Реляционная модель данных

На основе инфологической модели данных разрабатывается даталогическая модель, которая учитывает особенности функционирования конкретной СУБД. В настоящее время наиболее распространены СУБД, в основе которых лежит реляционная модель.

Реляционная база данных — это совокупность таблиц, содержащих всю информацию, которая должна храниться в БД.

1. Каждая таблица состоит из однотипных строк и имеет уникальное имя.

2. Строки имеют фиксированное число полей (столбцов) и значений. В каждой позиции таблицы на пересечении строки и столбца всегда имеется в точности одно значение или ничего.

3. Строки таблицы обязательно отличаются друг от друга хотя бы единственным значением, что позволяет однозначно идентифицировать любую строку такой таблицы.

4. Столбцам таблицы однозначно присваиваются имена, и в каждом из них размещаются однородные значения данных (даты, фамилии, целые числа или денежные суммы).

5. Полное информационное содержание базы данных представляется в виде явных значений данных, и такой метод представления единственный. Не существует каких-либо специальных " связей" или указателей, соединяющих одну таблицу с другой.

6. При выполнении операций с таблицей ее строки и столбцы можно обрабатывать в любом порядке безотносительно к их информационному содержанию.

Реляционная модель была разработана в конце 60-х годов математиком Э.Коддом на основе математического аппарата теории множеств. Рассмотрим формальное описание этого аппарата.

Наименьшая единица данных реляционной модели — это отдельное атомарное (неразложимое) для данной модели значение данных. В одной предметной области фамилия, имя и отчество могут рассматриваться как единое значение, а в другой — как три различных значения.

Доменом называется множество атомарных значений одного и того же типа. В примере 1 домен должностей — множество наименований должностей, предусмотренных штатным расписанием университета для преподавателей, а домен номеров зачеток — множество целых положительных чисел.

Смысл доменов состоит в следующем. Если значения двух атрибутов берутся из одного и того же домена, то имеют смысл сравнения, использующие эти два атрибута. Например, для организации транзитного рейса можно дать запрос " Выдать рейсы, в которых время вылета из Москвы в Сочи больше времени прибытия из Архангельска в Москву". Если же значения двух атрибутов берутся из различных доменов, то их сравнение, вероятно, лишено смысла: стоит ли сравнивать номер рейса со стоимостью билета?

Отношение (таблица) на доменах D₁, D₂,..., D_n (не обязательно, чтобы все они были различны) состоит из заголовка и тела.

Заголовок состоит из такого фиксированного множества атрибутов A₁, A₂,..., A_n, что существует взаимно однозначное соответствие между этими атрибутами A_i и определяющими их доменами D_i (i=1, 2,..., n).

Тело состоит из меняющегося во времени множества кортежей (строк), где каждый кортеж состоит в свою очередь из множества пар атрибут-значение (A_i: V_i), (i=1, 2,..., n), по одной такой паре для каждого атрибута A_i в заголовке. Для любой заданной пары V_i является значением из единственного домена D_i, который связан с атрибутом A_i.

Степень отношения — это число его атрибутов. Отношение степени один называют унарным, степени два — бинарным, степени три — тернарным, а степени n — n-арным.

Кардинальное число или мощность отношения — это число его кортежей. Кардинальное число отношения изменяется во времени в отличие от его степени.

Никакие две строки таблицы не могут быть дубликатами друг друга в любой произвольно-заданный момент времени. Говорят, что множество столбцов некоторой таблицы является её возможным ключом тогда и только тогда, когда удовлетворяются два независимых от времени условия:

1. Уникальность: в произвольный заданный момент времени никакие две различных строки не имеют одних и тех же значений во всех этих столбцах.

2. Минимальность: ни один из столбцов не может быть исключен без нарушения уникальности.

Каждая таблица обладает хотя бы одним возможным ключом (т.к., по меньшей мере, комбинация всех её столбцов удовлетворяет условию уникальности). Один из возможных ключей (выбранный произвольным образом) принимается за её первичный ключ.

Внешний ключ — это набор столбцов таблицы, которые необходимы для связи её с другой таблицей. Число их равно числу столбцов первичного ключа другой таблицы и множества допустимых значений для них совпадают. Внешний ключ не может содержать значения, которые отсутствуют в первичном ключе связанной таблицы.

Инфологическая модель данных «сущность-связь» легко преобразовывается в реляционную модель тех же данных по следующему алгоритму:

1. Каждая сущность представляется в виде таблицы, столбцами которой становятся атрибуты сущности. Для этой таблицы выбирается первичный ключ.

2. Связь типа 1: M реализуется путем включения в таблицу со стороны «много» дополнительного столбца, представляющего собой внешний ключ к таблице со стороны «один».

3. Связь типа «многие-ко-многим» реализуется путем создания дополнительной таблицы, состоящей из внешних ключей к обеим таблицам, участвующим в связи (а при необходимости и столбцов с атрибутами самой связи).