Что является средством адресации кортежей в реляционной модели

Что является средством адресации кортежей в реляционной модели

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.

Состав реляционной модели данных

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).

Структура реляционной модели данных

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.

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.

Применение реляционной модели данных

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 и недостатки реляционной модели данных

Достоинства реляционной модели:

Недостатки реляционной модели:

Источник

Кортеж, отношение, ключи

Схема отношения, схема базы данных

Домен

Тип данных

Базовые понятия реляционных баз данных

Глава 3 Реляционная модель данных

Вопросы и упражнения для самоконтроля к главе 2

Реляционные (от английского слова relation – отношение) модели были разработаны Э. Коддом в начале 70-х годов. Основными понятиями реляционных баз данных являются тип данных, домен, атрибут, кортеж, ключи, отношение, схема отношения.

Атрибут – это наименьшая поименованная единица данных, к которой СУБД может адресоваться непосредственно, и с помощью которой выполняется построение всех остальных структур. Атрибут имеет имя и значение.

Для начала покажем смысл этих понятий на примере отношения СОТРУДНИКИ, содержащего информацию о сотрудниках некоторой организации (рис. 3.1).

Понятие тип данных в реляционной модели данных полностью адекватно понятию типа данных в языках программирования. Обычно в современных реляционных БД допускается хранение данных следующих типов: символьных, числовых, битовых, специализированных числовых данных (таких как «деньги», «темпоральных» 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 – допустимое потенциальное множество значений простого типа данных 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.

Например, домен «Имена» в нашем примере определен на базовом типе строк символов, но в число его значений могут входить только те строки, которые могут представлять имя (в частности, такие строки не могут начинаться с мягкого знака).

Следует отметить также семантическую нагрузку понятия домена: данные считаются сравнимыми только в том случае, когда они относятся к одному домену. В нашем примере значения доменов «Номера пропусков» и «Номера отделов» относятся к типу целых чисел, но не являются сравнимыми. Заметим, что в большинстве реляционных СУБД понятие домена не используется, хотя в Oracle V.7 оно уже поддерживается.

Однако в реляционных базах данных это не принято. Имя схемы отношения в таких базах данных всегда совпадает с именем соответствующего отношения-экземпляра. В классических реляционных базах данных после определения схемы базы данных изменяются только отношения-экземпляры. В них могут появляться новые и удаляться или модифицироваться существующие кортежи. Однако во многих реализациях СУБД допускается и изменение схемы базы данных: определение новых и изменение существующих схем отношения. Это принято называть эволюцией схемы базы данных.

Рисунок 3.1 Пример отношения СОТРУДНИКИ

столбцы этой таблицы. Поэтому иногда говорят «столбец таблицы» имея в виду «атрибут отношения». Когда мы перейдем к рассмотрению практических вопросов организации реляционных БД и средств управления, мы будем использовать эту житейскую терминологию. Этой терминологии придерживаются в большинстве коммерческих реляционных СУБД.

Термины, которыми оперирует реляционная модель данных, имеют соответствующие «табличные» синонимы, представленные в таблице 3.1

Таблица 3.1 – Соответствие терминов

Ключ – набор атрибутов, значение которых однозначно идентифицирует кортежи. Отношение может иметь несколько ключей, но всегда один из ключей объявляется первичным и его значения не могут обновляться. Все остальные ключи называются возможными ключами. Атрибуты, представляющие собой копии ключей других отношений называются внешними ключами.

Источник

Кортеж (базы данных)

Содержание

В математике

В математике корте́ж — последовательность конечного числа элементов. Многие математические объекты формально определяются как кортежи. Например, граф определяется как кортеж (V,E), где V — это набор вершин, а E — подмножество V × V, обозначающее рёбра.

В теории множеств, кортеж обычно определяется индуктивно. Кортеж с нулём элементов — это просто нулевое множество, а если , то .

Программировании

В некоторых языках программирования (например Lisp), кортеж — особый тип структуры данных. В языке Python кортеж (англ. tuple) отличается от списка тем, что кортеж нельзя изменять.

В базах данных

В базах данных, кортежем называется группа взаимосвязанных элементов данных;

В реляционных базах данных кортеж — это элемент отношения, строка таблицы; упорядоченный набор из N элементов.

Внешние ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Кортеж (базы данных)» в других словарях:

Реляционные базы данных — Реляционная база данных база данных, основанная на реляционной модели данных. Слово «реляционный» происходит от англ. relation (отношение[1]). Для работы с реляционными БД применяют реляционные СУБД. Использование реляционных баз данных было… … Википедия

Таблица (базы данных) — У этого термина существуют и другие значения, см. Таблица (значения). Таблица (англ. table) (в реляционной модели данных) структура хранения данных, состоящая из строк и столбцов и обладающая следующими свойствами: значения, находящиеся в одном… … Википедия

Реляционная база данных — Реляционная база данных база данных, основанная на реляционной модели данных. Слово «реляционный» происходит от англ. relation (отношение[1]). Для работы с реляционными БД применяют реляционные СУБД. Использование реляционных баз… … Википедия

Ссылочная целостность — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия

Стандартная библиотека Python — Богатая стандартная библиотека является одной из привлекательных сторон языка программирования Python. Здесь имеются средства для работы со многими сетевыми протоколами и форматами интернета, например, модули для написания HTTP серверов и… … Википедия

Нормальная форма — У этого термина существуют и другие значения, см. Нормальная форма (значения). Нормальная форма свойство отношения в реляционной модели данных, характеризующее его с точки зрения избыточности, потенциально приводящей к логически ошибочным… … Википедия

Python — У этого термина существуют и другие значения, см. Python (значения). Python Класс языка: му … Википедия

Агат (компьютер) — У этого термина существуют и другие значения, см. Агат (значения). «Агат» первый советский серийный универсальный 8 разрядный персональный компьют … Википедия

Отношение (реляционная модель) — У этого термина существуют и другие значения, см. Отношение. Отношение фундаментальное понятие реляционной модели данных. По этой причине модель и называется реляционной (от лат. relatio отношение, связь). Содержание 1… … Википедия

Пайтон — Python Класс языка: функциональный, объектно ориентированный, императивный, аспектно ориентированный Тип исполнения: интерпретация байт кода, компиляция в MSIL, компиляция в байт код Java Появился в: 1990 г … Википедия

Источник

Логика мышления. Часть 17. Реляционная модель данных

Этот цикл статей описывает волновую модель мозга, серьезно отличающуюся от традиционных моделей. Настоятельно рекомендую тем, кто только присоединился, начинать чтение с первой части.

В 1970 году Эдгар Кодд опубликовал статью (Codd, 1970), в которой описал основы реляционной модели хранения данных. Практической реализацией этой модели стали все современные реляционные базы данных. Формализация модели привела к созданию реляционного исчисления и реляционной алгебры.

Основной элемент реляционной модели – это кортеж. Кортеж – это упорядоченный набор элементов, каждый из которых принадлежит определенному множеству или, иначе говоря, имеет свой тип. Совокупность однородных по структуре кортежей образует отношение.

Несколько более наглядно все это выглядит в терминах, используемых в базах данных (рисунок ниже). Отношение – это таблица с данными. Кортеж — строка таблицы. Какого типа кортежи содержатся в отношении, или, что то же самое, каков формат строк в таблице, определяется заголовком отношения или таблицы. Каждый из столбцов таблицы образует домен. Значения, которое могут принимать элементы домена, называются атрибутами. Строки таблицы – это совокупность атрибутов, соответствующих доменам.

Пример отношения (Заборов)

Строки таблицы могут быть идентифицированы по своим атрибутам, то есть по тому, какие значения принимают элементы кортежа. Само содержание кортежа делает его непохожим на остальные. Но может так оказаться, что некоторые строки совпадут по своим атрибутам. Само по себе совпадение не страшно, но оно уже не позволяет использовать такой набор атрибутов, для однозначной идентификации кортежей в отношении. Чтобы идентификация была однозначной, вводят такое ключевое поле, которое для каждой строки принимает уникальное значение. Такой ключ может нести смысловую нагрузку, а может быть просто искусственно сгенерированным числом.

Смысл многих операций совпадает с соответствующими операциями из теории множеств. Общее представление об их сути дает рисунок ниже.

Пример операций над кортежами (Заборов)

Важно, что разные отношения могут содержать домены одного типа. Это значит, что если в двух кортежах встречаются одинаковые домены, внутри них одинаковые атрибуты, то можно говорить об определенной связи кортежей, содержащих эти атрибуты. Иначе говоря, если разные строки одной таблицы в одном из столбцов имеют одинаковые значения, то можно говорить об определенной связи этих строк. Или если в разных таблицах есть столбцы (домены) с одинаковым смыслом, то строки с одинаковыми значениями в этих столбцах оказываются связанными между собой.

Операция проекции позволяет получать отношения, состоящие из части элементов исходных отношений, ограничивая набор используемых доменов. Выборка или селекция позволяет получать отношения, содержащие только те кортежи, поля которых удовлетворяют условиям выборки. Например, можно выбрать только те кортежи, указанные домены которых имеют заданные значения атрибутов.

Совокупность всех операций над отношениями позволяет извлечь из базы данных любую интересующую информацию и сформировать ее в виде отношения (таблицы) с наперед заданными свойствами (заголовком).

Реляционной модель данных возникла не случайно, а явилась следствием необходимости оперировать с большими объемами разнообразных данных. Оказалось, что такая структура хранения данных и определенные в этой структуре операции удобны для решения широкого спектра прикладных задач. Можно предположить, что аналогичное удачное решение могла нащупать и природа в результате естественного отбора.

Источник

Реляционная модель данных: теоретические основы

Реляционная модель данных: кем, когда и для чего создана

В 2002 журнал Forbes поместил реляционную модель данных в список важнейших инноваций последних 85 лет.

Цели создания реляционной модели данных:

Структура данных в реляционной модели данных

Реляционная модель данных предусматривает структуру данных, обязательными объектами которой являются:

Степень определяется количеством атрибутов, которое оно содержит

Соответствие между формальными терминами реляционной модели данных и неформальными:

Отношения и их реализация в реляционной модели данных

1) закрепление преподавателей за учебными курсами:

Это отношение определяет множество преподавателей, ведущих множество учебных дисциплин.

2) расписание занятий в группах:

Это отношение определяет множество аудиторий, в которых проводятся занятия по множеству учебных дисциплин для множества учебных групп.

Свойства отношений:

Виды отношений:

Ключи отношения в реляционной модели данных

Ключи отношения могут быть следующми:

Решение. Можно объявить первичным ключём таблицы «Наличие» составной ключ, состоящий из идентификатора аптеки и идентификатора препарата. Тогда в таблице невозможно повторение в разных записях сочетания аптеки и прапарата. Первичный ключ может быть не только простым, но и составным.

Целостность данных в реляционной модели данных

Понятия реляционной целостности:

Определитель NULL. Значение Null обозначает тот факт, что значение не определено. Null не принадлежит никакому типу данных и может присутствовать среди значений любого атрибута, определенного на любом типе данных. Двуместная «арифметическая» операция с Null даёт Null. Операция сравнения с Null даёт UNKNOWN.

Целостность сущностей. Требование целостности сущности означает, что первичный ключ должен полностью идентифицировать каждую сущность, а поэтому в составе любого значения первичного ключа не допускается наличие неопределенных значений. Значение атрибута должно быть атомарным.

Ссылочная целостность. Требование целостности по ссылкам состоит в том, что для каждого значения внешнего ключа, появляющегося в кортеже значения-отношения ссылающейся переменной отношения, либо в значении-отношении переменной отношения, на которую указывает ссылка, должен найтись кортеж с таким же значением первичного ключа, либо значение внешнего ключа должно быть полностью неопределенным. Существуют правила удаления кортежа из отношения, на которое ведет ссылка.

Ссылочная целостность: удаление кортежа. Существует три подхода удаления кортежа из отношения, на которое ведет ссылка.

Ограничение удаления. Запрещается производить удаление кортежа, для которого существуют ссылки. Сначала нужно либо удалить ссылающиеся кортежи, либо соответствующим образом изменить значения их внешнего ключа.

Каскадное удаление. При удалении кортежа из отношения, на которое ведет ссылка, из ссылающегося отношения автоматически удаляются все ссылающиеся кортежи.

Установка значения NULL. При удалении кортежа, на который имеются ссылки, во всех ссылающихся кортежах значение внешнего ключа автоматически становится полностью неопределенным.

Пример 3. Есть база данных портала новостей. В ней есть таблица «Рубрики» (политика, экономика, спорт и т.д), есть таблица «Автора» (фамилии и имена авторов). Есть таблица «Тексты», в которой в каждой записи о тексте новости есть поля «Рубрика» (с идентификаторами рубрик из соответствующей таблицы) и «Автор» (с идентификаторами рубрик из соответствующей таблицы). Какими способами можно добиться, чтобы при удалении рубрики и автора была соблюдена ссылочная целостоность данных?

Решение. Первый способ: установить запрет на удаление рубрики или автора из соответствующих таблиц, в случае, если в таблицы «Тексты» есть ссылки на эту рубрику или на этого автора. Второй способ: задать автоматическое удаление из таблицы «Тексты» записей, в которой фигурируют эта рубрика или этот автор. Третий способ: в случае удаления рубрики или автора из соответствующих таблиц в ссылающихся кортежах таблицы «Тексты» значения идентификатора этой рубрики или этого автора становятся неопределёнными (NULL).

Источник