article03.pdf

Wst¦pdorelacyjnychbazdanych

Cz¦±¢I

Relacyjnymodeldanych

Konradak <konrad@uni.wroc.pl> $Id:article03.tex,v1.22001/09/1901:43:10konradExp$

Spistre±ci

1Wst¦p

2Strukturydanych

3J¦zykimanipulowaniadanymi

3.1Algebrarelacyjna............................................ 5

3.1.1Operacjał¡czenia....................................... 5

3.1.2Operacjaprzeci¦cia....................................... 6

3.1.3Operacjaró»nicy........................................ 6

3.1.4Operacjailoczynukartezja«skiego.............................. 7

3.1.5Operacjaograniczenia..................................... 7

3.1.6Operacjaprojektu....................................... 8

3.1.7Operacjazł¡czenia....................................... 9

3.1.8Operacjapodziału....................................... 10

3.1.9Operacjeporównania...................................... 10

3.2Rachunekrelacyjny........................................... 11

3.3Operacjewspólnealgebryirachunkurelacyjnego.......................... 11

3.3.1Wstawianiedanych....................................... 11

3.3.2Usuwaniedanych........................................ 12

3.3.3Poprawianiedanych...................................... 12

4Integralno±¢

4.1Integralno±¢encji............................................ 13

4.2Integralno±¢referencyjna........................................ 13

4.3Integralno±¢semantyczna....................................... 14

1.Wst¦p

1Wst¦p

Relacyjnymodeldanychzawdzi¦czaswojepowstanieE.F.Coddowi,któregoopublikowanawroku1970praca

poło»yłafundamentpodtennajbardziejpopularnyzewspółczesnychmodelidanych.Odroku1968do1988E.

F.Coddopublikowałponad30pracnatematrelacyjnegomodeludanych,onsampracewydaneprzedrokiem

1979traktujejakodokumentacj¦pierwszejwersjirelacyjnegomodeludanych.

Wroku1979,nakonferencjiAustralianComputerSocietywmiejscowo±ciHorbertwTasmaniiE.F.Codd

przedstawiłprac¦,wktórejsformułowałrozszerzon¡wersj¦relacyjnegomodeludanych,nazwałj¡RM/T.

Wroku1990E.F.Coddopublikowałksi¡»k¦,wktórejopisałwersj¦drug¡relacyjnegomodeludanych,

twierdz¡cprzytym,»ewi¦kszo±¢producentówsystemówzarz¡dzaniarelacyjnymibazamidanychnierozumie

implikacjizawartychwwersjipierwszejiwersjiRM/Trelacyjnegomodeludanych.

Relacyjnymodeldanychwyró»niasi¦spo±ródinnychmodelijednolitymipodstawamiteoretycznymi.E.F.

Coddopracował±cisłemetodyposługiwaniasi¦danymiwykorzystuj¡cdotegomatematyk¦,wszczególno±ci

teori¦zbiorów.

Opisrelacyjnegomodeludanychmo»napodzieli¢natrzycz¦±ci:

• strukturydanych,

• j¦zykimanipulowaniadanymi,

• integralno±¢danych.

2Strukturydanych

Danewbaziedeﬁniowanes¡woparciuostrukturydanychzapewnianeprzezmodeldanych.Wrelacyjnymmo-

deludanychistniejetylkojednastrukturadanych,nazywanarelacj¡.Relacjajesttabel¡,dlaktórejprawdziwe

s¡poni»szezasady:

1.Ka»databelawbaziedanychmajednoznaczn¡nazw¦.

2.Ka»dakolumnatabelimajednoznaczn¡nazw¦wobr¦bietejtabeli.

3.Wszystkiewarto±ciwkolumnies¡tegosamegotypu,wka»dejtabelijestprzynajmniejjednakolumna.

4.Nies¡dozwolonepowtórzeniawierszywtabeli,ka»dywierszjestró»ny,tabelamo»eistnie¢bezwierszy.

5.Niejestdozwoloneprzechowywaniezbioruwarto±cinaprzeci¦ciukolumnyiwierszatabeli-ka»dyelement

danychjesttraktowanyjakonierozkładalnadanaelementarna.

6.Niejestistotnyporz¡dekwierszytabeli,dorozró»nieniawierszysłu»¡kluczegłówne,anieichkolejno±¢.

7.Niejestistotnyporz¡dekkolumntabeli.

Zamieszczonenarysunkach1,2i3tabeleauthors,titleauthorititlesstanowi¡przykładyrelacjispełniaj¡c

wszystkiewymienionezasady.

E.F.Coddu»yłterminologiimatematycznejdlaokre±leniaelementówrelacyjnegomodeludanych,kolumny

nazwałatrybutami,wierszekrotkami.Liczb¦kolumntabelinazwałjejstopniem,aliczb¦wierszyliczebno±ci¡.

Wtymopracowaniuterminyteu»ywaneb¦d¡wymiennie.

Terminyrekordipoles¡nadalfunkcjonuj¡cymiokre±leniamiwierszaikolumny,u»ywanieichniejestjednak

zalecane.Pochodz¡onezestarszychsystemówzarz¡dzaniabazamidanychiodnosz¡si¦dosposobuorganizacji

2.Strukturydanych

Rysunek1:Tabelaauthors.

Rysunek2:Tabelatitleauthor.

Rysunek3:Tabelatitles.

2.Strukturydanych

danychnadysku,podczaskiedyjedn¡zwa»nychzaletrelacyjnegomodeludanychjestuniezale»nieniesi¦od

ﬁzycznejstrukturybazydanych.U»ytkownikrelacyjnejbazydanychniemapotrzebypoznawaniaszczegółów

ﬁzycznejreprezentacjidanychwbazie.

Dziedzina

Podstawow¡jednostk¡danychprzechowywanychwtabelijestnierozkładalnyelementdanych,warto±¢prze-

chowywananaprzeci¦ciukolumnyiwierszarelacji.Zbiórelementówdanychtegosamegotypunazywanyjest

dziedzin¡.Inaczejmówi¡cdziedzinajestzbioremwarto±ci,zktóregopochodz¡elementydanychpojawiaj¡ce

si¦wkolumnietabeli.

Dlaprzykładu,dziedzina,doktórejnale»ykolumnaaufnamewtabeliauthors(rysunek1),tozbiórwszystkich

mo»liwychimion.

Kluczgłówny

Ka»darelacjaposiadaprzynajmniejjedenklucz,dzi¦kiktóremuwierszewrelacjiniepowtarzaj¡si¦imo»liwe

jestpowi¡zaniezesob¡danychprzechowywanychwró»nychrelacjach,naprzykładautorówzichpublikacjami.

Kluczemmo»eby¢jednalubwielekolumn,którychwarto±cijednoznacznieokre±laj¡wiersztabeli.Wka»dej

relacjimo»eistnie¢wielekluczy,którejednoznacznieidentyﬁkuj¡jejwiersze.Nazywanes¡onekluczami

kandyduj¡cymi.Ka»dykluczkandyduj¡cymusiby¢jednoznacznieokre±lonyiniemo»emie¢warto±cinull

(punkt2).Zezbiorukluczykandyduj¡cychwybieranyjestkluczgłówny.

Dlaprzykładu,wtabeliauthors(rysunek1),kluczamikandyduj¡cymis¡kolumnyauidiaufname,zczegoza

kluczgłównyprzyj¦tazostałakolumnaauid.Jestto“sztucznie”dodanadoprzechowywanychwrelacjidanych

natematautorówinformacja-indywidualny,unikatowywobr¦bierelacjinumernadawanyka»demuautorowi

wmomencierejestrowaniagowbazie.Bierzesi¦tost¡d,i»rzadkozdarzasi¦,bydokluczykandyduj¡cych

mo»nabyłozaliczy¢pojedy«cz¡kolumn¦relacji.Tymczasemdlapowi¡zaniazesob¡danychprzechowywanych

wró»nychtabelach(punkt2)najwygodniejszyjestkluczgłównyzło»onyzjednejkolumny.Pomimo,»ew

przykładowejtabeliauthors,bior¡cpoduwag¦aktualnystandanych,kluczemkandyduj¡cymjestkolumna

aufnameprzechowuj¡caimi¦autora,tooczywistymjest,»eprzydodawaniudanychdobazyzajdziepotrzeba

dopisaniadanychautoraoju»istniej¡cymimieniu.Tymsamympomysłuznaniakolumnyaufnamezaklucz

głównytabeliauthorsupada.Mo»narównie»napierwszyrzutokauzna¢zakluczkandyduj¡cykolumn¦

phone,jednakju»przyobecnymstaniedanychmo»emyzauwa»y¢powtarzaj¡cesi¦numerytelefonów,wtabeli

s¡przechowywanedaneparywspólniemieszkaj¡cychludzi.Dlategowł¡czaniedorelacji“sztucznej”kolumny

wcharakterzekluczagłównegojestbardzopowszechn¡iwygodn¡praktyk¡.

Dobrymprzykłademkluczagłównegozło»onegozdwóchkolumnjesttabelatitleauthor(rysunek2).Tabela

taprzechowujetylkoiwył¡czniewarto±cikluczygłównychztabelauthorsititles.Słu»ytopowi¡zaniutych

tabel,zliczebno±ci¡tegozwi¡zkuokre±lon¡jako“wieledowielu”,pozwalaj¡cnawi¡zaniedowolnejliczby

autorówzdowoln¡liczb¡ksi¡»ek.Nakluczgłównytabelititleauthorskładaj¡si¦obydwiejejkolumny.Niema

jednakpotrzebydodawaniadotabelititleauthorkluczagłównegozło»onegozjednejkolumny,»adnaztabel

niezawierakluczaobcegoopartegonakluczugłównymtejtabeli.

Kluczobcy

Kluczeobcewi¡»¡zesob¡daneprzechowywanewró»nychtabelach.Kluczobcytokolumnawtabeli,która

przyjmujewarto±ciztejsamejdziedziny,cokluczgłównypowi¡zanejtabeli.

Przykłademmo»eby¢tabelatitleauthor(rysunek2),którejkolumnyauidititleids¡kluczamiobcymii

czerpi¡swojewarto±ciodpowiedniozkolumnauidwtabeliauthors(rysunek1)oraztitleidwtabelititles

3.J¦zykimanipulowaniadanymi

(rysunek3).

Warto±¢null

Wceluwskazania,»einformacjazawartawelemenciedanychjestniepełnalubnieznana,stosowanajest

warto±¢null.Jesttowarto±¢ró»naodzerainiejesttotak»epustyła«cuchznaków.Poj¦ciewarto±cinulljest

szczególnieu»yteczneprzywykonywaniutakichoperacjinadanych,jakzł¡czeniazewn¦trzne(punkt3.1.7).

3J¦zykimanipulowaniadanymi

Relacyjnymodeldanychokre±ladwaj¦zykimanipulowaniadanymi:algebr¦relacyjn¡irachunekrelacyjny.

Algebrarelacyjnaoperujenarelacjach,jestj¦zykiemproceduralnymialgorytmicznym.Oznaczato,»edla

uzyskaniaspecyﬁcznejinformacjimo»liwejestokre±lenieci¡guoperacji,któreprzekazuj¡csobiekolejnowynik

swojegodziałania-relacj¦,jakoargumentkolejnejoperacji,doprowadzaj¡dopo»¡danegowynikuko«cowego.

Zkoleirachunekrelacyjnyjestj¦zykiemdeklaracyjnym,nieproceduralnym.Oznaczato,»eokre±laonraczej

comazosta¢wyszukaneni»jaktozrobi¢.

E.F.Coddproponuj¡crelacyjnymodeldanychnajwi¦cejuwagipo±wi¦ciłwyszukiwaniudanych,którejest

jednymzpi¦ciuaspektówoperowaniadanymi-pozostałeczterytoporównywanie,wstawianie,usuwaniei

poprawianiedanych.

DlacelówporównywaniadanychE.F.Coddzaproponowałdodatkowyzbióroperacjialgebryrelacyjnej.Ope-

racjetenazywanes¡niekiedyoperacjamiteta.Nazwatapochodziodoznaczenianadanegogrupieoperatorów

porównaniawnotatkachautora.

Wspólnedlaobuj¦zykóws¡operacjewstawiania,usuwaniaipoprawianiadanych.

3.1Algebrarelacyjna

Przypomocyzbioruo±miuoperacjialgebryrelacyjnej,zktórychka»dabierzejakoargumentjedn¡lubdwie

relacje,zwracaj¡cjakowynikjedn¡relacj¦,realizowanejestwyszukiwaniedanych.Operacjetetokolejno:

operacjał¡czenia,przeci¦cia,ró»nicy,iloczynukartezja«skiego,ograniczenia,projektu,scalaniaipodziału.

Pierwszeczterys¡wzorowanenatradycyjnychoperatorachteoriizbiorów,nast¦pneczteryza±zostałyzapro-

jektowanenapotrzebymanipulacjirelacjami.Składniazapisupodstawowychoperatorówalgebryrelacyjnejnie

zostałauzgodniona.Prezentowanatutajnotacjauwzgl¦dniaumown¡składni¦najpowszechniejspotykan¡w

opracowaniachdotycz¡cychrelacyjnegomodeludanych.Składniaoperacjiporównaniazaproponowanazostała

przezE.F.Codda.

3.1.1Operacjał¡czenia

Operacjał¡czenia(ang.unionoperation),nazywanatak»eoperacj¡sumy,bierzejakodwieargumentdwie

relacje.Relacjawynikowazawierawszystkiewierszezrelacjiwej±ciowychbezpowtórze«-zwracanarelacja

musispełnia¢zasadyopisanew2.Abyprzeprowadzenietejoperacjibyłomo»liwerelacjewej±ciowemusz¡

mie¢identyczn¡struktur¦.Odpowiadaj¡cesobiekolumnymog¡si¦odsiebieró»ni¢nazwami,musz¡natomiast

nale»e¢dotychsamychdziedzin.Notacjatejoperacjito:

<relacja1>UNION<relacja2>-><tabela_wynikowa>

Przykładowerelacjewej±cioweprzedstawiaj¡rysunki4i5.Wynikwykonanejnanichoperacjił¡czeniaprzed-

stawiarysunek6.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: