Инфологическая модель базы данных. Основные виды моделей.

 

Основой базы данных является модель данных. Информационно-логическая (инфологическая) модель предметной области отражает предметную область в виде совокупности информационных объектов и их структурных связей.

Информационный объект – это описание некоторой сущности (явления, реального объекта, процесса) в виде совокупности логически связанных реквизитов. Например, информационный объект Студент описывает некоторую сущность – студент. Реквизитный состав этого информационного объекта, т.е. его структура, следующий: № группы. ФИО, № зачетной книжки, Дата рождения. Информационный объект имеет множество реализаций – экземпляров.

Пример инфологической модели:

Рис. 130 Пример инфологической модели

 

В инфологической модели объекты могут быть связаны друг с другом. Существуют следующие типы информационных связей:

- один к одному;

- один ко многим;

- многие ко многим.

Связь один к одному предполагает, что одному экземпляру первого информационного объекта соответствует только один экземпляр второго информационного объекта и наоборот. Графически такая связь изображается следующим образом:

 

Рис.131 Пример связи "один-к-одному"

 

Связь один ко многим предполагает, что одному экземпляру первого информационного объекта соответствует несколько экземпляров второго объекта. Графически эта связь отображается так:

 

Рис.132 Пример связи "один-ко-многим"

 

Связь многие ко многим предполагает, что одному экземпляру первого информационного объекта соответствует несколько экземпляров второго объекта и наоборот. Графическое изображение этой связи:

 

 

Рис.133 Пример связи "Многие-ко-многим"

 

Различают модели данных трех типов:

- иерархическая;

- сетевая;

- реляционная.

Иерархическая (древовидная) модель данных представляет собой иерархию элементов, называемых узлами. Узел – это совокупность атрибутов данных, описывающих информационный объект. На самом верхнем уровне имеется только один узел – корень. Каждый узел кроме корня связан только с одним узлом на более высоком уровне, называемым исходным узлом для данного узла. Каждый узел может быть связан с одним или несколькими узлами более низкого уровня, называемыми порожденными (подчиненными). Узлы, не имеющие порожденных, называются листьями. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей. К каждой записи базы данных существует только один путь.

Сетевая модель также основывается на понятиях узел, уровень, связь. Сетевая модель данных – это модель, в которой порожденный узел может иметь более одного исходного узла. В сетевой структуре любой элемент любого уровня может быть связан с любым другим элементом.

Реляционная модель данных - это множество взаимосвязанных двумерных таблиц. Каждая таблица содержит сведения об однородных объектах базы данных и обладает следующими свойствами:

- каждый элемент таблицы представляет собой один элемент данных;

- элементы одного столбца однородны;

- каждый столбец имеет уникальное имя;

- таблица не содержит двух и более одинаковых строк;

- порядок следования строк и столбцов произвольный.

Такие таблицы называются реляционными. Данные могут извлекаться одновременно из нескольких таблиц. Это оказывается возможным, если установить между таблицами связи. Таблицы связываются между собой для того, чтобы, в конечном счете, уменьшить объем БД. Связь каждой пары таблиц обеспечивается при наличии в них одинаковых столбцов.

 

Реляционные модели данных.

 

Строка реляционной таблицы - называется записью, а столбцы называются полями. Запись представляет собой один экземпляр информационного объекта. Поле отражает какое-то свойство этого объекта. Каждое поле характеризуется:

- именем;

- типом;

- размером.

Для однозначного определения каждой записи может использоваться ключ. Ключ может состоять из одного или нескольких полей записи. Если ключ состоит из нескольких полей, он называется составным. Ключ должен быть уникальным и однозначно определять запись. По значению ключа можно отыскать единственную запись. Ключи служат также для упорядочивания информации в БД.

Таблицы реляционной БД должны отвечать требованиям нормализации отношений. Нормализация отношений – это формальный аппарат ограничений на формирование таблиц, который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение базы данных.

Пусть создана таблица Студент, содержащая следующие поля: № группы, ФИО, № зачетки, Дата рождения, Название специальности, Название факультета. Такая организация хранения информации будет иметь ряд недостатков:

- дублирование информации (наименование специальности и факультета повторяются для каждого студента), следовательно, увеличится объем БД;

- процедура обновления информации в таблице затрудняется из-за необходимости редактирования каждой записи таблицы.

Нормализация таблиц предназначена для устранения этих недостатков.

Имеется три нормальные формы отношений.

Первая нормальная форма. Реляционная таблица приведена к первой нормальной форме, если все ее поля простые (т.е. далее неделимые). Так, если из таблицы Студент требуется получать сведения по имени студента, то поле ФИО следует разбить на части Фамилия, Имя, Отчество.

Вторая нормальная форма. Реляционная таблица задана во второй нормальной форме, если она приведена к первой нормальной форме, и каждый неключевое поле полностью зависит от любого возможного ключа. Чтобы привести таблицу ко второй нормальной форме, необходимо определить функциональную зависимость полей. Функциональная зависимость полей – это зависимость, при которой в экземпляре информационного объекта определенному значению ключевого реквизита соответствует только одно значение описательного реквизита.

Третья нормальная форма. Таблица находится в третьей нормальной форме, если она находится во второй нормальной форме, и отсутствует транзитивная зависимость полей. Транзитивная зависимость наблюдается в том случае, когда одно из двух описательных полей зависит от ключа, а другое описательный поле зависит от первого описательного поля. Например, в таблице Студент (№ группы, ФИО, № зачетной книжки, Дата рождения, Староста) три поля: № зачетной книжки, № группы, Староста находятся в транзитивной зависимости. № группы зависит от № зачетной книжки, а Староста зависит от № группы. Для устранения транзитивной зависимости необходимо часть полей таблицы Студент перенести в другую таблицу Группа. Таблицы примут следующий вид: Студент (№ группы, ФИО, № зачетной книжки, Дата рождения), Группа (№ группы, Староста).

Над реляционными таблицами возможны следующие операции:

- Объединение таблиц с одинаковой структурой. Результат – общая таблица: сначала первая, затем вторая (конкатенация).

- Пересечение таблиц с одинаковой структурой. Результат – выбираются те записи, которые находятся в обеих таблицах.

- Вычитание таблиц с одинаковой структурой. Результат – выбираются те записи, которых нет в вычитаемом.

- Выборка (горизонтальное подмножество). Результат – выбираются записи, отвечающие определенным условиям.

- Проекция (вертикальное подмножество). Результат – отношение, содержащее часть полей из исходных таблиц.

- Декартово произведение двух таблиц. Записи результирующей таблицы получаются путем объединения каждой записи первой таблицы с каждой записью другой таблицы.