3. Связи в бд, отношения и отображения
Ассоциации определяют связи между ЭД в одном направлении, отображения в прямом и обратном.
Отображение является средством для определения характера взаимосвязей между элементами данных, так как отображение описывает двусторонние связи между ЭД.
Выделяют несколько типов отображений:
1:1, 1:М, М:1,М:N
При помощи отображений 1:1 («один к одному») представляют такой тип связи, когда один ЭЭД, от которого направлена связь, идентифицирует один и только один ЭЭД,
к которому направлена связь, и наоборот.
При помощи отображений 1:М («один ко многим») представляют такой тип связи, когда ЭЭД, от которого направлена связь, идентифицирует некоторое число (0,1 или несколько), к которому направлена связь, причем в данном направлении идентификация не обязательно является уникальной. Однако в обратном направлении любой ЭЭД идентифицирует один и только один ЭЭД, от которого направлена связь. Отображение М:1 является обратным к отношению 1:М. Достаточно поменять ЭД местами.
При помощи отображений М:N («многие ко многим») представляют такой тип связи, когда один ЭЭД, от которого направлена связь, идентифицирует некоторое число ЭЭД, к которым направлена связь, и наоборот (идентификация не уникальна в обоих направлениях).
4. Логические модели данных
Данные в иерархической модели представлены как коллекции записей (сегментов), связанных между собой в иерархическую структуру – дерево. Эта структура может содержать один или несколько сегментов, каждый из которых имеет свой формат и свою длину.
Сетевая модель данных используется достаточно давно и определена в стандарте CODASYL. Используется термин CODASYL -совместимые системы, т.е. системы, поддерживающие сетевую архитектуру.
Основной конструкцией сетевой модели является набор.
Набор представляет собой поименованную совокупность записей, образующих двухуровневую иерархическую структуру, причем, один тип записи определяется как «владелец», а другие типы записей являются «членами» набора.
5. Реляционная модель и нормализация отношений
Основа реляционной модели – это реляционные отношения или, попросту, таблицы, т.е. БД в реляционной модели состоит из набора таблиц.
Следующие ограничения (требования):
1. Отношение имеет имя, которое отличается от имен всех других отношений, используемых в данной предметной области
2. Все строки таблицы должны быть уникальными, т.е. различаться хотя бы по значению одного атрибута
3. Все строки таблицы должны иметь одну и туже структуру, т.е. одно и то же количество атрибутов с соответственно совпадающими именами
4. Имена столбцов должны быть различными, а значения столбцов – однотипными (берутся из одного и того же домена
5. Значения атрибутов должны быть неделимыми (атомарными), т.е. отношения не могут иметь в качестве компонентов другое отношение
6. Порядок следования строк и столбцов в таблице не существенен, так как влияет только на скорость доступа к данным
Строки отношений называют кортежами, записями.
Столбцы (элементарные типы) часто называют атрибутами или полями записи.
Домен представляет собой множество (набор значений), из которого извлекается значение для данного атрибута.
Связи между отношениями неявно определены на перекрывающихся доменах.
Терминология реляционной модели
|
Уровень абстракции |
Терминология |
||
|
Абстрактный уровень |
Сущность |
Экземпляр сущности |
Свойство сущности |
|
Реляционная модель |
Отношение |
Кортеж |
Атрибут |
|
База данных |
Таблица |
Строка |
Столбец |
|
Физические данные |
Файл |
Запись |
Поле |
Основные достоинства реляционного подхода:
1. Использование двумерных таблиц для представления структур данных является наиболее простым способом работы с БД
2. Реляционная модель поддается четкой формализации на основе реляционной алгебры
3. Операции проекции, соединения и другие операции позволяют легко разрезать и склеивать
отношения, получая таким образом новые, производные отношения. Это дает возможность
легко извлекать разнообразную информацию из множества таблиц
4. Упрощается контроль доступа и управление правами доступа как к целой таблице, так и
к ее отдельным частями, вплоть до атрибутов и кортежей
5. Реляционное представление дает ясную картину взаимосвязи атрибутов из различных отношений
6. Физическое размещение таблиц файлов может оказаться немного проще, чем размещение
иерархических и сетевых структур
7. В реляционной модели значительно проще обеспечить независимость данных
8. Существует возможность добавления, изменения и удаления некоторых атрибутов в таблице, без изменения отношения в целом, а также добавления новых отношений без серьезных последствий
9. В реляционной модели языки манипулирования данных достаточно просты и понятны
Нормализация отношений – пошаговый, обратимый процесс анализа отношений на основе их первичного ключа (или потенциальных ключей) и функциональных зависимостей с последующей декомпозицией (разложением) исходных отношений.
Избыточность данных всегда свидетельствует о возможности модифицировать только часть требуемых данных с помощью операции обновления, в то время как существует высокая вероятность того, что остальные данные останутся в первоначальном состоянии, что приводит к их противоречивости.
Отношение может характеризоваться:
- Явной избыточностью данных (одни и те же значения одного или нескольких атрибутов могут появляться в отношении несколько раз)
- Неявной избыточностью данных (встречается там, где имеется неявная зависимость между атрибутами)
Аномалия добавления связана со следующими противоречиями. Если появляется необходимость включить в БД кортеж с нулевыми (пустыми) значениями некоторых атрибутов записи, то это приводит к отсутствию некоторой информации в базе. Более того, это может привести к ошибочному результату выполнения запроса, вызванному наличием пустых полей.
Аномалия удаления в ненормализованных таблицах может привести к тому, что при удалении информации об одном объекте будет удалена также информация о каких-то других объектах. Например, при необходимости удалить один или несколько атрибутов записи приходится удалять всю запись целиком. Это в свою очередь приводит к исключению информации о данном объекте в БД в целом, хотя требовалось удалить лишь некоторую часть информации об объекте (несколько полей записи).
Основная цель нормализации – создание набора отношений с заданными свойствами:
1. Между атрибутами не должно быть нежелательных функциональных зависимостей
2. Группировка атрибутов должна обеспечивать минимум дублирования данных
Реляционная алгебра – это язык операций, которые на основе одного или нескольких отношений позволяют создавать другое отношение без изменения исходных отношений.
Реляционная алгебра обладает свойством замкнутости, т.е. к результатам операций можно также применить другие операции реляционной алгебры.
Считается, что в реляционной алгебре используется 8 операций, из которых 5 основные, а остальные дополнительные. Дополнительные могут получаться на основе комбинации основных операций.
Основные операции:
- Выборка
- Проекция
- Декартово произведение
- Объединение
- Разность
-*Соединение
- *Пересечение
-* Деление
Операции выборки и проекции унарные, остальные – бинарные.