Проектирование реляционных баз данных

 

Для реляционной БД проектирование логической структуры заключается в том, чтобы разбить всю информацию по таблицам, определив состав полей для каждой из этих таблиц.

Для перехода от ИЛМ к реляционной можно воспользоваться следующими рекомендациями:

1) Для каждого простого объекта и его единичных свойств строится таблица, атрибутами которой являются идентификатор объекта и реквизиты, соответствующие каждому из единичных свойств:

 

 

2) Если у объекта имеются множественные свойства, то каждому из них ставится в соответствие отдельная таблица:

 

 

3) Если между объектом и его свойством имеется условная связь, то при отображении в реляционную модель возможны следующие варианты:

· если многие из объектов обладают рассматриваемым свойством, то его можно хранить в БД так же, как и обычное свойство;

· если только незначительное число объектов обладает указанным свойством, то при использовании предыдущего решения для многих записей в таблице значение соответствующего поля будет пустым. Для устранения этого недостатка выделяют отдельную таблицу, которая будет включать в себя идентификатор объекта и атрибут, соответствующий рассматриваемому свойству.

4) Если у объекта имеется составное свойство, то составляющие составного свойства либо помещаются в отдельные поля реляционной таблицы, либо в одно поле:

 

 

5) Если связь между объектами 1: 1 и классы принадлежности обоих объектов являются обязательными, то для отображения данных объектов и связи между ними:

· можно использовать одну таблицу, первичным ключом которой может быть идентификатор любого из двух объектов;

· можно для каждого из этих объектов использовать отдельные таблицы, а связь между ними отразить, включив в одну из таблиц идентификатор связанного объекта из другой таблицы.

 

 

6) Если связь между объектами 1: 1 и класс принадлежности одного объекта является обязательным, а другого – необязательным, то для каждого из этих объектов используют отдельные таблицы, а идентификатор объекта, для которого класс принадлежности является необязательным, добавляется в таблицу, соответствующую тому объекту, для которого класс принадлежности обязательный:

 

 

7) Если связь между объектами 1: 1 и класс принадлежности каждого объекта является необязательным, то следует использовать три таблицы: по одной для каждого объекта и одну для отображения связи между ними:

 

8) Если между объектами предметной области имеется связь 1: М и класс принадлежности n – связного объекта является обязательным, то используют две таблицы: по одной для каждого объекта и в таблицу, соответствующую n – связному объекту, добавляется идентификатор 1 – связного объекта:

 

9) Если между объектами предметной области имеется связь 1: М и класс принадлежности n - связного объекта является необязательным, то создают три таблицы: по одной для каждого объекта и одну для отображения связи между ними:

 

10) Если между объектами предметной области имеется связь М: М, то для хранения такой информации потребуется три таблицы: по одной для каждого объекта и одна для отображения связи между ними (классы принадлежности могут быть: оба – обязательными, оба - необязательными, один – обязательный, другой – необязательный):

 

 

11) Агрегированному объекту, имеющему место в предметной области, в ДЛМ ставится в соответствие одна таблица, атрибутами которой являются идентификаторы всех объектов, «задействованных» в данном агрегированном объекте, а также реквизиты, соответствующие свойствам этого объекта:

 

 

Такое объединение информации в одну таблицу возможно только в том случае, если между объектами имеется связь 1: 1. Если же между объектами имеется связь М: 1 (или М: М), то выделяют по одной таблице для каждого объекта и одну таблицу для связи:

R1 (ИО1, …)

R2 (ИО2, …)

R3 (ИО3, …)

R4 (ИО1, ИО2, ИО3, С1).

12) При отображении обобщенных объектов могут быть приняты разные решения:

· всему обобщенному объекту может быть поставлена в соответствие одна таблица:

 

· каждой из категорий ставится в соответствие отдельная таблица, то есть:

R1 (ИО1, С1, С2, С4, С5)

R2 (ИО1, С1, С2, С6, С7).

Кроме этих двух «крайних» решений, возможны и комбинированные варианты. Выбор конкретного решения будет зависеть от многих факторов, в том числе от того насколько часто информация о разных категориях объекта обрабатывается совместно, как велико различие в «видовых» свойствах и др.

13) При отображении составного объекта также возможны разные решения:

· если речь идет о составе изделий, то между «изделием» и «деталью» имеется связь типа М: М (одна деталь может входить в разные изделия и, наоборот, в изделие входят разные детали) – в этом случае для отображения связи «целое – часть» можно использовать три таблицы. В первой двух будет храниться информация о самих объектах, в третьей – информация о связи между ними и характере этой связи (для состава изделия это могут быть следующие поля: «что входит», «куда входит», «количество»);

· если речь идет о составе какой-то организации, то между объектами скорее всего будет связь типа 1: М – в этом случае для отображения связи «целое – часть» можно использовать рекомендации пунктов 8 и 9.

Реляционная модель БД, получаемая в результате использования предложенных рекомендаций, будет нормализованной и автоматически находиться в 4-й нормальной форме (вопросы нормализации рассматриваются в пятом разделе пособия).

 

 

Рис. 3.7. ER – модель предметной области

Рассмотрим упрощенный пример предметной области, ER – модель которой изображена на рис. 3.7.

Соответствующая ей даталогическая модель базы данных может иметь следующий вид:

Факультет (Код_фак, Кр_наим_фак, Полн_наим_фак);

Кафедра (Код_каф, Кр_наим_каф, Полн_наим_каф, Код_фак);

Сотрудник (Таб_номер, ФИО, Дата_рождения, Пол, Код_каф, Должность, Уч_степень);

Студент (Таб_номер, ФИО, Дата_рождения, Пол, Код_фак, Дата_поступления, Ступень_обучения);

Ин_яз (Код_языка, наименование_языка);

Знание_ин_яз (Таб_номер, Код_языка, Степень_владения);

Дети (Таб_номер, Имя, Дата_рождения).

 

 

Тесты для самоконтроля

 

 

1. Инфологической моделью называют:

а) описание логической структуры БД с точки зрения конкретного пользователя;

б) часть реального мира, представляющую интерес для данного проектирования;

в) описание предметной области, выполненное без ориентации на используемые в дальнейшем программные и технические средства.

2. Логические связи между элементами данных безотносительно к их содержанию и среде хранения отображаются:

а) в физической модели;

б) в даталогической модели;

в) в инфологической модели.

3. Схемой хранения называют:

а) описание логической структуры БД;

б) описание физической структуры БД;

в) описание логической структуры БД с точки зрения конкретного пользователя.

4. В список компонент ИЛМ входит:

а) информационная компонента;

б) описание объектов и связей между ними;

в) описание информационных потребностей пользователей.

5. В список компонент БнД входит:

а) СУБД;

б) технические средства;

в) ограничения целостности.

6. Класс принадлежности указывается:

а) для характеристики связи между разными объектами;

б) при необходимости фиксации каких-либо характеристик, относящихся к классу объектов в целом;

в) если объект участвует во многих связях.

7. Родо-видовые связи между объектами предметной области отражаются:

а) в составном объекте;

б) в агрегированном объекте;

в) в обобщенном объекте.

8. Обозначение для класса объектов в явном виде вводится:

а) если естественный идентификатор объекта не обладает свойством уникальности;

б) для характеристики связи между разными объектами;

в) при необходимости фиксации каких-либо характеристик, относящихся к классу объектов в целом.

Задания для самостоятельного выполнения

Дана инфологическая конструкция (варианты а - д):

а) б)

 

в) г)

 

 

 

д)

 

 

Построить соответствующую ей реляционную схему.

ЯЗЫКИ ЗАПРОСОВ

Реляционная алгебра

 

В основе реляционной модели лежит математическое понятие теоретико-множественного отношения. Теоретико-множественное отношение представляет собой подмножество декартова произведения доменов. Доменом называется набор значений элементов данных одного типа, отвечающий поставленным условиям (например, домен ФИО определяется на базовом типе строк символов, но в число его значений могут входить только те строки, которые могут изображать имя).

Декартовымпроизведениемk доменов (D₁, D₂, …, D_k), (обозначается D₁× D₂× …× D_k), называется множество всех кортежей вида (V₁, V₂, …, V_k) длины k, таких, что V₁∈ D ₁, V₂∈ D₂, …, V_k∈ D_k.

Например, пусть D₁ = {1, 2, 3}; D₂ = {a, b, c, d}

Тогда

	1, a	1, b	1, c	1, d		в матричном виде
D1× D2 =	2, a	2, b	2, c	2, d
	3, a	3, b	3, c	3, d

 

или:

D₁× D₂ = {(1, a), (1, b), (1, c), (1, d), (2, a), (2, b), (2, c), (2, d), (3, a), (3, b), (3, c), (3, d)}

Отношением называют некоторое подмножество декартова произведения доменов (предполагаются только конечные отношения).

Примеры отношений:

1) {(1, a), (1, c), (1, b)} - подмножество декартова произведения доменов D₁× D₂;

2) Ø.

В реляционных СУБД для выполнения операций над отношениями используют две группы языков, имеющие в качестве своей математической основы теоретические языки запросов, предложенные Э. Коддом:

· реляционную алгебру;

· реляционное исчисление.

Реляционнойалгеброй называют систему операций манипулирования отношениями, каждый оператор которой в качестве операнда имеет одно или более отношений и образует отношение по заранее обусловленному правилу.

Вариант реляционной алгебры, предложенный Коддом, включает в себя следующие операции: объединение, разность, пересечение, декартово (прямое) произведение, выборка (селекция), проекция, деление и соединение. Упрощенное графическое представление перечисленных операций показано на рис. 4.1.

1) Объединением двух отношений (r ∪ s) является отношение, содержащее все кортежи, которые принадлежат либо r, либо s, либо им обоим.

Данная операция применяется к отношениям с одной и той же схемой.

Схемойотношения r называется конечное множество имен атрибутов {A₁, A₂, …, A_n}.

Примеры:

a) Пусть k и m – отношения со схемой ABC:

 

k	(A	B	C)		m	(A	B	C)
	a1	b1	c1			a1	b2	c1
	a1	b2	c1			a2	b2	c1
	a2	b1	c2			a2	b2	c2

 

Тогда объединение данных отношений:

 

k ∪ m =	(A	B	C)
	a1	b1	c1
	a1	b2	c1
	a2	b1	c2
	a2	b2	c1
	a2	b2	c2

 

б) Пусть отношение R1 – множество поставщиков из Москвы, а R2 – множество поставщиков, которые поставляют деталь D1:

R1 R2

№_П	ФИО_П	Город_П		№_П	ФИО_П	Город_П
Р1	Иванов И. И.	Москва		Р1	Иванов И. И.	Москва
Р4	Петров П. П.	Москва		Р2	Сидоров С. С.	Киев

 

Тогда объединение данных отношений даст поставщиков из Москвы, либо поставщиков, которые поставляют деталь D1, либо тех и других:

R1 ∪ R2

№_П	ФИО_П	Город_П
Р1	Иванов И. И.	Москва
Р4	Петров П. П.	Москва
Р2	Сидоров С.С.	Киев

 

2) Разностью двух отношений (обозначается r - s) является отношение, содержащее все кортежи, которые принадлежат r, но не принадлежат s.

Операция применяется к отношениям с одной и той же схемой.

Примеры:

а)

k – m =	(A	B	C)
	a1	b1	c1
	a2	b1	c2

 

б) Разность отношений R1 и R2 даст поставщиков из Москвы, не поставляющих деталь D1:

R1 – R2

№_П	ФИО_П	Город_П
Р4	Петров П. П.	Москва

3) Пересечением двух отношений (обозначается r ∩ s) является отношение, содержащее все кортежи, которые принадлежат одновременно r и s.

Операция применяется к отношениям с одной и той же схемой.

Примеры.

а)

k ∩ m =	(A	B	C)
	a1	b2	c1

 

б) Пересечение отношений R1 и R2 даст всех поставщиков из Москвы, поставляющих деталь D1:

R1 ∩ R2

№_П	ФИО_П	Город_П
Р1	Иванов И. И.	Москва

 

Рис. 4.1. Основные операции реляционной алгебры

 

4) Декартовымпроизведением отношения r степени k1 и отношения s степени k2 (r × s) является отношение степени (k1 + k2), содержащее такие кортежи, первые k1 элементов которых принадлежат r, а последние k2 элементов принадлежат s.

Примеры:

а) Даны отношения k и m

 

k	(A	B)		m	(C	D)
	a1	b1			c1	d1
	a2	b1			c2	d1
					c2	d2

 

Тогда

k × s =	(A	B	C	D)
	a1	b1	c1	d1
	a1	b1	c2	d1
	a1	b1	c2	d2
	a2	b1	c1	d1
	a2	b1	c2	d1
	a2	b1	c2	d2

 

б) Пусть отношение R1 – множество поставщиков, а S1 – множество деталей:

R1 S1

№_П	ФИО_П	Город_П		№_Д	Название	Вес	Город_Д
Р1	Иванов И. И.	Москва		Д1	гайка		Москва
Р2	Сидоров С. С.	Киев		Д3	винт		Ростов
				Д6	шпилька		Москва

 

Тогда декартово произведение данных отношений:

R1 × S1

№_П	ФИО_П	Город_П	№_Д	Название	Вес	Город_Д
Р1	Иванов И.И.	Москва	Д1	гайка		Москва
Р1	Иванов И.И.	Москва	Д3	винт		Ростов
Р1	Иванов И.И.	Москва	Д6	шпилька		Москва
Р2	Сидоров С.С.	Киев	Д1	гайка		Москва
Р2	Сидоров С.С.	Киев	Д3	винт		Ростов
Р2	Сидоров С.С.	Киев	Д6	шпилька		Москва

5) Выборка (применяется к одному отношению). Результатом ее применения к отношению r является другое отношение, представляющее собой подмножество кортежей отношения r с определенным значением в выделенном атрибуте.

Пусть r отношение со схемой R, A – атрибут в R и a – элемент из домена А. Тогда – операция выборки в r кортежей, в которых значение A равно a. В условии выборки можно использовать константы, логические операции и операции сравнения.

Примеры:

а)

№_Д	Название	Вес	Город_Д
Д1	гайка		Москва

 

б) Дано отношение R1

R1

№_П	№_Д	Количество
Р1	Д1
Р1	Д3
Р2	Д1
Р2	Д4
Р3	Д1

 

Тогда

№_П	№_Д	Количество
Р3	Д1

 

6) Проекция (применяется к одному отношению) - операция выбора подмножества столбцов. Пусть r – отношение со схемой R, Х – подмножество из R. Проекция r на X есть отношение , полученное вычеркиванием столбцов, соответствующих атрибутам в R – X, и исключением из оставшихся столбцов повторяющихся строк.

Примеры.

а) Пусть k - отношение со схемой АВС:

 

k	(A	B	C)
	a1	b1	c1
	a1	b2	c1
	a2	b1	c2

 

Тогда запись означает, что из каждого кортежа, принадлежащего k, формируется кортеж длины 2 из третьего и первого его атрибутов в указанном порядке:

 

=	(C	A)		повторяющиеся кортежи исключаются
	c1	a1
	c2	a2

 

Записи эквивалентна запись .

б) Пусть S1 - отношение, содержащее информацию о деталях:

S1

№_Д	Название	Вес	Город_Д
Д1	гайка		Москва
Д3	винт		Ростов
Д6	шпилька		Москва

 

Тогда

№_Д	Город_Д
Д1	Москва
Д3	Ростов
Д6	Москва

7) Деление. Пусть r – отношение со схемой R, s – отношение со схемой S и S ⊆ R. Положим = R – S. Частное от деления r на s (r ÷ s) – это максимальное подмножество множества , такое, что декартово произведение и s содержится в r.

Примеры:

а) Даны отношения k и m

 

k	(A	B	C	D)		m	(C	D)
	a1	b1	c1	d2			c2	d1
	a2	b2	c2	d1			c4	d1
	a3	b2	c3	d3
	a2	b2	c4	d1
	a1	b3	c5	d4
	a4	b1	c6	d5

Тогда

 

k ÷ m =	(A	B)
	a2	b2

 

б) Имеется отношение

Право

Пилот	Тип_самолета
Иванов
Иванов
Иванов
Петров
Петров
Сидоров
Сидоров
Сидоров
Сидоров
Макаров

 

Требуется найти тех пилотов, которые имеют право управлять всеми типами самолета из некоторого множества q.

q

Тип_самолета

 

Тогда

Право ÷ q

Пилот

Иванов

Сидоров

 

8) Соединение.

Естественноесоединение. Пусть r – отношение со схемой R, s – отношение со схемой S и R ∪ S = T. Естественным соединением отношений r и s (r ⊲ ⊳ s) является отношение q со схемой T, содержащее кортежи, каждый являющийся комбинацией кортежа из r и кортежа из s с равными (R ∩ S) – значениями.

Примечание. Если R ∩ S = ∅, то r ⊲ ⊳ s даст декартово произведение r и s.

Примеры:

а) Даны отношения k и m

 

 

k	(A	B)		m	(B	C)
	a1	b1			b1	c2
	а1	b2			b2	c1
	a2	b1

 

Тогда

k ⊲ ⊳ m =	(A	B	C)
	a1	b1	c2
	a2	b1	c2
	a1	b2	c1

 

 

б) Даны отношения R1 и S1

R1 S1

№_П	ФИО_П	Город_П		№_Д	Название	Вес	Город_Д
Р1	Иванов И. И.	Москва		Д1	гайка		Москва
Р2	Сидоров С. С.	Киев		Д3	винт		Ростов
				Д6	шпилька		Москва

 

Естественное соединение R1 и S1 по атрибуту Город (в отношении R1 – это Город_П, а в отношении S1 – Город_Д):

R1 ⊲ ⊳ S1

№_П	ФИО_П	Город	№_Д	Название	Вес
Р1	Иванов И.И.	Москва	Д1	гайка
Р1	Иванов И.И.	Москва	Д6	шпилька

 

Тета – соединение. При естественном соединении отношения могут комбинироваться только по одноименным столбцам и должны комбинироваться по всем таким столбцам.

Примечание. В предыдущем примере вначале была применена операция переименования атрибутов Город_Д и Город_П на Город.

Отношения могут соединяться также по столбцам с различными именами атрибутов, но равными доменами.

Тета – соединение отношений r и s по столбцам i и j представляет собой множество кортежей в декартовом произведении r и s, таких, что i-й элемент r находится в связи Θ с j–элементом s.

Если Θ является оператором «=», то эта операция называется эквисоединением.

Примеры

а) Пусть R1 – отношение, содержащее информацию о рейсах из города «а» в город «в», S1 – отношение, содержащее информацию о рейсах из города «в» в город «с»:

 

R1

Номер	Время_вылета	Время_прибытия
	9.40	11.45
	12.50	14.47
	16.05	18.15
	20.30	22.25
	21.15	23.11

 

 

S1

Номер	Время_вылета	Время_прибытия
	8.30	9.52
	12.25	13.43
	16.20	17.40
	19.10	20.35

 

 

Требуется узнать, какие рейсы из «a» в «в» сочетаются с рейсами из «в» в «c».

Для этого необходимо соединить те кортежи, для которых Время_прибытия в отношении R1 меньше Время_вылета в отношении S1.

 

Тета – соединение отношений R1 и S1:

Номер	Время_вылета	Время_прибытия	Но­мер	Время_вылета	Время_прибытия
	9.40	11.45		12.25	13.43
	9.40	11.45		16.20	17.40
	9.40	11.45		19.10	20.35
	12.50	14.47		16.20	17.40
	12.50	14.47		19.10	20.35
	16.05	18.15		19.10	20.35

 

б) Даны отношения Маршрут и Адрес

Маршрут

Номер	Пункт_отправления	Пункт_назначения
	Чикаго	Нью-Йорк
	Нью-Йорк	Лос-Анджелес
	Атланта	Бостон
	Нью-Йорк	Бостон
	Бостон	Нью-Йорк

 

Адрес

Пилот	Аэропорт		отношение указывает для каждого пилота адрес базового аэропорта, к которому он приписан
Терхьюн	Нью-Йорк
Темпл	Атланта
Тейлор	Атланта
Тарбелл	Бостон
Тодд	Лос-Анджелес
Трумен	Чикаго

 

Требуется назначить пилотов на те рейсы, пункт отправления которых совпадает с аэропортом, к которому приписан пилот.

Эквисоединение отношений Маршрут и Адрес по столбцам Пункт_отправления и Аэропорт:

 

Номер	Пункт_отправления	Пункт_назначения	Пилот	Аэропорт
	Чикаго	Нью-Йорк	Трумен	Чикаго
	Нью-Йорк	Лос-Анджелес	Терхьюн	Нью-Йорк
	Атланта	Бостон	Темпл	Атланта
	Атланта	Бостон	Тейлор	Атланта
	Нью-Йорк	Бостон	Терхьюн	Нью-Йорк
	Бостон	Нью-Йорк	Тарбелл	Бостон

 

Основное отличие эквисоединения от естественного в том, что при последнем соединяемые столбцы не повторяются.

По справедливому замечанию Дейта, реляционная алгебра Кодда обладает несколькими недостатками. Во-первых, восемь перечисленных операций по охвату своих функций, с одной стороны, избыточны, так как минимально необходимый набор составляют пять операций: объединение, вычитание, произведение, проекция и выборка. Три другие операции (пересечение, соединение и деление) можно определить через пять минимально необходимых. Во-вторых, этих восьми операций недостаточно для построения реальной СУБД на принципах реляционной алгебры. Требуются расширения, включающие операции: переименования атрибутов, образования новых вычисляемых атрибутов, вычисления итоговых функций, построения сложных алгебраических выражений, присвоения, сравнения и т. д.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. B2 (базовый уровень, время – 4 мин)
2. I ЭТАП: ОБСЛЕДОВАНИЯ (СБОР ДАННЫХ)
3. I. Проектирование стропильной фермы
4. I.СОЦИАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ.
5. III. Вид работы: «Использование информационной базы данных»
6. IV. Анализ и обработка данных.
7. Авторское право - правовое положение авторов и созданных их творческим трудом произведений литературы, науки и искусства.
8. Адресная, данных, управления
9. Анализ и интерпретация данных экспериментально-психологического исследования
10. Анализ исходных данных и разработка математической модели
11. Анализ экспериментальных данных
12. Анализируя опыт мирового развития, можно выделить пять наиболее типичных моделей капиталистической экономики, базирующейся на многообразии форм собственности.