Управление данными (реляционная модель)

Управление данными.

Часть 3.

Реляционная

модель данных(©) Владислав Лавров, vlavrov.professorjournal.ru

Современная технология реализации баз данных основана на реляционной

модели.

Принципы реляционной модели были изначально заложены в 1969 году

доктором Э.Ф.Коддом, в то время исследователем, работавшим в

корпорации IBM.

В конце 1968 года Кодд, математик по образованию, впервые осознал, что

математические дисциплины можно использовать, чтобы привнести в

область управления базами данных строгие принципы и точность.

3.1. Общие понятия реляционного подхода к организации данных

В 1970 году была опубликована статья (Codd E.F. A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks //

CACM. – 1970. – 13, №6), где Э.Ф.Кодд впервые сформулировал основные понятия и ограничения

реляционной.

Предложения Кодда были настолько эффективны для систем баз данных, что за эту модель он был удостоен

престижной премии Тьюринга в области теоретических основ вычислительной техники.

Первые реляционные программные продукты начали появляться в конце 70-х –

начале 80-х годов. С тех пор почти все созданные коммерческие СУБД основываются на реляционном

подходе.

(©) Владислав Лавров, vlavrov.professorjournal.ru

Принципы организации данных в реляционной модели

1. Данные воспринимаются пользователем как таблицы.

2. В распоряжении пользователя имеются операторы манипулирования данными (например, для выборки данных), которые генерируют новые таблицы из старых.

ОТДЕЛ

СОТРУДНИКИ


Примеры операторов манипулирования даннымиSELECT (RESTRICT): Выборка строк из таблицы «Отделы», где бюджет более 230

Результат:

PROJECT: Извлечение столбцов «Наименование» и «Бюджет» из таблицы «Отделы»

Результат:

JOIN: Соединение таблиц "Отделы" и "Сотрудники" на основе столбца "Номер отдела"

Результат:


1. Результат каждой из трех операций – это

еще одна таблица. Это реляционное

свойство замкнутости.

2. Операции применяются сразу ко всему

множеству строк, а не к отдельной строке

за один раз, т.е. операндами и

результатами являются не отдельные

строки, а целые таблицы, которые

содержат множество строк.

Важные следствия


3.2. Основные понятия реляционных баз данных • тип данных;• домен;• атрибут;• кортеж;• схема отношения, схема базы данных;• отношение;• первичный ключ.

Номер сотрудника

Имя сотрудника

Номер отдела

Зарплата Дата рождения

152 Веселов 2 580 12/05/65 563 Ступин 3 620 04/08/58 245 Кораблев 6 700 27/03/42 255 Нестеров 3 700 25/11/59

Первичный ключ

Номера пропусков

Имена сотрудников

Номера отделов

Размеры выплат

Даты рождения

Целые

Строковые переменные Деньги Переменные

типа даты Типы данных

Атрибуты

Домены

Кортежи


Неформальные определения реляционных объектов данных

Формальный

реляционный

термин

Неформальный эквивалент

Отношение Таблица

Кортеж Строка или запись таблицы

Кардинальное число Количество строк

Атрибут Столбец или поле

Степень (арность) Количество столбцов

Первичный ключ Уникальный идентификатор

ДоменОбщая совокупность допустимых значений

данных в столбце


3.3. Общая характеристика реляционной модели данных

Christopher J. Date (р. 1941) — специалист в области

реляционных баз данных,

автор классического учебника

«An Introduction to Database Systems»

(стандартный учебник по теме баз данных,

используется во многих университетах мира).

Работал над развитием реляционных СУБД

совместно с Эдгаром Коддом.


3.3. Общая характеристика реляционной модели данных

Структурная часть

Манипуляционная часть

Целостнаячасть

Реляционная модель


Целостность по ссылкам

ОТДЕЛЫ (ОТД_НОМЕР, ОТД_КОЛ)

СОТРУДНИКИ (СОТР_НОМЕР, СОТР_ИМЯ, СОТР_ЗАРП, СОТР_ОТД_НОМ )

Требование целостности по ссылкам, или требование внешнего ключа,

состоит в том, что для каждого значения внешнего ключа, появляющегося в

ссылающемся отношении, в таблице, на которую ведёт ссылка, должен

найтись кортеж с таким же значением первичного ключа либо значение

внешнего ключа должно быть неопределённым, то есть ни на что не

указывать.

Пример:


Целостность по ссылкамЧто происходит при удалении кортежа из отношения, на которое ведет ссылка?

1. Операция каскадируется – то есть удаление кортежей в

отношении приводит к удалению соответствующих

кортежей в связанном отношении.

2. Операция ограничивается – то есть удаляются лишь те

кортежи, для которых связанной информации в другом

отношении нет. Если такая информация имеется, то

удаление осуществить нельзя. В этом случае сначала

нужно либо удалить ссылающиеся кортежи, либо

соответствующим образом изменить значения их

внешнего ключа.


Целостность по ссылкам

Что происходит при попытке обновления первичного

ключа отношения, на которое ссылается некоторый

внешний ключ?

1. Операция каскадируется – то есть при обновлении

первичного ключа происходит обновление внешнего

ключа в связанном отношении.

2. Операция ограничивается – то есть обновляются лишь

те первичные ключи, для которых связанной информации

в другом отношении нет.

Если такая информация имеется, то обновление сделать

нельзя.


3.3. Реляционная алгебраНабор алгебраических операций, предложенных

Э.Ф.Коддом, для манипулирования данными в реляционной

модели

теоретико-множественные операции;• объединение отношений;• пересечение отношений;• разность отношений;• декартово произведение отношений;

специальные операции.• выборка отношения;• проекция отношения;• соединение отношений;• деление отношений.


Теоретико-множественные операции

R1 - перечень

деталей,

изготавливаемых на

1-м участке цеха


деталей,

изготавливаемых

на 2-м участке цеха

Пример: заданы


Объединение отношений

R3 - общая

номенклатура цеха

Пример: результат

Операция моделирует некоторую ситуацию, которая характеризуется словом «общее»


Пересечение отношений

R4 - перечень деталей,

которые выпускаются

одновременно на двух

участках цеха.


Операция моделирует некоторую ситуацию, которая характеризуется словом «одновременно»


Разность отношений


которые изготавливают

только на участке 1 .



которые изготавливают

только на участке 2 .

Операция моделирует некоторую ситуацию, которая характеризуется словом «только»


Декартово произведение

Операция моделирует некоторую ситуацию, которая характеризуется словом «все»



R7 - обязательная

номенклатура выпуска

деталей для всех цехов

Пример: определить какие детали из обязательной номенклатуры в каком цехе не выпускаются


цехов

Дополнительно заданы:



R9 - ситуация, когда

каждый цех изготавливает

все требуемые детали.

9 7 8R R R



R10 - реальный выпуск

деталей в каждом цехе

Дополнительно задано:



R11 - какие детали в

каких цехах из общей

обязательной

номенклатуры

не выпускаются.

Итоговый результат: .R\RR 10911


Специальные операцииВыборка отношений


Выборка отношений

R12 = R10 [ Шифр детали = «11003» ]

Пример: выбрать из отношения R10 все детали с шифром «11003»


Проекция отношений


Проекция отношений

R13 = R10 [ Название детали = «Болт М1» ]

Пример: выбрать из отношения R10 все цеха, которые

изготавливают деталь «Болт М1»

R14 = R13 [ Цех ]


Соединение отношений


Соединение отношенийПример: Получить перечень деталей, которые изготавливаются в цехе 1

из материала «Сталь-ст1»

R15 - перечень деталей с

указанием материалов, из

которых эти детали

изготавливаются

R16 = (R15 [ ( R15.Шифр детали = R10.Шифр детали)

R10.Цех = «Цех 1»

R15.Материал = «Сталь-ст1»] R10 )

[Название детали]


Деление отношений

Пример: Множество образов отношения R15 по материалу «Сталь-ст2»:

R15.Материал = {

<11075, Гайка М2, «Сталь-ст2»>,

< 11077, Гайка М4, «Сталь-ст2»> }


Деление отношений

Операция удобна тогда, когда требуется сравнить некоторое множество характеристик отдельных атрибутов


Деление отношенийПример: Определить перечень цехов R17, в которых выпускается вся

номенклатура деталей.

R7 - обязательная

номенклатура

выпуска деталей

для всех цехов

R10 - реальный выпуск

деталей в каждом цехе

R17 =

R10 [Шифр детали, Название детали :

Шифр детали, Название детали]

R7


Пример: Определить перечень цехов R17, в которых выпускается вся

номенклатура деталей.

Другой способ решения:

1. Построить отношение R9, которое моделирует ситуацию, когда в каждом

цехе изготавливается вся номенклатура (декартово произведение R7 и R8).

9 7 8R R R

2. Найти R11 - перечень того, что из обязательной номенклатуры не выпускается

в некоторых цехах (разность R9 и R10).

11 9 10\R R R3. Найти R18 - те цеха, в которых не все детали выпускаются (отношение R11

спроектировать на столбец «Цех»).

18 11 "Öåõ"R R

4. Из перечня всех цехов R8 вычесть те, в которых выпускают не все детали R18.

Результат


Управление данными (реляционная модель)

Education