Ограничения реляционной модели данных. Не первая нормальная Форма

Одним из наиболее важных принципов реляционной модели даных является нормализация. Однако использование первой нормальной формы (1НФ) накладывает ограничение атомарности на допустимые значения атрибутов (все используемые домены отношения должны содержать только скалярные значения). Это снижает выразительность реляционной модели данных при описании целого ряда предметных областей[8]. Наиболее часто такая проблема возникает, когда атрибут должен содержать множественные значения или требуется внутренняя структура данных атрибута.

Таким образом, в ряде случаев нормализованная реляционная модель предметной области несколько искусственна[9]. Кроме того, нормализация в таких случаях заставляет разрабатывать довольно сложные запросы для получения, казалось бы, простых данных.

В ряде случаев возможные значения атрибута имеют внутреннюю структуру. Например, дата рождения, номер учебной группы студента. Правила нормализации реляционной модели данных требуют декомпозиции такого сложного (составного) атрибута на несколько простых (атомарных). Это не всегда удобно и наглядно.

Для преодоления такого рода недостатков реляционной модели данных была разработана постреляционная (post-relational) модель данных. Создание такой модели данных, допускающей не атомарность значений атрибутов кортежей потребовало разработки новых правил нормализации. Основой нормализации в постреляционной модели данных служит так называемая «не первая нормальная форма» – НФ2 [10] (Non First Normal Form – NF2). Суть заключается в расширенной трактовке понятия «атрибут». В постреляционной модели атрибут может быть или атомарным (как в реляционной модели), или множественным. Множественный атрибут описывается вложенным отношением (множеством кортежей) со всеми вытекающими последствиями. Вообще говоря, атрибуты такого вложенного отношения также могут быть множественными. Это допущение не нарушает принципов реляционной алгебры.

Для манипулирования структурой и данными в постреляционных СУБД производители создают расширения языка SQL. Стандарта такого расширения не существует, а в каждой постреляционной СУБД используется свой синтаксис. Однако в любом случае множественные атрибуты представлены либо как вложенные таблицы, либо как массивы данных (одномерные или многомерные).

14.1.2. Демонстрация постреляционной модели данных на примере задачи «Сессия»

Например, задача «Сессия» содержит отношения типа «многие-ко-многим» между преподавателями и учебными дисциплинами, а также между студентами и дисциплинами. Концептуальная информационная модель этой задачи может быть представлена в виде следующей ER-диаграммы (слайд 2). Корректная реализация такой модели в нормализованной реляционной базе данных требует добавления дополнительных таблиц-связей.

В соответствии с принципами постреляционной модели данных, логическая информационная модель задачи «Сессия» может быть представлена в следующем виде (слайд 3). В настоящее время не существует общепринятой нотации для графического представления постреляционных моделей данных. Поэтому, на приведенной диаграмме множественные атрибуты выделены (в рамках таблицы) серым фоном. Стрелка указывает на вложенную таблицу, которая соответствует множественному атрибуту. Сами вложенные таблицы изображены в виде прямоугольников со скругленными краями, закрашенных серым цветом.

Для пояснения устройства базы данных ее фрагмент приведен на слайде 4. Такая организация данных позволяет сохранить привычные сущности, избежать добавления вспомогательных сущностей и в то же время хранить информацию для задачи «Сессия».

В постреляционной модели данных также введен новый механизм, под названием «ассоциация». Смысл его сводится к созданию так называемых «множественных групп». Каждая множественная группа представляет собой совокупность из нескольких (двух и более) множественных атрибутов, значения которых в каждом кортеже связаны между собой порядком следования. То есть, первому значению первого множественного атрибута ставятся в соответствие первые значения всех остальных множественных атрибутов в такой множественной группе, второму значению атрибута группы – вторые значения остальных атрибутов группы и т.д.

Столбцы «Дисциплина» и «Семестр» в таблице «Преподаватель» связаны ассоциацией. Также связаны ассоциацией столбцы «Семестр» и «Преподаватель» в таблице «Дисциплина» и столбцы «Дисциплина», «Семестр», «Оценка» в таблице «Студент».