Основные компоненты реляционного отношения
Реляционная модель данных – логическая модель данных. Впервые была предложена британским учёным сотрудником компании IBM Эдгаром Франком Коддом (E. F. Codd) в 1970 году в статье "A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks" (русский перевод статьи, в которой она впервые описана, опубликован в журнале "СУБД" N 1 за 1995 г.). В настоящее время эта модель является фактическим стандартом, на который ориентируются практически все современные коммерческие СУБД.
В реляционной модели достигается гораздо более высокий уровень абстракции данных, чем в иерархической или сетевой. В упомянутой статье Е.Ф. Кодда утверждается, что "реляционная модель предоставляет средства описания данных на основе только их естественной структуры, т.е. без потребности введения какой-либо дополнительной структуры для целей машинного представления". Другими словами, представление данных не зависит от способа их физической организации. Это обеспечивается за счет использования математической теории отношений (само название "реляционная" происходит от английского relation – "отношение").
В состав реляционной модели данных обычно включают теорию нормализации.
Кристофер Дейт определил три составные части реляционной модели данных:
Структурная часть модели определяет, что единственной структурой данных является нормализованное n-арное отношение. Отношения удобно представлять в форме таблиц, где каждая строка есть кортеж, а каждый столбец – атрибут, определенный на некотором домене. Данный неформальный подход к понятию отношения дает более привычную для разработчиков и пользователей форму представления, где реляционная база данных представляет собой конечный набор таблиц.
Манипуляционная часть модели определяет два фундаментальных механизма манипулирования данными – реляционная алгебра и реляционное исчисление. Основной функцией манипуляционной части реляционной модели является обеспечение меры реляционности любого конкретного языка реляционных БД: язык называется реляционным, если он обладает не меньшей выразительностью и мощностью, чем реляционная алгебра или реляционное исчисление.
Целостная часть модели определяет требования целостности сущностей и целостности ссылок. Первое требование состоит в том, что любой кортеж любого отношения отличим от любого другого кортежа этого отношения, т.е. другими словами, любое отношение должно обладать первичным ключом. Требование целостности по ссылкам, или требование внешнего ключа состоит в том, что для каждого значения внешнего ключа, появляющегося в ссылающемся отношении, в отношении, на которое ведет ссылка, должен найтись кортеж с таким же значением первичного ключа, либо значение внешнего ключа должно быть неопределенным (т.е. ни на что не указывать).
Можно провести аналогию между элементами реляционной модели данных и элементами модели "сущность-связь". Реляционные отношения соответствуют наборам сущностей, а кортежи – сущностям. Поэтому, также как и в модели "сущность-связь" столбцы в таблице, представляющей реляционное отношение, называют атрибутами.
Основными понятиями реляционных баз данных являются: отношение, тип данных, атрибут, домен, кортеж, первичный и внешний ключ
Реляционная модель основана на математическом понятии отношения, физическим представлением которого является таблица. 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.
Понятие тип данных в реляционной модели данных полностью адекватно понятию типа данных в языках программирования. В современных реляционных БД допускается хранение символьных, числовых данных, специализированных числовых данных (денежный), а также специальных данных (дата, время, временной интервал).
Домен — это набор всех допустимых значений, которые может содержать данный атрибут.
Понятие «домен» часто путают с понятием «тип данных». Необходимо четко различать эти два понятия.
Тип данных — это физическая концепция, а домен — логическая. Например, «целое число» — это тип данных, а «возраст» — это домен. Сущности Адрес и Фамилия могут быть реализованы как текстовые поля, однако очевидно, что это разные виды текстовых полей, и принадлежат они к разным доменам.
Для любых двух доменов можно сравнивать определенные для них атрибуты, и выполнять логические операции. Если над атрибутами двух доменов можно выполнять логические операции, то это домены, имеющие совместимый тип данных.
Кортеж – это строка отношения.
Элементами отношения являются кортежи, или строки таблицы. В отношении Группа каждая строка содержит пять значений, по одному для каждого атрибута. Кортежи могут располагаться в любом порядке, при этом отношение будет оставаться тем же самым, а значит, и иметь тот же смысл. Кортежи называются расширением (extension), состоянием (state) или телом отношения, которое со временем изменяется.
Степень отношения определяется количеством атрибутов, которое оно содержит. Отношение Группа (рисунок 6.1) имеет пять атрибутов, и, следовательно, его степень равна пяти. Это значит, что каждая строка таблицы является пятиэлементным кортежем, т.е. кортежем, содержащим пять значения.
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 (n-агу). Определение степени отношения является частью заголовка отношения.
Кардинальность – это количество кортежей, которое содержится в отношении.
Эта характеристика меняется при каждом добавлении или удалении кортежей. Кардинальность является свойством тела отношения и определяется текущим состоянием отношения в произвольно взятый момент.
Существует еще одна терминология: отношение в нем называется файлом (file), кортежи — записями (records), а атрибуты — полями (fields). Эта терминология основана на том факте, что физически реляционная СУБД может хранить каждое отношение в отдельном файле. В табл. 6.2 показаны соответствия, существующие между тремя группами терминов.
Каждый атрибут определен на домене, поэтому домен можно рассматривать как множество допустимых значений данного атрибута. Несколько атрибутов одного отношения и даже атрибуты разных отношений могут быть определены на одном и том же домене.
В примере, показанном на рисунке, атрибуты "Оклад" и "Премия" определены на домене "Деньги". Поэтому, понятие домена имеет семантическую нагрузку: данные можно считать сравнимыми только тогда, когда они относятся к одному домену. Таким образом, в рассматриваемом нами примере сравнение атрибутов "Табельный номер" и "Оклад" является семантически некорректным, хотя они и содержат данные одного типа.
Именованное множество пар "имя атрибута – имя домена" называется схемой отношения. Мощность этого множества - называют степенью или "арностью" отношения. Набор именованных схем отношений представляет из себя схему базы данных.
Атрибут, значение которого однозначно идентифицирует кортежи, называется ключевым (или просто ключом). В нашем случае ключом является атрибут "Табельный номер", поскольку его значение уникально для каждого работника предприятия. Если кортежи идентифицируются только сцеплением значений нескольких атрибутов, то говорят, что отношение имеет составной ключ. Отношение может содержать несколько ключей. Всегда один из ключей объявляется первичным, его значения не могут обновляться. Все остальные ключи отношения называются возможными ключами.
В отличие от иерархической и сетевой моделей данных в реляционной отсутствует понятие группового отношения. Для отражения ассоциаций между кортежами разных отношений используется дублирование их ключей.
Пример базы данных, содержащей сведения о подразделениях предприятия и работающих в них сотрудниках, применительно к реляционной модели будет иметь вид:
Например, связь между отношениями ОТДЕЛ и СОТРУДНИК создается путем копирования первичного ключа "Номер_отдела" из первого отношения во второе. Таким образом:
Атрибуты, представляющие собой копии ключей других отношений, называются внешними ключами.
Достоинства реляционной модели:
Недостатки реляционной модели:
