Базові поняття реляційної моделі даних

Основними поняттями реляційних баз даних є тип даних, домен, атрибут, кортеж, первинний ключ і відношення.

Тип даних

Поняття тип даних в реляційній моделі даних повністю адекватно поняттю типа даних в мовах програмування. Зазвичай в сучасних реляційних БД допускається зберігання символьних, числових даних, бітових рядків, спеціалізованих числових даних (таких, як "гроші"), а також спеціальних "темпоральних" даних (дата, час, часовий інтервал).

Домен

Поняття домену більш специфічно для баз даних, хоча і має деякі аналогії з підтипами в мовах програмування. У найзагальнішому вигляді домен визначається заданням базового типа даних, до якого відносяться елементи домену, і довільного логічного виразу, вживаного до елементу типа даних. Якщо обчислення цього логічного виразу дає результат "істина", то елемент даних є елементом домену: Домен = Базовий тип + Правило.

 

Рис. 5

Найбільш правильним інтуїтивним трактуванням поняття домену є розуміння його як допустимої потенційної безлічі значень даного типа.

Слід зазначити також семантичне навантаження поняття домену: дані вважаються порівнянними (тета-порівнюваними) лише у тому випадку, коли вони відносяться до одного домену, а не до одного базового типа.

Відношення

Атрибут - властивість об'єкту наочної області. Атрибут характеризується ім'ям і значенням, яке повинне належати деякому домену. Кожен екземпляр об'єкту в кожен момент часу однозначно характеризується набором конкретних значень атрибутів.

Схема відношення - це іменована множина пар {ім'я атрибуту, ім'я домена}. Міра або "арність" схеми відношення - потужність цієї безлічі, тобто кількість атрибутів.

Схема бази даних - це набір іменованих схем відношень.

Кортеж, відповідний даній схемі відношення, - це безліч пар {ім'я атрибуту, значення}, яка містить одне входження кожного імені атрибуту, що належить схемі відношення. "Значення" є допустимим значенням домену даного атрибуту.

Відношення - це множина кортежів, відповідних одній схемі відношення.

Насправді, поняття схеми відношення найближче до поняття структурного типа даних в мовах програмування. Було б сповна логічним дозволяти окремо визначати схему відношення, а потім одне або декілька відношень з даною схемою. Проте в реляційних базах даних це не прийнято. Ім'я схеми відношення в таких базах даних завжди збігається з ім'ям відповідного відношення-екземпляра.

У класичних реляційних базах даних після визначення схеми бази даних змінюються лише відношення-екземпляри. У них можуть з'являтися нові і віддалятися або модифікуватися існуючі кортежі. Проте в багатьох реалізаціях допускається і зміна схеми бази даних: визначення нових і зміна існуючих схем відношення. Це прийнято називати еволюцією схеми бази даних.

Схеми двох відношень називають еквівалентними, якщо вони мають однакову степінь і можливе таке впорядковування імен атрибутів в схемі, що на однакових місцях знаходитимуться тета-порівнювані атрибути. Зручним представленням відношення є таблиця, заголовком якої є схема відношення, а рядками - кортежі отношенія- екземпляра; в цьому випадку імена атрибутів іменують стовпці цієї таблиці (див. мал. 6).

Реляційна база даних - це набір відношень, імена яких збігаються з іменами схем стосунків в схемі БД.

 

Властивості відношень

Тепер дамо теоретико-множинний опис поняття відношення.

DEF. N-арним відношенням R називають підмножину декартової похідної D_1 X D_2 X … X D_N множин D_1, D_2, …, D_N (N>=1), необов’язково різних.Вихідні множини D_1, D_2, …, D_N називаються доменами.

Коротко обговоримо витікаючі з цього визначення фундаментальні властивості відношень.

ü Відсутність кортежів-дублікатів виходить з визначення відношення як безлічі кортежів. З цієї властивості витікає наявність в кожного відношення так званого первинного ключа - мінімального набору атрибутів, значення яких однозначно визначають кортеж відношення.

 

Рис. 6

Для кожного відношення, принаймні, повний набір його атрибутів унікальний. Проте при формальному визначенні первинного ключа потрібна "мінімальність", тобто в набір атрибутів первинного ключа не повинні входити такі атрибути, які можна відкинути без збитку для основної властивості, - однозначно визначати кортеж.

Поняття первинного ключа є виключно важливим у зв'язку з поняттям цілісності баз даних. Слід зазначити, що в багатьох практичних реалізаціях РСУБД допускається порушення властивості унікальності кортежів для проміжних відношень, що породжуються неявно при виконанні запитів. Такі відношення є не множиною, а мультимножиною.

ü Відсутність впорядкованості кортежів також є наслідком визначення відношення-екземпляра як множина кортежів. Відсутність вимоги до підтримки порядку на множині кортежів відношення дає додаткову гнучкість СУБД при зберіганні баз даних в зовнішній пам'яті і при виконанні запитів до бази даних.

ü Відсутність впорядкованості атрибутів. Для посилання на значення атрибуту в кортежі відношення завжди використовується ім'я атрибуту.

ü Атомарність значень атрибутів означає, що атрибут не може бути відношенням. Ця властивість виходить з визначення домену як потенційної множини значень простого типа даних.

DEF. Відношення знаходиться в першій нормальній формі (1НФ), якщо всі його атрибути атомарні.

Відношення, що знаходиться в 1НФ, також називають універсальним або нормалізованим відношенням. Приклад ненормалізованного відношення наведено в табл. 1.

Таблиця 1

Кафедра	Тел.	Особистий номер	Прізвище	Посада	Оклад	Назва предмета	К-сть годин
МО ЕОМ	4-89		Фролов	доцент	380 руб.	СПО БКС	36 72
	Костін	доцент	380 руб.	Алгебра
ПМ	4-88		Бойко	професор	520 руб.	Алгебра
Фізики	4-12		Глазов	асистент	270 руб.	Фізика Оптика	52 30

 

Нормалізовані відношення складають основу класичного реляційного підходу до організації баз даних. Вони володіють деякими обмеженнями (не будь-яку інформацію зручно представляти у вигляді плоских таблиць), але суттєво спрощують маніпулювання даними.