Лекция №2- Реляционные модели Терминология
Реляционная модель основана на математическом понятии отношения, физическим представлением которого является таблица (и визуальное представление).
Отношение: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.
Атрибут:Именованный 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 упорядочивания отношение будет оставаться одним и тем же, а потому иметь тот же смысл.
Домен:Набор допустимых значений одного или нескольких атрибутов.
Домены представляют собой чрезвычайно мощный компонент реляционной модели. 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 имеет большое значение, поскольку благодаря ему пользователь может централизованно определять смысл и источник значений, которые могут получать атрибуты. В результате при выполнении реляционной операции системе доступно больше информации, что позволяет избежать в ней семантически некорректных операций. Например, бессмысленно сравнивать название улицы с номером телефона, даже если для обоих этих атрибутов определениями доменов являются символьные строки. С другой стороны, помесячная арендная плата объекта недвижимости и количество месяцев, в течение которых он сдавался в аренду, принадлежат разным доменам (первый атрибут имеет денежный тип, а второй — целочисленный). Однако умножение значений из этих доменов является допустимой операцией. Как следует из этих двух примеров, обеспечить полную реализацию понятия домена совсем непросто, поэтому во многих реляционных СУБД они поддерживаются не полностью, а лишь частично.
Кортеж:Строка отношения.
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.
Степень:Степень отношения определяется количеством атрибутов, которое оно содержит.
Отношение только с одним атрибутом имеет степень 1 и называется унарным (unary) отношением (или одноэлементным кортежем). Отношение с двумя атрибутами называется бинарным (binary), отношение с тремя атрибутами — тернарным (ternary), а для отношений с большим количеством атрибутов используется термин п-арное (тг-агу). Определение степени отношения является частью заголовка отношения.
Кардинальность:Количество кортежей, которое содержится в отношении.
Количество содержащихся в отношении кортежей называется кардинальностью отношения. Эта характеристика меняется при каждом добавлении или удалении кортежей. Кардинальность является свойством тела отношения и определяется текущим состоянием отношения в произвольно взятый момент.
Реляционная база данных:Набор нормализованных отношений, которые различаются по именам.
Реляционная база данных состоит из отношений, структура которых определяется с помощью особых методов, называемых нормализацией (normalization).
Реляционная алгебра— замкнутая система операций над отношениями в реляционной модели данных. Операции реляционной алгебры также называют реляционными операциями.
Пустое значение(которое условно обозначается какNULL) следует рассматривать как логическую величину "неизвестно". Другими словами, либо это значение не входит в область определения некоторого кортежа, либо никакое значение еще не задано. Ключевое слово NULL представляет собой способ обработки неполных или необычных данных. Однако NULL не следует понимать как нулевое численное значение или заполненную пробелами текстовую строку. Нули и пробелы представляют собой некоторые значения, тогда как ключевое слово NULL обозначает отсутствие какого-либо значения. Поэтому NULL следует рассматривать иначе, чем другие значения. Некоторые авторы используют термин "значение NULL", но на самом деле NULL не является значением, а лишь обозначает его отсутствие, поэтому термин "значение NULL" можно использовать лишь с определенными оговорками. Применение NULL может вызвать проблемы на этапе реализации. Трудности возникают из-за того, что реляционная модель основана на исчислении предикатов первого порядка, которое обладает двузначной, или булевой, логикой, т.е. допустимыми являются только два значения: истина и ложь. Применение NULL означает, что придется вести работу с логикой более высокого порядка, например трехзначной или даже четырехзначной. Использование понятия NULL в реляционной модели является спорным вопросом.
Первичный ключ (primary key)-в реляционной модели данных один из потенциальных ключей отношения, выбранный в качестве основного ключа (или ключа по умолчанию).
Если в отношении имеется единственный потенциальный ключ, он является и первичным ключом. Если потенциальных ключей несколько, один из них выбирается в качестве первичного, а другие называют «альтернативными».
С точки зрения теории все потенциальные ключи отношения эквивалентны, то есть обладают одинаковыми свойствами уникальности и минимальности. Однако в качестве первичного обычно выбирается тот из потенциальных ключей, который наиболее удобен для тех или иных практических целей, например для создания внешних ключей в других отношениях либо для создания кластерного индекса. Поэтому в качестве первичного ключа, как правило, выбирают тот, который имеет наименьший размер (физического хранения) и/или включает наименьшее количество атрибутов.
Если первичный ключ состоит из единственного атрибута, его называют простым ключом.
Если первичный ключ состоит из двух и более атрибутов, его называют составным ключом. Так, номер паспорта и серия паспорта не могут быть первичными ключами по отдельности, так как могут оказаться одинаковыми у двух и более людей. Но не бывает двух личных документов одного типа с одинаковыми серией и номером. Поэтому в отношении, содержащем данные о людях, первичным ключом может быть подмножество атрибутов, состоящее из типа личного документа, его серии и номера.
Потенциальный ключ-подмножество атрибутов отношения, удовлетворяющее требованиям уникальности и минимальности.
Уникальность означает, что не существует двух кортежей данного отношения, в которых значения этого подмножества атрибутов совпадают.
Минимальность (несократимость) означает, что в составе потенциального ключа отсутствует меньшее подмножество атрибутов, удовлетворяющее условию уникальности. Иными словами, если из потенциального ключа убрать любой атрибут, он утратит свойство уникальности.
Внешний ключ(foreign key)- представляет собой подмножество атрибутов некоторой переменной отношения R2, значения которых должны совпадать со значениями некоторого потенциального ключа некоторой переменной отношения R1.
Формальное определение. Пусть R1 и R2 — две переменные отношения, не обязательно различные. Внешним ключом FK в R2 является подмножество атрибутов переменной R2 такое, что выполняются следующие требования:
В переменной отношения R1 имеется потенциальный ключ CK такой, что FK и CK совпадают с точностью до переименования атрибутов (то есть переименованием некоторого подмножества атрибутов FK можно получить такое подмножество атрибутов FK’, что FK’ и CK совпадают как по именами, так и по типам атрибутов).
В любой момент времени каждое значение FK в текущем значении R2 идентично значению CK в некотором кортеже в текущем значении R1. Иными словами, в каждый момент времени множество всех значений FK в R2 является (нестрогим) подмножеством значений CK в R1.
При этом для данного конкретного внешнего ключа FK → CK отношение R1, содержащее потенциальный ключ, называют главным, целевым, или родительским отношением, а отношение R2, содержащее внешний ключ, называют подчинённым, или дочерним отношением.
Поддержка внешних ключей также называется соблюдением ссылочной целостности. Реляционные СУБД поддерживают автоматический контроль ссылочной целостности.