Операция соединения отношений

Общая операция соединения (называемая также соединением по условию) требует наличия двух операндов – соединяемых отношений и третьего операнда – простого условия. Пусть соединяются отношения A и B. Как и в случае операции ограничения, условие соединения comp имеет вид либо (a comp-op b), либо (a comp-op const), где a и b – имена атрибутов отношений A и B, const – литерально заданная константа, и comp-op – допустимая в данном контексте операция сравнения.

Тогда по определению результатом операции соединения A JOIN B WHERE comp совместимых по взятию расширенного декартова произведения отношений A и B является отношение, получаемое путем выполнения операции ограничения по условию comp расширенного декартова произведения отношений A и B (A JOIN B WHERE comp (A TIMES B) WHERE comp).

Если тщательно осмыслить это определение, то станет ясно, что в общем случае применение условия соединения существенно уменьшит мощность результата промежуточного декартова произведения отношений-операндов только в том случае, если условие соединения имеет вид (a comp-op b), где a и b – имена атрибутов разных отношений-операндов. Поэтому на практике обычно считают реальными операциями соединения именно те операции, которые основываются на условии соединения приведенного вида.

Конечно же, и в операции соединения может задаваться произвольное логическое выражение, составленное из простых условий над атрибутами отношений-операндов и константами. Операцию соединения с таким условием comp разумно считать операцией действительно соединения, если оно имеет вид (или может быть преобразовано к виду) comp1 AND (a comp-op b), где a и b – имена атрибутов разных отношений-операндов.

Для иллюстрации операций соединения мы немного изменим заголовки и тела отношений, которые использовались ранее в примерах этой лекции. Пусть теперь имеются отношения СЛУЖАЩИЕ {СЛУ_НОМЕР, СЛУ_ИМЯ, СЛУ_ЗАРП, ПРО_НОМ} (атрибут ПРО_НОМ содержит номера проектов, в которых участвует каждый служащий) и ПРОЕКТЫ {ПРО_НОМ, ПРОЕКТ_РУК, ПРО_ЗАРП} (ПРО_НОМ – номер проекта, ПРОЕКТ_РУК – имя служащего-руководителя проекта, ПРО_ЗАРП – средняя заработная плата служащих, участвующих в проекте). Примерное содержимое тел отношений СЛУЖАЩИЕ и ПРОЕКТЫ показано на рис.

Тогда осмысленной операцией соединения общего вида будет СЛУЖАЩИЕ JOIN ПРОЕКТЫ WHERE (СЛУ_ЗАРП > ПРО_ЗАРП) (выдать данные о служащих, получающих заработную плату, превышающую среднюю заработную плату любого проекта). Результаты этого запроса показаны на рис. 31.

Хотя операция соединения в приведенной интерпретации не является примитивной (поскольку определяется с использованием операций декартова произведения и проекции), в силу особой практической важности она включается в базовый набор операций реляционной алгебры Кодда. Заметим также, что в практических реализациях соединение обычно не выполняется именно как ограничение декартова произведения. Имеются более эффективные алгоритмы, гарантирующие получение такого же результата.

Существует важный частный случай соединения – эквисоединение (EQUIJOIN) и простое, но важное расширение операции эквисоединения – естественное соединение (NATURAL JOIN). Операция соединения называется операцией эквисоединения, если условие соединения имеет вид (a = b), где a и b – атрибуты разных операндов соединения. Этот случай важен потому, что он чаще всего встречается на практике, и для него существуют наиболее эффективные алгоритмы реализации.

Рисунок 31 – Отношения СЛУЖАЩИЕ и ПРОЕКТЫ

 

Операция естественного соединения применяется к паре отношений A и B, обладающих (возможно, составным) общим атрибутом c (т. е. атрибутом с одним и тем же именем и определенным на одном и том же домене). Пусть ab обозначает объединение заголовков отношений A и B. Тогда естественное соединение A и B – это спроецированный на ab результат эквисоединения A и B по условию A.c = B.c. Хотя операция естественного соединения выражается через операции переименования, соединения общего вида и проекции, для нее обычно используется сокращенная форма, называемая NATURAL JOIN.

На рис. 32, 33 приведены результаты операций СЛУЖАЩИЕ JOIN (ПРОЕКТЫ RENAME (ПРО_НОМ, ПРО_НОМ1)) WHERE (СЛУ_ЗАРП = ПРО_ЗАРП) (эквисоединение отношений СЛУЖАЩИЕ и ПРОЕКТЫ: найти всех служащих, получающих зарплату, равную средней заработной плате в каком-либо проекте) и СЛУЖАЩИЕ NATURAL JOIN ПРОЕКТЫ (естественное соединение – выдать полную информацию о служащих и проектах, в которых они участвуют).

Рисунок 32 – Результат операции СЛУЖАЩИЕ JOIN ПРОЕКТЫ WHERE (СЛУ_ЗАРП > ПРО_ЗАРП)

Рисунок 33 – Результаты операций эквисоединения и естественного соединения отношений СЛУЖАЩИЕ и ПРОЕКТЫ

 

Если вспомнить введенное нами в конце предыдущей лекции определение внешнего ключа отношения, то должно стать понятно, что основной смысл операции естественного соединения состоит в возможности восстановления сложной сущности, декомпозированной по причине требования первой нормальной формы. Операция естественного соединения не включается в состав набора операций данной реляционной алгебры Кодда, но имеет очень важное практическое значение.

Операция деления отношений

Эта операция наименее очевидна из всех операций реляционной алгебры Кодда и поэтому нуждается в более подробном объяснении.

Пусть заданы два отношения – A с заголовком {a₁, a₂, ..., a_n, b₁, b₂, ..., b_m} и B с заголовком {b₁, b₂, ..., b_m}. Будем считать, что атрибут b_i отношения A и атрибут b_i отношения B (i = 1, 2, …, m) не только обладают одним и тем же именем, но и определены на одном и том же домене. Назовем множество атрибутов {a_j} составным атрибутом a, а множество атрибутов {b_j} – составным атрибутом b. После этого будем говорить о реляционном делении «бинарного» отношения A{a, b} на унарное отношение B{b}.

По определению, результатом деления A на B (A DIVIDE BY B) является «унарное» отношение C{a}, тело которого состоит из кортежей v таких, что в теле отношения A содержатся кортежи v UNION w такие, что множество {w} включает тело отношения B. Операция реляционного деления не является примитивной и выражается через операции декартова произведения, взятия разности и проекции. Мы покажем это в следующей лекции.

Для иллюстрации этой операции предположим, что в базе данных служащих поддерживаются следующие отношения: СЛУЖАЩИЕ, как оно было определено ранее, и унарное отношение НОМЕРА_ПРОЕКТОВ {ПРО_НОМ} (рис). Тогда запрос СЛУЖАЩИЕ DIVIDE BY НОМЕРА_ПРОЕКТОВ выдаст данные обо всех служащих, участвующих во всех проектах (результат операции приведен также на рис. 34).

Рисунок 34 – Пример реляционного деления

 Наиболее популярные средства проектирования данных

В России для моделирования и анализа бизнес-процессов достаточно широко используются следующие средства моделирования: Rational Rose, Oracle Designer, AllFusion Process Modeler ( BPWin ) и AllFusion ERwin Data Modeler ( ERWin ), ARIS, Power Designer. За рубежом, помимо упомянутых, активно используются такие средства как System Architect, Ithink Analyst, ReThink и др. В Таблице 1 представлен перечень инструментальных средств, участвующих в рассмотрении. Представленная информация включает:

• наименование инструментального средства;
• данные о поставщике и представителе в России;
• краткая характеристика инструментального средства.

 

№	Наимено-вание	Поставщик/ Основной представитель в России	Краткая характеристика
1	BPWin и ERWin	Компания Computer Associates (ранее компания Platinum) http: //www.ca.com Компания Interface Ltd http: //www.interface.ru	BPWin – инструмент визуального моделирования бизнес-процессов. ERWin – средство, используемое при моделировании и создании баз данных произвольной сложности на основе диаграмм " сущность - связь".
2	Oracle Designer	Компания Oracle http: //www.oracle.com Представительство Oracle в России http: //www.oracle.com/global/ru/index.html	Функциональное средство для описания предметной области. Входит в комплекс инструментальных средств Oracle9i Developer Suite по проектированию программных систем и баз данных, реализующих технологию CASE и собственную методологию разработки ИС компании Oracle - " CDM", позволяющих команде разработчиков провести проект, начиная от анализа бизнес-процессов через моделирование к генерации кода и получению прототипа, а в дальнейшем и окончательного продукта. Это средство имеет смысл использовать при ориентации на всю линейку продуктов Oracle, применяемую для проектирования, разработки и реализации сложной программной системы.
3	Rational Rose	Компания IBM (ранее компания Rational Software, в настоящий момент является подразделением IBM) http: //www.ibm.com Представительство IBM в России http: //www.ibm.com/ru	Средство моделирования объектно-ориентированных информационных систем. Позволяет решать практически любые задачи в проектировании информационных систем: от анализа бизнес-процессов до кодогенерации на определенном языке программирования. Позволяет разрабатывать как высокоуровневые, так и низкоуровневые модели, осуществляя тем самым либо абстрактное проектирование, либо логическое. Один из лидеров российского рынка. Локализован. Продажи, поддержка, обучение в России.
4	ARIS	Компания IDS Scheer AG http: //www.ids-scheer.com Компания Логика бизнеса http: //www.blogic.ru	Интегрированное средство моделирования бизнес-процессов, объединяющее разнообразные методы моделирования и анализа систем. В первую очередь, это средство описания, анализа, оптимизации и документирования бизнес-процессов, чем средство проектирования ПО.
5	System Architect	Компания Telelogic (ранее компания Popkin Software, в настоящее время является подразделением Telelogic) http: //www.telelogic.com Компания Тelelogic в России http: //www.telelogic.com	System Architect представляет собой универсальное CASE-средство, позволяющее осуществить не только проектирование данных, но и структурное моделирование. Средство проектирования данных и создания ER-диаграмм является одной из составных частей этого продукта. Один из мировых лидеров, пока еще не представлен на российском рынке.
6	Power Designer	Компания Sybase http: //www.sybase.com Компания Sybase http: //www.sybase.ru	PowerDesigner – средство моделирования бизнес-процессов, проектирования баз данных и объектного моделирования.
7	Re-Think	Компания Gensym http: //www.gensym.com	Графическая объектно-ориентированная среда создания и сопровождения интеллектуальных приложений мониторинга, диагностики и управления сложными динамическими системами в реальных и моделируемых ситуациях.
8	Ithink Analyst	Компания High Performance Systems http: //www.hps-inc.com Компания Тора-центр http: //www.tora-centre.ru	Пакет для ситуационного моделирования. Позволяет строить наглядные и точные модели самых сложных политических и экономических ситуаций, используя библиотеку базовых моделей и методы системной динамики. Также используется при анализе инвестиционных проектов и реинжиниринге.
9	Workflow Modeler (ранее Design/IDEF)	Компания Meta Software http: //www.metasoftware.com Информация по российским компаниям, представляющим данный продукт, не найдена.	Пакет для функционального и информационного моделирования, анализа и проектирования бизнес-процессов. Используется как составная часть в некоторых известных пакетах типа CIM (Computer Integrated Manufacturing) и САЕ (Computer Aided Engineering) и принят в качестве стандарта для проектов, финансируемых американскими и европейскими спонсорами.

 

Отметим, что многие из этих продуктов предназначены не только для проектирования данных, но и для решения других задач, например моделирования потоков данных или бизнес-процессов, функционального моделирования, прототипирования приложений, их документирования, управления проектами и т.д. В этом случае средства проектирования данных являются составными частями таких продуктов.

Designer/2000 (Oracle)

Designer/2000 (предыдущие версии продукта назывались Oracle*CASE) представляет собой универсальное CASE-средство, позволяющее моделировать бизнес-процессы, создавать диаграммы потоков данных и функциональные модели. Средство проектирования данных и создания ER-диаграмм является лишь одной из составных частей этого довольно сложного продукта и предоставляет возможность сохранять созданные модели данных и описанные бизнес-правила в предназначенном для этого репозитарии.

Designer/2000, предназначенный для использования главным образом с Oracle 8, поддерживает все особенности данной СУБД, включая объектные типы данных (CLOB, Arrays, вложенные таблицы и др.), равно как и специфические особенности физической реализации базы данных Oracle. Для Oracle 7 и Oracle 8 это CASE-средство позволяет создать определения ролей, сгенерировать триггеры, реализующие бизнес-логику, которая описана в моделях, используемых при генерации базы данных, а также cгенерировать объекты для распределенных базы данных. Кроме того, с помощью Designer/2000 можно создавать физические модели и осуществлять обратное проектирование и для других СУБД – Oracle RDB, DB2, Microsoft SQL Server, Sybase, ODBC-источников данных, а также осуществлять обратное проектирование на основании DDL-сценариев, если они соответствуют стандарту ANSI SQL.

Весьма привлекательной особенностью Designer/2000 является возможность генерации форм Oracle Developer/2000, проектов Visual Basic, классов C++, отчетов Oracle Reports, приложений для Oracle Web Application Server.

ERwin (Computer Associates)

ERwin разработан компанией Logic Works, которая в 1988 году была приобретена фирмой Platinum Technologies, а ее, в свою очередь, приобрела компания Computer Associates. Этот продукт в течение последних десяти лет занимает лидирующие позиции среди средств проектирования данных.

ERwin представляет собой специализированное средство проектирования данных. Его применение предполагает, что моделирование бизнес-процессов и потоков данных производится с помощью других продуктов (например, BPwin), c которыми можно осуществлять обмен сведениями о моделях.

ERwin не ориентирован на какую-то конкретную СУБД и поддерживает более 20 типов СУБД, включая СУБД всех ведущих производителей серверов баз данных (Oracle, Sybase, Microsoft, IBM, Informix), а также все популярные форматы настольных СУБД (включая dBase, Clipper, FoxPro, Access, Paradox), кроме, возможно, самых последних версий. Дело в том, что новые версии ERwin не выпускались уже довольно давно - как минимум год не было обновлений имеющейся версии и более двух лет не выпускались новые версии этого продукта. Поэтому при использовании ERwin с последними версиями некоторых СУБД могут возникнуть проблемы. Тем не менее ERwin остается одним из самых популярных в мире продуктов этого класса благодаря поддержке большого количества платформ, простоте интерфейса и, что немаловажно, поддержке специфических особенностей организации физической памяти наиболее популярных серверных СУБД. Например, для СУБД Oracle, Microsoft SQL Server, Sybase этот продукт позволяет изменять местоположение и параметры хранения индексов, почти для всех популярных серверных СУБД создавать кластеризованные[3] индексы и для многих из них указывать характеристики табличных пространств и сегментов отката.

ERwin обладает встроенным макроязыком для написания в процессе логического проектирования не зависящих от СУБД шаблонов серверного кода, а также готовыми шаблонами для генерации триггеров, реализующих стандартные действия (например, каскадное удаление). При необходимости можно создавать и свои шаблоны триггеров, используя этот язык, причем каждая таблица может иметь свой набор шаблонов. При создании физической модели шаблоны преобразуются в код на процедурном расширении SQL того сервера, для которого создается физическая модель. Логическая и физическая модели ERwin хранятся в одном файле.

ERwin поддерживает обмен моделями с репозитарием Designer/2000 и Microsoft Repository, а также генерацию клиентских приложений для Visual Basic и PowerBuilder.

Помимо однопользовательской работы ERwin может выступать в роли клиентского приложения для другого CASE-средства – ModelMart, которое позволяет организовать коллективную разработку моделей данных, предоставляя для этой цели разделяемый репозитарий, хранящийся в одной из серверных СУБД.

Недавно компанией Computer Associates был выпущен новый продукт - ERwin Examiner, представляющий собой инструмент проверки баз данных и DDL-скриптов с целью выявления ошибок проектирования данных, сказывающихся на целостности данных и производительности сервера, таких, например, как ошибки нормализации, противоречивые ключи и т.д. В результате проверки ERwin Examiner предлагает способы устранения найденных ошибок, генерируя соответствующие DDL-скрипты.

PowerDesigner (Sybase)

PowerDesigner (бывший S-Designor, принадлежавший компании PowerSoft) представляет собой инструмент, в состав которого входят средство создания концептуальных (то есть логических) моделей, средство создания физических моделей и средство объектно-ориентированного моделирования, используемое при генерации клиентских приложений. Средство создания физических моделей представляет собой отдельный продукт - PowerDesigner PhysicalArchitect. В состав продукта PowerDesigner DataArchitect входят средства создания концептуальных и физических моделей, в состав PowerDesigner Developer - средства объектно-ориентированного моделирования и создания физических моделей, а в состав PowerDesigner ObjectArchitect – все три средства.

Физические и концептуальные модели в PowerDesigner DataArchitect хранятся в разных файлах, однако возможна генерация как физической модели на основе модели концептуальной, так и наоборот.

Помимо серверных СУБД производства Sybase (Adaptive Server Enterprise 12.0, Sybase SQL Anywhere) PowerDesigner DataArchitect способен работать с любыми ODBC-источниками. Как и ERwin, он поддерживает генерацию триггеров серверных СУБД, осуществляющих стандартную обработку событий, связанных с нарушениями ссылочной целостности.

PowerDesigner Developer и PowerDesigner ObjectArchitect могут генерировать код клиентских приложений для PowerBuilder, а также классы Java и компоненты JavaBeans. Возможно и обратное проектирование диаграмм классов из исходных текстов Java, байт-кодов и архивов Java. Поддерживается также генерация кода Web-приложений и объектов для Sybase Enterprise Application Server на основе физической модели.

PowerDesigner DataArchitect может импортировать логические и физические модели ERwin.

PowerDesigner DataArchitect может хранить свои модели данных в коллективно разделяемом репозитарии, управляемом с помощью средства PowerDesigner MetaWorks и доступном как дополнительный модуль в составе любого из перечисленных выше продуктов.

⇐ Предыдущая234567891011

Поделиться: