Элементы теории бд

Теория БД является фундаментальным разделом информационных технологий. По этому поводу существует много фундаментальных трудов.

Способ организации СУБД является ключевым почти во всех аспектах применения компьютерных технологий. В сочетании с телекоммуникационными технологиями организация удаленного доступа и поиска данных создает главные эффекты (выигрыши) от использования компьютерных технологий. Таких эффектов два:

• ускорение вычислений;

• ускорение доступа к данным

Современные технологии позволяют хранить данные различной природы (аудио-визуальная информация). Огромное количество информации уже существует в компьютерной форме и стратегической задачей развития компьютерных технологий является повышение уровня компьютерных средств обработки информации, за счет внедрения методов искусственного интеллекта.

В рамках рассмотрения способов представления данных выделен некоторый набор базовых понятий, которые являются общими, несмотря на многообразие программных систем и огромное количество конкретных баз данных.

В качестве элементарной единицы работы с данными выделяется действие, которое называется транзакцией. Транзакция – это единичный цикл полной последовательности шагов, начало которого это формирование запроса, а конечным является предъявление релевантного результата.

Запрос – это любая требуемая операция с описанными в запросе данными. Несмотря на многообразие желаемых действий с информационными единицами такой цикл шагов является устойчивым и повторяемым в многократном применении.

В процессе выполнения транзакции возникают различные проблемы, разрешением которых занимается теория БД:

1. проблема интерпретации запроса;

2. проблема заключается в необходимости полной реализации транзакции в условиях ненадежной работы технических средств и формирования параллельных потоков транзакции;

3. проблема возникает в процессе создания первичных документов, описывающих информационное содержание реальных процессов. Первичные документы, описывающие реальные процессы (ведомости, счета, формы и т.д., в том числе некоторые массивы информации в электронной форме). В процессе создания таких документов руководствуются принципом целесообразности, понятности, доступности для естественной деятельности. Но при попытке представления естественных бумажных документов в машинной форме возникает ситуация, связанная с нарушением целостности представления информации или аномалии в построении модели предметной области.

Первые две проблемы лежат ближе к техническим проблемам организации программного обеспечения СУБД. Третья проблема решается как технологическими средствами, так и корректным с точки зрения приспособленности к машинной обработке представлением первичной информации.

Теория корректного представления информации, гарантирующего обеспечение целостности при осуществлении стандартных операций над данными, разработана в рамках реляционной модели данных американцем Codd. Реляционная модель данных описывается строго математически в рамках теории множеств. В результате сформулированы от трех до шести требований нормализации, которые должны быть выполнены при первичном описании модели предметной области.

Элементы теории множеств

М – множество

А={а₁,а₂,…,а_n}

а А – элемент а принадлежит множеству А

аА, аА – элемент не принадлежит множеству

М₁: N – множество натуральных чисел;

М₂: ≤100 – множество натуральных чисел ≤100

М₃: sinx=1

M₄: π/2±kπ, kN

M₅: R – множество действительных чисел

М₆: УКд-31

М₇: «Управление качеством» - множество групп УК.

А и В

АВ: А является подмножеством В, если всякий элемент АВ

Если АВ и ВА, то А=В

С помощью понятия множества формируется первичное описание информационных объектов, причем в примере с М₁ по М₅ – это информационное определение математических объектов, на основе которых формируются математические выкладки (теоремы, гипотезы). На основании сравнения множеств М₃, М₄ (М₃=М₄) формируется, что числа М₄ является решением уравнения М₃ (sinx=1). В то же время понятие множества может быть распределено на объекты нечисловой природы.

Количество объектов в множестве называется мощностью множества. Множество может быть конечным или бесконечным. Бесконечное множество может быть счетным или образовывать континуум. Множество, мощность которого равна нулю, называется пустым множеством.

|М| = 0 |Ø| = 0

В теории множеств Ø является аналогом 0 и считается, что пустое множество является элементом любого множества. Ø является абстракцией, которая в теории баз данных имеет парадоксальное свойство. В теории БД пустое множество всегда «окрашено», то есть имеет определенную структуру.