Реляционная модель данных. Свойства отношений. Проектирование реляционной модели данных.

 

Реляционная модель основана на математическом понятии отношения, физическим представлением которого является таблица.

Отношение – это плоская таблица, состоящая из столбцов и строк.

В любой реляционной СУБД предполагается, что пользователь воспринимает базу данных как набор таблиц. Однако следует подчеркнуть, что это восприятие относится только к логической структуре базы данных, т.е. ко внешнему и концептуальному уровням архитектуры. Подобное восприятие не относится к физической структуре базы данных, которая может быть реализована с помощью различных структур хранения.

Атрибут – это поименованный столбец отношения.

В реляционной модели отношения используются для хранения информации об объектах, представленных в базе данных. Отношение обычно имеет вид двумерной таблицы, в которой строки соответствуют отдельным записям, а столбцы – атрибутам. При этом атрибуты могут располагаться в любом порядке – независимо от их переупорядочивания отношение будет оставаться одним и тем же, а потому иметь тот же смысл.

Домены в реляционной модели представляют собой множество значений атрибутов. Каждый атрибут реляционной базы данных определяется на некотором домене. Домены могут отличаться для каждого из атрибутов, но два и более атрибутов могут определяться на одном и том же домене. Понятие домена позволяет централизованно определять смысл и источник значений, которые могут получать атрибуты. В результате при выполнении реляционной операции системе доступно больше информации, что позволяет ей избежать семантически некорректных операций.

Элементами отношения являются кортежи, или строки, таблицы. Кортежи могут располагаться в любом порядке, при этом отношение будет оставаться тем же самым, а значит, и иметь тот же смысл.

Описание структуры отношения вместе со спецификацией доменов и любыми другими ограничениями возможных значений атрибутов иногда называют его заголовком (или содержанием (intension)). Обычно оно является фиксированным, до тех пор, пока смысл отношения не изменяется за счет добавления в него дополнительных атрибутов. Кортежи называются расширением (extension), состоянием (state) или телом отношения, которое постоянно меняется.

Степень отношения определяется количеством атрибутов, которое оно содержит. Отношение с двумя атрибутами называется бинарным (binary), отношение с тремя атрибутами – тернарным (ternary), а для отношений с большим количеством атрибутов используется термин n -арный (n-аrу). Определение степени отношения является частью заголовка отношения.

Кардинальность – это количество кортежей, которое содержит отношение. Эта характеристика меняется при каждом добавлении или удалении кортежей. Кардинальность является свойством тела отношения и определяется текущим состоянием отношения в произвольно взятый момент.

Таким образом, реляционная база данных – это набор нормализованных отношений.

Реляционная база данных состоит из отношений, структура которых определяется с помощью особых методов, называемых нормализацией (normalization).

Свойства отношений

Отношение обладает следующими характеристиками:

отношение имеет имя, которое отличается от имен всех других отношений;

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;

теоретически порядок следования кортежей в отношении не имеет никакого значения (однако, практически этот порядок может существенно повлиять на эффективность доступа к ним).

Отношение не может содержать кортежей-дубликатов, т.е. каждая строка должна быть обязательно уникальной.

Основные этапы, на которые разбивается процесс проектирования базы данных информационной системы:

1) Концептуальное проектирование - сбор, анализ и редактирование требований к данным. Для этого осуществляются следующие мероприятия:

обследование предметной области, изучение ее информационной структуры

выявление всех фрагментов, каждый из которых характеризуется пользовательским представлением, информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами

моделирование и интеграция всех представлений

По окончании данного этапа получаем концептуальную модель, инвариантную к структуре базы данных. Часто она представляется в виде модели "сущность-связь".

2) Логическое проектирование - преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получаем СУБД-ориентированную структуру базы данных и спецификации прикладных программ. На этом этапе часто моделируют базы данных применительно к различным СУБД и проводят сравнительный анализ моделей.

3) Физическое проектирование - определение особенностей хранения данных, методов доступа и т.д.

Различие уровней представления данных на каждом этапе проектирования представлено в следующей таблице:

 

КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ - сущности - атрибуты - связи	Представление аналитика
ЛОГИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ - записи - элементы данных - связи между записями	Представление программиста
ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ - группирование данных - индексы - методы доступа	Представление администратора