Проектирование реляционных баз данных

Основные понятия

Основными понятиями реляционных баз данных являются тип данных, домен, атрибут, кортеж, первичный ключ и отношение.

Тип данных

Понятие тип данных в реляционной модели данных полностью адекватно понятию типа данных в языках программирования. Обычно в современных реляционных БД допускается хранение символьных, числовых данных, битовых строк, специализированных числовых данных (таких как "деньги"), а также специальных временных данных (дата, время, временной интервал). Достаточно активно развивается подход к расширению возможностей реляционных систем абстрактными типами данных (соответствующими возможностями обладают, например, системы семейства Ingres/Postgres). В нашем примере мы имеем дело с данными трех типов: строки символов, целые числа и "деньги".

Домен

Понятие домена более специфично для баз данных, хотя и имеет некоторые аналогии с подтипами в некоторых языках программирования. В самом общем виде домен определяется заданием некоторого базового типа данных, к которому относятся элементы домена, и произвольного логического выражения, применяемого к элементу типа данных. Если вычисление этого логического выражения дает результат "истина", то элемент данных является элементом домена.

· Домен - допустимое потенциальное множество значений данного типа.

Пример:

Д обозначим домен.

Д₁- множество целых чисел;

Д₂- множество символьных строк длиной не более 6 символов;

Д₃- множество символьных строк определенной структуры

ц₁ц₂- ц₃ц₄- ц₅ ц₆, где

ц₁Î{0, 1, 2, 3}

ц₂Î{0, 1,..., 9}01£ц₁ц₂£31

ц₃Î{0, 1}

ц₄Î{0, 1, 2} 01£ц₃ц₄ £12

ц₅ , ц₆Î{0, 1,..., 9}/

Тогда мы получаем множество дат вида - 21-12-99.

Кортеж, отношение

· Кортеж, соответствующий данной схеме отношения, - это множество пар {имя атрибута, значение}, которое содержит одно вхождение каждого имени атрибута, принадлежащего схеме отношения. "Значение" является допустимым значением домена данного атрибута (или типа данных, если понятие домена не поддерживается). Тем самым, степень или "арность" кортежа, т.е. число элементов в нем, совпадает с "арностью" соответствующей схемы отношения. Попросту говоря, кортеж - это набор именованных значений заданного типа (строка в отношении).

· Отношение R, определенное на доменах Д₁, Д₂,..., Д_Кесть множество кортежей арности К следующего вида:

R = { < d_1i, d_2i,..., d_Ki> }, i= 1, 2,... N таких, что

d_1iÎД₁,..., d_KiÎД_Ки R является подмножеством декартова произведения доменов

R ÍД₁х Д₂х... х Д_N.

Так как отношения являются множествами кортежей, то в них не должны встречаться одинаковые кортежи и порядок кортежей в отношении несущественен.

Обычным представлением отношения является таблица, заголовком которой является схема отношения, а строками - кортежи отношения-экземпляра; в этом случае имена атрибутов именуют столбцы этой таблицы. Поэтому иногда говорят "столбец таблицы", имея в виду "атрибут отношения". Этой терминологии придерживаются в большинстве коммерческих реляционных СУБД.

Для описания структур данных отношения используются в двух аспектах:

- для представления набора объектов:

- для представления связей между данными.

В первом случае кортеж выполняет роль описания атрибутов отдельных объектов. Столбцы отношений соответствуют тем или иным атрибутам объекта.

Пример: Отношение “Датчик”

Имя_датчика	Параметр	Тип
Д5	P1	давление

Во втором случае кортеж указывает на ассоциацию объектов, связанных между собой определенной семантикой, задаваемой отношениями.

Пример: Принадлежность датчика определенному коммутатору

Отметим, что каждому коммутатору принадлежит по три датчика. Следовательно можно сформировать отношение “Принадлежность”:

Имя_К	Имя_1_Дат	Имя_2_Дат	Имя_3_Дат
К1	Д1	Д2	Д3
К2	Д4	Д5	Д6

Таким образом, отношение описывает и объект и выражает связи.

· Столбцы отношений называются атрибутами и каждый атрибут выражается своим именем.

Порядок столбцов в отношениях произвольный. От изменения порядка в столбцах суть отношения не меняется.

Для отношения r схемой отношения R является множество{A₁,...,A_K}, A_i - имя атрибута и r (R)ºr{A₁,..., A_K}.

Для отношения можно привести следующие аналогии

- схема отношения - формат записи;

- кортеж в отношении - экземпляр записи;

- отношение - файл записей, формат которого соответствует схеме отношений.