Файл: Базы данных - уч. пособие.pdf

46

Глава 3. Реляционная модель

3.3.3 Целостность доменов

Для реляционных СУБД, поддерживающих понятие доменов или возможность

задания ограничений на значение какого-либо поля, существует понятие целост-
ности доменов.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Обеспечение механизма целостности доменов гарантирует,
что все значения некоторого атрибута принадлежат множеству
допустимых значений.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

На рисунке 3.9 представлен механизм реализации целостности доменов в БД

СУБД MS Access. Хотя в явном виде понятие доменов в этой СУБД не поддержи-
вается, разработчик БД имеет возможность ограничить диапазон значений опре-
деленного поля. В нашем примере задается ограничение на набор значений поля
«Пол» таблицы «Студент».

Рис. 3.9 – Задание ограничения для формирования поля «Пол»

На рисунке 3.10 представлено окно редактирования таблицы «Студенты» с вы-

бором определенного значения для поля «Пол».

Рис. 3.10 – Заполнение поля «Пол»

Таким образом, реализация механизма целостности доменов осуществляется

с помощью предварительного задания характеристик домена в описательной части
БД.

3.3 Целостная часть реляционной модели данных

47

3.3.4 Целостность, определяемая пользователем

Целостность, определяемая пользователем, расширяет понятия целостности

доменов и ссылочной целостности. Так, пользователь и/или проектировщик БД
может задать дополнительные ограничения на набор возможных значений поля
или совокупности полей.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

При разработке БД выделяется особый класс таблиц — справоч-
ники-классификаторы, это очень удобный и очень полезный спо-
соб задания перечисляемых полей.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Изменим БД (рис. 3.8), добавив в нее справочник-классификатор «Город», для

указания места рождения студентов (рис. 3.11).

Рис. 3.11 – Измененная схема БД «ВУЗ»

Чтобы корректно связать этот справочник городов с отношением «Студенты»,

нам придется изменить тип данных атрибута «Место рождения» с текстового на
числовой, а также указать источник строк для формирования атрибута «Место
рождения» (рис. 3.12).

При работе с таблицей «Студент» необходимо, чтобы были внесены значения

справочника-классификатора «Город», чтобы пользователю было удобно формиро-
вать значения атрибута «Место рождения» простым выбором значений из выпада-
ющего списка (нижняя часть рисунка 3.12).

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Использование справочников-классификаторов позволяет добить-
ся не только удобства при заполнении полей, но и обеспечивает
защиту от возникновения так называемых «висящих» ссылок при
обеспечении ссылочной целостности.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Кроме явного указания ограничений на значения атрибута путем задания допу-

стимого набора значений при проектировании БД (фиксированные значения доме-
на) или при работе с БД (формирование пользователем справочников-классифика-
торов), возможно также задание дополнительных ограничений. Например, задание
ограничения на формирование совокупности атрибутов «Серия» и «№ паспорта» —
так, в отдельности значения этих атрибутов могут повторяться, но их совокупное
значение должно быть всегда уникальным.

48

Глава 3. Реляционная модель

Рис. 3.12 – Указание источника строк и заполнение атрибута «Место рождения»

Соблюдение целостности БД является одним из условий обеспечения каче-

ственного хранения информации, а также гарантией отсутствия противоречивых
данных, что позволяет постоянно актуализировать эти данные и использовать их
многократно и без потерь.

3.4 Технология манипулирования данными
в реляционной модели

3.4.1 Основные принципы технологии манипулирования
реляционными данными

Согласно К. Дейту для манипуляционной составляющей реляционной моде-

ли данных определяются два базовых механизма манипулирования реляционными
данными — реляционная алгебра (основана на теории множеств) и реляционное
исчисление (основано на исчислении доменов и исчислении предикатов).

Все современные языки манипулирования данными основаны на этих поняти-

ях, а так как реляционная алгебра и реляционное исчисление замкнуты относи-
тельно понятия отношения, то любое выражение или формула могут быть пред-
ставлены как отношения, что позволяет использовать их в других реляционных
выражениях или формулах.

Применение реляционной алгебры и реляционного исчисления дает возмож-

ность интерпретировать сложные пользовательские запросы в виде простых пред-
ложений на языке манипулирования данными. По этой причине эти механизмы
включены в реляционную модель данных.

3.4 Технология манипулирования данными в реляционной модели

49

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Конкретный язык манипулирования реляционными БД называ-
ется реляционно полным, если любой запрос, выражаемый с по-
мощью одного выражения реляционной алгебры или одной форму-
лы реляционного исчисления, может быть выражен с помощью
одного оператора этого языка [1].
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

В принципе, для любого выражения реляционной алгебры можно построить

формулу реляционного исчисления, приводящую к тому же результату, что и реля-
ционное выражение, и наоборот. Таким образом, эти два понятия являются экви-
валентными. Для облегчения технической реализации пользовательских запросов
в реляционной модели данных имеют место оба механизма манипулирования дан-
ными.

3.4.2 Операции реляционной алгебры

Общий смысл операций реляционной алгебры
Остановимся более подробно на технологии манипулирования данными в ре-

ляционной модели, предложенной Коддом, для чего дадим определения операциям
реляционной алгебры и технологии реляционного исчисления. Поскольку отноше-
ния, как было определено выше, есть множества, то для них справедливо примене-
ние теоретико-множественных операций, дополненных некоторыми специальными
операциями, специфичными для баз данных.

Набор основных операций реляционной алгебры включает восемь операций,

среди которых выделяют:

1) традиционные теоретико-множественные операции:

• прямое произведение отношений;

• объединение отношений;

• пересечение отношений;

• взятие разности отношений;

2) четыре специальные реляционные операции:

• ограничение отношения;

• проекция отношения;

• соединение отношений;

• деление отношений.

Этот набор дополняет операция присваивания, сохраняющая в базе данных ре-

зультаты вычисления, и операция переименования атрибутов, дающая возмож-
ность корректировать схему результирующего отношения.

Поскольку операции реляционной алгебры производятся над отношениями и ре-

зультатом их выполнения является отношение, то говорят, что операции реляцион-
ной алгебры замкнуты относительно понятия отношения.

Прежде чем подробно рассмотреть операции реляционной алгебры, дадим сле-

дующие общие определения.

50

Глава 3. Реляционная модель

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Результатом выполнения прямого произведения двух отношений-
операндов является отношение, кортежи которого есть конка-
тенация (сцепление) кортежей первого и второго операндов.

Результатом выполнения операции объединения двух отношений
является отношение, включающее все кортежи, входящие хотя
бы в одно из отношений-операндов.

В результате операции пересечения двух отношений произво-
дится отношение, включающее все кортежи, принадлежащие
обоим отношениям-операндам.

В результате разности двух отношений создается отношение,
включающее все кортежи, входящие в первое отношение-операнд,
такие, что ни один из них не входит во второе отношение-
операнд.

Результирующее отношение при проведении операции деления
состоит из кортежей, включающих значения атрибутов корте-
жей первого операнда, таких, что множество значений остав-
шихся атрибутов (при фиксированном значении первых атрибу-
тов) совпадает с множеством значений атрибутов второго опе-
ранда.

В результате операции ограничения отношения по некоторому
условию производится отношение, включающее кортежи отно-
шения-операнда и удовлетворяющее этому условию.

В результате операции проекции отношения на фиксирован-
ный набор его атрибутов создается отношение, кортежи ко-
торого производятся путем взятия соответствующих значений
из кортежей отношения-операнда с исключением атрибутов, не
вошедших в первоначальный набор.

Результат соединения двух отношений по некоторому усло-
вию есть отношение, кортежи которого являются конкатена-
цией кортежей первого и второго отношений и удовлетворяют
этому условию.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

С помощью операции переименования атрибутов производится отношение, те-

ло которого совпадает с телом операнда, но с заменой имен атрибутов. С помощью
операции присваивания можно сохранить результат вычисления реляционного вы-
ражения в отношении БД.

Для формирования пользовательских запросов с помощью операций реляци-

онной алгебры можно строить вложенные выражения, содержащие последователь-
ный набор таких операций.

Операция переименования
Иногда при выполнении той или иной операции реляционной алгебры произ-

водится отношение, содержащее атрибуты с некорректными именами, например