Каждая операции включает выделение данных (селекцию) и те действия, которые будут выполняться над выделенными данными. Основными операциями в реляционной базе являются операции обновления базы данных и операции обработки отношений.

К операциям обновления базы данных относятся те операции, которые выполняют вставку новых кортежей, удаление ненужных, корректировку значений атрибутов существующих кортежей, а именно: это операции Включить , Удалить, Обновить.

Операция Включить требует задания имени отношения и предварительного формирования значений атрибутов нового кортежа. Обязательно должен быть задан ключ кортежа.

Операция Удалить требует наименования отношения, а также идентификации кортежа или группы кортежей, подлежащих удалению.

Операция Обновить выполняется для названного отношения и может корректировать как один, так и несколько кортежей. Например, если руководство фирмы приняло решение увеличить на одинаковую сумму все оклады сотрудников, то одной операцией Обновить будет откорректировано сразу несколько кортежей.

Что касается операций обработки, то они позаимствованы из реляционной алгебры. По подходу Э. Кодда реляционная алгебра включает восемь операций, пять из которых являются базовыми: Выборка , Проекция, Умножение, Объединение, Вычитание.

Выборка - выбрать из отношения только те кортежи, которые удовлетворяют заданному условию.

При Проекции отношения на заданный набор его атрибутов получается новое отношение, создаваемое извлечением из исходного отношения кортежей, содержащих указанные атрибуты.

При Умножении (декартовом произведении) двух отношений получается новое отношение, кортежи которого являются сцеплением кортежей первого и второго отношений.

В результате Объединения двух отношений получается третье, включающее кортежи, входящие хотя бы в одно отношение, то есть содержащее все элементы исходных отношений.

При Вычитании выдаются лишь те кортежи первого отношения, которые остались от вычитания второго отношения, то есть из первого отношения выбрасываются все кортежи второго.

Остальные три операции являются производными, они могут быть получены из основных операций, их называют дополнительными: Соединение, Пересечение , Деление.

Операция Соединение применяется к двум отношениям, имеющим общий атрибут. Результат этой операции для двух отношений по некоторому условию -отношениеиз кортежей, которые являются сочетанием первого и второго отношений, удовлетворяющих указанному условию.

Пересечение двух отношений является отношение, включающее все кортежи, входящие в оба отношения.

Операция Деления предполагает, что имеется два отношения: одно – бинарное (содержащее два атрибута), другое – унарное (содержащее один атрибут). В результате получается отношение, состоящее из кортежей, включающих значения первого атрибута кортежей первого отношения, но только таких, для которых множество значений второго атрибута первого отношения совпадает с множеством значений атрибутов второго отношения.

Отличительная особенность операций обработки отношений заключается в том, что единицей обработки в них являются не кортежи, а отношения: на входе каждой операции используется одно или два отношения, а результат выполнения операций – новое отношение.

Рассмотрим некоторые, наиболее часто используемые операции реляционной алгебры, подробнее.

Операция Объединение - на входе задано два совместимых отношения, одинаковой размерности: А и В. Результат – отношение той же структуры, содержащее все кортежи А и все кортежи В

Пересечение предполагает наличие на входе двух отношений одинаковой размерности: А и В. На выходе создается отношение той же структуры, содержащее только те кортежи А, которые есть в В.

Деление. На входе операции используется два отношения: А и В. Пусть отношение А, называемое делимым, содержит атрибуты (А 1, А 2 , А 3 ,…, А n). Отношение В – делитель и содержит подмножество атрибутов А: (А 1, А 2 , …, А к), где k

В целом, операции реляционной модели данных предоставляют возможность манипулировать отношениями, позволяя обновлять базу данных, а также выбирать подмножества хранимых данных и представлять их в нужном виде.

При проектировании баз данных и работе с ними этих восьми операций обычно не достаточно. Поэтому добавляются такие операции как: переименование атрибутов, образование новых вычисляемых атрибутов, операции присваивания, сравнения и др.

Аномалии модификации

Аномалии модификации проявляются в том, что изменение значения одного данного может повлечь за собой просмотри всей таблицы и соответствующее изменение некоторых других записей таблицы.

Аномалии удаления состоят в том, что при удалении какого-либо данного из таблицы может пропасть и другая информация, которая не связана напрямую с удаляемым данным.

Аномалии добавления возникают в случаях, когда информацию в таблицу нельзя поместить до тех пор, пока она неполная, либо вставка новой записи требует дополнительного просмотра таблицы

Пусть есть отношение, в котором хранится информация о студентах, курсах которые они посещают и стоимости этих курсов. Из этого отношения производится удаление кортежа, который содержит (помимо инфы о студенте) информацию о названии и стоимости курса, посещаемого этим студентом. Если информация о названии и стоимости курса хранилась в единственном экземпляре только в этом кортеже, она безвозвратно исчезнет из отношения. Такая ситуация называется аномалия удаления . Выполнение операции удаления приводит к потере информации о двух сущностях.

На примере этого же отношения можно проиллюстрировать аномалию вставки . Допустим, надо добавить информацию о названии и стоимости определенного курса, но мы не сможем добавить эту информацию до тех пор, пока на курс не записан ни один студент. Избавиться от обоих аномалий можно путем разбиения имеющегося отношения на два, каждое из которых будет содержать данные только одной сущности. Тогда удаление информации о студенте не затронет данные о курсах.

При разбиении отношения на два так же возникают проблемы. Например, можно ли записать студента на несуществующий пока курс? Эти проблемы должны решаться путем обсуждения бизнес-правил. Если бизнес-правилами будет предусмотрено требование наличия информации о курсе и стоимости при записи на этот курс студента, то при записи студента на курс будет производиться проверка на существование требуемого курса. Подобного рода проверки называются ограничениями ссылочной целостности или ограничениями целостности по внешнему ключу.

Целостность сущностей - ни одно значение первичного ключа не должно содержать null.

Этапы проектрирования:

Концептуальное проектирование -процесс разработки БД начинается с анализа требований. Проектировщик на этом этапе разработки должен найти ответы на следующие вопросы: какие элементы данных должны храниться, кто и как будет к ним обращаться. Создается модель исп. Информации, не завис от физ аспектов, целевой субд и языков программирования

Логическое - создается логическая структура БД. Для этого определяют, как данные будут сгруппированы логически. Структура БД на этом этапе выражается в терминах прикладных объектов и отношений между ними. Зависит от целевой СУБД, проверки на избыточность, нормализация.

Физическое - логическая структура БД преобразуется в физическую с учетом аспектов производительности. Элементы данных на этом этапе получают атрибуты и определяются как столбцы в таблицах выбранной для реализации БД СУБД. Основные отношения организации файлов и индексов, ограничения целостности и средства защиты.

На всякий - транзакции - неделимая послед операций, переводят бд из одного устойчивого состояние в другое. Свойства - атомарность (неделимость), согласованность (из одного согл сост в другое), изоляция (транзакции юзеров не мешают друг другу), долговечность (результат должен быть зафиксирован в бд после вып, даже если она крашнулась в след момент).

Метод сущность-связь.

Метод моделирования "сущность-связь" дает абстрактную модель предметной области, используя следующие основные понятия: сущности (entities), взаимосвязи (relationships) между сущностями и атрибуты (attributes) для представления свойств сущностей и взаимосвязей.

Любой фрагмент предметной области может быть представлен как множество сущностей , между которыми существует некоторое множество связей . Дадим определения:

Сущность - это объект, который может быть идентифицирован неким способом, отличающим его от других объектов. Примеры: конкретный человек, предприятие, событие и т.д.

Набор сущностей - множество сущностей одного типа (обладающих одинаковыми свойствами). Примеры: все люди, предприятия, праздники и т.д. Наборы сущностей не обязательно должны быть непересекающимися. Например, сущность, принадлежащая к набору МУЖЧИНЫ, также принадлежит набору ЛЮДИ.

Сущность фактически представляет из себя множество атрибутов , которые описывают свойства всех членов данного набора сущностей. Домен уже был выше.

Ключ сущности - это один или более атрибутов уникально определяющих данную сущность.

Связь - это ассоциация, установленная между несколькими сущностями. Примеры:

• поскольку каждый сотрудник работает в каком-либо отделе, между сущностями СОТРУДНИК и ОТДЕЛ существует связь "работает в" или ОТДЕЛ-РАБОТНИК;

К сожалению, не существует общих правил определения, что считать сущностью, а что связью. В рассмотренном выше примере мы положили, что "руководит" - это связь. Однако, можно рассматривать сущность "руководитель", которая имеет связи "руководит" с сущностью "отдел" и "является" с сущностью "сотрудник".

Связь также может иметь атрибуты. Например, для связи ОТДЕЛ-РАБОТНИК можно задать атрибут СТАЖ_РАБОТЫ_В_ОТДЕЛЕ.

Роль сущности в связи - функция, которую выполняет сущность в данной связи. Например, в связи РОДИТЕЛЬ-ПОТОМОК сущности ЧЕЛОВЕК могут иметь роли "родитель" и "потомок". Указание ролей в модели "сущность-связь" не является обязательным и служит для уточнения семантики связи.

Набор связей - это отношение между n (причем n не меньше 2) сущностями, каждая из которых относится к некоторому набору сущностей.

Хотя, сторого говоря, понятия "связь" и "набор связей" различны (первая является элементом второго), их, тем не менее, очень часто смешивают.

В случае n=2 , т.е. когда связь объединяет две сущности, она называется бинарной. Доказано, что n -арный набор связей (n>2 ) всегда можно заменить множеством бинарных, однако первые лучше отображают семантику предметной области.

То число сущностей, которое может быть ассоциировано через набор связей с другой сущностью, называют степенью связи . Рассмотрение степеней особенно полезно для бинарных связей. Могут существовать следующие степени бинарных связей:

• один к одному (обозначается 1: 1 ). Это означает, что в такой связи сущности с одной ролью всегда соответствует не более одной сущности с другой ролью.

Другой важной характеристикой связи помимо ее степени является класс принадлежности входящих в нее сущностей или кардинальность связи.

"СОТРУДНИК" имеет обязательный класс принадлежности (этот факт обозначается также указанием интервала числа возможных вхождений сущности в связь, в данном случае это 1,1), а сущность "ОТДЕЛ" имеет необязательный класс принадлежности (0,1). Теперь данную связь мы можем описать как 0,1:1,1 .

• один ко многим (1: n ). В данном случае сущности с одной ролью может соответствовать любое число сущностей с другой ролью.

Данный рисунок дополнительно иллюстрирует тот факт, что между двумя сущностями может быть определено несколько наборов связей

• много к одному (n: 1 ). Эта связь аналогична отображению 1: n .

В данном случае, по совершенно очевидным соображениям (каждый контракт заключен с конкретным заказчиком, а каждый заказчик имеет хотя бы один контракт, иначе он не был бы таковым), каждая сущность имеет обязательный класс принадлежности.

• многие ко многим (n: n ). В этом случае каждая из ассоциированных сущностей может быть представлена любым количеством экземпляров.

Если существование сущности x зависит от существования сущности y, то x называется зависимой сущностью (иногда сущность x называют "слабой", а "сущность" y - сильной). В качестве примера рассмотрим связь между ранее описанными сущностями РАБОЧАЯ_ГРУППА и КОНТРАКТ. Рабочая группа создается только после того, как будет подписан контракт с заказчиком, и прекращает свое существование по выполнению контракта. Тогда РАБОЧАЯ_ГРУППА является зависимой от сущности КОНТРАКТ. Зависимую сущность будем обозначать двойным прямоугольником, а ее связь с сильной сущностью линией со стрелкой (у нас был овал для зависимой)

Кардинальность связи для сильной сущности всегда будет (1,1). Класс принадлежности и степень связи для зависимой сущности могут быть любыми.

12. Иерархическая и сетевая модели данных.

Иерархическая модель представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке их подчинения от общего к частному и образующих перевернутое по структуре дерево (граф).

К основным понятиям иерархической структуры относятся уровень, узел и связь. Узел - это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину, не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем - первом уровне. Зависимые (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т. д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей. К каждой записи базы данных существует только один иерархический путь от корневой записи.

Организация данных в СУБД иерархического типа определяется в терминах: элемент, агрегат, запись (группа), групповое отношение, база данных.

• Атрибут (элемент данных) - наименьшая единица структуры данных. Обычно каждому элементу при описании базы данных присваивается уникальное имя. По этому имени к нему обращаются при обработке. Элемент данных также часто называют полем.

• Запись - именованная совокупность атрибутов. Использование записей позволяет за одно обращение к базе получить некоторую логически связанную совокупность данных. Именно записи изменяются, добавляются и удаляются. Тип записи определяется составом ее атрибутов. Экземпляр записи - конкретная запись с конкретным значением элементов

• Групповое отношение - иерархическое отношение между записями двух типов. Родительская запись (владелец группового отношения) называется исходной записью, а дочерние записи (члены группового отношения) - подчиненными. Иерархическая база данных может хранить только такие древовидные структуры.

Корневая запись каждого дерева обязательно должна содержать ключ с уникальным значением. Ключи некорневых записей должны иметь уникальное значение только в рамках группового отношения. Каждая запись идентифицируется полным сцепленным ключом, под которым понимается совокупность ключей всех записей от корневой по иерархическому пути.

При графическом изображении групповые отношения изображают дугами ориентированного графа, а типы записей – вершинами.

Для групповых отношений в иерархической модели обеспечивается автоматический режим включения и фиксированное членство. Это означает, что для запоминания любой некорневой записи в БД должна существовать ее родительская запись При удалении родительской записи автоматически удаляются все подчиненные.

Пример: предприятие состоит из отделов, в которых работают сотрудники. В каждом отделе может работать несколько сотрудников, но сотрудник не может работать более чем в одном отделе.

Поэтому, для информационной системы управления персоналом необходимо создать групповое отношение, состоящее из родительской записи ОТДЕЛ (НАИМЕНОВАНИЕ_ОТДЕЛА, ЧИСЛО_РАБОТНИКОВ) и дочерней записи СОТРУДНИК (ФАМИЛИЯ, ДОЛЖНОСТЬ, ОКЛАД). (Для простоты полагается, что имеются только две дочерние записи). - рис а(дальше)

Для автоматизации учета контрактов с заказчиками необходимо создание еще одной иерархической структуры: заказчик - контракты с ним - сотрудники, задействованные в работе над контрактом. Это дерево будет включать записи ЗАКАЗЧИК(НАИМЕНОВАНИЕ_ЗАКАЗЧИКА, АДРЕС), КОНТРАКТ(НОМЕР, ДАТА,СУММА), ИСПОЛНИТЕЛЬ (ФАМИЛИЯ, ДОЛЖНОСТЬ, НАИМЕНОВАНИЕ_ОТДЕЛА) - рис. б.

Недостатки иерархических БД:

• Частично дублируется информация между записями (такие записи называют парными), причем в иерархической модели данных не предусмотрена поддержка соответствия между парными записями.
• Иерархическая модель реализует отношение между исходной и дочерней записью по схеме 1:N, то есть одной родительской записи может соответствовать любое число дочерних. Допустим теперь, что исполнитель может принимать участие более чем в одном контракте (т.е. возникает связь типа M:N). В этом случае в базу данных необходимо ввести еще одно групповое отношение, в котором ИСПОЛНИТЕЛЬ будет являться исходной записью, а КОНТРАКТ дочерней.Таким образом, мы опять вынуждены дублировать инфу.(рис С)
• достаточно сложные логические связи и соответствующая громоздкость в обработке данных

Достоинства:

Является наиболее простой достаточно эффективное использование памяти и неплохие временные показатели выполнения операций над данными. Однако, удобна эта модель в основном для работы с иерархически организованной информацией.

Операции над данными, определенные в иерархической модели:

• ДОБАВИТЬ в базу данных новую запись. Для корневой записи обязательно формирование значения ключа.
• ИЗМЕНИТЬ значение данных предварительно извлеченной записи. Ключевые данные не должны подвергаться изменениям.
• УДАЛИТЬ некоторую запись и все подчиненные ей записи.
• ИЗВЛЕЧЬ :
• извлечь корневую запись по ключевому значению, допускается также последовательный просмотр корневых записей
• извлечь следующую запись (следующая запись извлекается в порядке левостороннего обхода дерева)

В операции ИЗВЛЕЧЬ допускается задание условий выборки.

Все операции изменения применяются только к одной "текущей" записи (которая предварительно извлечена из бд). Такой подход к манипулированию данных получил название "навигационного".

Ограничения целостности.

Поддерживается только целостность связей между владельцами и членами группового отношения (никакой потомок не может существовать без предка). Не обеспечивается автоматическое поддержание соответствия парных записей, входящих в разные иерархии.

Первые системы управления базами данных, появившиеся в середине 60-х годов, позволяли работать с иерархической базой данных. Наиболее известной была иерархическая система IMS фирмы IBM. Известны также другие системы: PC/Focus, Team-Up, Data Edge и наши: Ока, ИНЭС, МИРИС.

Сетевая модель данных.

Сетевая модель – структура, у которой любой элемент может быть связан с любым другим элементом.Сетевая база данных состоит из наборов записей, которые связаны между собой так, что записи могут содержать явные ссылки на другие наборы записей. Тем самым наборы записей образуют сеть. Связи между записями могут быть произвольными, и эти связи явно присутствуют и хранятся в базе данных.

Сетевая модель данных определяется в тех же терминах, что и иерархическая. Она состоит из множества записей, которые могут быть владельцами или членами групповых отношений. Связь между между записью-владельцем и записью-членом также имеет вид 1:N .

Основное различие этих моделей состоит в том, что в сетевой модели запись может быть членом более чем одного группового отношения. Согласно этой модели каждое групповое отношение именуется и проводится различие между его типом и экземпляром. Тип группового отношения задается его именем и определяет свойства общие для всех экземпляров данного типа. Экземпляр группового отношения представляется записью-владельцем и множеством (возможно пустым) подчиненных записей. При этом имеется следующее ограничение: экземпляр записи не может быть членом двух экземпляров групповых отношений одного типа (сотрудник не может работать в двух отделах)

Иерархическая структура с картинки выше. преобразовывается в сетевую следующим образом

Деревья (a) и (b), заменяются одной сетевой структурой, в которой запись СОТРУДНИК входит в два групповых отношения; для отображения типа M:N вводится запись СОТРУДНИК_КОНТРАКТ, которая не имеет полей и служит только для связи записей КОНТРАКТ и СОТРУДНИК

Каждый экземпляр группового отношения характеризуется следующими признаками:

• способ упорядочения подчиненных записей :

произвольный,

хронологический /очередь/,

обратный хронологический /стек/,

сортированный.

Если запись объявлена подчиненной в нескольких групповых отношениях, то в каждом из них может быть назначен свой способ упорядочивания.

• режим включения подчиненных записей :

автоматический - невозможно занести в БД запись без того, чтобы она была сразу же закреплена за неким владельцем;

ручной - позволяет запомнить в БД подчиненную запись и не включать ее немедленно в экземпляр группового отношения. Эта операция позже инициируется пользователем).

• режим исключения Принято выделять три класса членства подчиненных записей в групповых отношениях:

Фиксированное. Подчиненная запись жестко связана с записью владельцем и ее можно исключить из группового отношения только удалив. При удалении записи-владельца все подчиненные записи автоматически тоже удаляются. В примере фиксированное членство предполагает групповое отношение "ЗАКЛЮЧАЕТ" между записями "КОНТРАКТ" и "ЗАКАЗЧИК", поскольку контракт не может существовать без заказчика.

Обязательное. Допускается переключение подчиненной записи на другого владельца, но невозможно ее существование без владельца. Для удаления записи-владельца необходимо, чтобы она не имела подчиненных записей с обязательным членством. Таким отношением связаны записи "СОТРУДНИК" и "ОТДЕЛ". Если отдел расформировывается, все его сорудники должны быть либо переведены в другие отделы, либо уволены.

Необязательное. Можно исключить запись из группового отношения, но сохранить ее в базе данных не прикрепляя к другому владельцу. При удалении записи-владельца ее подчиненные записи - необязательные члены сохраняются в базе, не участвуя более в групповом отношении такого типа. Примером такого группового отношения может служить "ВЫПОЛНЯЕТ" между "СОТРУДНИКИ" и "КОНТРАКТ", поскольку в организации могут существовать работники, чья деятельность не связана с выполненинем каких-либо договорных обязательств перед заказчиками.

Операции над данными.

ДОБАВИТЬ - внести запись в БД и, в зависимости от режима включения, либо включить ее в групповое отношение, где она объявлена подчиненной, либо не включать ни в какое групповое отношение.

ВКЛЮЧИТЬ В ГРУППОВОЕ ОТНОШЕНИЕ - связать существующую подчиненную запись с записью-владельцем.

ПЕРЕКЛЮЧИТЬ - связать существующую подчиненную запись с другой записью-владельцем в том же групповом отношении.

ОБНОВИТЬ - изменить значение элементов предварительно извлеченной записи.

ИЗВЛЕЧЬ - извлечь записи последовательно по значению ключа, а также используя групповые отношения - от владельца можно перейти к записям - членам, а от подчиненной записи к владельцу набора.

УДАЛИТЬ - убрать из БД запись. Если эта запись является владельцем группового отношения, то анализируется класс членства подчиненных записей. Обязательные члены должны быть предварительно исключены из группового отношения, фиксированные удалены вместе с владельцем, необязательные останутся в БД.
ИСКЛЮЧИТЬ ИЗ ГРУППОВОГО ОТНОШЕНИЯ - разорвать связь между записью-владельцем и записью-членом.

Ограничения целостности.

Как и в иерархической модели обеспечивается только поддержание целостности по ссылкам (владелец отношения - член отношения).

Основное достоинство сетевой модели – это высокая эффективность затрат памяти и оперативность. Недостаток – сложность и жесткость схемы базы, а также сложность понимания. Кроме того, в этой модели ослаблен контроль целостности, так как в ней допускается устанавливать произвольные связи между записями. Сложность реализации СУБД, сложность механизма доступа к данным., также необходимость на физическом уровне четко определять связи данных

К известным сетевым системам управления базами данных относятся: DBMS, IDMS, TOTAL, VISTA, СЕТЬ, СЕТОР, КОМПАС и др.

Сравнивая иерархические и сетевые базы данных, можно сказать следующее. В целом иерархические и сетевые модели обеспечивают достаточно быстрый доступ к данным. Но поскольку в сетевых базах основная структура представления информации имеет форму сети, в которой каждая вершина (узел) может иметь связь с любой другой, то данные в сетевой базе более равноправны, чем в иерархической, так как доступ к информации может быть осуществлен, начиная с любого узла.

Графовые (иерархические и сетевые) модели реализованы в качестве моделей данных в системах управления базами данных, работающих на больших ЭВМ. Для персональных компьютеров больше распространены реляционные базы данных, хотя имеются и системы управления базами данных, поддерживающих сетевую модель.

Связь между записью-владельцем и записью-членом также имеет вид 1:N.

Основное различие этих моделей состоит в том, что в сетевой модели запись может быть членом более чем одного группового отношения. Согласно этой модели каждое групповое отношение именуется и проводится различие между его типом и экземпляром. Тип группового отношения задается его именем и определяет свойства общие для всех экземпляров данного типа. Экземпляр группового отношения представляется записью-владельцем и множеством (возможно пустым) подчиненных записей. При этом имеется следующее ограничение: экземпляр записи не может быть членом двух экземпляров групповых отношений одного типа (т.е. сотрудник из примера в п..1, например, не может работать в двух отделах).

• деревья (a) и (b), показанные на рис. 4.2 , заменяются одной сетевой структурой, в которой запись СОТРУДНИК входит в два групповых отношения;
• для отображения типа M:N вводится запись СОТРУДНИК_КОНТРАКТ, которая не имеет полей и служит только для связи записей КОНТРАКТ и СОТРУДНИК, (см. рис. 4.3). Отметим, что в этой записи может храниться и полезная информация, например, доля данного сотрудника в общем вознаграждении по данному контракту.

Рис. 4.3.

Каждый экземпляр группового отношения характеризуется следующими признаками:

Способ упорядочения подчиненных записей:

• произвольный,
• хронологический /очередь/,
• обратный хронологический /стек/,
• сортированный.

Если запись объявлена подчиненной в нескольких групповых отношениях, то в каждом из них может быть назначен свой способ упорядочивания.

Режим включения подчиненных записей:

• автоматический - невозможно занести в БД запись без того, чтобы она была сразу же закреплена за неким владельцем;
• ручной - позволяет запомнить в БД подчиненную запись и не включать ее немедленно в экземпляр группового отношения. Эта операция позже инициируется пользователем.

Режим исключения.

Принято выделять три класса членства подчиненных записей в групповых отношениях:

• Фиксированное. Подчиненная запись жестко связана с записью владельцем и ее можно исключить из группового отношения только удалив. При удалении записи -владельца все подчиненные записи автоматически тоже удаляются. В рассмотренном выше примере фиксированное членство предполагает групповое отношение "ЗАКЛЮЧАЕТ" между записями "КОНТРАКТ" и "ЗАКАЗЧИК", поскольку контракт не может существовать без заказчика.
• Обязательное. Допускается переключение подчиненной записи на другого владельца, но невозможно ее существование без владельца. Для удаления записи-владельца необходимо, чтобы она не имела подчиненных записей с обязательным членством. Таким отношением связаны записи "СОТРУДНИК" и "ОТДЕЛ". Если отдел расформировывается, все его сотрудники должны быть либо переведены в другие отделы, либо уволены.
• Необязательное. Можно исключить запись из группового отношения, но сохранить ее в базе данных не прикрепляя к другому владельцу. При удалении записи -владельца ее подчиненные записи - необязательные члены сохраняются в базе, не участвуя более в групповом отношении такого типа. Примером такого группового отношения может служить "ВЫПОЛНЯЕТ" между "СОТРУДНИКИ" и "КОНТРАКТ", поскольку в организации могут существовать работники, чья деятельность не связана с выполнением каких-либо договорных обязательств перед заказчиками.

Операции над данными в сетевой модели БД

Добавить	- внести запись в БД и, в зависимости от режима включения, либо включить ее в групповое отношение, где она объявлена подчиненной, либо не включать ни в какое групповое отношение.
Включить в групповое отношение	- связать существующую подчиненную запись с записью-владельцем.
Переключить	- связать существующую подчиненную запись с другой записью-владельцем в том же групповом отношении.
Обновить	- изменить значение элементов предварительно извлеченной записи.
Извлечь	- извлечь записи последовательно по значению ключа, а также используя групповые отношения - от владельца можно перейти к записям - членам, а от подчиненной записи к владельцу набора.
Удалить	- убрать из БД запись. Если эта запись является владельцем группового отношения, то анализируется класс членства подчиненных записей. Обязательные члены должны быть предварительно исключены из группового отношения, фиксированные удалены вместе с владельцем, необязательные останутся в БД.
Исключить из группового отношения	- разорвать связь между записью-владельцем и записью-членом.

Ограничения целостности

Как и в иерархической модели обеспечивается только поддержание целостности по ссылкам (владелец отношения - член отношения).

Достоинства и недостатки ранних СУБД

Достоинства ранних СУБД:

• развитые средства управления данными во внешней памяти на низком уровне;
• возможность построения вручную эффективных прикладных систем;
• возможность экономии памяти за счет разделения подобъектов (в сетевых системах)

Недостатки ранних СУБД:

• сложность использования;
• высокий уровень требований к знаниям о физической организации БД;
• зависимость прикладных систем от физической организации БД;
• перегруженность логики прикладных систем деталями организации доступа к БД.

Как иерархическая, так и сетевая модель данных предполагает наличие высококвалифицированных программистов. И даже в таких случаях реализация пользовательских запросов часто затягивается на длительный срок.

Объектно-ориентированные СУБД

Появление объектно-ориентированных СУБД вызвано потребностями программистов на ОО-языках, которым были необходимы средства для хранения объектов, не помещавшихся в оперативной памяти компьютера. Также важна была задача сохранения состояния объектов между повторными запусками прикладной программы. Поэтому, большинство ООСУБД представляют собой библиотеку, процедуры управления данными которой включаются в прикладную программу. Примеры реализации ООСУБД как выделеного сервера базы данных крайне редки.

Сразу же необходимо заметить, что общепринятого определения " объектно-ориентированной модели данных " не существует. Сейчас можно говорить лишь о неком "объектном" подходе к логическому представлению данных и о различных объектно-ориентированных способах его реализации.

Мы знаем, что любая модель данных должна включать три аспекта: структурный, целостный и манипуляционный. Посмотрим, как они реализуются на основе объектно-ориентированная парадигмы программирования .

Структура

Структура объектной модели описывается с помощью трех ключевых понятий:

инкапсуляция	- каждый объект обладает некоторым внутренним состоянием (хранит внутри себя запись данных), а также набором методов - процедур, с помощью которых (и только таким образом) можно получить доступ к данным, определяющим внутреннее состояние объекта, или изменить их. Таким образом, объекты можно рассматривать как самостоятельные сущности, отделенные от внешнего мира;
наследование	- подразумевает возможность создавать из классов объектов новые классы объекты, которые наследуют структуру и методы своих предков, добавляя к ним черты, отражающие их собственную индивидуальность. Наследование может быть простым (один предок) и множественным (несколько предков);
полиморфизм	- различные объекты могут по разному реагировать на одинаковые внешние события в зависимости от того, как реализованы их методы.

Целостность данных

Для поддержания целостности объектно-ориентированный подход предлагает использовать следующие средства:

• автоматическое поддержание отношений наследования возможность объявить некоторые поля данных и методы объекта как "скрытые", не видимые для других объектов; такие поля и методы используются только методами самого объекта создание процедур контроля целостности внутри объекта

Средства манипулирования данными

К сожалению, в объектно-ориентированном программировании отсутствуют общие средства манипулирования данными, такие как реляционная алгебра или реляционное счисление. Работа с данными ведется с помощью одного из объектно-ориентированных языков программирования общего назначения, обычно это SmallTalk, C++ или Java.

Подведем теперь некоторые итоги

В объектно-ориентированных базах данных, в отличие от реляционных, хранятся не записи, а объекты. ОО-подход представляет более совершенные средства для отображения реального мира, чем реляционная модель, естественное представление данных. В реляционной модели все отношения принадлежат одному уровню, именно это осложняет преобразование иерархических связей модели "сущность-связь" в реляционную модель. ОО - модель можно рассматривать послойно, на разных уровнях абстракции. Имеется возможность определения новых типов данных и операций с ними.

В то же время, ОО - модели присущ и ряд недостатков :

• отсутствуют мощные непроцедурные средства извлечения объектов из базы. Все запросы приходится писать на процедурных языках, проблема их оптимизации возлагается на программиста;
• вместо чисто декларативных ограничений целостности (типа явного объявления первичных и внешних ключей реляционных таблиц с помощью ключевых слов PRIMARY KEY и REFERENCES ) или полудекларативных триггеров для обеспечения внутренней целостности приходится писать процедурный код.

Очевидно, что оба эти недостатка связаны с отсутствием развитых средств манипулирования данными. Эта задача решается двумя способами - расширение ОО-языков в сторону управления данными (стандарт ODMG), либо добавление объектных свойств в реляционные СУБД (SQL-3, а также так называемые объектно-реляционных СУБД).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Пензенский государственный университет

Факультет вычислительной техники

Кафедра "Информационно-вычислительные системы"

Дисциплина "Базы данных"

Отчет по лабораторной работе № 1

"Операции с базой данных"

Выполнил: ст-ка гр. 13ВЭ1

Юдина С.В.

Принял: к. т. н., доцент

Долгова И.А.

• 1. Цель работы
• Задание
• 2. Выполнение работы
• Создание базы данных
• Регистрация базы данных
• Подключение к базе данных
• Извлечение метаданных
• Удаление базы данных
• Заключение
• Приложения

1. Цель работы

Изучить операции с базами данных в целом. Получить навыки использования приложения "IBExpert" для создания, удаления, регистрации, подключения, извлечения метаданных, резервного копирования и восстановления базы данных СУБД Firebird. Изучить SQL-операторы для создания, подключения и удаления базы данных.

Задание

1) Изучить операции с базами данных в целом.

2) Получить навыки использования приложения "IBExpert" для создания, удаления, регистрации, подключения, извлечения метаданных, резервного копирования и восстановления базы данных СУБД Firebird.

3) Изучить SQL-операторы для создания, подключения и удаления базы данных.

Для варианта 17 исходными данными являются имя файла с БД - YudinaDom1. FDB, Логин - TEAM001, Пароль - slave001.

2. Выполнение работы

Создание базы данных

С помощью инструмента IBExpert была создана база данных. При этом в качестве сервера базы данных использовался удаленный сервер с именем sqledu03.

Файл базы данных имеет имя D: \Data\Лр1\YudinaDom1. FDB, Сервер - удаленный, Имя сервера - sqledu03, Протокол - TCP/IP, Client Library File - C: \Program Files\Firebird\Firebird_2_5\bin\fbclient. dll, Имя пользователя - TEAM001, Пароль - slave001, Размер страницы БД - 16384, Кодировка - WIN1251, Диалект БД - Диалект 3.

База данных зарегистрирована под именем YudinaDom1. FDB. При этом использован сервер Firebird версии 2.5 (См. Приложение A, Рис.1. Создание БД).

Регистрация базы данных

Для регистрации базы данных нужно выбрать пункт меню База данных > Зарегистрировать базу. В результате открывается диалоговое окно "Регистрация базы данных", в котором надо заполнить практически такие же поля, что и при создании базы данных, затем нажать кнопку . После регистрации вся введенная о базе данных информация запоминается приложением IBExpert и в окно "Database Explorer", в дерево на вкладке "Базы" добавляется узел с зарегистрированной базой данных (См. Приложение А, Рис.2. Регистрация БД).

база оператор резервное копирование

Подключение к базе данных

Чтобы подключиться к зарегистрированной базе данных, необходимо выбрать базу данных в списке и выполнить команду База данных > Подключиться к базе. Название подключенной базы данных в окне "Database Explorer" будет выделено жирным шрифтом, а также появятся вложенные узлы с объектами, содержащимися в подключенной базе данных (См. Приложение А, Рис.3. Подключение к БД).

Извлечение метаданных

Для извлечения метаданных используется команда главного меню Инструменты > Извлечение метаданных, которая открывает окно "Извлечение метаданных". В окне устанавливаем флажок "Извлечь всё", затем с помощью выпадающего списка "Извлекать в" выбираем "Script Executive", в которое будут извлечены метаданные, а затем нажимаем кнопку [Начать извлечение] (См. Приложение А, Рис.4. Извлечение метаданных). После извлечения открывается окно "Редактор скриптов", в котором будут находиться извлеченные метаданные. (См. Приложение А, Рис.5. Извлечение метаданных (редактор скриптов)).

Удаление базы данных

Для удаления базы данных необходимо выбрать команду меню База данных > Удалить базу, а затем подтверждаем свое желание в диалоговом окне. (См. Приложение А, Рис.6. Удаление БД (меню База данных)).

Создание базы данных при помощи "Редактора скриптов"

Для создания базы данных необходимо выполнить в приложении IBExpert команду Инструменты > Редактор скриптов, затем ввести команды, создающие базу данных в окне "Редактор скриптов" и нажать кнопку [Выполнить скрипт] (См. Приложение А, Рис.7. Создание БД (редактор скриптов). В результате должно появиться сообщение об успешном выполнении скрипта. Для дальнейшей работы необходимо вновь выполнить регистрацию базы данных и подключиться к ней.

Резервное копирование базы данных и ее восстановление

Для создания резервной копии базы данных с помощью приложения "IBExpert" необходимо выполнить команду меню Службы > Резервирование базы данных, в открывшемся диалоговом окне "Резервирование БД" задать несколько параметров и нажать кнопку [Начать резервное копирование]. В результате будет создан файл с резервной копией (См. Приложение А, Рис.8. Резервное копирование).

Для восстановления базы данных из резервной копии используется команда Службы > Восстановление базы данных. В результате открывается диалоговое окно "Восстановление БД", в котором надо в поле "Restore Info" выбрать строку "Новую базу", в поле "Database file" ввести имя восстанавливаемого файла базы данных (SQLEDU03: D: \DATA\Лр1\YudinaDom1. FDB), в поле "File Name" ввести имя файла, из которого будет восстанавливаться база данных, затем нажать кнопку (См. Приложение А, Рис.9. Восстановление БД).

Файлы, полученные при выполнении лабораторной работы.

Отредактирован сценарий создания базы данных. (См. Приложение А, Рис. 10. Редактор сценария базы данных). Сохранен файл сценария на сервере в папке "ЛР1"с таким же именем, как и имя базы данных, стандартное расширение". sql".

В результате выполнения лабораторной работы были созданы следующие файлы:

1) Сценарий - D: \Data\Лр1\ YudinaDom1. sql

2) БД - D: \Data\Лр1\ YudinaDom1. fdb

3) Резервная копия БД - D: \Data\Лр1\YudinaDom1. fbk

4) Файл с отчетом - D: \Data\Лр1\Отчет1. odt

Ответы на контрольные вопросы

1. Дать определение термина "База данных".

БД - это некоторый набор устойчивых данных, отражающий состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области и используемый прикладными системами какого-либо предприятия.

2. Что означают сокращения СУБД и DBMS?

Система Управления Базами Данных. Database Management System .

3. Какие операции проводятся с базой данных в целом?

Добавление новых данных, удаление, редактирование.

4. Что представляет собой база данных СУБД Firebird? Какой получился размер файла с базой данных? От чего он зависит? Что содержится в файле с базой данных?

СУБД Firebird - это реляционная СУБД, предназначенная для использования в приложениях с архитектурой клиент/сервер. В Firebird база данных представляет собой один или несколько файлов, в которых хранятся данные пользователя и метаданные - 2,40 Мбайта. От количества содержащейся информации. Первичные файлы данных, вторичные файлы данных и файлы журналов.

Размер влияет на эффективность работы СУБД, размер страницы рекомендуется делать равным размеру кластера файловой системы, по умолчанию размер страниц равен 16384.

6. Что надо сделать, чтобы в базе данных можно было хранить символы русского алфавита?

Поле ввода "Кодировка" предназначено для выбора набора символов национального алфавита для текстовых полей базы данных. Русские символы Windows содержатся в кодировке Win1251. Если в это поле ввести NONE, то будет поддерживаться кодировка, используемая операционной системой.

7. Назвать отличия между первым и третьим диалектами базы данных.

В диалекте 3 в отличие от диалекта 1 используется расширенный набор типов данных, различается регистр идентификаторов, записанных в двойных кавычках, а также не поддерживается неявное приведение типов данных.

8. Какие существуют способы создания и удаления базы данных?

Для создания базы данных можно использовать один из двух способов:

1. Выполнить команду База данных > Создать базу в приложении IBExpert, ввести параметры создаваемой базы данных в диалоговом окне "Создание базы данных" и нажать кнопку [OK ].

2. Выполнить в приложении IBExpert команду Инструменты > Редактор скриптов , затем ввести команды, создающие базу данных в окне "Редактор скриптов" и нажать кнопку [Выполнить скрипт ] (F9).

Для удаления:

1. Выполнить в программе "IBExpert" команду меню База данных > Удалить базу, а затем подтвердить свое желание в диалоговом окне.

2. Выполнить SQL-оператор DROP DATABASE.

3. Удалить файл с базой данных вручную.

9. Как указывается путь до файла с базой данных, расположенной на удаленном компьютере?

Имя сервера: Путь к файлу (sqledu03: D: \Data\Лр1\ YudinaDom1. fdb)

10. Какие стандартные расширения имеют файлы баз данных и сценариев?

Файл базы данных". fdb", сценария". sql".

11. Как с помощью приложения "IBExpert" подключиться к имеющейся базе данных, расположенной на локальном компьютере?

Чтобы подключиться к зарегистрированной базе данных, надо выбрать нужную базу данных в списке и выполнить команду База данных > Подключиться к базе , либо сделать двойной щелчок мышкой на имени выбранной базы данных.

12. Какое имя и начальный пароль имеет администратор сервера Firebird?

Имя: SYSDBA, пароль: masterkey.

13. Какие виды комментариев могут содержать файлы сценариев для выполнения операций с базой данных?

Сценарий может содержать поясняющие комментарии двух видов: многострочный комментарий (начинается символами "/*" и заканчивается символами "*/") и однострочный комментарий, который начинается символами " - " и продолжается до конца строки.

14. Сколько системных таблиц содержит созданная база данных? С каких символов они начинаются? Привести названия любых 3-х системных таблиц.

34 таблицы. Начинается с символа "sys.". Примеры: "sys. sysschobjs" - Существует в каждой базе данных. Каждая строка представляет объект базы данных; "sys. sysscalartypes" - Существует в каждой базе данных. Содержит по строке на каждый системный или пользовательский тип данных; "sys. sysowners" - Существует в каждой базе данных. Каждая строка соответствует участнику базы данных.

15. Каковы правила оформления текста сценария?

Выражения в операторе всегда начинается с новой строки, с отступом в 1 позицию от правого края родительского элемента оператора (SELECT, FROM, WHERE, INTO, …). Содержащиеся в сценарии операторы отделяются друг от друга символом ";". При объявлении таблиц наименования столбцов, типы, значения по умолчанию, ограничения Nullable выравниваются по левому краю.

Заключение

В ходе выполнения лабораторной работы были изучены операции с базами данных в целом. Получены навыки использования приложения "IBExpert" для создания, удаления, регистрации, подключения, извлечения метаданных, резервного копирования и восстановления базы данных СУБД Firebird. Изучены SQL-операторы для создания, подключения и удаления базы данных.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Система управления базами данных (СУБД). Программные средства, предназначенные для создания, наполнения, обновления и удаления базы данных. Структура, модели и классификация баз данных. Создание каталогов, псевдонимов, таблиц, шаблонов и форм СУБД.

презентация , добавлен 09.01.2014


Проектирование реляционной базы данных с помощью прикладного программного средства MS ACCESS. Описания особенностей использования запросов для извлечения, изменения и удаления информации из базы данных. Характеристика структуры интерфейса пользователя.

курсовая работа , добавлен 19.11.2012


Классификация баз данных. Выбор системы управления базами данных для создания базы данных в сети. Быстрый доступ и получение конкретной информации по функциям. Распределение функций при работе с базой данных. Основные особенности иерархической модели.

отчет по практике , добавлен 08.10.2014


Язык описания данных Oracle. Предназначение базы данных для хранения информации. Создание и изменение таблиц с помощью операторов Create и Alter table. Правила именования таблицы. Операторы Rename и Truncate. Метод создания и удаления представления.

презентация , добавлен 14.02.2014


Механизм и основные этапы создания и администрирования базы данных для Картотеки книг или библиотеки при помощи средств Microsoft SQL Server. Характеристика данной базы и требования, предъявляемые к ней. Основные операции с исследуемой базой данных.

курсовая работа , добавлен 21.06.2011


Понятие реляционной модели данных, целостность ее сущности и ссылок. Основные этапы создания базы данных, связывание таблиц на схеме данных. Проектирование базы данных книжного каталога "Books" с помощью СУБД Microsoft Access и языка запросов SQL.

курсовая работа , добавлен 25.11.2010


Проектирование физической и логической моделей удаленной базы данных для АЗС. Разработка базы данных в СУБД Firebird с помощью утилиты IBExpert. Создание клиентского приложения для Windows с использованием клиент-серверной технологии в среде C++ Builder.

курсовая работа , добавлен 18.01.2017


Создание базы данных в среде MS Access. Создание и работа с базой данных в ателье. Алгоритм решения задачи. Выбор пакета прикладных программ. Проектирование форм выходных документов с использованием СУБД MS Access. Структура записи таблиц базы данных.

курсовая работа , добавлен 30.01.2009


СУБД - многопользовательские системы управления базой данных, специализирующиеся на управлении массивом информации. Запросы на выборку и изменение данных, формирование отчетов по запросам выборки. Схема базы данных. Программа по управлению базой данных.

реферат , добавлен 27.12.2013


Назначение базы данных для обеспечения работы автобусного парка. Основные возможности админпанели. Выполняемые базой данных и приложением функции. Инфологическое моделирование данных. Описание разработанного web-приложения. Проектирование базы данных.

Реляционная алгебра базируется на теории множеств и является основой логики работы баз данных.
Когда я только изучал устройство баз данных и SQL, предварительное ознакомление с реляционной алгеброй очень помогло дальнейшим знаниям правильно уложиться в голове, и я постараюсь что бы эта статья произвела подобный эффект.

Так что если вы собираетесь начать свое обучение в этой области или вам просто стало интересно, прошу под кат.

Реляционная база данных

Для начала введем понятие реляцинной базы данных, в которой будем выполнять все действия.

Реляционной базой данных называется совокупность отношений, содержащих всю информацию, которая должна хранится в базе. В данном определении нам интересен термин отношение, но пока оставим его без строго определения.
Лучше представим себе таблицу продуктов.

Таблица PRODUCTS

ID	NAME	COMPANY	PRICE
123	Печеньки	ООО ”Темная сторона”	190
156	Чай	ООО ”Темная сторона”	60
235	Ананасы	ОАО ”Фрукты”	100
623	Томаты	ООО ”Овощи”	130

Таблица состоит из 4х строк, строка в таблице является кортежем в реляционной теории. Множество упорядоченных кортежей называется отношением.
Перед тем как дать определение отношения, введем еще один термин - домен. Домены применительно к таблице это столбцы.

Для ясности, теперь введем строгое определение отношения.

Пусть даны N множеств D1,D2, …. Dn (домены), отношением R над этими множествами называется множество упорядоченных N-кортежей вида , где d1 принадлежит D1 и тд. Множества D1,D2,..Dn называются доменами отношения R.
Каждый элемент кортежа представляет собой значение одного из атрибутов, соответствующего одному из доменов.

Ключи в отношениях

В отношении требованием является то, что все кортежи должны различаться. Для однозначной идентификации кортежа существует первичный ключ. Первичный ключ это атрибут или набор из минимального числа атрибутов, который однозначно идентифицирует конкретный кортеж и не содержит дополнительных атрибутов.
Подразумевается, что все атрибуты в первичном ключе должны быть необходимыми и достаточными для идентификации конкретного кортежа, и исключение любого из атрибутов в ключе сделает его недостаточным для идентификации.
Например, в такой таблице ключом будет сочетание атрибутов из первого и второго столбца.

Таблица DRIVERS

Видно, что в организации может быть несколько водителей, и чтобы однозначно идентифицировать водителя необходимо и значение из столбца “Название организации” и из “Имя водителя”. Такой ключ называется составным.

В реляционной БД таблицы взаимосвязаны и соотносятся друг с другом как главные и подчиненные. Связь главной и подчиненнной таблицы осуществляется через первичный ключ (primary key) главной таблицы и внешний ключ (foreign key) подчиненной таблицы.
Внешний ключ это атрибут или набор атрибутов, который в главной таблице является первичным ключем.

Этой подготовительной теории будет достаточно для знакомства с основными операциями реляционной алгебры.

Операции реляционной алгебры

Основные восемь операций реляционной алгебры были предложены Э.Коддом .

• Объединение
• Пересечение
• Вычитание
• Декартово произведение
• Выборка
• Проекция
• Соединение
• Деление

Первая половина операций аналогична таким же операциям над множествами. Часть операций можно выразить через другие операции. Рассмотрим большую часть операций с примерами.

Для понимания важно запомнить, что результатом любой операции алгебры над отношениями является еще одно отношение, которое можно потом так же использовать в других операциях.
Создадим еще одну таблицу, которая нам пригодится в примерах.

Таблица SELLERS

ID	SELLER
123	OOO “Дарт”
156	ОАО ”Ведро”
235	ЗАО “Овоще База”
623	ОАО ”Фирма”

Условимся, что в этой таблице ID это внешний ключ, связанный с первичным ключом таблицы PRODUCTS.

Для начала рассмотрим самую простую операцию - имя отношения. Её результатом будет такое же отношение, то есть выполнив операцию PRODUCTS, мы получим копию отношения PRODUCTS.

Проекция

Проекция является операцией, при которой из отношения выделяются атрибуты только из указанных доменов, то есть из таблицы выбираются только нужные столбцы, при этом, если получится несколько одинаковых кортежей, то в результирующем отношении остается только по одному экземпляру подобного кортежа.
Для примера сделаем проекцию на таблице PRODUCTS выбрав из нее ID и PRICE.

Синтаксис операции:
π (ID, PRICE) PRODUCTS

В условии выборки мы можем использовать любое логическое выражение. Сделаем еще одну выборку с ценой больше 90 и ID товара меньше 300:

σ (PRICE>90 ^ ID<300) PRODUCTS

Умножение

Умножение или декартово произведение является операцией, производимой над двумя отношениями, в результате которой мы получаем отношение со всеми доменами из двух начальных отношений. Кортежи в этих доменах будут представлять из себя все возможные сочетания кортежей из начальных отношений. На примере будет понятнее.

Получим декартово произведения таблиц PRODUCTS и SELLERS.
Синтаксис операции:

PRODUCTS × SELLERS
Можно заметить, что у двух этих таблиц есть одинаковый домен ID. В подобной ситуации домены с одинаковыми названиями получают префикс в виде названия соответствующего отношения, как показано ниже.
Для краткости перемножим не полные отношения, а выборки с условием ID<235

(цветом выделены одни и те же кортежи)

PRODUCTS.ID	NAME	COMPANY	PRICE	SELLERS.ID	SELLER
123	Печеньки	ООО ”Темная сторона”	190	123	OOO “Дарт”
156	Чай	ООО ”Темная сторона”	60	156	ОАО ”Ведро”
123	Печеньки	ООО ”Темная сторона”	190	156	ОАО ”Ведро”
156	Чай	ООО ”Темная сторона”	60	123	OOO “Дарт”

Для примера использования этой операции представим себе необходимость выбрать продавцов с ценами меньше 90. Без произведения необходимо было бы сначала получить ID продуктов из первой таблицы, потом по этим ID из второй таблицы получить нужные имена SELLER, а с использованием произведения будет такой запрос:

π (SELLER) σ (RODUCTS.ID=SELLERS.ID ^ PRICE<90) PRODUCTS × SELLERS

В результате этой операции получим отношение:

SELLER

ОАО ”Ведро”

Соединение и естественное соединение

Операция соединения обратна операции проекции и создает новое отношение из двух уже существующих. Новое отношение получается конкатенацией кортежей первого и второго отношений, при этом конкатенации подвергаются отношения, в которых совпадают значения заданных атрибутов. В частности, если соединить отношения PRODUCTS и SELLERS, этими атрибутами будут атрибуты доменов ID.

Также для понятности можно представить соеднинение как результат двух операций. Сначала берется произведение исходных таблиц, а потом из полученного отношения мы делаем выборку с условием равенства атрибутов из одинаковых доменов. В данном случае условием явлется равенство PRODUCTS.ID и SELLERS.ID.

Попробуем соединить отношения PRODUCTS и SELLERS и получим отношение.

PRODUCTS.ID	NAME	COMPANY	PRICE	SELLERS.ID	SELLER
123	Печеньки	ООО ”Темная сторона”	190	123	OOO “Дарт”
156	Чай	ООО ”Темная сторона”	60	156	ОАО ”Ведро”
235	Ананасы	ОАО ”Фрукты”	100	235	ЗАО “Овоще База”
623	Томаты	ООО ”Овощи”	130	623	ОАО ”Фирма”

Натуральное соединение получает схожее отношение, но в случае, если у нас корректно настроена схема в базе (в данном случае первичный ключ таблицы PRODUCTS ID связан с внешним ключем таблицы SELLERS ID), то в результирующем отношении остается один домен ID.

Синтаксис операции:
PRODUCTS ⋈ SELLERS;

Получится такое отношение:

PRODUCTS.ID	NAME	COMPANY	PRICE	SELLER
123	Печеньки	ООО ”Темная сторона”	190	OOO “Дарт”
156	Чай	ООО ”Темная сторона”	60	ОАО ”Ведро”
235	Ананасы	ОАО ”Фрукты”	100	ЗАО “Овоще База”
623	Томаты	ООО ”Овощи”	130	ОАО ”Фирма”

Пересечение и вычитание.

Результатом операции пересечения будет отношение, состоящее из кортежей, полностью входящих в состав обоих отношений.
Результатом вычитания будет отношение, состоящее из кортежей, которые являются кортежами первого отношения и не являются кортежами второго отношения.
Данные операции аналогичны таким же операциям над множествам, так что, я думаю, нет необходимости подробно их расписывать.

Источники информации

• Основы использования и проектирования баз данных - В. М. Илюшечкин
• курс лекций Introduction to Databases - Jennifer Widom, Stanford University

Буду благодарен за аргументированные замечания

Реляционная алгебра, как нетрудно догадаться, – это особая разновидность алгебры, в которой все операции производятся над реляционными моделями данных, т. е. над отношениями.

В табличных терминах отношение включает в себя строки, столбцы и строку – заголовок столбцов. Поэтому естественными унарными операциями являются операции выбора определенных строк или столбцов, а также смены заголовков столбцов – переименования атрибутов.

1. Унарная операция выборки

Первой унарной операцией, которую мы рассмотрим, является операция выборки – операция выбора строк из таблицы, представляющей отношение, по какому-либо принципу, т. е. выбор строк-кортежей, удовлетворяющих определенному условию или условиям.

Оператор выборки обозначается ? <P >, условие выборки – P <S >, т. е., оператор ? берется всегда с определенным условием на кортежи P , а само условие P записывается зависящим от схемы отношения S . С учетом всего этого сама операция выборки над схемой отношения S применительно к отношению r

? <P >r (S ) ? ? <P >r = {t (S ) |t ? r & P <S >t } = {t (S ) |t ? r & IfNull (P <S >t , False };

Результатом этой операции будет новое отношение с той же схемой отношения S , состоящее из тех кортежей t (S ) исходного отношения-операнда, которые удовлетворяют условию выборки Pt . Понятно, что для того, чтобы применить какое-то условие к кортежу, необходимо подставить значения атрибутов кортежа вместо имен атрибутов.

Чтобы лучше понять принцип работы этой операции, приведем пример. Пусть дана следующая схема отношения:

S : Сессия (№ зачетной книжки, Фамилия, Предмет, Оценка).

Условие выборки возьмем такое:

P <S > = (Предмет = ‘Информатика’ and Оценка > 3).

Нам необходимо из исходного отношения-операнда выделить те кортежи, в которых содержится информация о студентах, сдавших предмет «Информатика» не ниже, чем на три балла.

Пусть также дан следующий кортеж из этого отношения:

t 0 (S ) ? r (S

Применяем наше условие выборки к кортежу t 0 , получаем:

Pt 0 = (‘Базы данных’ = ‘Информатика’ and 5 > 3);

На данном конкретном кортеже условие выборки не выполняется.

А вообще результатом этой конкретной выборки

? <Предмет = "Информатика" and Оценка > 3 > Сессия

будет таблица «Сессия», в которой оставлены строки, удовлетворяющие условию выборки.

2. Унарная операция проекции

Еще одна стандартная унарная операция, которую мы изучим, – это операция проекции. Операция проекции – это операция выбора столбцов из таблицы, представляющей отношение, по какому-либо признаку. А именно машина выбирает те атрибуты (т. е. буквально те столбцы) исходного отношения-операнда, которые были указаны в проекции.

Оператор проекции обозначается [S" ] или ? . Здесь S" – подсхема исходной схемы отношения S , т. е. ее некоторые столбцы. Что это означает? Это означает, что у S’ атрибутов меньше, чем у S , потому что в S" остались только те из них, для которых выполнилось условие проекции. А в таблице, представляющей отношение r (S" ), строк столько же, сколько их у таблицы r (S ), а столбцов – меньше, так как остались только соответствующие оставшимся атрибутам. Таким образом, оператор проекции ?< S"> применительно к отношению r (S ) дает в результате новое отношение с другой схемой отношения r (S" ), состоящее из проекций t (S ) [S" ] кортежей исходного отношения. Как определяются эти проекции кортежей? Проекция любого кортежа t (S ) исходного отношения r (S ) на подсхему S" определяется следующей формулой:

t (S ) [S’ ] = {t (a )|a ? def (t ) ? S ’}, S " ?S .

Важно заметить, что дубликаты кортежей из результата исключаются, т. е. в таблице, представляющей новое, результирующее отношение повторяющихся строк не будет.

С учетом всего вышесказанного, операция проекции в терминах систем управления базами данных будет выглядеть следующим образом:

? <S" >r (S ) ? ? <S’ >r ? r (S ) [S ’] ? r [S" ] = {t (S ) [S’ ] | t ? r };

Рассмотрим пример, иллюстрирующий принцип работы операции выборки.

Пусть дано отношение «Сессия» и схема этого отношения:

S : Сессия (№ зачетной книжки, Фамилия, Предмет, Оценка);

Нас будут интересовать только два атрибута из этой схемы, а именно «№ зачетной книжки» и «Фамилия» студента, поэтому подсхема S" будет выглядеть следующим образом:

S" : (№ зачетной книжки, Фамилия).

Нужно исходное отношение r (S ) спроецировать на подсхему S" .

t 0 (S ) ? r (S ): {(№ зачетной книжки: 100), (Фамилия: ‘Иванов’), (Предмет: ‘Базы данных’), (Оценка: 5)};

Значит, проекция этого кортежа на данную подсхему S" будет выглядеть следующим образом:

t 0 (S ) S" : {(№ зачетной книжки: 100), (Фамилия: ‘Иванов’)};

Если говорить об операции проекции в терминах таблиц, то проекция Сессия [№ зачетной книжки, Фамилия] исходного отношения – это таблица Сессия, из которой вычеркнуты все столбцы, кроме двух: № зачетной книжки и Фамилия. Кроме того, все дублирующиеся строки также удалены.

3. Унарная операция переименования

И последняя унарная операция, которую мы рассмотрим, – это операция переименования атрибутов . Если говорить об отношении как о таблице, то операция переименования нужна для того, чтобы поменять названия всех или некоторых столбцов.

Оператор переименования выглядит следующим образом: ?>, здесь ? - функция переименования .

Эта функция устанавливает взаимно-однозначное соответствие между именами атрибутов схем S и S, где соответственно S - схема исходного отношения, а S - схема отношения с переименованными атрибутами. Таким образом, оператор ? <?> в применении к отношению r (S ) дает новое отношение со схемой S , состоящее из кортежей исходного отношения только с переименованными атрибутами.

Запишем операцию переименования атрибутов в терминах систем управления базами данных:

? <? > r (S ) ? ? <? >r = {? <? > t (S )| t ? r };

Приведем пример использования этой операции:

Рассмотрим уже знакомое нам отношение Сессия, со схемой:

S: Сессия (№ зачетной книжки, Фамилия, Предмет, Оценка);

Введем новую схему отношения S, с другими именами атрибутов, которые мы бы хотели видеть вместо имеющихся:

S:

Например, заказчик базы данных захотел в вашем готовом отношении видеть другие названия. Чтобы воплотить в жизнь этот заказ, необходимо спроектировать следующую функцию переименования:

? : (№ зачетной книжки, Фамилия, Предмет, Оценка) > (№ ЗК, Фамилия, Предмет, Балл);

Фактически, требуется поменять имя только у двух атрибутов, поэтому законно будет записать следующую функцию переименования вместо имеющейся:

? : (№ зачетной книжки, Оценка) > (№ ЗК, Балл);

t 0 (S ) ? r (S ): {(№ зачетной книжки: 100), (Фамилия: ‘Иванов’), (Предмет: ‘Базы данных’), (Оценка: 5)};

Применим оператор переименования к этому кортежу:

? t 0 (S ): {(№ ЗК: 100), (Фамилия: ‘Иванов’), (Предмет: ‘Базы данных’), (Балл: 5)};

Итак, это один из кортежей нашего отношения, у которого переименовали атрибуты.

В табличных терминах отношение

? < № зачетной книжки, Оценка > «№ ЗК, Балл > Сессия -

это новая таблица, полученная из таблицы отношения «Сессия», переименованием указанных атрибутов.

4. Свойства унарных операций

У унарных операций, как и у любых других, есть определенные свойства. Рассмотрим наиболее важные из них.

Первым свойством унарных операций выборки, проекции и переименования является свойство, характеризующее соотношение мощностей отношений. (Напомним, что мощность – это количество кортежей в том или ином отношении.) Понятно, что здесь рассматривается соответственно отношение исходное и отношение, полученное в результате применения той или иной операции.

Заметим, что все свойства унарных операций следуют непосредственно из их определений, поэтому их можно легко объяснить и даже при желании вывести самостоятельно.

1) соотношение мощностей:

а) для операции выборки: | ? <P >r |? |r |;

б) для операции проекции: | r [S" ] | ? |r |;

в) для операции переименования: | ? <? >r | = |r |;

Итого, мы видим, что для двух операторов, а именно для оператора выборки и оператора проекции, мощность исходных отношений – операндов больше, чем мощность отношений, получаемых из исходных применением соответствующих операций. Это происходит потому, что при выборе, сопутствующему действию этих двух операций выборки и проекции, происходит исключение некоторых строк или столбцов, не удовлетворивших условиям выбора. В том случае, когда условиям удовлетворяют все строки или столбцы, уменьшения мощности (т. е. количества кортежей) не происходит, поэтому в формулах неравенство нестрогое.

В случае же операции переименования, мощность отношения не изменяется, за счет того, что при смене имен никакие кортежи из отношения не исключаются;

2) свойство идемпотентности:

а) для операции выборки: ? <P > ? <P >r = ? <P >;

б) для операции проекции: r [S’ ] [S’ ] = r [S" ];

в) для операции переименования в общем случае свойство идемпотентности неприменимо.

Это свойство означает, что двойное последовательное применение одного и того же оператора к какому-либо отношению равносильно его однократному применению.

Для операции переименования атрибутов отношения, вообще говоря, это свойство может быть применено, но обязательно со специальными оговорками и условиями.

Свойство идемпотентности очень часто используется для упрощения вида выражения и приведения его к более экономичному, актуальному виду.

И последнее свойство, которое мы рассмотрим, – это свойство монотонности. Интересно заметить, что при любых условиях все три оператора монотонны;

3) свойство монотонности:

а) для операции выборки: r 1 ? r 2 ? ? <P > r 1 ? ? <P >r 2 ;

б) для операции проекции: r 1 ? r 2 ? r 1 [S" ] ? r 2 [S" ];

в) для операции переименования: r 1 ? r 2 ? ? <? >r 1 ? ? <? >r 2 ;

Понятие монотонности в реляционной алгебре аналогично этому же понятию из алгебры обычной, общей. Поясним: если изначально отношения r 1 и r 2 были связаны между собой таким образом, что r ? r 2 , то и после применения любого их трех операторов выборки, проекции или переименования это соотношение сохранится.