Виды моделей данных. Презентация на тему «Реляционная модель данных. Связи в РБД Реляционная модель данных презентация
Поурочное планирование 11 класс
2015
Дата: _____________________
Урок 8
Тема урока: «Реляционная база данных»
Цели урока:
Познавательная
знакомить учащихся с понятием реляционной базы данных;
учить создавать многотабличную базу данных и связывать таблицы в ней.
Развивающая
развивать навыки и умения работы с таблицами;
развивать умение анализировать и выделять главное
Воспитательная
Воспитывать аккуратность, внимательность, самостоятельность и дисциплинированность.
Тип урока : урок изучения нового материала
Вид урока: урок-деловая игра
Формы работы: индивидуальная, групповая, фронтальная
Методы: наглядные, словесные, практические
Материалы и оборудование:
персональные компьютеры;
программное обеспечение: СУБД Microsoft Access;
презентация на тему «Реляционная модель базы данных»;
презентация о туристической фирме «Планета путешествий»
Эпиграф к уроку: “Дорогу осилит идущий, а информатику – мыслящий”. (Гюстав Гийом)
Структура урока:
Орг. момент. (1 мин)
Проверка домашнего задания. (1 мин)
Актуализация знаний. (5 мин)
Работа над темой урока. (18 мин)
Физкультминутка. (3 мин)
Практическая часть. (12 мин)
Итог урока. (2 мин)
Рефлексия. (2 мин)
Домашнее задание. (1 мин)
Ход урока
Организационный момент:
- приветствие
- проверка отсутствующих
Проверка домашнего задания:
- просмотр составленных ребусов по предыдущей теме
Вступительное слово учителя: Мы начинаем заседание нашей фирмы компьютерных технологий «Инфоинтеллект». Как вам известно, к нам обратилась вновь созданная туристическая фирма «Планета путешествий» с заявкой на создание базы данных своей фирмы. В конце прошлого заседания каждый менеджер нашей кампании получил задание разработать материал по определенному вопросу, чтобы сегодня мы владели информацией по алгоритму создания реляционной БД и могли приступить к этой работе. Для начала суммируем известные нам факты о базе данных в целом.
Актуализация опорных знаний
Устный опрос:
Продолжите фразы:
БД – это…
– это совокупность взаимосвязанных данных, которые обладают свойствами структурированности, хранятся во внешней памяти компьютера, и организованы по правилам, предполагающим общие принципы описания, хранения и обработки данных.
БД могут быть использованы для создания …
- фонда учебной литературы школьной библиотеки,
Кадрового состава предприятия,
Единого реестра препаратов аптеки,
Нормативных актов гражданского права,
Каталога фильмов кинотеатра…
Типы БД - …
- фактографические и документальные.
Фактографические БД содержат краткие сведения об объектах, представленные в определенном формате, например, Марка машины, завод-изготовитель, год выпуска …
В документальных БД содержится информация разного типа: текстовая, звуковая, графическая, мультимедийная
СУБД – это …
Программное обеспечение, которое позволяет создавать БД, обновлять и дополнять информацию, обеспечивать гибкий доступ к информации.
2. Ответьте на вопросы:
Перечислите основные свойства баз данных (структурированность, взаимосвязанность, независимость от прикладных программ)
Каким требованиям должны удовлетворять СУБД? (возможность манипулирования данными, возможность поиска и формирования запросов, обеспечение целостности данных, обеспечение защиты и секретности)
Назовите простые СУБД, предназначенные для работы в небольших организациях (Access, FoxPro и Paradox)
Назовите СУБД мощного типа (Oracle , Sybase , Informix )
IV . Работа над новой темой
1. Информация от турфирмы
2. Типы моделей БД
3. Реляционная модель данных
4. Варианты типов связей
5. Составляющие реляционной модели
6. Основные типы полей
1. ИНФОРМАЦИЯ ОТ ТУРФИРМЫ
С этим вопросом нас ознакомит менеджер, принимающий заявки от фирм.
С информацией мы познакомимся, просмотрев презентацию о туристической фирме «Планета путешествий», выполненную нашим коллегой.
Просмотр презентации о туристической фирме «Планета путешествий».
2. "ТИПЫ МОДЕЛЕЙ БАЗ ДАННЫХ"
Это некоторые виды моделей БД.
модель 1 модель 2 модель 3
Тип модели БД определяется по типу связи между элементами БД.
-Существуют три основных типа моделей данных –иерархическая(1) и сетевая(2), реляционная(3).
ИЕРАРХИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
Иерархическая модель базы данных представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному и образующих перевернутое дерево (граф).
- Данная модель характеризуется такими параметрами, как уровни, узлы, связи . Принцип работы модели таков, что несколько узлов более низкого уровня соединяется при помощи связи с одним узлом более высокого уровня.
Узел - информационная модель элемента, находящегося на данном уровне иерархии.
Свойства иерархической модели базы данных:
несколько узлов низшего уровня связано только с одним узлом высшего уровня;
иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень), неподчиненный никакой другой вершине;
каждый узел имеет свое имя (идентификатор);
СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ
Сетевая модель базы данных похожа на иерархическую. Она имеет те же основные составляющие (узел, уровень, связь), однако характер их отношений принципиально иной. В сетевой модели принята свободная связь между элементами разных уровней . Примером может служить база данных, хранящая сведения о закреплении учителей-предметников за определенными классами, где видно, что один учитель может преподавать в нескольких классах, и что один и тот же предмет могут вести разные учителя.
3. РЕЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ
Сегодня на нашем заседании мы должны будем создать многотабличную базу банных , которая будет представлять собой единую базу данных.
После создания различных таблиц, содержащих данные, относящиеся к различным аспектам базы данных, необходимо обеспечить целостность базы данных. Для этого необходимо их связать между собой.
Базы данных, состоящие из нескольких связанных двумерных таблиц, называют реляционными .
Термин «реляционный» (от латинского relatio – отношение) -это модель хранения данных построена на взаимоотношении составляющих ее частей. В простейшем случае она представляет собой двухмерную таблицу, а при создании сложных информационных моделей составит совокупность взаимосвязанных таблиц. Каждая строка такой таблицы называется записью . Каждый столбец в такой таблице называется полем .
Модель данных, как и сама база данных, является объектом, имеющим свои определенные свойства.
Реляционная модель базы данных имеет следующие свойства:
Каждый элемент таблицы – один элемент данных.
Все столбцы в таблице являются однородными, т. е. имеют один тип (числа, текст, дата и т. д.).
Каждый столбец (поле) имеет уникальное имя.
Одинаковые строки в таблице отсутствуют.
Порядок следования строк в таблице может быть произвольным и может характеризоваться количеством полей, количеством записей, типом данных.
Над этой моделью базы данных удобно производить следующие действия:
сортировку данных (например, по алфавиту);
поиск записей (например, по фамилиям) и т. д.
выборку данных по группам (например, по датам рождения или по фамилиям);
Главное достоинство таблиц - в их понятности.
Реляционная модель данных, как правило, состоит из нескольких таблиц, которые связываются между собой ключами.
Структура каждой таблицы создаётся с помощью конструктора таблиц. В конструкторе указываются имена полей, типы и форматы полей, назначаются ключи.
Устанавливаются связи между таблицами после их создания, но до заполнения данными .
Для создания реляционной БД в окне СУБД выберем объект Таблицы и выберем вариант Создание таблицы в режиме конструктора .
4. ВАРИАНТЫ ТИПОВ СВЯЗЕЙ
База данных – это совокупность данных и связей между ними.
Для связанных таблиц возможно три варианта типа связи :
«один к одному»;
«один ко многим»;
«многие ко многим».
1. Связь «один к одному».
Наиболее простой способ указать связь между данными – поместить данные совместно, например, в одной строке ведомости о заработной плате. Тогда наглядно видно, на какой должности работает сотрудник фирмы (фамилия) и какую заработную плату он получает (зарплата). Все строки ведомости имеют один шаблон, столбцы содержат данные одного типа.
2. Связь «один ко многим».
Любому элементу, рассматриваемому как объект, свойство или атрибут в информационной системе, может соответствовать несколько других объектов, свойств или атрибутов. Подобная структура имеет несколько уровней. Каждый ее элемент может быть связан с несколькими другими, находящимися на нижнем уровне, и только с одним из более высокого (верхнего) уровня. Такая структура называется древовидной или деревом. Каталоги, подкаталоги и содержащиеся в них файлы образуют древовидную структуру. Такую же структуру имеют практически все министерства, ведомства, армия, предприятия различных отраслей.
3. Связь «многие ко многим».
Производственные отношения между предприятиями часто имеют сложный характер, который отражается в сетевых структурах. Сеть – многоуровневая структура, каждый элемент которой может быть связан как с несколькими элементами нижнего уровня, так и с несколькими элементами верхнего уровня. Например, супермаркет получает товары от нескольких поставщиков. Может быть, что один вид товара поставляют разные поставщика и одновременно один поставщик обеспечивает несколькими товарами. Если рассмотреть связи «товар–поставщик», то они представляют собой сеть. Также сетевая модель получится и при рассмотрении связей «учитель – класс».
5. СОСТАВЛЯЮЩИЕ РЕЛЯЦИОННОЙ МОДЕЛИ
Ключ - поле, которое однозначно определяет соответствующую запись.
В реляционных БД строка таблицы называется записью , а столбец - полем . В общем виде это выглядит так:
Каждое поле таблицы имеет имя .
Одна запись содержит информацию об одном объекте той реальной системы, модель которой представлена в таблице. Например, одна запись о каком либо объекте - это информация об одном объекте.
Поля - это различные характеристики (иногда говорят - атрибуты) объекта. Значения полей в одной строчке относятся к одному объекту. Разные поля отличаются именами. А чем отличаются друг от друга разные записи? Записи различаются значениями ключей.
Главным ключом в базах данных называют поле (или совокупность полей), значение которого не повторяется у разных записей.
Например, в БД «Школьная библиотека» разные книги могут иметь одного автора, могут совпадать названия книг, год издания, полка. Но инвентарный номер у каждой книги свой (поле НОМЕР). Он-то и является главным ключом для записей в этой базе данных.
Не всегда удается определить одно поле в качестве ключа. Например, база данных областного управления образования «Школы района», в которой содержатся сведения о всех средних школах районных центров в виде следующей таблицы:
В такой таблице у разных записей не могут совпадать одновременно только два поля ГОРОД и НОМЕР ШКОЛЫ . Эти два поля вместе образуют составной ключ : ГОРОД-НОМЕР ШКОЛЫ . Составной ключ может состоять и более чем из двух полей.
С каждым полем связано еще одно очень важное свойство - тип поля.
Тип определяет множество значений, которые может принимать данное поле в различных записях.
В таблицах, приведённых ниже, показаны примеры простого и составного ключей:
6 . ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПОЛЕЙ
В реляционных БД столбец называется полем . В реляционных базах данных используются четыре основных типа полей:
числовой;
символьный;
дата;
логический.
Числовой тип имеют поля, значения которых могут быть только числами. Для этих данных отводится 1-4 байта. Например, в БД «Ведомость заработной платы предприятия» четыре поля числового типа: ТАРИФНАЯ СТАВКА, НАЧИСЛЕНИЯ, ОТЧИСЛЕНИЯ, СУММА К ВЫДАЧЕ.
Символьный тип имеют поля, в которых будут храниться символьные последовательности (слова, тексты, коды и т.п.). Текстовый тип данных предназначен для ввода текста длиной до 255 символов и устанавливается по умолчанию. Примерами символьных полей являются поля АВТОР и НАЗВАНИЕ в БД «Детская библиотека»; поле ТЕЛЕФОН в БД «Гимназия».
Тип «дата» имеют поля, содержащие календарные даты в форме «день/месяц/год» (в некоторых случаях используется американская форма: месяц/день/год). Для таких данных предусмотрено 8 байт. Тип «дата» имеет поле ДАТА ОТПРАВЛЕНИЯ в БД «Расписание аэровокзала».
Логический тип предназначен для хранения логического значения Да или Нет, Истина или Ложь.Такое поле занимает 1 бит.
Подведём итог, значения полей - это некоторые величины определенных типов. От типа величины зависят те действия, которые можно с ней производить. Например, арифметические операции можно выполнять с числовыми величинами, а с символьными и логическими - нельзя.
7. Понятия, необходимые для понимания процесса приведения модели к реляционной схеме.
Отношение - абстракция описываемого объекта как совокупность его свойств. Мы оперируем совокупностью свойств, которые и определяют объект.
Экземпляр отношения - совокупность значений свойств конкретного объекта.
Первичный ключ - идентифицирующая совокупность атрибутов, т.е. значение этих атрибутов уникально в данном отношении. Не существует двух экземпляров отношения содержащих одинаковые значения в первичном ключе.
Простой атрибут - атрибут, значения которого неделимы.
Сложный атрибут - атрибут, значением которого является совокупность значений нескольких различных свойств объекта или несколько значений одного свойства.
Требования к реляционным моделям:
Рациональные варианты концептуальной схемы базы данных должны удовлетворять третьей нормальной форме, а также следующим требованиям:
Выбранный перечень отношений должен быть минимален. Отношение используется, если только его необходимость обусловлена задачами.
Выбранный перечень атрибутов должен быть минимальным. Атрибут включается в отношение только в том случае, если он будет использоваться.
Первичный ключ отношения должен быть минимальным. То есть нельзя исключить ни один атрибут из идентифицирующей совокупности атрибутов, не нарушив при этом однозначной идентификации.
При выполнении операций над данными не должно возникать трудностей.
Графическая интерпретация реляционной схемы
Отношение представляется в виде полоски, содержащей имена всех атрибутов. Имя отношения пишется над ней.
Первичный ключ отношения должен быть выделен жирной рамкой.
Связи, определенные между отношениями, должны быть показаны линиями, проведенными между связующими атрибутами. Значения экземпляров связующих атрибутов должны совпадать.
V . Физкультминутка.
Эффект: расслабление тела, снятие нервного напряжения, восстановление нормального ритма дыхания.
Моргать в течении 10сек.
с напряжением закрывать на 3-5 с попеременно один и другой глаз.
В течении 10 с несколько раз сильно зажмуриться.
В течении 10 с менять направление взгляда.
Медленно опустить подбородок на грудь и оставаться в таком
положении 5 с. Выполнить упражнение 3 раза.
Эффект: избавление от усталости.
Помассировать лицо, чтобы снять напряжение лицевых мышц.
Надавливая пальцами на затылок в течении 10 с делать вращательные движения вправо, затем влево.
В положении сидя или стоя опустить руки вдоль тела. Расслабить их. Сделать глубокий вдох и на медленном выдохе в течение 10-15 с слегка потрясти руками. Повторить несколько раз.
VI . Закрепление нового материала.
Выполнение практического задания на ПК.
Инструктаж по технике безопасности при работе с компьютером.
Задание: Создать таблицы туристической фирмы в Microsoft Access
Порядок выполнения задания
1. Открыть программу Microsoft Access.
2. Выбрать Новая пустая база данных.
3. Присвоить имя файла Туристическая фирма.
4. Подтвердить Создать.
5. Выбрать Режим таблицы и заполнить таблицу.
Уровень А (2 балла)
В таблице 2 столбца, 6 строк
Страны
Уровень В (4 балла)
В таблице 3 столбца (из них 2 столбца текстовой информации), 6 строк
Виды туров
: Азовское море, Красное море, Чёрное море, Атлантический океан, Тихий океан
: Туры по Европе, Украина: Донецк, Керчь, Изюм, Луганщина, Карпаты
: Украина, Россия
Слайд 1
Описание слайда:
Слайд 2
Описание слайда:
База данных В узком смысле слова, база данных - это некоторый набор данных, необходимых для работы. Однако данные - это абстракция; никто никогда не видел "просто данные"; они не возникают и не существуют сами по себе. Данные суть отражение объектов реального мира. В широком смысле слова база данных - это совокупность описаний объектов реального мира и связей между ними, актуальных для конкретной прикладной области.
Слайд 3
Описание слайда:
Слайд 4
Описание слайда:
Слайд 5
Описание слайда:
Основные понятия базы данных Так, таблица Деталь содержит сведения о всех деталях, хранящихся на складе, а ее строки являются наборами значений атрибутов конкретных деталей. Каждый столбец таблицы - это совокупность значений конкретного атрибута объекта. Так, столбец Материал представляет собой множество значений "Сталь", "Олово", "Цинк", "Никель". В столбце Количество содержатся целые неотрицательные числа. Значения в столбце Вес - вещественные числа, равные весу детали в килограммах. Эти значения не появляются из воздуха. Они выбираются из множества всех возможных значений атрибута объекта, которое называется доменом. Так, значения в столбце материал выбираются из множества имен всех возможных материалов - пластмасс, древесины, металлов и т.д. Следовательно, в столбце Материал принципиально невозможно появление значения, которого нет в соответствующем домене, например, "вода" или "песок". Каждый столбец имеет имя, которое обычно записывается в верхней части таблицы. Оно должно быть уникальным в таблице, однако различные таблицы могут иметь столбцы с одинаковыми именами. Любая таблица должна иметь по крайней мере один столбец; столбцы расположены в таблице в соответствии с порядком следования их имен при ее создании. В отличие от столбцов, строки не имеют имен; порядок их следования в таблице не определен, а количество логически не ограничено.
Слайд 6
Описание слайда:
Слайд 7
Описание слайда:
Слайд 8
Описание слайда:
Слайд 9
Описание слайда:
Таблицы невозможно хранить и обрабатывать, если в базе данных отсутствуют "данные о данных", например, описатели таблиц, столбцов и т.д. Их называют обычно метаданными. Метаданные также представлены в табличной форме и хранятся в словаре данных. Таблицы невозможно хранить и обрабатывать, если в базе данных отсутствуют "данные о данных", например, описатели таблиц, столбцов и т.д. Их называют обычно метаданными. Метаданные также представлены в табличной форме и хранятся в словаре данных. Помимо таблиц, в базе данных могут храниться и другие объекты, такие как экранные формы, отчеты, представления и даже прикладные программы, работающие с базой данных. Для пользователей информационной системы недостаточно, чтобы база данных просто отражала объекты реального мира. Важно, чтобы такое отражение было однозначным и непротиворечивым. В этом случае говорят, что база данных удовлетворяет условию целостности. Для того, чтобы гарантировать корректность и взаимную непротиворечивость данных, на базу данных накладываются некоторые ограничения, которые называют ограничениями целостности.
Слайд 10
Описание слайда:
Слайд 11
Описание слайда:
Слайд 12
Описание слайда:
Слайд 13
Описание слайда:
Слайд 14
Описание слайда:
Слайд 15
Описание слайда:
Слайд 16
Описание слайда:
Слайд 17
Описание слайда:
Слайд 18
Описание слайда:
Слайд 19
Описание слайда:
Другие нормальные формы Первая нормальная форма запрещает таблицам иметь неатомарные, или многозначные атрибуты. Однако существует множество ситуаций моделирования, требующих многозначных атрибутов. Например, преподаватель в вузе отвечает за несколько дисциплин. Существует несколько решений, каждое из которых имеет определенные недостатки. Все они требуют лишней памяти из-за наличия пустых значений, либо из-за необходимости вводить избыточные данные. Те из них, в которых есть пустые значения, нарушают категорийную целостность, поскольку все атрибуты вместе составляют ключ таблицы. Эти кажущиеся связи между независимыми атрибутами можно исключить, потребовав, чтобы каждое значение атрибута сочеталось с каждым значением другого атрибута как минимум в одной строке. Условие, обеспечивающее независимость атрибутов путем обязательного повторения значений, называется многозначной зависимостью. Многозначная зависимость является таким же ограничительным условием, как функциональная зависимость. Очевидно, что поскольку они требуют огромного числа повторений значений данных, важный этап процесса нормализации состоит в избавлении от многозначных зависимостей. Таблица имеет четвертую нормальную форму (4НФ), если она имеет 3НФ и не содержит многозначных зависимостей. Для избавления от некоторых других аномалий были предложены еще несколько нормальных форм: пятая нормальная форма (5НФ), нормальная форма область/ключ (НФОК) и т.д. Однако они имеют очень ограниченное практическое использование.
Слайд 21
Edgar Frank "Ted" Codd Эдгар Френк Кодд, Dorset, England , Williams Island, Florida создал и описал концепцию реляционных баз данных и реляционную алгебру ; для проектирования БД предложил аппарат нормализации отношений Edgar Frank "Ted" Codd Эдгар Френк Кодд, Dorset, England , Williams Island, Florida создал и описал концепцию реляционных баз данных и реляционную алгебру ; для проектирования БД предложил аппарат нормализации отношений Реляционная модель данных
Информационное правило - вся информация в реляционной БД (включая имена таблиц и столбцов) должна определяться строго как значения в таблицах. Информационное правило - вся информация в реляционной БД (включая имена таблиц и столбцов) должна определяться строго как значения в таблицах. Гарантированный доступ - любое значение в реляционной БД должно быть гарантированно доступно для использования через комбинацию имени таблицы, значения первичного ключа и имени столбца Гарантированный доступ - любое значение в реляционной БД должно быть гарантированно доступно для использования через комбинацию имени таблицы, значения первичного ключа и имени столбца Поддержка пустых значений (null value) - СУБД должна уметь работать с пустыми значениями (неизвестными, неопределёнными или неиспользованными значениями), в отличие от значений по умолчанию и независимо для любых доменов. Поддержка пустых значений (null value) - СУБД должна уметь работать с пустыми значениями (неизвестными, неопределёнными или неиспользованными значениями), в отличие от значений по умолчанию и независимо для любых доменов. Информационное правило - вся информация в реляционной БД (включая имена таблиц и столбцов) должна определяться строго как значения в таблицах. Информационное правило - вся информация в реляционной БД (включая имена таблиц и столбцов) должна определяться строго как значения в таблицах. Гарантированный доступ - любое значение в реляционной БД должно быть гарантированно доступно для использования через комбинацию имени таблицы, значения первичного ключа и имени столбца Гарантированный доступ - любое значение в реляционной БД должно быть гарантированно доступно для использования через комбинацию имени таблицы, значения первичного ключа и имени столбца Поддержка пустых значений (null value) - СУБД должна уметь работать с пустыми значениями (неизвестными, неопределёнными или неиспользованными значениями), в отличие от значений по умолчанию и независимо для любых доменов. Поддержка пустых значений (null value) - СУБД должна уметь работать с пустыми значениями (неизвестными, неопределёнными или неиспользованными значениями), в отличие от значений по умолчанию и независимо для любых доменов. 12 ПРАВИЛ КОДДА
Онлайновый реляционный каталог - описание БД и ее содержания должны быть представлены на логическом уровне как таблицы, к которым можно применять запросы, используя язык базы данных. Онлайновый реляционный каталог - описание БД и ее содержания должны быть представлены на логическом уровне как таблицы, к которым можно применять запросы, используя язык базы данных. Исчерпывающий язык управления данными - по крайней мере, один из поддерживаемых языков должен иметь четко определенный синтаксис и быть всеобъемлющим. Он должен поддерживать описание структуры данных и манипулирование ими, правила целостности, авторизацию и транзакции. Исчерпывающий язык управления данными - по крайней мере, один из поддерживаемых языков должен иметь четко определенный синтаксис и быть всеобъемлющим. Он должен поддерживать описание структуры данных и манипулирование ими, правила целостности, авторизацию и транзакции. Правило обновления представлений (views) - все представления, теоретически обновляемые, могут быть обновлены через систему. Правило обновления представлений (views) - все представления, теоретически обновляемые, могут быть обновлены через систему. Вставка, обновление и удаление - СУБД поддерживает не только запрос на отбор данных, но и вставку, обновление и удаление Вставка, обновление и удаление - СУБД поддерживает не только запрос на отбор данных, но и вставку, обновление и удаление Онлайновый реляционный каталог - описание БД и ее содержания должны быть представлены на логическом уровне как таблицы, к которым можно применять запросы, используя язык базы данных. Онлайновый реляционный каталог - описание БД и ее содержания должны быть представлены на логическом уровне как таблицы, к которым можно применять запросы, используя язык базы данных. Исчерпывающий язык управления данными - по крайней мере, один из поддерживаемых языков должен иметь четко определенный синтаксис и быть всеобъемлющим. Он должен поддерживать описание структуры данных и манипулирование ими, правила целостности, авторизацию и транзакции. Исчерпывающий язык управления данными - по крайней мере, один из поддерживаемых языков должен иметь четко определенный синтаксис и быть всеобъемлющим. Он должен поддерживать описание структуры данных и манипулирование ими, правила целостности, авторизацию и транзакции. Правило обновления представлений (views) - все представления, теоретически обновляемые, могут быть обновлены через систему. Правило обновления представлений (views) - все представления, теоретически обновляемые, могут быть обновлены через систему. Вставка, обновление и удаление - СУБД поддерживает не только запрос на отбор данных, но и вставку, обновление и удаление Вставка, обновление и удаление - СУБД поддерживает не только запрос на отбор данных, но и вставку, обновление и удаление 12 ПРАВИЛ КОДДА
Физическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют изменения физических методов доступа к данным и структур хранилищ данных. Физическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют изменения физических методов доступа к данным и структур хранилищ данных. Логическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют, в пределах разумного, изменения структур таблиц. Логическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют, в пределах разумного, изменения структур таблиц. Независимость целостности - язык БД должен быть способен определять правила целостности. Они должны сохраняться в онлайновом справочнике, и не должно существовать способа их обойти. Независимость целостности - язык БД должен быть способен определять правила целостности. Они должны сохраняться в онлайновом справочнике, и не должно существовать способа их обойти. Независимость распределения - на программы-приложения и специальные программы логически не влияет, первый раз используются данные или повторно. Независимость распределения - на программы-приложения и специальные программы логически не влияет, первый раз используются данные или повторно. Неподрывность - невозможность обойти правила целостности, определенные через язык базы данных, использованием языков низкого уровня Неподрывность - невозможность обойти правила целостности, определенные через язык базы данных, использованием языков низкого уровня Физическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют изменения физических методов доступа к данным и структур хранилищ данных. Физическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют изменения физических методов доступа к данным и структур хранилищ данных. Логическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют, в пределах разумного, изменения структур таблиц. Логическая независимость данных - на программы-приложения и специальные программы логически не влияют, в пределах разумного, изменения структур таблиц. Независимость целостности - язык БД должен быть способен определять правила целостности. Они должны сохраняться в онлайновом справочнике, и не должно существовать способа их обойти. Независимость целостности - язык БД должен быть способен определять правила целостности. Они должны сохраняться в онлайновом справочнике, и не должно существовать способа их обойти. Независимость распределения - на программы-приложения и специальные программы логически не влияет, первый раз используются данные или повторно. Независимость распределения - на программы-приложения и специальные программы логически не влияет, первый раз используются данные или повторно. Неподрывность - невозможность обойти правила целостности, определенные через язык базы данных, использованием языков низкого уровня Неподрывность - невозможность обойти правила целостности, определенные через язык базы данных, использованием языков низкого уровня 12 ПРАВИЛ КОДДА
Наиболее распространенная трактовка реляционной модели данных принадлежит К.Дейту. Согласно Дейту, реляционная модель состоит из трех частей: Реляционная модель данных Структурной части.Структурной части. Целостной части.Целостной части. Манипуляционной частиМанипуляционной части Структурной части.Структурной части. Целостной части.Целостной части. Манипуляционной частиМанипуляционной части
Структурная часть описывает, какие объекты рассматриваются реляционной моделью. Постулируется, что единственной структурой данных, используемой в реляционной модели, являются нормализованные n- арные отношения.Структурная часть описывает, какие объекты рассматриваются реляционной моделью. Постулируется, что единственной структурой данных, используемой в реляционной модели, являются нормализованные n- арные отношения. Целостная часть описывает ограничения специального вида, которые должны выполняться для любых отношений в любых реляционных базах данных. Это целостность сущностей и целостность внешних ключей.Целостная часть описывает ограничения специального вида, которые должны выполняться для любых отношений в любых реляционных базах данных. Это целостность сущностей и целостность внешних ключей. Манипуляционная часть описывает два эквивалентных способа манипулирования реляционными данными - реляционную алгебру и реляционное исчисление.Манипуляционная часть описывает два эквивалентных способа манипулирования реляционными данными - реляционную алгебру и реляционное исчисление. Реляционная модель данных
Домен имеет уникальное имя (в пределах базы данных).Домен имеет уникальное имя (в пределах базы данных). Домен определен на некотором простом типе данных или на другом домене.Домен определен на некотором простом типе данных или на другом домене. Домен может иметь некоторое логическое условие, позволяющее описать подмножество данных, допустимых для данного домена.Домен может иметь некоторое логическое условие, позволяющее описать подмножество данных, допустимых для данного домена. Домен несет определенную смысловую нагрузку.Домен несет определенную смысловую нагрузку. Основные определения Реляционная модель данных Домен - это семантическое понятие. Домен можно рассматривать как подмножество значений некоторого типа данных имеющих определенный смысл. Домен характеризуется следующими свойствами:
Основные определения Отношение - это множество кортежей, соответствующих одной схеме отношения. На самом деле, понятие схемы отношения ближе всего к понятию структурного типа данных в языках программирования. Реляционная модель данных Кортеж - это множество пар {имя атрибута, значение}, которое содержит одно вхождение каждого имени атрибута. "Значение" является допустимым значением домена данного атрибута Попросту говоря, кортеж - это набор именованных значений заданного типа.
Реляционная алгебра Реляционное исчисление Третья часть реляционной модели, манипуляционная часть, утверждает, что доступ к реляционным данным осуществляется при помощи реляционной алгебры или эквивалентного ему реляционного исчисления. Реляционная модель данных
В реализациях конкретных реляционных СУБД сейчас не используется в чистом виде ни реляционная алгебра, ни реляционное исчисление. Фактическим стандартом доступа к реляционным данным стал язык SQL (Structured Query Language). Язык SQL представляет собой смесь операторов реляционной алгебры и выражений реляционного исчисления, использующий синтаксис, близкий к фразам английского языка и расширенный дополнительными возможностями, отсутствующими в реляционной алгебре и реляционном исчислении.
ОСНОВЫ РЕЛЯЦИОННОЙ АЛГЕБРЫ Реляционная алгебра представляет собой набор операторов, использующих отношения в качестве аргументов, и возвращающие отношения в качестве результата. Таким образом, реляционный оператор выглядит как функция с отношениями в качестве аргументов: Замкнутость реляционной алгебры
ТЕОРЕТИКО-МНОЖЕСТВЕННЫЕ ОПЕРАТОРЫ Объединение. Объединением двух совместимых по типу отношений А и В называется отношение с тем же заголовком, что и у отношений А и В и телом, состоящим из кортежей, принадлежащих или А, или В, или обоим отношениям. Замечание. Объединение, как и любое отношение, не может содержать одинаковых кортежей. Поэтому, если некоторый кортеж входит и в отношение А, и отношение В, то в объединение он входит один раз.
Замечание. Как видно из приведенного примера, потенциальные (возможные) ключи, которые были в отношениях А и В не наследуются объединением этих отношений. Поэтому, в объединении отношений А и В атрибут «номер» может содержать дубликаты значений. Если бы это было не так, и ключи наследовались бы, то это противоречило бы понятию объединения как "объединение множеств". Конечно, объединение отношений А и В имеет, как и любое отношение, возможный ключ, например, состоящий из всех атрибутов.
Декартово произведение Декартовым произведением двух отношений А и В называется отношение, заголовок которого является сцеплением заголовков отношений А и В, а тело состоит из кортежей, являющихся сцеплением кортежей отношений А*В={(А1В1)(А1В2)…..AnBn}: Синтаксис Декартово произведение: A TIMES B
Замечание. Сама по себе операция декартового произведения не очень важна, т.к. она не дает никакой новой информации, по сравнению с исходными отношениями. Для реальных запросов эта операция почти никогда не используется. Однако операция декартового произведения важна для выполнения специальных реляционных операций.
Выборка (ограничение, селекция) Выборкой (ограничением, селекцией) на отношении А с условием называется отношение с тем же заголовком, что и у отношения А, и телом, состоящем из кортежей, значения атрибутов которых при подстановке в условие дают значение ИСТИНА. представляет собой логическое выражение, в которое могут входить атрибуты отношения А и (или) скалярные выражения. ИСТИНА. представляет собой логическое выражение, в которое могут входить атрибуты отношения А и (или) скалярные выражения. В простейшем случае условие имеет вид, где - один из операторов сравнения (и т.д.), а и - атрибуты отношения или скалярные значения. Такие выборки называются -выборки (тэта- выборки) или -ограничения, -селекции.В простейшем случае условие имеет вид, где - один из операторов сравнения (и т.д.), а и - атрибуты отношения или скалярные значения. Такие выборки называются -выборки (тэта- выборки) или -ограничения, -селекции. Синтаксис операции выборки:Синтаксис операции выборки: Или
Проекция Проекцией отношения А по атрибутам X,Y,Z, где каждый из атрибутов принадлежит отношению A, называется отношение с заголовком (X,Y,Z) и телом, содержащим множество кортежей вида(x, y, z), таких, для которых в отношении A найдутся кортежи со значением атрибута X равным x, значением атрибута Y равным y, …, значением атрибута Z равным z. Синтаксис операции проекции A Замечание. Операция проекции дает "вертикальный срез" отношения, в котором удалены все возникшие при таком срезе дубликаты кортежей.
Соединения отношений. Наряду с операциями выборки и проекции, является одной из наиболее важных реляционных операций. Обычно рассматривается несколько разновидностей операции соединения: –Общая операция соединения –Тэта-соединение –Экви-соединение –Естественное соединение
Общая операция соединения Таким образом, операция соединения есть результат последовательного применения операций декартового произведения и выборки. Если в отношениях А и В имеются атрибуты с одинаковыми наименованиями, то перед выполнением соединения такие атрибуты необходимо переименовать.
Тэта-соединение Определение Пусть отношение А содержит атрибут Х, отношение В содержит атрибут Y, а Тэта- один из операторов сравнения (и т.д.). Тогда - соединением отношения А по атрибуту Х с отношением В по атрибуту Y называют отношение Это частный случай операции общего соединения. Иногда, для операции -соединения применяют следующий, более короткий синтаксис:
Пример.7 Тэта-соединение Рассмотрим некоторую компанию, в которой хранятся данные о поставщиках и поставляемых деталях. Пусть поставщикам и деталям присвоен некий статус. Пусть бизнес компании организован таким образом, что поставщики имеют право поставлять только те детали, статус которых не выше статуса поставщика
Пример.7 Тэта-соединение Номер поставщика Наименование поставщика (Статус поставщика) Х 1Иванов4 2Петров2 3Сидоров1 Таблица 13 Отношение A (Поставщики) Номер деталиНаименование детали Статус детали Y 1Болт3 2Гайка2 3Винт1 Таблица 14 Отношение B (Детали)
Пример.7 Тэта-соединение Номер Постав- щика Наименова ние поставщика Статус поставщика X Номер детали Наименов а ние детали Статус детали Y 1Иванов41Болт3 1Иванов42Гайка2 1Иванов43Винт1 2Петров13Винт1 3Сидоров22Гайка2 3Сидоров23Винт1 Таблица 15 Отношение "Какие поставщики поставляют какие детали"
Пример8. Экви-соединение Пусть имеются отношения P, D и PD, хранящие информацию о поставщиках, деталях и поставках соответственно (для удобства введем краткие наименования атрибутов): Номер Детали DNUM Наименование детали DNAME 1Болт 2Гайка 3Винт Номер поставщика PNUM Наименование поставщика PNAME 1Иванов 2Петров 3Сидоров Таблица 16 Отношение P (Поставщики) Таблица 17 Отношение D (Детали)
Пример8. Экви-соединение Номер поставщика PNUM Номер детали DNUM Поставляемое количество VOLUME Таблица 18 Отношение PD (Поставки)
Пример8. Экви-соединение Номер поставщик а PNUM1 Наименование поставщика PNAME Номер Поставщика PNUM2 Номер детали DNUM Поставляемо е количество VOLUME 1Иванов Иванов Иванов Петров Петров Сидоров Таблица 19 Отношение "Какие детали поставляются какими поставщиками"
Пример8. Экви-соединение Недостатком экви-соединения является то, что если соединение происходит по атрибутам с одинаковыми наименованиями (а так чаще всего и происходит!), то в результатирующем отношении появляется два атрибута с одинаковыми значениями. В нашем примере атрибуты PNUM1 и PNUM2 содержат дублирующие данные. Избавиться от этого недостатка можно, взяв проекцию по всем атрибутам, кроме одного из дублирующих. Именно так действует естественное соединение.
Естественное соединение Определение Пусть даны отношения А(А1,…, Аn,Х1,…, Хm) и B(Х1,…,Хm,В1,…,Вn), имеющие одинаковые атрибуты (Х1,…,Хn) (т.е. атрибуты с одинаковыми именами и определенные на одинаковых доменах). Тогда естественным соединением отношений А и В называется отношение с заголовком (А1,…, Аn,Х1,…, Хm,В1,…,Вn) и телом, содержащим множество кортежей (а1,…,аn,x1,…,xn,b1,…,bn), таких, что Естественное соединение настолько важно, что для него используют специальный синтаксис: A JOIN B
Естественное соединение Замечание. В синтаксисе естественного соединения не указываются, по каким атрибутам производится соединение. Естественное соединение производится по всем одинаковым атрибутам. Замечание. Естественное соединение эквивалентно следующей последовательности реляционных операций: –Переименовать одинаковые атрибуты в отношениях –Выполнить декартово произведение отношений –Выполнить выборку по совпадающим значениям атрибутов, имевших одинаковые имена –Выполнить проекцию, удалив повторяющиеся атрибуты –Переименовать атрибуты, вернув им первоначальные имена Замечание. Можно выполнять последовательное естественное соединение нескольких отношений. Нетрудно проверить, что естественное соединение (как, впрочем, и соединение общего вида) обладает свойством ассоциативности, т.е. (A JOIN B) JOIN C=A JOIN (И JOIN C)
Пример9. Естественное соединение В предыдущем примере ответ на вопрос "какие детали поставляются поставщиками", более просто записывается в виде естественного соединения трех отношений P JOIN PD JOIN D (для удобства просмотра порядок атрибутов изменен, это является допустимым по свойствам отношений): Номер поставщика PNUM Наименование поставщика PNAME Номер детали DNUM Наименован ие детали DNAME Поставляемое количество VOLUME 1Иванов1Болт100 1Иванов2Гайка200 1Иванов3Винт300 2Петров1Болт150 2Петров2Гайка250 3Сидоров1Болт1000 Таблица 20 Отношение P JOIN PD JOIN D
Деление Определение. Пусть даны отношения А(Х1,…, Хn,Y1,…, Ym) и B(Y1,…,Ym), причем атрибуты Y1,…,Ym - общие для двух отношений. Делением отношений A на B называется отношение с заголовком (X1,…,Xn) и телом, содержащим множество кортежей (x1,…,xn), таких, что для всех кортежей в отношении A найдется кортеж. Отношение A выступает в роли делимого, отношение B выступает в роли делителя. Деление отношений аналогично делению чисел с остатком. Синтаксис операции деления:
Пример. Деление Ответим на вопрос, "какие поставщики поставляют все детали?". В качестве делимого возьмем проекцию X=PD[ PNUM,DNUM ], содержащую номера поставщиков и номера поставляемых ими деталей: Номер Поставщика PNUM Номер Детали DNUM Таблица 21 Проекция X=PD
Пример. Деление В качестве делителя возьмем проекцию Y=D [ DNUM], содержащую список номеров всех деталей (не обязательно поставляемых кем- либо): Номер детали DNUM Таблица 22 Проекция Y=D Select DISTINCT PNUM from Y, X where NOT EXIST (Select DNUM from X where Y.DNUM=X.DNUM) Деление дает список номеров поставщиков, поставляющих все детали: Таблица 23 Отношение X DEVIDEBY Y Номер поставщика PNUM 1
Вывод Не все операторы реляционной алгебры являются независимыми - некоторые из них выражаются через другие реляционные операторы. Операторы соединения, пересечения и деления можно выразить через другие реляционные операторы, т.е. эти операторы не являются примитивными. Оставшиеся реляционные операторы (объединение, вычитание, декартово произведение, выборка, проекция) являются примитивными операторами - их нельзя выразить друг через друга.
Различия между реляционной алгеброй и языком SQL Имеется несколько типов запросов, которые нельзя выразить средствами реляционной алгебры. К ним относятся запросы, требующие дать в ответе список атрибутов, удовлетворяющих определенным условиям, построение транзитивного замыкания отношений, построение кросс-таблиц. Для получения ответов на подобные запросы приходится использовать процедурные расширения реляционных языков.
Рассматриваемые вопросы: 1. Реляционная модель — Краткий обзор истории реляционной модели — Используемая терминология — Альтернативная терминология — Математические отношения — Отношения и их свойства в базе данных — Реляционные ключи — Представление схем в реляционной базе данных — Реляционная целостность 2. Реляционные языки 3. Реляционная алгебра — Унарные операции реляционной алгебры — Операции с множествами — Операции соединения — Деление 4. Реляционное исчисление — Реляционное исчисление кортежей — Реляционное исчисление доменов 5. Другие языки
Реляционная модель Структура обработки информации в реляционной БД Реляционная алгебра Данные. Реляционная модель данных Реляционная БД SQL-стандартн ый язык запросов
Реляционная модель Цели создания реляционной модели: 1) Обеспечение высокой степени независимости от данных. 2) Н ормализ ация отношений, т. е. создание отношени й без повторяющихся групп. 3) Рас ширение языков управления данными за счет включения операций над множествами.
Реляционная модель Используемая терминология По сколько Кодд, будучи опытным математиком, широко использовал математическую терминологию теории множеств и логики предикатов. Реляционная модель основана на математическом понятии отношения, физическим представлением которого является таблица.
Используемая терминология Структура реляционных данных Отношение Атрибут Домен Кардинальность Кортеж Степень отношения Таблицы данных Реляционная база данных
Используемая терминология Н омер Фамилия Оценка 6 Иванов 5 17 Петров 4 19 Сидоров 4. 5О Т Н О Ш Е Н И Е С Т Е П Е Н Ь К А Р Д И Н А Л Ь Н О С Т ЬАТРИБУТЫ КОРТЕЖ Структура реляционных данных
Используемая терминология Отношение — это плоская таблица (двумерная) , состоящая из столбцов и строк. Атрибут — это поименованный столбец отношения. Домен — это набор допустимых значений для одного или нескольких атрибутов, благодаря ему пользователь может централизованно определять смысл и источник значений, которые могут получать атрибуты. Кортеж — это строка отношения. Кортежи называются расширением, состоянием или телом отношения, которое постоянно меняется. Описание структуры отношения вместе со спецификацией доменов и любыми другими ограничениями возможных значений атрибутов иногда называют его заголовком (или содержанием (intension)).
Используемая терминология Степень отношения определяется количеством атрибутов, которое оно содержит. Кардинальность — это количество кортежей, которое содержит отношение. Кардинальность — свойств о тела отношения (меняется при каждом добавлении или удалении кортежей). Реляционная база данных — это набор нормализованных отношений. Реляционная база данных состоит из отношений, структура которых определяется с помощью особых методов, называемых нормализацией.
Альтернативная терминология Официальные термины Альтернативный вариант 1 Альтернативный вариант 2 Отношение Таблица Файл Кортеж Строка Запись Атрибут Столбец Поле
Отношения и их свойства в базе данных Реляционная схема – это имя отношения, за которым следует множество пар атрибутов и доменов. атрибут ы А 1 , А 2, . . Аn реляционн ая схем а: домен ы D 1, D 2 . . Dn {А 1: D 1. . . An: Dn } В реляционной модели отношение можно представить как произвольное подмножество декартового произведения, а таблица – это физическое представление такого отношения.
Отношения и их свойства в базе данных Свойства отношений: Отношение имеет неповторимое имя. Каждая ячейка отношения содержит только атомарное (неделимое) значение. Каждый атрибут имеет уникальное имя. Значения атрибута берутся из одного и того же домена. Порядок следования атрибутов не имеет никакого значения. Каждый кортеж является уникальным, т. е. дубликатов кортежей быть не может. П орядок следования кортежей в отношении не имеет никакого значения.
Реляционные ключи Суперкпюч (superkey) – а трибут или множество атрибутов, которое единственным образом идентифицирует кортеж данного отношения. Потенциальный ключ – это суперключ, который не содержит подмножества, также являющегося суперключом данного отношения. Потенциальный ключ К для данного отношения R обладает двумя свойствами: Уникальность. В каждом кортеже отношения R значение ключа К единственным образом идентифицируют этот кортеж. Неприводимость. Никакое допустимое подмножество ключа К не обладает свойством уникальности.
Реляционные ключи Н аличие значений-дубликатов в конкретном существующем наборе кортежей доказывает то, что некоторая комбинация атрибутов не может быть потенциальным ключом. Если ключ состоит из нескольких атрибутов, то он называется составным ключом. Первичный к люч – это потенциальный ключ, который выбран для уникальной идентификации кортежей внутри отношения. Поскольку отношение не содержит кортежей-дубликатов, всегда можно уникальным образом идентифицировать каждую его строку. Это значит, что отношение всегда имеет первичный ключ.
Реляционные ключи Потенциальные ключи, которые не выбраны в качестве первичного ключа, называются альтернативными ключами. Внешний ключ – это атрибут или множество атрибутов внутри отношения, которое соответствует потенциальному ключу некоторого (может быть, того же самого) отношения.
Представление схем в реляционной базе данных Реляционная база данных может состоять из произвольного количества отношений. Концептуальной моделью, или концептуальной схемой, называется множество всех реляционных баз данных.
Реляционная целостность Модель данных имеет две части: — управляющую часть, которая определяет типы допустимых операций с данными, — набор ограничений целостности, которые гарантируют корректность данных. Определитель NULL вводится в связи с поддержанием правил целостности и указывает, что значение атрибута в настоящий момент неизвестно или неприемлемо для этого кортежа. Нули и пробелы представляют собой некоторые значения, тогда как ключевое слово NULL призвано обозначать отсутствие какого-либо значения.
Реляционная целостность Целостность сущностей означает, что в отношении ни один атрибут первичного ключа не может содержать отсутствующих значений, обозначаемых определителем NULL. Если будет определителя NULL в любой части первичного ключа, это утвержд ает, что не все его атрибуты необходимы для уникальной идентификации кортежей. Это противоречит определению первичного ключа.
Реляционная целостность Ссылочная целостность. Если в отношении существует внешний ключ, то значение внешнего ключа должно либо соответствовать значению потенциального ключа некоторого кортежа в его базовом отношении, либо задаваться определителем NULL. Корпоративные ограничения целостности данных это дополнительные правила поддержки целостности, определяемые пользователями или администраторами базы данных.
Реляционные языки Р еляционн ая алгебра — (высокоуровневый) процедурный язык. Использ ование: сообщение СУБД о том, как следует построить требуемое отношение на базе одного или нескольких существующих в базе данных отношений. Реляционное исчисление — непроцедурный язык. Использ ование: определения того, каким будет некоторое отношение, созданное на основе одного или нескольких других отношений базы данных. Реляционно-полный язык Использ ование: получение любого отношения, которое можно вывести с помощью реляционного исчисления.
Реляционная алгебра — теоретический язык операций, который на основе одного или нескольких отношений позволяет создавать другое отношение без изменения самих исходных отношений.
Основные операции реляционной алгебры: — выборка (selection) — проекция (р rojection) — декартово произведение (с artesian product) — объединение (union) — разность (set difference) Дополнительные операции: — соединения (join) — пересечения (intersection) — деления (division) Реляционная алгебра
Унарные операции реляционной алгебры Операция выборки: Работает с одним отношением R. Определяет результирующее отношение с тем же заголовком, что и отношение R , и телом, состоящ и м из кортежей, значения атрибутов которых при подстановке в условие (предикат) дают значение истина.
Унарные операции реляционной алгебры Простейший случай: X Y — условие (предикат), – один из операторов сравнения (, и т. д.), X и Y — атрибуты отношения R или скалярные значения. Синтаксис операции выборки: R where , или R where (X Y) Синтаксис на языке SQL: select * from R where (X Y)
Унарные операции реляционной алгебры Пример о пераци и выборки Отношение R (информация о студентах) Результат выборки R where Средний бал<5 Номер студента Фамилия Средний балл 6 17 19 Иванов Петров Сидоров 5 4 4, 5 Номер студента Фамилия Средний балл 17 19 Петров Сидоров 4 4,
Унарные операции реляционной алгебры Операция проекции: Работает с одним отношением R. Определяет новое отношение с заголовком (X , …, Z) , содержащее вертикальное подмножество отношения R , создаваемое посредством извлечения значений указанных атрибутов из результата строк-дубликатов. Синтаксис операции проекции: R [ X , …, Z ] Синтаксис на языке SQL: Select X , Y , …, Z from R
Унарные операции реляционной алгебры Пример о пераци и проекции Отношение R (информация о преподавателях) Предмет География История Философия Табельный номер Фамилия Предмет 4587 Бондаренко География 2136 Воронин История 5496 Анисимова Философия Проекция R [Предмет]
Операции с множествами Декартово произведение R×S определяет новое отношение, которое является результатом конкатенации (т. е. сцепления) каждого кортежа из отношения R с к аждым кортежем из отношения S. Синтаксис операции декартового произведения: R times S Синтаксис на языке SQL: Select * from R , S
Номер студента Фамилия 6 Иванов 17 Петров 19 Сидоров Код предмета Название 101 Физика 102 Математика 103 Информатика. Операции с множествами Пример декартового произведения Отношение R (Студенты) Отношение S (Предметы)
Номер студента Фамилия Код предмета Название 6 Иванов 101 Физика 6 Иванов 102 Математика 6 Иванов 103 Информатика 17 Петров 101 Физика 17 Петров 102 Математика 17 Петров 103 Информатика 19 Сидоров 101 Физика 19 Сидоров 102 Математика 19 Сидоров 103 Информатика. Отношение R TIMES SОперации с множествами
Операции с множествами Операция объединения R S получается в результате конкатенации R и S , с образованием одного отношения с тем же заголовком, что и у отношений R и S и телом, состоящим из кортежей, прин адлежащих или R , или S , или обоим отношениям (с максимальным количеством кортеже й) , если кортежи-дубликаты исключены. Синтаксис операции объединения: R union S. Синтаксис на языке SQL: (Select * from R) union (select * from S)
Номер студента Фамилия Средний балл 6 Иванов 5 17 Петров 4 19 Сидоров 4, 5 Номер студента Фамилия Средний балл 6 Иванов 5 18 Пушников 3, 5 19 Сидоров 4, 5Операции с множествами Пример операции объединения Отношение R (информация о студентах) Отношение S (информация о студентах)
Номер студента Фамилия Средний балл 6 Иванов 5 17 Петров 4 19 Сидоров 4, 5 18 Пушников 3, 5Объединение отношений R и S Операции с множествами
Операции с множествами Операция разности R-S определяет отношение с тем же заголовком, что и у отношений R и S , и телом, состоящим из кортежей, принадлежащих отношению R и не принадлежащих отношению S , таких, которые имеются в отношении R , но отсутствуют в отношении S. Синтаксис операции разности: R minus S Синтаксис на языке SQL: (select * from R) exept (select * from S)
Операции с множествами (щшибка) Пример операции разности Отношение R Номер студента Фамилия Средний балл 6 Иванов 5 17 Петров 4 19 Сидоров 4, 5 Отношение S Номер студент Фамилия Средний балл 6 Петров 4 18 Сидоров 4, 5 20 20 Пушников 3,
Операции с множествами Номер студента Фамилия Средний балл 17 Петров 4 19 Сидоров 4, 5Отношение R MINUS S
Операции с множествами Операция пересечения R ∩ S определяет отношение, которое содержит кортежи, присутствующие как в отношении R , так и в отношении S. Синтаксис операции пересечения: R intersect S Синтаксис на языке SQL: (Select * from R) intersect (select * from S)
Операции с множествами Пример операции пересечения Номер студента Фамилия Средний балл 6 Иванов 5 17 Петров 4 19 Сидоров 4, 5Отношение R (информация о студентах) Номер студента Фамилия Средний балл 6 Иванов 5 18 Пушников 3, 5 20 Сидоров 4, 5Отношение S (информация о студентах)
Номер студента Фамилия Средний балл 6 Иванов 5 Операции с множествами Отношение R INTERSECT S
Операции соединения Операция соединения — комбинация декартового произведения и выборки, эквивалентна операции выборки из декартового произведения двух операндов отношений тех кортежей, которые удовлетворяют условию, указанному в предикате соединения в качестве формулы выборки. Соединением отношений R и S по условию F называется отношение (R times S) where F Синтаксис на языке SQL: Select R. *, S. * from R, S where f
Операции соединения Тип ы операций соединения: — т ета-соединение — соединение по эквивалентности (частный случай тета-соединения) — естественное соединение — внешнее соединение — полусоединение
Операции соединения Т ета-соединение определяет отношение, которое содержит кортежи из декартового произведения отношений R и S , удовлетворяющие предикату F. Предикат F имеет вид, где — один из операторов сравнения (<, >=, = или -=). — соединением отношения R по атрибуту X с отношением S по атрибуту Y называют отношение (R times S) where (X Y). Синтаксис на языке SQL: Select * from R, S where (R. X S. Y) SRF iib. Sa. R. .
Операции соединения Пример тета-соединения В базе данных хранится информация о: — преподавателях; — предметах. Примечание: преподаватели имеют право преподавать предметы, статус которых не выше статуса преподавателя. Табельный номер Фамилия X(Статус преподавателя) 4587 Бондаренко 4 2136 Воронин 1 5496 Анисимова 2 Отношение R (Преподаватели) Код предмета Название Y(Статус предмета) 101 История 3 102 География 2 103 Философия 1 Отношение S (Предметы)
Операции соединения Ответ на вопрос: “Какие преподаватели имеют право преподавать какие предметы? » дает -соединение R [ X Y ] S: Табельный номер Фамилия X(Статус преподавателя) Код предмета Название Y(Статус предмета) 4587 Бондаренко 4 101 История 3 4587 Бондаренко 4 102 География 2 4587 Бондаренко 4 103 Философия 1 2136 Воронин 1 103 Философия 1 5496 Анисимова 2 102 География 2 5496 Анисимова 2 103 Философия 1 Отношение «Какие преподаватели преподают какие предметы? «
Операции соединения Э кви-соединение (соединение по эквивалентности) — частный случай -соединения, когда есть просто равенство (предикат F содержи т только оператор равенства (=)). Синтаксис экви-соединения: R [ X = Y ] S Синтаксис на языке SQL: select R. *, S . * from R, S where (R. X = S. Y)
Операции соединения(Ошибка) Пример экви-соединения Номер студента S NUM Фамилия студента S NAME 6 Иванов 17 Петров 19 Сидоров Отношение S (Студенты) Код предмета PCOD Название предмета P NAME 101 Физика 102 Математика 103 Информатика Отношение P (Предметы)
Номер студента S NUM Код предмета PCOD Средний бал по предмету SRBALL 6 101 4, 5 6 102 4 6 103 5 17 101 3, 5 17 102 4 19 101 4, 5 Операции соединения Отношение SP (Изучение) Ответ на вопрос: » Какие предметы изучаются студентами? “, дает экви-соединение S [ S NUM= S NUM] SP. Т. к. в отношениях имеются одинаковые атрибуты, то требуется сначала их переименовать. Получаем: (S rename S NUM as S NUM 1)[ S NUM 1= S NUM 2](SP rename S NUM as S NUM 2).
Номер студента S NUM 1 Фамилия студента S NAME Номер студента S NUM 2 Код предмета PCOD Средний балл по предмету SRBALL 6 Иванов 6 101 4, 5 6 Иванов 6 102 4 6 Иванов 6 103 5 17 Петров 17 101 3, 5 17 Петров 17 102 4 19 Сидоров 19 101 4, 5 Операции соединения Отношение «Какие предметы изучаются какими студентами? «
Операции соединения Естественное соединене — соединение по эквивалентности двух отношений R и S , выполненное по всем общим атрибутам, из результатов которого исключается по одному экземпляру каждого общего атрибута. Синтаксис естественного соединения: R join S. Естественное соединение производится по всем одинаковым атрибутам. SR
Операции соединения Пример естественного соединения Упрощенная запись: Ответ на вопрос «Какие предметы изучаются какими студентами? “ в виде естественного соединения трех отношений S join SP join P: Номер студента S NUM Фамилия студента S NAME Код предмета PCOD Название предмета P NAME Средний балл по предмету SRBALL 6 Иванов 101 Физика 4, 5 6 Иванов 102 Математика 4 6 Иванов 103 Информатика 5 17 Петров 101 Физика 3, 5 17 Петров 102 Математика 4 19 Сидоров 101 Физика 4, 5 Отношение S JOIN SP JOIN P
Операции соединения Операция внешнего соединения используется при соединении двух отношений, столбцы которых имеют несовпадающие значения. Внешнее соединение: левое и правое. Левое внешнее соединение: кортежи отношения R , не имеющие совпадающих значений в общих столбцах отношения S , также включаются в результирующее отношение. О бозначения отсутствующих значений во втором отношении — определитель NULL. SR
Номер студента Фамилия Средний бал 6 Иванов 5 17 Петров 3 19 Сидоров 4 Примечание: с тудент может принимать участие в олимпиадах по предметам, установленный общий бал которых не больше среднего бала студента. Задание: н а основе отношений R и S создать список, в котором указаны студенты и предметы, по которым они учавствуют в олимпиадах. Операции соединения Пример левого внешнего соединения Отношение R
Отношение S Код предмета Название Общий балл 101 Физика 4, 5 102 Химия 4 Номер студента Фамилия Средний балл Код предмета Название Общий балл 6 Иванов 5 101 Физика 4, 5 6 Иванов 5 102 Химия 4 17 Петров 3 NULL 19 Сидоров 4 102 Химия 4 Таблица ((П (R)) S)< Операции соединения
Операции соединения Правое внешнее соединение: в результирующем отношении содержатся все кортежи правого отношения. Полное внешнее соединение: в результирующее отношение помещаются все кортежи из обоих отношений и для обозначения несовпадающих значений кортежей используются определители NULL.
Операции соединения Операция полусоединения: определяет отношение, которое содержит те кортежи отношения R , которые входят в соединение отношений R и S. Формулировка операции полусоединения с помощью операторов проекции и соединения: SRF)SR(ПSRFAF где А — набор всех атрибутов в отношении R.
Пример операции полусоединения Номер студента Фамилия Средний балл Код предмета Название Общий балл 6 Иванов 5 101 Физика 4, 5 6 Иванов 5 102 Химия 4 19 Сидоров 4 102 Химия 4Операции соединения
Операция деления П усть: — отношение R определено на множестве атрибутов А; — отношение S - на множестве атрибутов В; — В А; — С=А-В (С является множеством атрибутов отношения R , которые не являются атрибутами отношения S). Результат деления R S — набор кортежей отношения R , определенных на множестве атрибутов С, которые соответствуют комбинации всех кортежей отношения S.
Операция деления Пример операции деления Отношение R Номер группы Количество студентов ФИО куратора Код предмета Название предмета ТМ-31 20 Иванов 01 Математика ТМ-32 22 Петров 01 Математика ТИ-31 13 Сидоров 01 Математика ТМ-31 20 Иванов 02 Физика ТМ-32 22 Петров 02 Физика
Отношение S T 1: Select ’Код предмета’, ’Название предмета’ from RОперация деления Номер группы Количество студентов ФИО куратора ТМ-31 20 Иванов ТМ-32 22 Петров ТИ-31 13 Сидоров Код предмета Название предмета 01 Математика 02 Физика
T 21: Select * from T 1, S Операция деления Код предмета Название предмета Номер группы Количество студентов ФИО куратора 01 Математика ТМ-31 20 Иванов 01 Математика ТМ-32 22 Петров 01 Математика ТИ-31 13 Сидоров 02 Физика ТМ-31 20 Иванов 02 Физика ТМ-32 22 Петров 02 Физика ТИ-31 13 Сидоров
T 22: (Select * from T 21) exept (Select * from R) T 2: Select ’Код предмета’, ’Название предмета’ from T 22 Операция деления Р= T 1- T 2 Код предмета Название предмета Номер группы Количество студентов ФИО куратора 02 Физика ТИ-31 13 Сидоров Код предмета Название предмета 02 Физика Код предмета Название предмета 01 Математика
Реляционное исчисление Происхождение н азвания “ реляционное исчисление ”: от части символьной логики, которая называется исчислением предикатов. Реляционное исчисление существует в двух формах: — реляционного исчисления кортежей; — реляционного исчисления доменов.
Реляционное исчисление Предикат в логике первого порядка ─ истинностная функция с параметрами. Суждение ─ выражение, которое принимает функция после подстановки значений вместо параметров. Суждение: истинное и ложное. Пусть: Р — предикат; х — переменная. Тогда: — множество всех значений х, при которых суждение Р – истина. Предикаты могут соединяться с помощью логических операторов: (AND), (О R) и (N OT) с образованием составных предикатов.)}x(P|x{
Реляционное исчисление кортежей Задача реляционного исчисления кортежей: нахождение кортежей, для которых предикат является истинным. Исчисление основано на переменных кортежа. Переменными кортежа — переменные, областью определения которых является указанное отношение.
Пример З апрос: “ Выбрать атрибуты № склада, адрес, идент. код, дата, ФИО заказчика для заказов с количеством >60 » Запись запроса: { S | R (S) ^ S. количество > 6 0} Пояснение: Выражение “S. количество часов ” — значение атрибута количество часов для кортежа. Реляционное исчисление кортежей
Реляционное исчисление кортежей Д ва типа кванторов, используемых для указания количества экземпляров, к которым должен быть применен предикат: — квантор существования (символ “существует”) : используется в формуле, которая должна быть истинной хотя бы для одного экземпляра; — квантор общности (символ “для всех”): используется в выражениях, которые относятся ко всем экземплярам.
П ример применения квантора существования Студент (S) ^ {Зв} (Год рождения (B) ^ (В. имя =S. имя) ^ В. группа =’ ТИ-31 ‘) В ыражение означает: в отношении Год рождения существует кортеж, который имеет такое же значение атрибута имя, что и значение атрибута имя в текущем кортеже S из отношения Студент, а атрибут группа из кортежа В имеет значение ‘ ТИ-31 ‘. Пример применения квантора общности (B) (В. группа * ‘ ТИ-31 ‘) Выражение означает: ни в одном кортеже отношения Год рождения значение атрибута группа не равно ‘ ТМ-31 ‘. Реляционное исчисление кортежей
Свободные переменные — переменные кортежа, которые неквалифицируются кванторами, в противном случае они называются связанными переменными. В реляционном исчислении допустимые формулы – только недвусмысленные и небессмысленные последовательности. Реляционное исчисление кортежей
Правила построения формулы в исчислении предикатов: 1. Если Р — n -арная формула (предикат с n аргументами), t 1, t 2, …, tn — константы или переменные, то Р (t 1, t 2, …, tn) — правильно построенная формула. 2. Если t и t 2 — константы или переменные из одного домена, — один из операторов сравнения (<, >=, -=), то t 1 t 2 — правильно построенная формула. 3. Если F 1 , F 2 — формулы, то F 1 F 2 — конъюнкция формул, F 1 F 2 — дизъюнкция, — отрицание. 4. Если F 1 — формул а со свободной переменной X , то F (Х) и F(Х) — также формулы. FРеляционное исчисление кортежей
Реляционное исчисление доменов Значения переменных, используемых в реляционном исчислении доменов берутся из доменов, а не из кортежей отношений. Путь: Р(d 1, d 2, …, dn) — предикат; d 1, d 2, …, dn — переменные. Тогда: { d 1, d 2, …, dn |Р(d 1, d 2, …, dn)} — множество всех переменных домена, для которых предикат — истина. Выражение R(х, у) — истинное тогда и только тогда, когда в отношении R имеется кортеж со значениями х и у в двух его атрибутах.
Пример Найти: имена всех менеджеров, зарплата которых превышает 2500 гривен. {Имя, Фамилия должность, зарплата ((фамилия, должность, зарплата) должность= ‘менеджер’ зарплата>2500)} Реляционное исчисление доменов
Другие языки Дополнительные категории реляционных языков: — на основе преобразований; — графические языки; — языки четвертого поколения. Языки на основе преобразований — класс непроцедурных языков Используют отношения для преобразования исходных данных к требуемому вид у (примеры: SQUARE , SEQUEL и его версии, SQL).
Графические языки — рисунок или другое графическое отображение структуры отношения. Пользователь создает некий образец желаемого результата, и система возвращает затребованные данные в указанном формате (пример: QBE). Языки четвертого поколения: — создают полностью готовое и соответствующее требованиям заказчика прикладное приложение с помощью ограниченного набора команд; — предоставляют дружественную по отношению к пользователю среду разработки. Другие языки
1 слайд
2 слайд
Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных представляет собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними. Модель данных - совокупность структур данных и операций их обработки.
3 слайд
4 слайд
Иерархическая модель данных Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево). К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь. Узел - это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей. К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи.
5 слайд
6 слайд
Сетевая модель данных В сетевой структуре при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом. Примером сложной сетевой структуры может служить структура базы данных, содержащей сведения о студентах, участвующих в научно-исследовательских работах. Возможно участие одного студента в нескольких ИР, а также участие нескольких студентов в разработке одной ИР.
7 слайд
Реляционная модель данных Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами: каждый элемент таблицы - один элемент данных; все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину; каждый столбец имеет уникальное имя; одинаковые строки в таблице отсутствуют; порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.
8 слайд
Реляционной таблицей можно представить информацию о студентах, обучающихся в вузе Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем). Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ. В примере ключевым полем таблицы является "№ личного дела".
