бд
.pdf
●организации связывания таблиц.
15.Реляционные модели. Понятие и свойства отношений.
Реляционная модель - совокупность данных, состоящая из набора двумерных таблиц. В теории множеств таблице соответствует термин отношение (relation), физическим представлением которого является таблица, отсюда и название модели – реляционная. В сравнении с иерархической и сетевой моделью данных, реляционная модель отличается более высоким уровнем абстракции данных. Реляционная модель является удобной и наиболее привычной формой представления данных, так в настоящее время эта модель является фактическим стандартом, на который ориентируются практически все современные коммерческие СУБД.
Одно из важнейших достоинств реляционных баз данных состоит в том, что можно хранить логически сгруппированные данные в разных таблицах и задавать связи между ними, объединяя их в единую базу. Такая организация данных позволяет уменьшить избыточность хранимых данных, упрощает их ввод и организацию запросов и отчетов.
В каждой таблице БД может существовать первичный ключ. Под первичным ключом понимают поле или набор полей, однозначно (уникально) идентифицирующих запись. Первичный ключ должен быть минимально достаточным: в нем не должно быть полей, удаление которых из первичного ключа не отразится на его уникальности.
Реляционные отношения (связи) между таблицами базы данных
Между двумя или более таблицами базы данных могут существовать отношения подчиненности. Отношения подчиненности определяют, что для каждой записи главной таблицы {master,называемой еще родительской} может существовать одна или несколько записей в подчиненной таблице {detail, называемой еще дочерней}.
Существует три разновидности связей между таблицами базы данных:
●«один-ко-многим», имеет место, когда одной записи родительской таблицы может соответствовать несколько записей в дочерней таблице. Связь "один-ко-многим" является самой распространенной для реляционных баз данных. В широко распространенной нотации структуры баз данных IDEF1X отношение «один-ко-многим» изображается путем соединения таблиц линией, которая на стороне дочерней таблицы оканчивается кружком или иным символом. Поля, входящие в первичный ключ для данной ТБД, всегда расположены вверху и отчеркнуты от прочих полей линией.
● «один-к-одному» имеет место, когда одной записи в родительской таблице соответствует одна запись в дочерней таблице. Данное отношение используют, если не хотят, чтобы таблица БД «не распухала» от второстепенной информации.
●«многие-ко-многим» имеет место, когда:
а) записи в родительской таблице может соответствовать больше одной записи в дочерней таблице; б) записи в дочерней таблице может соответствовать больше одной записи в родительской таблице.
Например, каждой студент изучает несколько дисциплин. Каждая дисциплина изучается несколькими студентами.
Достоинства
●Изложение информации в простой и понятной для пользователя форме (таблица).
●Реляционная модель данных основана на строгом математическом аппарате, что позволяет лаконично описывать необходимые операции над данными.
●Независимость данных от изменения в прикладной программе при изменении.
●Позволяет создавать языки манипулирования данными не процедурного типа.
●Для работы с моделью данных нет необходимости полностью знать организацию БД.
Недостатки
●Относительно медленный доступ к данным.
●Трудность в создании БД основанной на реляционной модели.
●Трудность в переводе в таблицу сложных отношений.
●Требуется относительно большой объем памяти.
16.Проектирование реляционных БД на основе принципов нормализации. Цель нормализации. Нормальные формы отношений.
В теории реляционных баз данных обычно выделяется следующая последовательность нормальных форм:
●первая нормальная форма (1NF) ;
●вторая нормальная форма (2NF) ;
●третья нормальная форма (3NF) ;
●нормальная форма Бойса-Кодда (BCNF) ;
●четвертая нормальная форма (4NF);
●пятая нормальная форма, или нормальная форма проекции-соединения (5NF
или PJ/NF).
Основные свойства нормальных форм состоят в следующем:
●каждая следующая нормальная форма в некотором смысле лучше предыдущей нормальной формы;
●при переходе к следующей нормальной форме свойства предыдущих нормальных форм сохраняются.
Воснове процесса проектирования лежит метод нормализации, т. е. декомпозиции отношения, находящегося в предыдущей нормальной форме, на два или более отношений, которые удовлетворяют требованиям следующей нормальной формы.
Первая нормальная форма (1NF)
Переменная отношения находится в первой нормальной форме (1НФ) тогда и только тогда, когда в любом допустимом значении отношения каждый его кортеж содержит только одно значение для каждого из атрибутов.
В реляционной модели отношение всегда находится в первой нормальной форме по определению понятия отношение. Что же касается различных таблиц, то они могут не быть правильными представлениями отношений и, соответственно, могут не находиться в 1НФ.
Вторая нормальная форма (2NF)
Переменная отношения находится во второй нормальной форме тогда и только тогда, когда она находится в первой нормальной форме и каждый неключевой атрибут неприводимо (функционально полно) зависит от её потенциального ключа.
Третья нормальная форма (3NF)
Переменная отношения находится в третьей нормальной форме тогда и только тогда, когда она находится во второй нормальной форме, и отсутствуют транзитивные функциональные зависимости неключевых атрибутов от ключевых.
Нормальная форма Бойса — Кодда (BCNF)
Переменная отношения находится в нормальной форме Бойса — Кодда (иначе — в усиленной третьей нормальной форме) тогда и только тогда, когда каждая её нетривиальная и неприводимая слева функциональная зависимость имеет в качестве своего детерминанта некоторый потенциальный ключ.
Четвёртая нормальная форма (4NF)
Переменная отношения находится в четвёртой нормальной форме, если она находится в нормальной форме Бойса — Кодда и не содержит нетривиальных многозначных зависимостей.
Пятая нормальная форма (5NF)
Переменная отношения находится в пятой нормальной форме (иначе — в проекционно-соединительной нормальной форме) тогда и только тогда, когда каждая нетривиальная зависимость соединения в ней определяется потенциальным ключом (ключами) этого отношения.
17. Понятие ключа отношения. Необходимость задания ключей. Виды ключей. Свойства ключа.
Ключ или потенциальный ключ – это минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно выбрать требуемый экземпляр сущности. Минимальность означает, что исключение из набора любого атрибута не позволяет идентифицировать сущность по оставшимся. Каждая сущность должна но не обязана обладать хотя бы одним возможным ключом.
Ключи можно разделить по признаку общности как:
·Простой[1] – сформирован из значений единственного поля, которые однозначно определяют каждую запись
·Составной – сформирован из значений нескольких полей, применяется
По способу возникновения:
·Естественный – основан на уже существующем поле. Например поле фамилия. +Меньший обьем данных
-Изменяемый
-Не гарантируется уникальность
·Суррогатный – основан на добавленном искусственным путем отдельном поле для однозначной идентификации.
+ Неизменность + Гарантированная уникальность
+ Эффективность – намного эффективнее проводить выборку по 8-байтовым числам, чем по громоздким записям.
-Дополнительное поле => увеличение общего объема
·Интеллектуальный ключ – основан на естественном ключе путем добавления дополнительного поля. Например:
Ключ |
Фамилия |
Имя |
Отчество |
|
|
|
|
ТИА |
Тихонов |
Игорь |
Алексеевич |
|
|
|
|
Примеряется крайне редко и лишь для при необходимости добавления сокращенных кодов(напр. ТИА-0701)
По ограничению целостности данных:
·Первичный ключ – служит как ограничение целостности в рамках одной таблицы для однозначной идентификации, конкретно поле первичного ключа не может повторятся или быть пустым.
·Внешний ключ(вторичный) – служит как ограничение целостности связей нескольких таблиц, конкретно подчиненная таблица не может ссылаться на несуществующие записи главной таблицы(что позволяет строить целостные модели данных).
18. Реляционная алгебра как формальная система манипулирования отношениями в реляционной модели данных. Свойство замкнутости. Краткий обзор операций реляционной алгебры.
Операции реляционной алгебры определены на множестве отношений и являются замкнутыми относительно этого множества(образуют алгебру). Оказывается, что любой произвольный запрос к БД можно представить в виде последовательности, составленной из пяти основных операций реляционной алгебры.
Объединение
Объединением отношений r и s называется множество кортежей, которые принадлежат или r, или s, или им обоим. Для операции объединения требуется одинаковая арность отношений.
Декартово произведение r x s
Пусть r и s – отношения арности k1 и k2 соответственно. Декартовым произведением r x s называется множество кортежей длины k1+k2, первые k1 компонентов которых образуют кортежи, принадлежащие r, а последние k2 – кортежи, принадлежащие s. Это операция построения "вертикального" подмножества, получаемого путем выбора определенных атрибутов и исключения остальных. Повторяющиеся кортежи исключаются.
Выбор ( селекция ) 
Пусть F – формула, образованная: операндами, являющимися константами или именами атрибутов, арифметическими операторамисравнения, логическими
операторами (и, или, не), тогда выбором (селекцией) 
называется множество кортежей, компоненты которого удовлетворяют условию, заданному формулой F.
Пересечение 
Пересечением отношений r и s называется множество кортежей, принадлежащих как r, так и s. Пересечение может быть выражено через операции разности
-соединение 
-соединение r и s по столбцам Ai и Aj представляет собой множество таких кортежей в декартовом произведении r и s, что i -й компонент r находится в
отношении 
c j -м компонентом s, где 
– арифметический оператор сравнения.
Если 
является оператором равенства, то эта операция называется эквисоединением
где l – арность отношения r.
Естественное соединение
Операция применима тогда и только тогда, когда столбцы имеют имена (являются атрибутами). Операция применима к отношениям, у которых есть одинаковые атрибуты.
Пусть |
|
|
|
|
|
|
r = (A , ..., A , B ,..., B ), s = (A , ..., A , C ,..., C ), |
||||||
1 |
k 1 |
n |
1 |
k |
1 |
m |
имена A , ..., A совпадают. |
|
|
|
|
||
1 |
k |
|
|
|
|
|
Тогда |
определяется следующим образом |
|||||
19. Унарные операции реляционной алгебры: описание, примеры.
20. Бинарные операции реляционной алгебры: описание, примеры.
21. Этапы проектирования баз данных. Состав работ, выполняемых на стадии инфологического проектирования.Технологическая сеть проектирования.
Процесс проектирования включает в себя следующие этапы.
1.Инфологическое проектирование.
2.Определение требований к операционной обстановке, в которой будет функционировать информационная система.
3.Выбор системы управления базой данных (СУБД) и других инструментальных программных средств.
4.Логическое проектирование БД.
5.Физическое проектирование БД.
Инфологическое проектирование:
Инфологическая модель предметной области (ПО) представляет собой описание структуры и динамики ПО, характера информационных потребностей пользователей в терминах, понятных пользователю и не зависимых от реализации БД. Это описание выражается в терминах не отдельных объектов ПО и связей между ними, а их типов, связанных с ними ограничений целостности и тех процессов, которые приводят к переходу предметной области из одного состояния в другое.
Этап инфологического проектирования начинается с моделирования ПО. Проектировщик разбивает её на ряд локальных областей, каждая из которых (в идеале) включает в себя информацию, достаточную для обеспечения запросов отдельной группы будущих пользователей или решения отдельной задачи (подзадачи). Каждое локальное представление моделируется отдельно, затем они объединяются.