Реляционная модель данных

3. Реляционная модель данных

Модель данных включает в себя структуру данных, множество операций над данными и ограничения целостности. Можно назвать четыре основных модели данных: сетевая, иерархическая, реляционная и объектная. В основе их классификации лежит структура данных.

Рассмотрим наиболее популярную модель данных – реляционную, основанную на некоторых положениях математики (в основном теории множеств и логике предикатов). Название модели произошло от английского слова «relation», что в переводе означает отношение, именно математическое отношение лежит в основе структуры реляционной модели. Принципы реляционной модели были заложены в 1969–70-х годах американским ученым Е. Ф. Коддом (E. F. Codd), в то время работавшим в корпорации IBM. За эту модель Кодд был удостоен престижной премии Тьюринга в области теоретических основ вычислительной техники.

3.1. Структура

Например:

Пусть D = D₁  D₂  …  D_n – декартово произведение всех доменов схемы отношения.

где p – количество элементов, входящих в отношение r(R). Каждый элемент отношения (t) называется кортежем. Кортеж состоит из данных (t(A_i)) значений кортежа t на атрибуте A_i. Каждое данное должно принадлежать домену соответствующего ему атрибута, т. е. удовлетворять следующему ограничению: t(A_i)  D_i, i=1,…,n.

Определим схему отношения Студент с атрибутами Фамилия, Год_рождения, Год_поступления, Номер_билета, Курс_обучения, Стипендия:

Студент(Фамилия, Год_рождения, Год_поступления, Номер_билета, Курс_обучения, Стипендия).

В качестве доменов для атрибутов отношения Студент могут выступать следующие множества:

dom(Фамилия) = {строка символов длиной 20};

dom(Год_рождения) = dom(Год_поступления) = {множество четырехзначных натуральных чисел};

dom(Номер_билета) = {множество шестизначных натуральных чисел};

dom(Курс_обучения) = {1, 2, 3, 4, 5, 6};

dom(Стипендия) = {вещественное число с двумя знаками после запятой}.

Кортежами, удовлетворяющими схеме, могут быть:

t₁ = <Петров, 1978, 1994, 123456, 5, 100.50>,

t₂ = <Иванов, 1979, 1995, 122453, 4, 0.00>.

Тогда данными будут:

t₁(Год_рождения) = 1978,

t₂(Стипендия) = 0.00.

Отношение удобно представлять в виде таблицы.

Таблица как раз и представляет собой реляционное отношение. Столбцы таблицы соответствуют атрибутам отношения, шапка таблицы (верхняя строка) – схеме отношения. Каждая следующая строка представляет собой один кортеж (или, по-другому, запись). На пересечении столбца и строки таблицы находится конкретное значение – данное. Все данные, находящиеся в одном столбце, должны быть одного типа, соответствующего домену атрибута, заголовок которого находится в первой строке таблицы.

Фамилия	Год_рож-дения	Год_пос-тупления	Номер_ билета	Курс_ обучения	Стипен-дия
Петров	1978	1994	123456	5	100.50
Иванов	1979	1995	122453	4	0.00
Соколов	1975	1995	122454	4	90.00

Причина такой важности ключей заключается в том, что они обеспечивают основной механизм адресации на уровне кортежей. Единственный гарантируемый способ точно указать на какой-нибудь кортеж – это указать значение ключа.

Ключ, состоящий из одного атрибута, называется простым. Ключ, состоящий более чем из одного атрибута, называется составным.

Схема отношения может иметь несколько ключей. Они называются потенциальными ключами. Один из них выбирается в качестве основного и называется первичным, остальные ключи называются вторичными (возможными, альтернативными). В схеме отношения имена атрибутов, входящих в первичный ключ, подчеркиваются. Атрибуты, входящие в первичный ключ, называются первичными атрибутами (ключевыми), остальные атрибуты называются непервичными (неключевыми).

Например, в схеме отношения Студент атрибут {Год_поступления} не может быть ключом, так как значения этого атрибута повторяются (во втором и третьем кортежах). Атрибуты {Год_поступления, Курс_обучения} также не являются ключом, так как набор данных {1995, 4} повторяется в двух кортежах. Ключом для схемы Студент может быть атрибут {Номер_билета}, так как каждый студент имеет студенческий билет с уникальным номером.

Студент(Фамилия, Год_рождения, Год_поступления, Номер_билета, Курс_обучения, Стипендия).

Пусть r(R) – отношение со схемой R, FK – набор атрибутов из схемы R (FK  R). Пусть s(S) – отношение со схемой S, CK – ключ отношения s (CK  S). Набор атрибутов FK называется внешним ключом отношения r(R), ссылающимся на отношение s, если каждое значение атрибутов FK в отношении r всегда совпадает со значениями атрибутов CK некоторого кортежа в отношении s.

Определим еще одно отношение

Соревнования(Название_вида, Номер_участника, Номер_билета).

Это отношение будет содержать информацию о том, в каких видах и под какими номерами студенты участвуют в соревнованиях. В каждом виде соревнований может участвовать несколько студентов, каждый из которых имеет уникальный номер участника в пределах данного вида соревнований, любой студент может участвовать в нескольких видах соревнований, поэтому ключом отношения будет совокупность атрибутов {Название_вида, Номер_участника}.

Значениями атрибута Номер_билета будут номера зачетных книжек студентов, информация о которых содержится в отношении Студент. Напомним, что ключом отношения Студент является атрибут Номер_билета. Тогда в отношении Соревнования атрибут Номер_билета будет внешним ключом, ссылающимся на ключ отношения Студент. Это означает, что значения атрибута Номер_билета отношения Соревнования выбираются из значений атрибута Номер_билета отношения Студент.

Значения внешнего ключа могут повторяться. Для отношения Соревнования это означает, что один и тот же студент может участвовать в разных видах соревнований.

Атрибут, являющийся внешним ключом, может иметь произвольное название, необязательно совпадающее с названием первичного ключа отношения, на которое ссылается внешний ключ.