 |
Реляционные языки. Обработка реляционных данных
|
|
|
|
Информационные системы
В основе решения многих задач лежит обработка информации, для облегчения процесса обработки информации создаются информационные системы. Автоматизированными называются информационные системы, в которых применяют информационные средства
Под определение ИС попадает любая система обработки информации.
По области применения ИС делятся на:
-используемые на производстве, здравоохранении, военном деле, торговле
По целевым функциям:
· -управляющие
· -информационно-справочные
· -поддержки принятия решений
ИС- аппаратно-программное средство, задействованное для решения некоторой прикладной задачи
Банк данных является разновидностью информационных систем. Функции централизованного хранения и накопления обрабатываемой информации организованны в одну или несколько баз данных.
БД состоит из следующих компонентов:
· -базы данных
· -СУБД
· -приложения
· -словарь данных
· -администратор баз данных
· -вычислительная система
· -обслуживающий персонал
База данных представляет собой специальным образом организованные данные, хранимые в памяти вычислительной системы и отражающие состояние объектов и их взаимосвязи в рассматриваемой предметной области
Логическую структуру хранимых данных называют моделью представления данных
К классическим моделям представления данных относятся:
· -реляционные
· -иерархическая
· -сетевая
СУБД- комплекс языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования баз данных многими пользователями. Обычно СУБД различают по моделям данных.
Приложения представляют программу или комплекс программ, обеспечивающих автоматизацию обработки информации для прикладных задач. Их разрабатывают когда требуется обеспечить удобство работы с БД неквалифицированным пользователям или интерфейс не устраивает пользователя.
|
|
|
Словарь данных представляет собой подсистему банка данных предназначенных для централизованного хранения информации о структурах данных, взаимосвязях файлов друг с другом, типов данных, форматов их представления, принадлежности данных пользователя, кодов защиты и разграничения доступа
Администратор баз данных - лицо или группа лиц отвечающих за выбор требований к базе данных и её проектирования, создания, эффективного использования и сопровождения. В процессе использования администратор следит за функционированием информационной системы, обеспечивает защиту, контролирует избыточность. Непротиворечивость, сохранность и достоверность хранимой в БД информации
Вычислительная система представляет собой совокупность взаимосвязанных процессоров и других устройств, обеспечивающих автоматизацию процессов приема, обработки и выдачи информации потребителю
Обслуживающий персонал - выполняет функции поддержания технических и программных средств в работоспособном состоянии
Модели данных - хранимые в базе данных имеют определённую структуру, т.е. описываются некоторой моделью представления данных которая поддерживается СУБД
К числу классических относятся следующие:
· -сетевая
· -иерархическая
· -реляционная
В последнее время появились и стали использоваться:
· -пост реляционная
· -многомерна
· -объектно-реляционная
Разрабатываются так же всевозможные системы, основанные на других моделях данных и расширяющее известные(семантические, концептуальные)
Некоторые из этих моделей служат для интеграции баз данных, баз знаний и языков программирования
В иерархической модели связи между данными можно описать с помощью упорядоченного графа или дерева. Каждый из «типов» дерева состоит из корневого типа и упорядоченного набора подчиненных типов.
|
|
|
Корневым называется тип, который имеет подчиненные типы и сам не является под типом. Подчиненный тип является потомком по отношению к типу, который выступает к нему в роли предка, т.е. родителя.
«картинка про взаимоотношениям»
Достоинства модели:
· - удобно для работы с упорядоченной информацией
· - эффективное использование и неплохие показатели выполнения основных операций над данными
Недостатки:
· -эти модели грамоздки для обработки информации с достаточно сложными логическими связями
· Сложность понимания для обычного пользователя
Сетевая модель - позволяет отображать разнообразные взаимосвязи элементов данных в виде произвольного графа, обобщая тем самым иерархическую модель. Сетевая база данных состоит из набора записей и набора соответствующих связей. На формирование связей особых ограничений не накладывается.
Если в иерархических структурах запись-потомок могла иметь только одну запись-предка, то в сетевой модели запись-потомок может иметь произвольное число записей-предков (свободный родитель)
«картинка №2»
Сетевая модель представляет большие возможности в смысле организации произвольных связей
Недостатки:
· -высокая сложность и жесткость схемы
· -сложность понимания и обработки информации
Реляционная модель была предложена в 1970 году была предложена Эдгаром Коддом и основывается на понятии «Отношение». «Отношение» представляет множество элементов называемых картежами. Наглядной формой представления отношения является двумерная таблица.
Таблица имеет строки, называемые записями. Каждая строка таблицы имеет одинаковую структуру и состоит из полей. Строкам таблицы соответствуют картежи, а столбцам атрибуты отношения с помощью одной таблицы удобно описывать простейший вид связи между данными, информация о которых хранится в отношении. В рамках одной таблицы не удается описать сложные логические структуры для этого применяют связывание таблиц.
Достоинства:
· -простота, удобство и понятность физической реализации
· -легко дополнять простыми отношениями
|
|
|
Недостатки:
· -отсутствие стандартных средств идентификации отдельных записей
· -сложность описания иерархических и сетевых связей
Реляционная модель данных в некоторой предметной области представляет собой набор отношений изменяющихся во времени. При создании ИС совокупность отношений позволяет хранить данные об объектах предметной области и моделировать связи между ними.
Отношения- является важнейшим понятием и представляют собой двумерную таблицу, содержащую некоторые данные.
Сущность- есть объект любой природы, данные о котором хранятся в базе данных. Данные о сущности хранятся в отношениях
«картинка-отношение сотрудники»
| Фамилия | Должность | Отдел | Дата рождения |
| Йцу | Фыву | 12.02.60 | |
| Фыв | Йцу | 20.03.78 | |
| Ячс | Апр | 15.08.59 |
Атрибут это свойства, характеризующие сущность. В структуре таблицы каждый атрибут именуется и ему в соответствии ставится заголовок некоторого столбца таблицы
Домен -множество всех возможных значений атрибута отношений
Схема отношения - список имен атрибутов
Первичным ключом называется атрибут отношения однозначно идентифицирующий каждый из его картежей. Ключ может быть составным, т.е. состоит из нескольких атрибутов. Если выбранный первичный ключ состоит из минимально необходимого набора атрибутов, то говорят что он является не избыточным.
Ключи обычно используются для:
· Исключение дублирования ключевых атрибутов
· Упорядочивание картежей
· Ускорение работы с картежами
· Организации связывания таблиц
Пусть в отношении Р1 имеется не ключевой атрибут А, значение которого является значением ключевого атрибута Б другого отношения Р2, тогда говорят, что атрибут А отношения Р1 есть внешний ключ. С помощью внешних ключей устанавливаются связи между ключами
Индексирование
Определение ключа для таблицы означает- автоматическую сортировку записей, контроль отсутствия повторений в ключевых полях записей и повышения скорости выполнения операций поиска в таблице. Для реализации этих функций применяют индексирование.
|
|
|
Термин индекс тесно связан с понятием ключ, хотя между ними есть некоторые отличия. Под индексом понимают средства ускорения операций поиска записей в таблице и других операций, использующих поиск. Таких как выборка, модификация, сортировка
Таблицу, для которой используют индекс называют индексированной.
Индекс выполняет роль оглавления таблицы, просмотр которого предшествует обращению к записям таблицы. В некоторых системах индексы хранятся в индексных файлах отдельно от табличных файлов.
Ключевые поля как правило индексируются автоматически. Индексные файлы, создаваемые по ключевым полям таблицы, часто называют файлами первичных индексов. Индексы, создаваемые пользователем иногда называют вторичными или пользовательскими индексами. Введение таких индексов не изменяет физического расположения записей, но влияют на последовательность просмотра записей. Главная причина повышения выполнения различных операций в индексированных таблицах состоит в том, что основная часть работы производится с небольшими индексными файлами, а не с самими таблицами
Реляционные языки. Обработка реляционных данных
Существует два теоретических языка обработки данных- реляционная алгебра и реляционное исчисление.
Реляционная алгебра - процедурный язык обработки реляционных таблиц. В ней используется пошаговый принцип создания таблиц, содержащих ответы на запросы
Реляционная алгебра, как теоретический язык запросов, по сравнению с реляционным исчислением более наглядно описывает выполняемые над отношениями действия. Вариант реляционной алгебры КОДДО включает в себя две группы операций:
· -базовые теоретико-множественные операции- представляет собой классические операции теории множеств(объединение, вычитание, пересечение, произведение)
· -специально-реляционные- представляет собой обычные операции в направлении реальных задач манипулирования данных(проекции, селекция, выборка, деление, соединение)
Операции реляционной алгебры могу выполнятся над одним отношением (унарные операции) и над двумя операциями (бинарные операции). В случае, когда выполняется бинарная операция, участвующие в операциях отношения должны быть совместимы по структуре.
Совместимость структур отношений означает - совместимость имен атрибутов и типов соответствующих доменов. Частным случаем совместимости является полная идентичность. В случае конфликтов имен атрибутов, выполняет операции переименование.
Объединение двух совместимых отношений Р1 и Р2 одинаковой размерности (одинаковые атрибуты) есть отношение тело которого состоит из множества картежей, содержащих все элементы исходных отношений с исключением повторений.
|
|
|
Вычитание совместимых отношений Р1 и Р2 одинаковой размерности, есть отношение, тело которого состоит из множества картежей, принадлежащих Р1, но не принадлежащих отношению Р2.
Пересечение двух совместимых отношений Р1 и Р2 одинаковой размерности порождает отношение Р с телом, включающим в себя картежи одновременно принадлежащие обоим исходным отношениям
Произведением отношений Р1 и Р2 есть отношение Р, заголовок которого состоит из сцепления заголовков Р1 и Р2, а картежи формируется по принципу: каждый картеж отношения Р1 сцепляется с кортежем Р2
Выборка - отношение Р по формуле Ф представляет собой новое отношение с таким же заголовком и телом, состоящих из картежей, которые удовлетворяют по условию, заданному формулой Ф.
Для записи формулы используются операнды- имена атрибутов, константы, логические операции, операции сравнения и скобки.
Проекция отношения а на атрибуты х,у…z, где множество х,у…z является подмножеством полного списка атрибутов, заголовка отношения А, представляет собой отношение с заголовком х,у…z и телом содержащим картежи отношения А за исключением повторяющихся картежей
Результатом деления отношения Р1 с атрибутами А и Б на отношение Р2 с атрибутом Б, где А и Б простые или составные атрибуты, причем атрибут Б- общий атрибут, определенный на одном и том же домене, является отношение Р с заголовком А и телом, состоящим из картежей Р таких, что в отношении Р1 имеются картежи Рс, причем множество значений с включает всё множество значений Б атрибутов Р2.
Реляционное исчисление
Реляционное исчисление - непроцедурный язык, в котором запрос создается путем определения таблицы запроса за один шаг. РИ и РА являются логически эквивалентными языками. Результат при обработки таблицы РИ с помощью запроса, который формируется или задается целевым списком или определяющим выражением.
Под целевым списком понимается выражение реляционного исчисления, определяющие атрибуты результирующего отношения. Определящие выражение — условие, на основании которого отбираются значения, которые войдут в результирующее отношение. При построении запросов на языке реляционного исчисления используется квантр существования и квантр всеобщности. Квантр существования означает существование хотя бы одной строки, удовлетворяющей условию. Квантр всеобщности — выражение, которое означает, что некоторые условия применяются ко всем строкам некоторого типа.
|
|
|
