Другие виды БД

· Пространственная (англ. spatial database): БД, в которой поддерживаются пространственные свойства сущностей предметной области. Такие БД широко используются в геоинформационных системах.

· Временная, или темпоральная (англ. temporal database): БД, в которой поддерживается какой-либо аспект времени, не считая времени, определяемого пользователем.

· Пространственно-временная (англ. spatial-temporal database) БД: БД, в которой одновременно поддерживается одно или более измерений в аспектах как пространства, так и времени.

· Циклическая (англ. round-robin database): БД, объём хранимых данных которой не меняется со временем, поскольку в процессе сохранения новых данных они заменяют более старые данные. Одни и те же ячейки для данных используются циклически.

Сверхбольшие базы данных

Сверхбольшая база данных (англ. Very Large Database, VLDB) — это база данных, которая занимает чрезвычайно большой объём на устройстве физического хранения. Термин подразумевает максимально возможные объёмы БД, которые определяются последними достижениями в технологиях физического хранения данных и в технологиях программного оперирования данными.

Количественное определение понятия «чрезвычайно большой объём» меняется во времени; в настоящее время считается, что это объём, измеряемый по меньшей мере петабайтами. Для сравнения, в 2005 г. самыми крупными в мире считались базы данных с объёмом хранилища порядка 100 терабайт.^[12]

Специалисты отмечают необходимость особых подходов к проектированию сверхбольших БД. Для их создания нередко выполняются специальные проекты с целью поиска таких системотехнических решений, которые позволили бы хоть как-то работать с такими большими объёмами данных. Как правило, необходимы специальные решения для дисковой подсистемы, специальные версии операционной среды и специальные механизмы обращения СУБД к данным.

Исследования в области хранения и обработки сверхбольших баз данных VLDB всегда находятся на острие теории и практики баз данных. В частности, с 1975 годапроходит ежегодная конференция International Conference on Very Large Data Bases («Международная конференция по сверхбольшим базам данных»). Большинство исследований проводится под эгидой некоммерческой организации VLDB Endowment (Фонд целевого капитала «VLDB»), которая обеспечивает продвижение научных работ и обмен информацией в области сверхбольших БД и смежных областях.

6.

Выбор модели данных зависит от объема информации, сложности ре-

шаемых задач и имеющегося технического и программного обеспечения.

Сетевая модель данных базируется на табличных и графовых представ-

лениях. Вершинам графа соответствуют объекты, представленные таблицами,

а дугам соответствуют связи между объектами. Ограниченность сетевой мо-

дели состоит в невозможности непосредственного представления связей меж-

ду объектами типа «многие-ко-многим».

Иерархическая модель данных представляется упорядоченным деревом.

Отличие иерархической модели от сетевой состоит в том, что в иерар-

хической модели любой объект может подчиняться только одному объекту

вышестоящего уровня, а в сетевой – любой объект может быть подчинен не-

скольким объектам.

7.

Выбор модели данных зависит от объема информации, сложности ре-

шаемых задач и имеющегося технического и программного обеспечения

Реляционная модель данных базируется на отношениях и их представ-

лении таблицами. Реляционная модель данных впервые была предложена

Е. Коддом. Единственным средством структуризации данных в реляционной

модели является отношение. Отношения обладают всеми свойствами мно-

жеств. Важнейшее свойство языков данных реляционной модели – возмож-

ность определять новые отношения, основываясь на существующих отноше-

ниях и используя реляционную алгебру или реляционное исчисление.

Реляционная модель данных является совокупностью простейших дву-

мерных таблиц – отношений (объектов модели).

В теории множеств таблице соответствует термин отношение (relation),

который дал название модели.

8. Классификация атрибутов реляционной БД

• Атрибут (Attribute) - определенная часть информации о некотором объекте - например, адрес клиента или зарплата сотрудника. Атрибут обычно хранится в виде столбца или поля таблицы.

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.

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.

В реляционной теории первичный ключ — минимальный набор атрибутов, однозначно идентифицирующий кортеж в отношении.

В концептуальной модели первичный ключ — минимальный набор атрибутов сущности, однозначно идентифицирующий экземпляр сущности.

9. Реляционная алгебра — замкнутая система операций над отношениями в реляционной модели данных. Операции реляционной алгебры также называют реляционными операциями. (Реляционная модель данных (РМД) — логическая модель данных, прикладная теория построения баз данных, которая является приложением к задачам обработки данных таких разделов математики как теории множеств и логика первого порядка.)

Выборка (или ограничение)

Операция выборки применяется к одному отношению R и определяет результирующее отношение, которое содержит только те кортежи (строки) из отношения R, которые удовлетворяют заданному условию (предикату).

• Выборка (горизонтальное подмножество). Результат — выбираются записи, отвечающие определенным условиям.

Проекция

Операция проекции применяется к одному отношению R и определяет новое отношение, содержащее вертикальное подмножество отношения R, создаваемое посредством извлечения значений указанных атрибутов и исключения из результата строк-дубликатов.

· Проекция (вертикальное подмножество). Результат — отношение, содержащее часть полей из исходных таблиц.

10. Реляционная алгебра — замкнутая система операций над отношениями в реляционной модели данных. Операции реляционной алгебры также называют реляционными операциями.

Объединение

Объединение двух отношений R и S определяет новое отношение, которое включает все кортежи, содержащиеся только в R, только в S, одновременно в R и S, причем все дубликаты кортежей исключены. При этом отношения R и S должны быть совместимыми по объединению. Если R и S включают, соответственно, I и J кортежей, то объединение этих отношений можно получить, собрав все кортежи в одно отношение, которое может содержать не более (I + J) кортежей. Объединение возможно, только если схемы двух отношений совпадают, т.е. состоят из одинакового количества атрибутов, причем каждая пара соответствующих атрибутов имеет одинаковый домен. Отметим, что в определении совместимости по объединению не указано, что атрибуты должны иметь одинаковые имена. В некоторых случаях для получения двух совместимых по объединению отношений может быть использована операция проекции.

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

Пересечение

Операция пересечения определяет отношение, которое содержит кортежи, присутствующие как в отношении R, так и в отношении S. Отношения R и S должны быть совместимыми по объединению.

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

Разность

Разность двух отношений R и S состоит из кортежей, которые имеются в отношении R, но отсутствуют отношении S. Причем отношения R и S должны быть совместимыми по объединению.

· Вычитание таблиц с одинаковой структурой. Результат — выбираются те записи, которых нет в вычитаемом.

11.

Реляционная алгебра — замкнутая система операций над отношениями в реляционной модели данных. Операции реляционной алгебры также называют реляционными операциями.

Выборка (или ограничение)

Операция выборки применяется к одному отношению R и определяет результирующее отношение, которое содержит только те кортежи (строки) из отношения R, которые удовлетворяют заданному условию (предикату).

Операции соединения

Как правило, пользователей интересует лишь некоторая часть всех комбинаций кортежей декартова произведения, которая удовлетворяет заданному условию. Поэтому вместо декартова произведения обычно используется одна из самых важных операций реляционной алгебры — операция соединения. В результате ее выполнения на базе двух исходных отношений создается некоторое новое отношение. Операция соединения является производной от операции декартова произведения, так как она эквивалентна операции выборки из декартова произведения двух операндов-отношений тех кортежей, которые удовлетворяют условию, указанному в предикате соединения в качестве формулы выборки. С точки зрения эффективной реализации в реляционных СУБД эта операция является одной из самых сложных и часто оказывается одной из основных причин, вызывающих проблемы с производительностью, свойственные всем реляционным системам.

Ниже перечислены различные типы операций соединения, которые несколько отличаются друг от друга и могут быть в той или иной степени полезны.

Тета-соединение(theta join).

Соединение по эквивалентности (equijoin), которое является частным видом тета-соединения.

Естественное соединение (natural join).

Внешнее соединение (outer join).

Полусоединение (semijoin).

Тета-соединение

Операция тета-соединения определяет отношение, которое содержит кортежи из декартова произведения отношений и S, удовлетворяющие предикату F.

Если предикат F содержит только операцию сравнения по равенству, то соединение называется соединением по эквивалентности (equi-join).

Естественное соединение

Естественным соединением называется соединение по эквивалентности двух отношений R и S, выполненное по всем общим атрибутам х, из результатов которого исключается по одному экземпляру каждого общего атрибута.

Степенью естественного соединения называется сумма степеней операндов-отношений R и S за вычетом количества атрибутов х.

Внешнее соединение

При соединении двух отношений часто возникает такая ситуация, что для кортежа одного отношения не находится соответствующий кортеж в другом отношении. Иначе говоря, в столбцах соединения оказываются несовпадающие значения. Но иногда может потребоваться, чтобы строка из одного отношения была представлена в результатах соединения, даже если в другом отношении нет совпадающего значения. Эта цель может быть достигнута с помощью внешнего соединения.

Невозможно разобрать выражение (неизвестная ошибка): ~R \supset \vartriangleleft S. Левым внешним соединением называется соединение, при котором в результирующее отношение включаются также кортежи отношения R, не имеющие совпадающих значений в общих столбцах отношения S.

Для обозначения отсутствующих значений во втором отношении используется значение NULL.

Преимуществом внешнего соединения является сохранение исходных кортежей, которые были бы исключены в результате выполнения при использовании других типов соединения.

Полусоединение

Операция полусоединения определяет отношение, содержащее те кортежи отношения R, которые входят в соединение отношений R и s. Преимущество полусоединения заключается в том, что оно позволяет сократить количество кортежей, которые нужно обработать для получения соединения. Это особенно полезно при вычислении соединений в распределенных системах. Основное преимущество полусоединений в распределенной системе – это сокращение размеров операндов, участвующих в соединениях, и, следовательно, коммуникационных затрат. Однако в более современных методах, учитывающих, наряду с коммуникационным расходами, также и затраты на локальную обработку, полусоединения не используются, поскольку они приводят к увеличению объема локальной обработки.

12. Функциональные зависимости отношения

Функциона́льная зави́симость — концепция, лежащая в основе многих вопросов, связанных с реляционными базами данных, включая, в частности, их проектирование. Математически представляет бинарное отношение между множествами атрибутов данного отношения и является, по сути, связью типа «один ко многим». Их использование обусловлено тем, что они позволяют формально и строго решить многие проблемы.

13. Ключи отношения

Ключ отношения - атрибут отношения, однозначно идентифицирующий каждый из его кортежей. Составнойключ состоит из нескольких атрибутов.

Кортеж — [tuple, ordered sequence] упорядоченный набор элементов любой природы.

Атрибут, значение которого однозначно идентифицирует кортежи, называется ключевым (или просто ключом). 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.

Под первичным ключом понимают поле или набор полей, однозначно (уникально) идентифицирующих запись. Первичный ключ должен быть минимально достаточным: в нем не должно быть полей, удаление которых из первичного ключа не отразится на его уникальности.

Возможный ключ сущности - это один или несколько атрибутов, чьи значения однозначно определяют каждый экземпляр сущности., Например, НОМЕР_ЗАКАЗА_НА_ПОКУПКУ может однозначно определить экземпляр сущности ЗАКАЗ_НА_ПОКУПКУ. Комбинация атрибутов НОМЕР_СЧЕТА и НОМЕР_ЧЕКА может однозначно определить экземпляр сущности ЧЕК.

Возможный ключ — в теории реляционных баз данных — атрибут(поле) или несколько атрибутов (полей) отношения (таблицы), совокупность значений которых отвечает требованиям, предъявляемым к первичному ключу, то есть является уникальной для каждой записи в таблице.

14. Первая и вторая нормальные формы отношений

Нормальная форма — свойство отношения в реляционной модели данных, характеризующее его с точки зрения избыточности, потенциально приводящей к логически ошибочным результатам выборки или изменения данных. Нормальная форма определяется как совокупность требований, которым должно удовлетворять отношение.

Первая нормальная форма (1NF)

Переменная отношения находится в первой нормальной форме (1НФ) тогда и только тогда, когда в любом допустимом значении отношения каждый его кортеж содержит только одно значение для каждого из атрибутов.

В реляционной модели отношение всегда находится в первой нормальной форме по определению понятия отношение. Что же касается различных таблиц, то они могут не быть правильными представлениями отношений и, соответственно, могут не находиться в 1НФ.

Вторая нормальная форма (2NF)

Переменная отношения находится во второй нормальной форме тогда и только тогда, когда она находится в первой нормальной форме, и каждый неключевой атрибут неприводимо (функционально полно) зависит от ее потенциального ключа.

15.

Третья нормальная форма (3NF)

Переменная отношения находится в третьей нормальной форме тогда и только тогда, когда она находится во второй нормальной форме, и отсутствуют транзитивные функциональные зависимости неключевых атрибутов от ключевых.

16. Алгоритм нормализации к третьей нормальной форме отношения

Алгоритм нормализации (приведение к 3НФ)

Итак, алгоритм нормализации (т.е. алгоритм приведения отношений к 3НФ) описывается следующим образом.

Шаг 1 (Приведение к 1НФ). На первом шаге задается одно или несколько отношений, отображающих понятия предметной области. По модели предметной области (не по внешнему виду полученных отношений!) выписываются обнаруженные функциональные зависимости. Все отношения автоматически находятся в 1НФ.

Шаг 2 (Приведение к 2НФ). Если в некоторых отношениях обнаружена зависимость атрибутов от части сложного ключа, то проводим декомпозицию этих отношений на несколько отношений следующим образом: те атрибуты, которые зависят от части сложного ключа выносятся в отдельное отношение вместе с этой частью ключа. В исходном отношении остаются все ключевые атрибуты:

Исходное отношение: .

Ключ: - сложный.

Функциональные зависимости:

- зависимость всех атрибутов от ключа отношения.

- зависимость некоторых атрибутов от части сложного ключа.

Декомпозированные отношения:

- остаток от исходного отношения. Ключ .

- атрибуты, вынесенные из исходного отношения вместе с частью сложного ключа. Ключ .

Шаг 3 (Приведение к 3НФ). Если в некоторых отношениях обнаружена зависимость некоторых неключевых атрибутов других неключевых атрибутов, то проводим декомпозицию этих отношений следующим образом: те неключевые атрибуты, которые зависят других неключевых атрибутов выносятся в отдельное отношение. В новом отношении ключом становится детерминант функциональной зависимости:

Исходное отношение: .

Ключ: .

Функциональные зависимости:

- зависимость всех атрибутов от ключа отношения.

- зависимость некоторых неключевых атрибутов других неключевых атрибутов.

Декомпозированные отношения:

- остаток от исходного отношения. Ключ .

- атрибуты, вынесенные из исходного отношения вместе с детерминантом функциональной зависимости. Ключ .

Замечание. На практике, при создании логической модели данных, как правило, не следуют прямо приведенному алгоритму нормализации. Опытные разработчики обычно сразу строят отношения в 3НФ. Кроме того, основным средством разработки логических моделей данных являются различные варианты ER-диаграмм. Особенность этих диаграмм в том, что они сразу позволяют создавать отношения в 3НФ. Тем не менее, приведенный алгоритм важен по двум причинам. Во-первых, этот алгоритм показывает, какие проблемы возникают при разработке слабо нормализованных отношений. Во-вторых, как правило, модель предметной области никогда не бывает правильно разработана с первого шага. Эксперты предметной области могут забыть о чем-либо упомянуть, разработчик может неправильно понять эксперта, во время разработки могут измениться правила, принятые в предметной области, и т.д. Все это может привести к появлению новых зависимостей, которые отсутствовали в первоначальной модели предметной области. Тут как раз и необходимо использовать алгоритм нормализации хотя бы для того, чтобы убедиться, что отношения остались в 3НФ и логическая модель не ухудшилась.

17. Информационно-логическая модель базы данных

Информационно-логическая модель (ИЛМ) отображает данные предметной области в виде совокупности информационных объектов и связей между ними. Эта модель представляет данные, подлежащие хранению в базе данных.

Концептуальное (инфологическое) проектирование — построение семантической модели предметной области, то есть информационной модели наиболее высокого уровня абстракции. Такая модель создаётся без ориентации на какую-либо конкретную СУБД и модель данных. Термины «семантическая модель», «концептуальная модель» и «инфологическая модель» являются синонимами. Кроме того, в этом контексте равноправно могут использоваться слова «модель базы данных» и «модель предметной области» (например, «концептуальная модель базы данных» и «концептуальная модель предметной области»), поскольку такая модель является как образом реальности, так и образом проектируемой базы данных для этой реальности.

Конкретный вид и содержание концептуальной модели базы данных определяется выбранным для этого формальным аппаратом. Обычно используются графические нотации, подобные ER-диаграммам.

Чаще всего концептуальная модель базы данных включает в себя:

· описание информационных объектов или понятий предметной области и связей между ними.

· описание ограничений целостности, т.е. требований к допустимым значениям данных и к связям между ними.

18.

19. Условия ссылочной целостности в реляционной бд

Ссы́лочная це́лостность (англ. referential integrity) — необходимое качество реляционной базы данных, заключающееся в отсутствии в любом её отношении внешних ключей, ссылающихся на несуществующие кортежи.

Ссылочная целостность – это ограничение базы данных, гарантирующее, что ссылки между данными являются действительно правомерными и неповрежденными.

Связи между данными, хранимыми в разных отношениях, в реляционной БД устанавливаются с помощью использования внешних ключей — для установления связи между кортежем из отношения A с определённым кортежем отношения B в предусмотренные для этого атрибуты кортежа отношения A записывается значениепервичного ключа (а в общем случае значение потенциального ключа) целевого кортежа отношения B. Таким образом, всегда имеется возможность выполнить две операции:

· определить, с каким кортежем в отношении B связан определённый кортеж отношения A;

· найти все кортежи отношения A, имеющие связи с определённым кортежем отношения B.

Благодаря наличию связей в реляционной БД можно хранить факты без избыточного дублирования, то есть в нормализованном виде. Ссылочная целостность может быть проиллюстрирована следующим образом:

Дана пара отношений A и B, связанных внешним ключом. Первичный ключ отношения B — атрибут B.key. Внешний ключ отношения A, ссылающийся на B — атрибут A.b. Ссылочная целостность для пары отношений A и B имеет место тогда, когда выполняется условие: для каждого кортежа отношения A существует соответствующий кортеж отношения B, то есть кортеж, у которого (B.key = A.b).

База данных обладает свойством ссылочной целостности, когда для любой пары связанных внешним ключом отношений в ней условие ссылочной целостности выполняется.

Если вышеприведённое условие не выполняется, говорят, что в базе данных нарушена ссылочная целостность. Такая БД не может нормально эксплуатироваться, так как в ней разорваны логические связи между зависимыми друг от друга фактами. Непосредственным результатом нарушения ссылочной целостности становится то, что корректным запросом не всегда удаётся получить корректный результат.

Дата добавления: 2015-05-10