультувати декількох інших пацієнтів;

2)тренарні зв’язки. Наприклад, лікар може призначити декільком пацієнтам декілька аналізів, аналіз може бути призначений декількома лікарями декільком пацієнтам, й пацієнту може бути призначено декілька аналізів декількома лікарями;

3)зв’язки більш високих порядків, семантика (зміст) яких іноді дуже складна.

Існує три типи асоціацій:

• асоціація типу 1 (проста);

• асоціація типу М (складна);

• асоціація типу С (умовна).

В простій асоціації типу 1 (рис. 12.8) екземпляр елемента даних, від якого спрямовано зв’язок, ідентифікує один і лише один екземпляр елемента даних, до якого спрямовано зв’язок. Ця ідентифікація є унікальною

йвизначає функціональну залежність.

Рис. 12.8. Приклад простої асоціації типу 1

У складній асоціації типу М (рис. 12.9) екземпляр елемента даних, від якого спрямовано зв’язок, ідентифікує деяке число екземплярів елементів даних, до яких спрямовано зв’язок.

Ідентифікація є багатозначною залежністю і не обов’язково унікальною. При цьому зв’язок у зворотному напрямку не розглядається.

399

В умовній асоціації типу С (рис. 12.10) для даного екземпляра елемента даних, від якого спрямовано зв’язок, може не існувати відповідного екземпляра елемента даних, до якого спрямовано зв’язок. Якщо він існує, то відноситься до єдиного екземпляра елемента даних. Наприклад, ПІБ РОБІТНИКА і ДАТА ЗВІЛЬНЕННЯ.

Рис. 12.10. Приклад умовної асоціації типу С

400