Иерархическая модель данных

Сетевая модель данных.

Сетевой подход к организации данных является расширением иерархического.

В сетевой структуре при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой поопределенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево), вид которого представлен на рис. 7.

К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), 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 (корень дерева), 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

10. Первичные и вторичные ключи отношений.

Первичный ключ – это одно или несколько полей (столбцов), комбинация значений которых однозначно определяет каждую запись в таблице. Первичный ключ не допускает значений Null и всегда должен иметь уникальный индекс. Первичный ключ используется для связывания таблицы с внешними ключами в других таблицах.

Внешний (вторичный) ключ - это одно или несколько полей (столбцов) в таблице, содержащих ссылку на поле или поля первичного ключа в другой таблице. Внешний ключ определяет способ объединения таблиц.
Из двух логически связанных таблиц одну называют таблицей первичного ключа или главной таблицей, а другую таблицей вторичного (внешнего) ключа или подчиненной таблицей. СУБД позволяют сопоставить родственные записи из обеих таблиц и совместно вывести их в форме, отчете или запросе.

11. Инфологическое моделирование данных (модель “сущность-связь”).

модель "сущность-связь", к главным компонентам её относятся - сущности и связи. Под понятием сущности трактуется содержание объекта, о котором набирают необходимую информацию. Экземпляром сущности представляется - чёткий объект. Сущность определяется атрибутами, которые в свою очередь описаны определёнными характеристиками. Связи должны показывать определённые отношения между сущностями. Во время построения инфологической модели чаще используют графические схемы.

Инфологическая модель создается по результатам проведения исследований предметной области. Инфологическая модель представляет собой описание будущей базы данных, представленное с помощью естественного языка, формул, графиков, диаграмм, таблиц и других средств, понятных как разработчикам БД, так и обычным пользователям. Назначение такой модели состоит в адекватном описании процессов, информационных потоков, функций системы с помощью общедоступного и понятного языка, что делает возможным привлечение экспертов предметной области, консультантов, пользователей для обсуждения модели и внесения исправлений. В данном случае под созданием инфологической модели будем понимать именно ее создание для БД. В общем случае, инфологическая модель может создаваться для любой проектируемой системы и представляет ее описание (в общем случае в произвольной форме).
Создание инфологической модели является естественным продолжением исследований предметной области, но в отличие от него является представлением БД с точки зрения проектировщика (разработчика). Наглядность представления такой модели позволяет экспертам предметной области оценить ее точность и внести исправления. От правильности модели зависит успех дальнейшей разработки.

12. Понятие и цели нормализации базы данных.

Процесс преобразования отношений базы данных (БД) к виду, отвечающему нормальным формам, называется нормализацией.

Конечной целью нормализации является уменьшение потенциальной противоречивости хранимой в базе данных информации. Как отмечает К. Дейт,^[2] общее назначение процесса нормализации заключается в следующем:

· исключение некоторых типов избыточности;

· устранение некоторых аномалий обновления;

· разработка проекта базы данных, который является достаточно «качественным» представлением реального мира, интуитивно понятен и может служить хорошей основой для последующего расширения;

· упрощение процедуры применения необходимых ограничений целостности.

13. Даталогическая модель данных. Переход от инфологической модели к даталогической.

При даталогическом моделировании используется инфологическая модель предметной области. При этом основной задачей даталогического моделирования является описание свойств понятий предметной области, их взаимосвязь и ограничения, накладываемые на данные. Даталогическая модель является начальным прототипом создаваемой базы данных. Все понятия, выделенные при исследовании предметной области и их взаимосвязи в дальнейшем будут отображены в конкретные структуры какой-либо конкретной базы данных.
Результатом создания даталогической модели является модель, созданная с учетом выбранной модели данных, полученная путем преобразования инфологической модели с учетом определенных правил.
Итак, даталогическая модель отражает структуру БД с учетом особенностей модели данных. Т.к. на сегодняшний день наиболее популярной является реляционная модель данных, рассмотрим правила преобразования инфологической модели в реляционную даталогическую.
Переход к даталогической модели сводится к изменению тех отношений между сущностями, которые существуют только на логическом уровне. Это прежде всего отношения типа многие-ко-многим и иерархия наследования.

14. Уровни нормализации базы данных.

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.

Третья нормальная форма (3NF)

Переменная отношения находится в 3NF тогда и только тогда, когда она находится во второй нормальной форме и отсутствуют транзитивные зависимости неключевых атрибутов от ключевых.

Нормальная форма Бойса — Кодда (BCNF)

Переменная отношения находится в BCNF тогда и только тогда, когда каждая ее нетривиальная и неприводимая слева функциональная зависимость имеет в качестве своего детерминанта некоторый потенциальный ключ.

Четвёртая нормальная форма (4NF)

Переменная отношения находится в 4NF, если она находится в BCNF и не содержит нетривиальных многозначных зависимостей.

Пятая нормальная форма (5NF)

Переменная отношения находится в пятой нормальной форме (иначе — в проекционно-соединительной нормальной форме) тогда и только тогда, когда каждая нетривиальная зависимость соединения в ней определяется потенциальным ключом (ключами) этого отношения.^[2]

Шестая нормальная форма (6NF)

Введена К. Дейтом в его книге,^[2] как обобщение пятой нормальной формы для темпоральной базы данных.

15. Третья нормальная форма.

Переменная отношения R находится в 3NF тогда и только тогда, когда выполняются следующие условия:

§ R находится во второй нормальной форме.

§ ни один неключевой атрибут R не находится в транзитивной функциональной зависимости от потенциального ключа R.

Пояснения к определению:

Неключевой атрибут отношения R — это атрибут, который не принадлежит ни одному из потенциальных ключей R.

Функциональная зависимость множества атрибутов Z от множества атрибутов X (записывается X → Z, произносится «икс определяет зет») является транзитивной, если существует такое множество атрибутов Y, что X → Y и Y → Z. При этом ни одно из множеств X, Y и Z не является подмножеством другого, то есть функциональные зависимости X → Z, X → Y и Y → Z не являются тривиальными.

Определение 3NF, эквивалентное определению Кодда, но по-другому сформулированное, дал Карло Заниоло в 1982 году. Согласно ему, переменная отношения находится в 3NF тогда и только тогда, когда для каждой из ее функциональных зависимостей X → A выполняется хотя бы одно из следующих условий:

§ Х содержит А (то есть X → A — тривиальная функциональная зависимость)

§ Х — суперключ

§ А — ключевой атрибут (то есть А входит в состав потенциального ключа).

Запоминающееся и, по традиции, наглядное резюме определения 3NF Кодда было дано Биллом Кентом: каждый неключевой атрибут «должен предоставлять информацию о ключе, полном ключе и ни о чем, кроме ключа».

Условие зависимости от «полного ключа» неключевых атрибутов обеспечивает то, что таблица находится во второй нормальной форме; а условие зависимости их от «ничего, кроме ключа» — то, что они находятся в третьей нормальной форме.

16. Нормальная форма Бойса-Кодда.

Переменная отношения находится в BCNF тогда и только тогда, когда каждая её нетривиальная и неприводимая слева функциональная зависимость имеет в качестве своего детерминанта некоторый потенциальный ключ^[1].

Пусть R является переменной отношения, а X и Y — произвольными подмножествами множества атрибутов переменной отношения R. Y функционально зависимо от X тогда и только тогда, когда для любого допустимого значения переменной отношения R, если два кортежа переменной отношения R совпадают по значению X, они также совпадают и по значению Y. Подмножество X называют детерминантом, а Y — зависимой частью

17. Четвертая нормальная форма.

Переменная отношения находится в 4NF, если она находится в НФБК и все нетривиальные многозначные зависимостифактически являются функциональными зависимостями^[1] от её потенциальных ключей.

Предположим, что рестораны производят разные виды пиццы, а службы доставки ресторанов работают только в определенных районах города. Составной первичный ключ соответствущей переменной отношения включает три атрибута: {Ресторан, Вид пиццы, Район доставки}.

Такая переменная отношения не соответствует 4НФ, так как существует следующая многозначная зависимость:

§ {Ресторан} {Вид пиццы}

§ {Ресторан} {Район доставки}

То есть, например, при добавлении нового вида пиццы придется внести по одному новому кортежу для каждого района доставки. Возможна логическая аномалия, при которой определенному виду пиццы будут соответствовать лишь некоторые районы доставки из обслуживаемых рестораном районов.

Для предотвращения аномалии нужно декомпозировать отношение, разместив независимые факты в разных отношениях. В данном примере следует выполнить декомпозицию на {Ресторан, Вид пиццы} и {Ресторан, Район доставки}.

Однако если к исходной переменной отношения добавить атрибут, функционально зависящий от потенциального ключа, например цену с учётом стоимости доставки ({Ресторан, Вид пиццы, Район доставки} → Цена), то полученное отношение будет находиться в 4НФ и его уже нельзя подвергнуть декомпозиции без потерь. Указанные выше многозначные зависимости в данном случае называются внедрёнными зависимостями.

18. Ограничения целостности.

Це́лостность ба́зы да́нных (database integrity) — соответствие имеющейся в базе данных информации её внутренней логике, структуре и всем явно заданным правилам. Каждое правило, налагающее некоторое ограничение на возможное состояние базы данных, называется ограничением целостности (integrity constraint). Примеры правил: вес детали должен быть положительным; количество знаков в телефонном номере не должно превышать 25; возраст родителей не может быть меньше возраста их биологического ребёнка и т.д.

Задача аналитика и проектировщика базы данных — возможно более полно выявить все имеющиеся ограничения целостности и задать их в базе данных.

19. Таблицы и представления.

Представление (англ. view, в сленге программистов часто используется в качестве заимствования из английского — «вьюха», «вьюшка») — виртуальная (логическая) таблица, представляющая собой поименованный запрос (алиас к запросу), который будет подставлен как подзапрос при использовании представления.

В отличие от обычных таблиц реляционной БД, представление не является самостоятельной частью набора данных, хранящегося в базе. Содержимое представления динамически вычисляется на основании данных, находящихся в реальных таблицах. Изменение данных в реальной таблице БД немедленно отражается в содержимом всех представлений, построенных на основании этой таблицы.

20. Ограничение прав доступа в базе данных.

Ограничения доступа к данным могут накладываться на чтение или изменение объектов базы данных. Текущий пользователь имеет право прочитать или изменить некоторый объект базы данных только в том случае, если ограничение доступа предоставляет ему такое право. В противном случае операция чтения или изменения этого объекта базы данных выполнена не будет.

21. 21 (см. вариант Артема)

22. Модель полуструктурированных данных. Применение и реализация.

Полуструктурированными называются данные, которые не имеют постоянной четко определенной структуры, и способные динамически изменять свою структуру, свой тип и свой состав. Полуструктурированными можно также назвать данные, которые хоть и имеют некоторую структуру, но по каким-либо причинам она неизвестна пользователю, желающему ими воспользоваться. В качестве примера можно привести мультимедийные данные и документы со структурированным текстом. Замечательным примером данных, которые не ограничены какой-либо схемой, является World Wide Web. Традиционные поисковые инструменты позволяют получить Web страницы по заданным ключевым словам. Однако, так как Web не соответствует ни одной из стандартных моделей данных, то построить запрос традиционным для баз данных способом невозможно.

Дата добавления: 2015-05-10