5. Реляционная модель данных: базовые объекты, фундаментальные свойства отношений. Представление сущностей и связей.

Реляционная модель данных (РМД) — логическая модель данных, прикладная теория построения баз данных.

В настоящее время это наиболее распространенная модель данных, используемая коммерческими СУБД. Как и любая другая, реляционная модель данных определяет

• структурную часть,

• целостную часть,

• манипуляционную часть.

Особенности реляционной модели данных, отличающие ее от модели «сущность-связь»:

• определена манипуляционная часть – конкретный набор операций

• имеются конкретные языки описания данных и манипулирования данными (современные реляционные СУБД используют единый язык – SQL, в котором объединены и ЯОД, и ЯМД).

Базовыми структурными компонентами РМД являются:

1)домены и атрибуты, 2)отношения, 3)связи.

Домен – множество однородных элементов. Кодд определил простой домен, элементы которого имеют простые (атомарные) значения, и составной домен, элементы которого представляют собой отношения, построенные на простых доменах.

Пусть дана совокупность множеств D₁, D₂, …, D_n, не обязательно различных.

Тогда отношение R, определенное на этих множествах, есть множество упорядоченных кортежей <d₁, d₂, …, d_n> таких, что d_i  D_i для каждого i из [1:n]. В реляционной модели данных множества D_i представляют собой домены.

Свойства отношения:

• кортежи отношения не упорядочены

• домены внутри кортежей упорядочены.

Атрибуты задают способ использования домена внутри отношения.

Схема отношения – это именованная совокупность пар <имя атрибута : имя домена>. Схема отношения представляет собой интенсионал отношения.

Основополагающее требование РМД: все отношения должны быть нормализованными. Нормализованное отношение – это отношение, в котором все значения атрибутов являются атомарными. Фундаментальные свойства отношений реляционной модели данных:

1. Каждый атрибут отношения имеет уникальное в данном отношении имя

2. Каждый атрибут определен на каком-то одном домене

3. На одном и том же домене может быть определено несколько атрибутов

4. Имя атрибута может совпадать с именем домена

5. Порядок следования атрибутов не устанавливается (атрибуты в определении схемы отношения не упорядочены)

6. В отношении нет совпадающих кортежей (каждый кортеж уникален)

7. Порядок следования кортежей не устанавливается (кортежи в отношении не упорядочены)

8. Отношение имеет имя, которое в схеме БД отличается от имен всех других отношений

Ключ – это совокупность атрибутов, которая однозначно идентифицирует каждый кортеж данного отношения. Ключ может содержать дополнительные атрибуты, которые не обязательны для уникальной идентификации кортежа. Поэтому в РМД вводится понятие первичного ключа, состоящего только из тех атрибутов, которые действительно необходимы для уникальной идентификации кортежа. Первичный ключ (PK – Primary Key) – неизбыточный набор атрибутов, значения которых однозначно определяют кортеж отношения. Если ключ состоит из нескольких атрибутов, он называется составным.

Таким образом, в соответствии с определением, первичный ключ отношения обладает следующими двумя свойствами:

• уникальность – в каждом кортеже отношения значение ключа единственным образом идентифицирует этот кортеж;

• неприводимость – никакое собственное подмножество ключа не обладает свойством уникальности.

Отношение может иметь только один первичный ключ. Если в отношении можно выделить несколько наборов атрибутов, каждый из которых уникально и не избыточно идентифицирует каждый кортеж отношения, в таком случае один из них выбирается в качестве первичного ключа, а все остальные являются альтернативными ключами (AK – Alternate Key).

Связи между сущностями отражают взаимосвязи между конкретными экземплярами сущностей. Эти взаимосвязи представляются с помощью внешних ключей.

Внешний ключ (FK – Foreign Key) – это атрибут или некоторое множество атрибутов отношения R1, которые не являются собственными атрибутами отношения R1, но их значение совпадает со значениями первичного ключа некоторого отношения R2 (возможность идентичности R1 и R2 не исключается). Атрибуты внешнего ключа представляют собой некоторые дополнительные атрибуты, которые не определяют саму сущность, но позволяют установить ассоциации с другой сущностью.

Основными типами связей между сущностями являются связи 1 : N и N : N.