Атрибуты, схема отношения, схема базы данных

Столбцы отношения называют атрибутами, им присваиваются имена, по кото­рым к ним затем производится обращение.

Список имен атрибутов отношения с указанием имен доменов (или типов, если домены не поддерживаются) называется схемой отношения.

Схема нашего отношения СТУДЕНТ запишется так:

СТУДЕНТ (№ студенческого билета. Номера студенческих билетов

Имя. Имена. Дата рождения. Даты рождения.

Курс. Номера_курсов. Специальность Специальности).

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

Степень отношения СТУДЕНТЫ равна пяти, то есть оно является 5-арным.

Схемой базы данных называется множество именованных схем отношений.

Кортеж

Кортеж, соответствующий данной схеме отношения, представляет собой множе­ство пар {имя атрибута, значение}, которое содержит одно вхождение каждого име­ни атрибута, принадлежащего схеме отношения. «3начение» является допусти­мым значением домена данного атрибута (или типа данных, если понятие домена не поддерживается). Тем самым степень кортежа, то есть число элементов в нем, совпадает со степенью соответствующей схемы отношения. Иными словами, кор­теж – это набор именованных значений заданного типа.

Пустые значения

В некоторых случаях какой-либо атрибут отношения может быть непри­меним. На­пример, в рассматриваемом в качестве примера отношении СТУДЕНТЫ может также храниться информация о потенциальных абитуриен­тах, посещающих под­готовительные курсы вуза или студентах, взявших академический отпуск по болезни. В этом случае неприменимыми оказываются атрибуты «№ студенческого билета» и «Курс» (так как абитуриенты еще не поступили в вуз и студенты, взявшие академический отпуск, либо не имеют студенческого билета и не могут быть отнесены к како­му-либо курсу). Кроме того, иногда при вводе информации в строку реляционной таблицы некоторые данные могут быть неизвестны и выясняться позже. (Для наше­го примера – при поступлении на подготовительные курсы абитуриент еще не оп­ределился окончательно, на какую специальность он будет поступать.)

В обоих указанных случаях в поля, соответствующие неприменимым или неизве­стным атрибутам, ничего не заносится, и строка записывается в базу данных с пу­стыми значениями этих атрибутов.

Следует понимать, что пустое значение – это не ноль и не пустая строка, а неизве­стное значение атрибута, которое не определено в данный момент времени и в прин­ципе может быть определено позднее.

Для обозначения пустых значений полей используется слово NULL.

Ключи отношения

Поскольку отношение с математической точки зрения является множеством, а мно­жества по определению не содержат совпадающих элементов, то никакие два корте­жа отношения не могут быть дубликатами друг друга в любой произвольно задан­ный момент времени. Таким образом, в отношении всегда должен присутствовать некоторый атрибут (или набор атрибутов), однозначно определяющий каждый кортеж отношения и обеспечивающий уникальность строк таблицы. Такой атри­бут (или набор атрибутов) называется первичным ключом отношения.

Более строго определить понятие первичного ключа можно следующим образом: если R – отношение с атрибутами A _1, A ₂,...., А_n, то множество атрибутов К = (A_i, A_j,...., A_k)отношения R является первичным ключом этого отношения тогда и толь­ко тогда, когда удовлетворяются два независимых от времени условия:

– уникальность: произвольный момент времени никакие два различных корте­жа отношения R не имеют одного и того же значения для A_i, A_j,...., A_k;

– минимальность: ни один из атрибутов A_i, A_j,...., A_k не может быть исключен из К без нарушения уникальности. Для каждого отношения свойством уникальности обладает по крайней мере пол­ный набор его атрибутов. Однако требуется обеспечить и условие минимальности. Поэтому, как правило, в отношении всегда имеется один атрибут, обладающий свойством уникальности и являющийся первичным ключом.

В зависимости от количества атрибутов, входящих в ключ, различают простые и сложные (или составные) ключи.

Простой ключ – ключ, содержащий только один атрибут. В общем случае опера­ции объединения выполняются быстрее в том случае, когда в качестве ключа ис­пользуется самый короткий и самый простой из возможных типов данных. С этой точки зрения наилучшим образом подходит целочисленный тип, который имеет аппаратную поддержку для выполнения над ним логических операций.

Сложный или составной ключ – ключ, состоящий из нескольких атрибутов.

Набор атрибутов, обладающий свойством уникальности, но не обладающий минималь­ностью, называется суперключом. Суперключ – сложный (составной) ключ с боль­шим числом столбцов, что необходимо для того, чтобы быть уникальным идентифи­катором. Такие ключи нередко используются на практике, так как избыточность может оказаться полезной пользователю.

В зависимости от того, содержит ли атрибут, являющийся первичным ключом, какую-либо информацию, различают искусственные и естественные ключи.

Искусственный или суррогатный ключ – ключ, созданный самой СУБД или поль­зователем с помощью некоторой процедуры, который сам по себе не содержит ин­формации. Искусственный ключ используется для создания уникальных иден­тификаторов строк, когда сущность должна быть описана полностью, чтобы од­нозначно идентифицировать конкретный элемент. Искусственный ключ часто используют вместо значимого сложного ключа, который является слишком гро­моздким, чтобы использоваться в реальной базе данных. Система поддерживает искусственный ключ, но он никогда не показывается пользователю.

Естественный ключ – ключ, в который включены значимые атрибуты и который, таким образом, содержит информацию.

В рассматриваемом нами примере в качестве первичного ключа отношения СТУДЕН­ТЫ можно рассматривать атрибут № студенческого билета. Причем данный ключ будет естественным, так как он несет вполне определенную информацию.

Каждый из типов первичных ключей имеет свои преимущества и недостатки; их обсуждению посвящено большое количество публикаций. Мы не будем проводить подробное их сравнение, а отметим лишь основные плюсы и минусы каждого из видов ключей.

Основными достоинствами естественных ключей является то, что они несут впол­не определенную информацию и их использование не приводит к необходимости добавлять в таблицы атрибуты, значения которых не имеют никакого смысла и используются лишь для связи между отношениями. Иными словами, использова­ние естественных ключей позволяет получить более компактную форму таблиц (в которых не будет избыточных, неинформативных данных) и более естествен­ные связи между ними.

Основным же недостатком естественных ключей является то, что их использование весьма затруднительно в случае изменчивости предметной области. Следует пони­мать, что значения атрибутов первичного ключа не должны изменяться. То есть од­нажды заданное значение первичного ключа для кортежа не может быть позже изменено. Такое требование ставится в основном для поддержания целостности базы данных. Связь между отношениями обычно устанавливается именно по пер­вичному ключу, и его изменение приведет к нарушению этих связей или к необхо­димости изменения записей в нескольких таблицах. Даже в сравнительно простых базах данных это может вызвать ряд трудноразрешимых проблем.

В некоторых реляционных СУБД допускается изменение первичного ключа. Иногда это бывает действительно полезно. Однако прибегать к этому следует лишь в случае крайней необходимости.

Типичным примером изменчивой предметной области, в которой для сущности невозможно определить неизменный естественный ключ, является любая область, где в качестве сущности выступает человек. Действительно, невозможно опреде­лить для человека набор атрибутов, которые были бы уникальны и неизменны на протяжении всей его жизни.

Второй, довольно существенный недостаток естественных ключей состоит в том, что, как правило, уникальные естественные ключи являются составными и содер­жат строковые атрибуты. Как уже отмечалось выше, максимальная скорость вы­полнения операций над данными обеспечивается при использовании простых це­лочисленных ключей. Таким образом, с точки зрения быстродействия системы естественные ключи часто оказываются неоптимальными.

Оба недостатка естественных ключей можно преодолеть, определив в отношениях суррогатные ключи, представляющие собой некоторый универсальный атрибут, как правило целочисленного типа, который не зависит ни от предметной области, ни, тем более, от структуры отношения, которое он идентифицирует. Таким обра­зом, можно обеспечить уникальность и неизменность ключа (раз он никаким обра­зом не зависит от предметной области, то никогда не возникнет необходимость изменять его). Однако за это приходится платить избыточностью данных в таб­лицах.

Следует заметить, что во многих практических реализациях реляционных СУБД до­пускается нарушение свойства уникальности кортежей для промежуточных отноше­ний, порождаемых неявно при выполнении запросов. Такие отношения являются не множествами, а мультимножествами, что в ряде случаев позволяет добиться опреде­ленных преимуществ, но иногда приводит к серьезным проблемам.

В любой из таблиц может оказаться несколько наборов атрибутов, которые можно выбрать в качестве ключа. Такие наборы называются потенциальными или аль­тернативными ключами.

Нередко в отношениях определяются так называемые вторичные ключи. Вторич­ный ключ представляет собой комбинацию атрибутов, отличную от комбинации, составляющей первичный ключ. Причем вторичные ключи не обязательно обла­дают свойством уникальности. При их определении могут задаваться следующие ограничения:

– UNIQUE – ограничение уникальности, значения вторичных ключей при дан­ном ограничении не могут дублироваться;

– NOT NULL – при данном ограничении ни один из атрибутов, входящих в со­став вторичного ключа, не может принимать значение NULL

Перекрывающиеся ключи – сложные ключи, которые имеют один или несколько общих столбцов.

Связанные отношения

В реляционной модели данные представляются в виде совокупности взаимосвя­занных таблиц. Подобное взаимоотношение между таблицами называется связью (relationship). Таким образом, еще одним важным понятием реляционной модели является связь между отношениями.

Для рассмотрения связанных отношений воспользуемся рассмотренным ранее примером – отношением СТУДЕНТЫ. Данное отношение может быть связано с отношением УСПЕВАЕМОСТЬ, в котором содержатся сведения об успеваемос­ти студентов по разным предметам. Фрагмент такого отношения может иметь вид, приведенный в табл. 4.2

.

Таблица 4.2

Фрагмент отношения УСПЕВАЕМОСТЬ,

Date: 2016-05-25; view: 977; Нарушение авторских прав