Реляционная модель: базовые понятия.

Основы реляционной модели данных были впервые изложены в статье Е.Кодда [43] в 1970 г. Эта работа послужила стимулом для большого количества статей и книг, в которых реляционная модель получила дальнейшее развитие. Наиболее распространенная трактовка реляционной модели данных принадлежит К.Дейту [11]. Согласно Дейту, реляционная модель состоит из трех частей:

* Структурной части (описывает, какие объекты рассматриваются реляционной моделью. Постулируется, что единственной структурой данных, используемой в реляционной модели, являются нормализованные n-арные отношения).

* Целостной части (описывает ограничения специального вида, которые должны выполняться для любых отношений в любых реляционных базах данных. Это целостность сущностей и целостность внешних ключей).

* Манипуляционной части (описывает два эквивалентных способа манипулирования реляционными данными - реляционную алгебру и реляционное исчисление).

N-арным отношением R, или отношением R степени n, называют подмножество декартового произведения множеств D1, D2,..., Dn (n> = 1), не обязательно различных.

Исходные множества D1, D2,..., Dn называют в модели доменами.

Пример

Допустим, содержание доменов следующее:

* D1 = {Иванов, Петров, Сидоров}

* D2 = {Физика, Химия}

* D3 = {3, 4, 5}

Тогда полное декартово произведение состоит из 18 троек, где первый элемент тройки — одна из фамилий, второй элемент — учебная дисциплина, а третий — оценка.

Тогда отношение R может моделировать реальную ситуацию и содержать пять строк, которые соответствуют результатам сессии (Сидоров не сдавал Химию):

Иванов Физика 3

Иванов Химия 4

Петров Физика 5

Петров Химия 3

Сидоров Физика 4

Отношения обладают рядом свойств:

1. В отношении нет одинаковых кортежей.

2. Кортежи неупорядочены (сверху вниз).

3. Атрибуты не упорядочены (слева направо).

4. Каждый атрибут в отношении имеет уникальное имя.

Отношение имеет простую графическую интерпретацию, оно может быть представлено в виде таблицы, столбцы (поля, атрибуты) которой соответствуют вхождениям доменов в отношение, а строки (записи, кортежи) — элементам декартова произведения.

Число строк (кортежей) n в отношении называют мощностью отношения.

Число атрибутов (столбцов) в отношении называют степенью (или -арностью) отношения.

Домен - это семантическое понятие. Домен можно рассматривать как подмножество значений некоторого типа данных, имеющих определенный смысл. Домен характеризуется следующими свойствами:

* Домен имеет уникальное имя (в пределах базы данных).

* Домен определен на некотором простом типе данных или на другом домене.

* Домен может иметь некоторое логическое условие, позволяющее описать подмножество данных, допустимых для данного домена.

* Домен несет определенную смысловую нагрузку.

Например, домен, имеющий смысл " возраст сотрудника" можно описать как следующее подмножество множества натуральных чисел: D = {nEN: n> =18 and n< =60}

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.

Перви́ чный ключ (англ. primary key) —минимальное множество атрибутов (то есть нельзя убрать ни один из атрибутов), являющееся подмножеством заголовка данного отношения, составное значение которых уникально определяет кортеж отношения.

Ограничения Первичным ключом могут быть поля отвечающие следующим требованиям:

* две разные строки не могут иметь одно и то же значение первичного ключа;

* каждая строка должна иметь определенное значение первичного ключа (не NULL).

Некоторые СУБД не допускают изменения значения в столбце первичного ключа.

Простые и составные ключи

Первичный ключ может состоять из единственного поля таблицы, значения которого уникальны для каждой записи. Так, например, на предприятии не может быть двух работников с одинаковыми табельными номерами, поэтому в таблице, содержащей записи о работниках, табельный номер может быть первичным ключом. Такой первичный ключ называют простым ключом. Если таблица не имеет единственного уникального поля, первичный ключ может быть составлен из нескольких полей, совокупность значений которых гарантирует уникальность. Так, номер паспорта, серия паспорта не могут быть первичными ключами по отдельности, так как могут оказаться одинаковыми у двух и более людей. Но не бывает двух личных документов одного типа с одинаковыми серией и номером. Поэтому в таблице, содержащей записи о людях, первичным ключом может быть набор полей, состоящий из типа личного документа, его серии и номера. Такой первичный ключ называют составным ключом (англ. compound key, composite key, concatenated key).

Вне́ шний ключ (англ. foreign key) — понятие теории реляционных баз данных - поле таблицы, предназначенное для хранения значения первичного ключа другой таблицы с целью организации связи между этими таблицами.

Пусть имеются таблицы A и B. Таблица A содержит поля a, b, c, d, из которых поле a — первичный ключ. Таблица B содержит поля x, y, z. В поле y содержатся значение поля a одной из записей таблицы A. В таком случае поле y в таблице B называется внешним ключом таблицы A.

Внешний ключ в таблице может ссылаться и на саму эту таблицу. В таких случаях говорят о рекурсивном внешнем ключе.

Реляционной базой данных называется набор отношений.

Схемой реляционной базы данных называется набор заголовков отношений, входящих в базу данных.