86815

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗ ДАННЫХ

Книга

Информатика, кибернетика и программирование

Базы данных предназначены для хранения и обработки большого количества однородной информации, которая может представлять собой, например, сведения о сотрудниках университета, справочник лекарственных средств, результаты измерения температуры, давления и влажности в течение года...

Русский

2015-04-11

369.5 KB

0 чел.

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗ ДАННЫХ

Учебное пособие


Введение

Базы данных предназначены для хранения и обработки большого количества однородной информации, которая может представлять собой, например, сведения о сотрудниках университета, справочник лекарственных средств, результаты измерения температуры, давления и влажности в течение года, сведения о банковских вкладах, список счетов для оплаты телефонных переговоров и т. д.

Идея использовать компьютер для накопления и обработки больших объемов информации появилась почти сразу после его создания. Одновременно с развитием компьютерной техники развивалась и теория баз данных, изменялись структура представления информации, хранения данных на физических носителях, методы доступа и обработки данных. В результате появились модели баз данных, методики проектирования баз данных, специальное программное обеспечение для работы с базами данных, называемое системой управления базами данных, языки баз данных.

Системы управления базами данных (СУБД) реализуют хранение данных в соответствии с одной или несколькими моделями данных, выполнение стандартных операций обработки данных, таких как внесение новой информации или корректировка уже введенной, поиск данных, удовлетворяющих заданным критериям, упорядочение данных и другие, а также поддерживают один или несколько языков баз данных.

Наиболее популярными сейчас являются реляционные СУБД, в которых данные хранятся в реляционных таблицах, и для них разработан стандарт языка обработки – SQL (термин «реляционная» будет пояснен далее в тексте пособия), поэтому пособие ориентировано именно на реляционные базы данных. В пособии рассмотрены следующие темы: уровни представления информации, построение инфологической модели данных, реляционная модель данных и основы реляционной алгебры, теория нормализации, пример проектирования базы данных для конкретной предметной области.

1. Этапы проектирования базы данных

В базе данных обычно хранится информация из некоторой сферы деятельности, например, данные по отгрузке готовых изделий со склада, или по успеваемости студентов факультета, или по оплате телефонных разговоров и т.п. Эту сферу деятельности мы будем называть предметной областью. Таким образом, база данных будет содержать информацию из предметной области, которую необходимо хранить и обрабатывать с помощью компьютера.

База данных представляет собой структурированный набор данных, поэтому без специальной предварительной подготовки информацию в той форме, в которой мы ее обычно получаем, воспринимаем, передаем, нельзя представить в памяти компьютера и обрабатывать по формальным алгоритмам, реализованным в виде программ. Чтобы компьютерная обработка (хранение, сортировка, поиск и т.д.) стала возможной, информацию необходимо структурировать по определенным правилам.

В результате развития концепций баз данных были выделены три уровня представления информации: инфологический, даталогический и физический. На каждом уровне проводится структуризация информации таким образом, чтобы на третьем уровне информация могла быть представлена в виде структур данных, реализуемых в памяти ЭВМ.

На первом уровне, который называется инфологическим, определяется, какая информация о предметной области будет храниться и обрабатываться в компьютере, и в результате исследования предметной области строится ее инфологическая модель. Информация в инфологической модели представляется вне зависимости от того, какие программные и технические средства будут использованы в дальнейшем для ее хранения и обработки. На этом уровне предметная область описывается в терминах классов объектов и их взаимосвязей, которые являются понятными конечным пользователям и людям, работающим в предметной области, не знакомым с принципами организации баз данных.

На втором уровне, который называется даталогическим, или концептуальным, информация представляется в виде данных и логических связей между данными вне зависимости от того, что представляют собой данные и какие технические средства будут использованы для хранения данных, но с учетом программных средств (СУБД). Существует несколько видов даталогических моделей данных: сетевая, иерархическая, реляционная, объектная и другие.

На третьем, физическом, уровне определяется, как и где на физическом носителе будут храниться данные.

Для представления информации о предметной области с точки зрения одного конкретного пользователя или группы пользователей могут быть построены внешние модели первого и второго уровней,    т. е. инфологические и даталогические.

На рисунке ниже отражена взаимосвязь моделей представления информации.

Информация о предметной области, с которой работают пользователи, отображается сначала в инфологической модели, затем в даталогической и, наконец, в физической модели. Представления отдельных пользователей оформляются внешними инфологическими и даталогическими моделями. Здесь нужно обратить внимание на то, что внешние модели должны быть обязательно согласованы с соответствующими инфологической и даталогической моделями. Это означает, что они ни в коем случае не дополняют соответствующие модели, а являются их проекцией на уровень заинтересованности отдельного пользователя в информации.

Даталогические и физическая модели непосредственно реализуются в СУБД.

Физическая модель определяет структуру хранения данных на физических носителях.

Замечания 

Обычно процесс построения моделей не является строго линейным. На любом шаге проектирования возможно возвращение к предыдущему этапу и исправление ранее построенной модели.

Построение внешних моделей может выполняться как параллельно с построением других моделей, так и после окончания построения всех моделей. Главное требование к внешним моделям заключается в том, что внешние модели должны быть согласованы с инфологической и концептуальной (даталогической) моделью данных, т. е. являться частью этих моделей, но никак не дополнением к ним. 

2. Модель предметной области

Модель предметной области (инфологическая модель) – это описание  предметной области, выполненное без ориентации на используемые в дальнейшем программные и технические средства. Цель инфологического проектирования заключается в представлении семантики (т. е. смысла) предметной области. Эта модель должна быть понятна заказчику, который не является специалистом в области баз данных.

Для описания предметной области наиболее часто используется модель «сущность–связь», предложенная П. Ченом в 1976 году (или ее модификации). Сокращенно такую модель называют ER-моделью от английского названия «Entity–Relationship» («Сущность–связь»). Диаграмма модели имеет лексикографическую структуру, т. е. включает в себя текст и элементы графики. Из названия модели понятно, что основными ее структурными элементами будут объекты и связи между ними. Рассмотрим каждый из структурных элементов.

2.1. Объекты и классы объектов

Предметная область состоит из объектов, в качестве которых могут выступать люди, материальные предметы, производственные отделы, бумажные документы, операции, явления, абстрактные идеи. Например, объектами могут быть: студент Иванов И. И., группа 22301, экономический факультет, стипендия студента Иванова И. И., зачетная книжка студента Иванова И. И. и т. п.

Отобразить в модели каждый объект предметной области не представляется возможным. Модель предполагает некоторое обобщение и сведение всего к общей структуре. Поэтому среди всех конкретных объектов необходимо выделить их общие признаки, характеристики и по ним объединить объекты в классы. Так, Петрова С. П., Иванова И. И. и Булкина А. А. можно объединить в класс Студент, а Карандаш, Блокнот и Линейку – в класс Товар.

Каждый класс определяется набором атрибутов, т. е. свойств, которыми обладает каждый объект, принадлежащий к этому классу. Например, класс Студент может иметь следующие свойства: ФИО, Год рождения, Курс обучения, Номер зачетной книжки, а класс Товар – Наименование, Дата изготовления, Цена.

Свойства могут носить статический или динамический характер, что означает, что значение свойства не может измениться или может измениться с течением времени. Например, значение свойства Год рождения для класса Студент не может измениться, а значение свойства Курс обучения того же класса будет изменяться каждый учебный год, если, конечно, это добросовестный студент.

В терминах модели «сущность–связь» классы объектов обозначаются прямоугольниками, а свойства – овалами. Внутри прямоугольника записывается название класса, внутри овала – название свойства. Изменчивость свойств на схеме обозначается латинскими буквами S и D. Буква S означает статический характер свойства, буква D – динамический.

На рисунке ниже представлен класс Студент, имеющий четыре свойства, два из которых являются статическими (Год рождения и Номер зачетной книжки), а два других – динамическими (ФИО и Курс).

2.2. Связи между классами объектов

Между классами объектов могут существовать некоторые отношения, называемые связями. Например, между классами Студент и Группа существует связь: студенты распределены по группам или можно сказать, что группы состоят из студентов.

Связи могут быть бинарными, т. е. между двумя классами объектов, или между бóльшим количеством классов. Можно определить и циклические связи, т. е. связи между объектами одного и того же класса.

Между одними и теми же классами может существовать любое количество связей. Например, между классами Студент и Группа можно образовать связь «распределение студентов по группам» и связь «староста группы».

Связи, как и классы, могут иметь свойства. Например, между двумя классами Товар и Поставщик существует связь, которую назовем Поставка, которая означает, что поставщик поставляет товар. Эта связь будет иметь два свойства – Дата поставки и Количество. Понятно, что и дата, и количество не могут быть свойствами ни класса Товар, ни класса Поставщик. Это характеристики связи между двумя классами.

В терминах ER-диаграмм связь изображается в виде ромба, внутри которого записывается название связи. Классы объектов, участвующие в этой связи, соединяются с ромбом стрелками. Употребление двойных стрелок будет рассмотрено ниже.

Свойства связи изображаются так же, как и свойства класса, и соединяются с ромбом, обозначающим связь.

2.3. Типы связей в предметной области

Кроме свойств связи могут иметь и другие характеристики.

2.3.1. Характеристика однозначности для бинарных связей

  1.  Связь 1:1, «один-к-одному». Эта связь означает, что каждому объекту из первого класса соответствует ровно один объект из второго класса и, наоборот, каждому объекту из второго класса соответствует ровно один объект из первого класса. В отношение вступают два объекта из разных классов.

Например, связь между классами Факультет и Декан. Факультет может иметь только одного декана, а декан может быть деканом только одного факультета. На схеме такая связь изображается двумя одинарными стрелками.

  1.  Связь 1:M, «один-ко-многим» (или M:1, «многие-к-одному»). Эта связь означает, что одному объекту из первого класса соответствует несколько объектов второго класса, но каждому объекту второго класса соответствует только один объект первого класса. В такое отношение вступают несколько объектов – один объект из первого класса, остальные из второго, и если какой-то объект из второго класса уже входит в отношение с каким-то объектом из первого класса, то он уже не может входить в такое же отношение с другим объектом первого класса.

Такой характер носит связь между классами Группа и Студент. В группе может быть несколько студентов, но каждый студент может быть только в одной группе. Или отношение между классами Факультет и Кафедра. Факультет может иметь несколько кафедр, но каждая кафедра принадлежит только одному факультету.

На схеме связь изображается одной одинарной и одной двойной стрелками. Двойная стрелка направлена к тому классу, объекты которого могут входить в отношение в любом количестве.

 

  1.  Связь M:N, «многие-ко-многим». Эта связь означает, что одному объекту первого класса соответствует несколько объектов второго класса и каждому объекту второго класса соответствует несколько объектов первого класса. В отношение входит несколько объектов от одного и от другого класса.

Например, связь между классами Преподаватель и Предмет. Преподаватель может читать несколько предметов, и каждый предмет могут читать несколько преподавателей.

На схеме такая связь изображается двумя двойными стрелками.

2.3.2. Характеристика полноты связи

Характеристика полноты отражает зависимость класса от связи, в которую он входит.

  1.  Необязательная по отношению к классу связь означает, что существование объектов класса не зависит от наличия связи.
  2.  Обязательная по отношению к классу связь означает, что существование объектов класса зависит от наличия связи.

На схеме обязательная по отношению к классу связь обозначается квадратом с точкой внутри, примыкающим к прямоугольнику, представляющему класс, перед входящей в него стрелкой связи.

Например:

  1.  Связь между классами Факультет и Компьютерный класс. В университете есть факультеты, не имеющие компьютерных классов, и есть компьютерные классы, не приписанные ни к одному из факультетов, т. е. и компьютерные классы, и факультеты существуют вне зависимости от того, относится ли компьютерный класс к факультету и имеет ли факультет хотя бы один компьютерный класс. Такая связь является необязательной и по отношению к классу Факультет, и по отношению к классу Компьютерный класс.

  1.  Связь между классами Служащий и Должность. Каждый сотрудник в организации должен иметь какую-либо должность, т. е. нет сотрудника без должности. Это означает, что не существует объекта класса Служащий, не связанного с каким-либо объектом класса Должность. Но должность может быть и вакантной, т. е. быть не связанной ни с одним объектом класса Служащий. Такая связь является обязательной по отношению к классу Служащий и необязательной по отношению к классу Должность.

  1.  Связь между классами Студент и  Группа. Не может быть студента, не принадлежащего ни к одной группе, так же как не может быть группы без студентов. Такая связь является обязательной и по отношению к классу Студент, и по отношению к классу Группа.

Общая схема, содержащая все классы объектов, их свойства, связи между классами и свойства этих связей, и будет инфологической моделью предметной области, иногда ее называют концептуальной моделью.

После того как построена инфологическая модель предметной области, можно переходить к построению модели данных.

3. Реляционная модель данных

Модель данных является моделью логического уровня и представляет собой отображение логических связей между элементами данных безотносительно к их содержанию. Эта модель строится в терминах информационных единиц, допустимых в конкретной системе управления базами данных, в среде которой мы проектируем базу данных.

Модель данных включает в себя структуру данных, множество операций над данными и ограничения целостности. Можно назвать четыре основных модели данных: сетевая, иерархическая, реляционная и объектная. В основе их классификации лежит структура данных.

Рассмотрим наиболее популярную модель данных – реляционную, основанную на некоторых положениях математики (в основном теории множеств и логике предикатов). Название модели произошло от английского слова «relation», что в переводе означает отношение, именно математическое отношение лежит в основе структуры реляционной модели. Принципы реляционной модели были заложены в 1969–70-х годах американским ученым Е. Ф. Коддом (E. F. Codd), в то время работавшим в корпорации IBM. За эту модель Кодд был удостоен престижной премии Тьюринга в области теоретических основ вычислительной техники.

3.1. Структура

Начнем описание структуры реляционной модели данных с нескольких определений.

Доменом называется множество однородных элементов. Домены являются произвольными непустыми конечными или счетными множествами. Например, множество названий дней недели, множество целых чисел, состоящих не более чем из 10 цифр, множество символьных строк длиной 20 символов и т. п.

Атрибутом называется именованный домен, представляющий свойство объекта или связи. Разные атрибуты могут иметь одинаковые домены.

Например:

Атрибут

Домен

Фамилия

строка символов длиной не более 30 символов

Название города

строка символов длиной не более 25 символов

Номер квартиры

натуральное число

Кол-во ед. товара

натуральное число

Стипендия

вещественное число с двумя знаками после запятой

Форма детали

круг, квадрат, шестиугольник

Схемой отношения R называется конечное множество имен атрибутов (A1,A2,…, An). Каждому атрибуту с именем Ai соответствует домен Di, i=1,…,n. Введем обозначение: dom(Ai) = Di. Количество атрибутов (n) называется степенью отношения.

Пусть D = D1  D2  Dn – декартово произведение всех доменов схемы отношения.

Отношением r со схемой R называется конечное подмножество в D:

r(R)={t1,t2,…,tp},

где p – количество элементов, входящих в отношение r(R). Каждый элемент отношения (t) называется кортежем. Кортеж состоит из данных (t(Ai)) значений кортежа t на атрибуте Ai. Каждое данное должно принадлежать домену соответствующего ему атрибута, т. е. удовлетворять следующему ограничению: t(Ai) Î Di, i=1,…,n.

Определим схему отношения Студент с атрибутами Фамилия, Год_рождения, Год_поступления, Номер_билета, Курс_обучения, Стипендия:

Студент(Фамилия, Год_рождения, Год_поступления, Номер_билета, Курс_обучения, Стипендия).

В качестве доменов для атрибутов отношения Студент могут выступать следующие множества:

dom(Фамилия) = {строка символов длиной 20};

dom(Год_рождения) = dom(Год_поступления) = {множество четырехзначных натуральных чисел};

dom(Номер_билета) = {множество шестизначных натуральных чисел};

dom(Курс_обучения) = {1, 2, 3, 4, 5, 6};

dom(Стипендия) = {вещественное число с двумя знаками после запятой}.

Кортежами, удовлетворяющими схеме, могут быть:

t1 = <Петров, 1978, 1994, 123456, 5, 100.50>,

t2 = <Иванов, 1979, 1995, 122453, 4, 0.00>.

Тогда данными будут:

t1(Год_рождения) = 1978,

t2(Стипендия) = 0.00.

Отношение удобно представлять в виде таблицы.

Студент

Фамилия

Год_рож-дения

Год_посту-пления

Номер_би-лета

Курс_обу-чения

Стипендия

 Петров

1978

1994

123456

5

100.50 

 Иванов

1979

1995

122453

4

0.00

 Соколов

1975

1995

122454

4

90.00

Таблица как раз и представляет собой реляционное отношение. Столбцы таблицы соответствуют атрибутам отношения, шапка таблицы (верхняя строка) – схеме отношения. Каждая следующая строка представляет собой один кортеж (или, по-другому, запись). На пересечении столбца и строки таблицы находится конкретное значение – данное. Все данные, находящиеся в одном столбце, должны быть одного типа, соответствующего домену атрибута, заголовок которого находится в первой строке таблицы.

Фамилия

Год_рож-дения

Год_пос-тупления

Номер_

билета

Курс_

обучения

Стипен-дия

 Петров

1978

1994

123456

5

100.50 

 Иванов

1979

1995

122453

4

0.00

 Соколов

1975

1995

122454

4

90.00

Ключом отношения r(R) называется подмножество атрибутов K Í R, такое, что для любых различных кортежей t1 и t2 из r выполняется t1(K) ¹ t2(K) (свойство уникальности), и ни одно собственное подмножество K Ì K не обладает этим свойством (свойство неизбыточности). Это означает, что ключ – это минимальный (неизбыточный) набор атрибутов, уникальным образом идентифицирующих кортеж, т. е. среди всех возможных кортежей отношения (среди всех возможных, а не только среди тех, из которых состоит отношение в данный момент) нет двух различных кортежей с одинаковыми значениями атрибутов, входящих в ключ.

Причина такой важности ключей заключается в том, что они обеспечивают основной механизм адресации на уровне кортежей. Единственный гарантируемый способ точно указать на какой-нибудь кортеж – это указать значение ключа.

Ключ, состоящий из одного атрибута, называется простым. Ключ, состоящий более чем из одного атрибута, называется составным.

Схема отношения может иметь несколько ключей. Они называются потенциальными ключами. Один из них выбирается в качестве основного и называется первичным, остальные ключи называются вторичными (возможными, альтернативными). В схеме отношения имена атрибутов, входящих в первичный ключ, подчеркиваются. Атрибуты, входящие в первичный ключ, называются первичными атрибутами (ключевыми), остальные атрибуты называются непервичными (неключевыми).

Например, в схеме отношения Студент атрибут {Год_поступления} не может быть ключом, так как значения этого атрибута повторяются (во втором и третьем кортежах). Атрибуты {Год_поступления, Курс_обучения} также не являются ключом, так как набор данных {1995, 4} повторяется в двух кортежах. Ключом для схемы Студент может быть атрибут {Номер_билета}, так как каждый студент имеет студенческий билет с уникальным номером.

Студент(Фамилия, Год_рождения, Год_поступления, Номер_билета, Курс_обучения, Стипендия).

Пусть r(R) – отношение со схемой R, FK – набор атрибутов из схемы R (FK  R). Пусть s(S) – отношение со схемой S, CK – ключ отношения s (CK  S). Набор атрибутов FK называется внешним ключом отношения r(R), ссылающимся на отношение s, если каждое значение атрибутов FK в отношении r всегда совпадает со значениями атрибутов CK некоторого кортежа в отношении s.

Определим еще одно отношение

Соревнования(Название_вида, Номер_участника, Номер_билета).

Это отношение будет содержать информацию о том, в каких видах и под какими номерами студенты участвуют в соревнованиях. В каждом виде соревнований может участвовать несколько студентов, каждый из которых имеет уникальный номер участника в пределах данного вида соревнований, любой студент может участвовать в нескольких видах соревнований, поэтому ключом отношения будет совокупность атрибутов {Название_вида, Номер_участника}.

Соревнования 

Название_вида

Номер_участника

Номер_билета

Бег на 100 м

1

122453

Бег на 100 м

2

123456

Прыжки в высоту

1

122454

Прыжки в высоту

2

122453

Значениями атрибута Номер_билета будут номера зачетных книжек студентов, информация о которых содержится в отношении Студент. Напомним, что ключом отношения Студент является атрибут Номер_билета. Тогда в отношении Соревнования атрибут Номер_билета будет внешним ключом, ссылающимся на ключ отношения Студент. Это означает, что значения атрибута Номер_билета отношения Соревнования выбираются из значений атрибута Номер_билета отношения Студент.

Значения внешнего ключа могут повторяться. Для отношения Соревнования это означает, что один и тот же студент может участвовать в разных видах соревнований.

Атрибут, являющийся внешним ключом, может иметь произвольное название, необязательно совпадающее с названием первичного ключа отношения, на которое ссылается внешний ключ.

3.2. Операции

Операции реляционной модели данных можно условно разделить на две группы: операции обновления отношений и операции реляционной алгебры.

Операции обновления предназначены для добавления, удаления и изменения кортежей отношения.

Операции реляционной алгебры используют в качестве операндов реляционные отношения, и результатом операции также является реляционное отношение. Именно поэтому они образуют алгебру. Основу этой группы операций составляют 8 операторов, предложенных Коддом, это так называемая «начальная» алгебра.

Группу реляционных операторов можно разбить еще на две группы:

Традиционные операции над множествами: объединение, пересечение, вычитание и декартово произведение. 

Специальные реляционные операции: селекция (выборка), проекция, соединение и деление. 

3.2.1. Операции обновления отношений

Операции обновления – это операции, выполняемые над одним кортежем отношения.

Добавление

Цель операции – добавить один кортеж с данными <d1,…,dn> в отношение r со схемой (A1,A2,…,An).

ADD(r; A1= d1, …, An= dn).

Когда фиксирован порядок имен атрибутов, допустима более короткая запись:

ADD(r; d1, …, dn).

Операция может быть не выполнена по следующим причинам:

  1.  Добавляемый кортеж не соответствует схеме отношения r.
  2.  Некоторые значения кортежа не принадлежат соответствующим доменам.
  3.  Добавляемый кортеж совпадает по ключу с кортежем, уже находящимся в отношении.

Примеры для отношения Студент, определенного в разделе 3.1:

  1.  ADD(Студент; Дубов, 1980, 1996, 134742, 2, 100.00).
  2.  ADD(Студент; Фамилия = Марков, Имя = Сергей, Отчество = Петрович, Курс_обучения = 2) – не будет выполнена по причине 1, в схеме отношения Студент нет атрибутов Фамилия, Имя, Отчество.
  3.  ADD(Студент; Колобков, 1976, 1996, 122454, 8, 90.00) – не будет выполнена по причинам 2 и 3. Ключом отношения Студент является атрибут {Номер_билета}. Отношение уже содержит кортеж с номером билета 122454 у студента Соколова (причина 3), и значением атрибута Курс_обучения не может быть число 8 (причина 2).

Удаление

Цель операции – удаление одного кортежа с данными <d1,…dn> из отношения r.

DEL(r; A1=d1, …, An=dn).

В действительности нет необходимости перечислять значения всех атрибутов удаляемого кортежа. Чтобы однозначно определить кортеж, который надо удалить, достаточно указать значение первичного ключа:

DEL(r; <ключ> = <d>),

<ключ> – содержит только те атрибуты, которые входят в ключ,

<d> – содержит только те значения удаляемого кортежа, которые соответствуют ключевым атрибутам.

Операция может быть не выполнена по следующим причинам:

  1.  Удаляемый кортеж не соответствует схеме отношения r.
  2.  Удаляемого кортежа нет в отношении r.

Примеры для отношения Студент, определенного в разделе 3.1:

  1.  DEL(Студент; 122454).
  2.  DEL(Студент; 555556) – не будет выполнена, так как такого кортежа в отношении Студент нет.

Изменение

Цель операции – заменить значения атрибутов C1,…,Cp кортежа <d1,…,dn> отношения r значениями e1,…,ep.

CH(r; A1=d1, …, An=dn; C1=e1, …, Cp=ep).

Аналогично операции удаления, в операции изменения для определения кортежа, значения атрибутов которого требуется изменить, не обязательно перечислять все атрибуты и их значения, достаточно перечислить только ключевые атрибуты. Структура команды в этом случае будет такой:

CH(r; <ключ> = <d>; C1=e1, …, Cp=ep).

Операцию изменения можно заменить двумя последовательно выполненными операциями удаления и добавления. Ограничения на применение операции изменения такие же, как и у операций добавления и удаления.

Примеры для отношения Студент, определенного в разделе 3.1:

  1.  CH(Студент; 122453; Стипендия = 70.00).
  2.  CH(Студент; 122453; Средний_балл = 4.5) – не будет выполнена, так как атрибут Средний_балл не входит в схему Студент.

3.2.2. Операции над множествами

Два отношения с одной и той же схемой могут быть рассмотрены как два подмножества одного и того же универсума – множества всех возможных кортежей с этой схемой. К таким двум отношениям могут быть применены операции над множествами.

Пересечение

В результате пересечения двух отношений с одной и той же схемой получается новое отношение с той же схемой, содержащее только те кортежи, которые были и в первом отношении, и во втором отношении. Если таковых не оказалось, то результатом будет пустое отношение, т. е. отношение, не содержащее ни одного кортежа.

Объединение

В результате объединения двух отношений с одной и той же схемой получается новое отношение с той же схемой, содержащее все кортежи из первого отношения и все кортежи из второго отношения. Если оба отношения содержали абсолютно совпадающие кортежи, то такие кортежи входят в новое отношение только один раз.

Разность

При выполнении вычитания из одного отношения другого отношения с той же схемой получается новое отношение с той же схемой, содержащее все кортежи из первого отношения, которых нет во втором отношении. Если оба отношения не содержат одинаковых кортежей, то новое отношение будет полностью совпадать с первым отношением.

Для примера возьмем два отношения с одинаковыми схемами: Баскетбол(ФИО, Факультет, Курс) и Самбо(ФИО, Факультет, Курс). Эти отношения содержат информацию о студентах, занимающихся в секции баскетбола и самбо.

Баскетбол

Самбо

ФИО

Факультет

Курс

ФИО

Факультет

Курс

Иванов И. И.

матфак

2

Бочкин К. А.

филфак

1

Петров А. П.

физтех

2

Жуков Е. А.

матфак

3

Яшин В. В.

матфак

3

Иванов И. И.

истфак

2

Макаров В. С.

матфак

1

Петров А. П.

физтех

2

В результате операции объединения отношений Баскетбол и Самбо (Баскетбол Самбо) получим информацию обо всех студентах, занимающихся спортом. В результате пересечения отношений (Баскетбол Самбо) получим информацию о студентах, занимающихся в обеих секциях. В результате операции вычитания из отношения Баскетбол отношения Самбо (Баскетбол – Самбо) получим информацию о студентах, играющих в баскетбол, но при этом не занимающихся самбо, а при вычитании из отношения Самбо отношения Баскетбол (СамбоБаскетбол) получим информацию о студентах, занимающихся самбо, но при этом не играющих в баскетбол.

Отметим, что и в отношении Баскетбол, и в отношении Самбо есть кортеж со значением атрибута ФИО, равным «Иванов И. И.», и значением атрибута Курс, равным «2». Но эти два кортежа различаются значением атрибута Факультет, и, следовательно, считаются различными. Поэтому в объединении отношений есть два кортежа со значением атрибута ФИО, равным «Иванов И. И.», а в пересечение отношений эти кортежи не попали.

Баскетбол Самбо

Баскетбол Самбо

ФИО

Факультет

Курс

ФИО

Факультет

Курс

Бочкин К. А.

филфак

1

Петров А. П.

физтех

2

Жуков Е. А.

матфак

3

Иванов И. И.

истфак

2

Иванов И. И.

матфак

2

Макаров В. С.

матфак

1

Петров А. П.

физтех

2

Яшин В. В.

матфак

3

Баскетбол – Самбо

Самбо – Баскетбол

ФИО

Факультет

Курс

ФИО

Факультет

Курс

Иванов И. И.

матфак

2

Бочкин К. А.

филфак

1

Яшин В. В.

матфак

3

Жуков Е. А.

матфак

3

Иванов И. И.

истфак

2

Макаров В. С.

матфак

1

3.2.3. Операции реляционной алгебры

Проекция

Пусть r отношение со схемой R, A – атрибут, принадлежащий схеме R. Результатом выполнения операции проекции pA(r) является новое отношение, схема которого будет состоять только из одного атрибута A. Кортежами этого отношения будут отличные друг от друга значения атрибута A из исходного отношения r:

pA(r) = { d dom(A)   |    t r:   t(A) = d  }.

Если представить себе исходное отношение r в виде таблицы, то проекция получается вычеркиванием всех столбцов, кроме столбца, соответствующего атрибуту A, и исключением из оставшегося столбца повторяющихся значений.

Например, требуется узнать все года рождения студентов. Для этого достаточно выполнить операцию проекции отношения Студент на атрибут Год_рождения: pГод_рождения(Студент). Результатом операции будет новое отношение с одним атрибутом и тремя кортежами.

pГод_рождения(Студент)

Год_рождения

1978

1979

1975

Операцию проекции можно выполнять и для нескольких атрибутов. Например, требуется информация о том, в каких годах поступали студенты и на каких курсах они сейчас учатся. Эту информацию можно получить, выполнив операцию проекции отношения Студент на атрибуты Год_поступления и Курс_обучения: pГод_поступления, Курс_обучения(Студент). Результатом операции будет отношение с двумя атрибутами и двумя кортежами. (Последний кортеж этого отношения  полностью совпадал с предпоследним кортежем, и поэтому был удален.)

pГод_поступления, Курс_обучения(Студент)

Год_поступления

Курс_обучения

1994

5

1995

4

Селекция

Пусть r отношение со схемой R, A – атрибут, принадлежащий схеме R, a – значение из домена атрибута A (a Î dom(A)). Результатом выполнения операции селекции sA=a(r) является новое отношение с той же схемой, которое представляет собой подмножество кортежей отношения r, каждый из которых имеет значение a на атрибуте A:

sA=a(r) = { t Î r | t(A)=a }.

Операция селекции – это операция выбора только тех кортежей, которые имеют заданное значение на заданном атрибуте. Пример: найдем тех студентов, которые учатся на 4 курсе. Для этого необходимо выполнить операцию селекции для отношения Студент, при этом условием отбора будет: Курс_обучения = 4: sКурс_обучения=4 (Студент). В результате получим новое отношение с двумя кортежами. 

sКурс_обучения=4 (Студент)

Фамилия

Год_рож-дения

Год_пос-тупления

Номер_ билета

Курс_ обучения

Стипендия

Иванов

1979

1995

122453

4

0.00

Соколов

1975

1995

122454

4

90.00

В условии отбора операции селекции кроме сравнения на равенство можно использовать и другие операции сравнения. Например, если требуется найти всех студентов, родившихся не ранее 1979 года, то в качестве условия можно записать Год_рождения>1978, тогда будут выбраны кортежи, соответствующие студентам с годом рождения 1979, 1980, 1981 и т. д.

Также можно составить и более сложное условие с использованием логических операций and, or, not для одного или нескольких атрибутов. Например, (Год_рождения > 1978)and(Год_рождения <= 1980)and(Стипендия = 100.50).

Соединение

Эта операция предназначена для соединения двух отношений с разными схемами. Пусть r отношение со схемой R, s отношение со схемой S, T – множество атрибутов, входящих и в схему R, и в схему S (T=R Ç S  ). Результатом выполнения операции соединения r(R)  s(S) является новое отношение, схема которого состоит из всех атрибутов схемы R и всех атрибутов схемы S, при этом одинаковые атрибуты не дублируются. Каждый кортеж этого отношения является комбинацией кортежа из отношения r и кортежа из отношения s с равными значениями атрибутов, входящих во множество T:

r(R)  s(S) = { t RS | tr  r,   ts  s,   tr=t(R),   ts=t(S),                  tr (R Ç S) = ts(R Ç S)}.

Для примера рассмотрим отношение Материальная помощь с атрибутами Курс_обучения и Сумма.

Материальная помощь

Курс_обучения

Сумма

1

100.00

2

120.00

4

140.00

5

130.00

Требуется для каждого студента определить сумму материальной помощи. Для этого выполним соединение двух отношений Студент и Материальная помощь. Общим атрибутом, входящим и в схему отношения Студент, и в схему отношения Материальная помощь, является атрибут Курс_обучения. По этому атрибуту и будет выполнено соединение. Новое отношение, которое получится в результате операции соединения, будет иметь в своей схеме семь атрибутов и три кортежа.

Студент  Материальная помощь

Фамилия

Год_рож-дения

Год_пос-тупления

Номер_ билета

Курс_ обучения

Сти-пендия

Сумма

Петров

1978

1994

123456

5

100.00

130.00

Иванов

1979

1995

122453

4

0.00

140.00

Соколов

1975

1995

122454

4

90.00

140.00

Если бы отношение Материальная помощь состояло из следующих кортежей:

Материальная помощь

Курс_обучения

Сумма

4

100.00

4

120.00

,

т. е. помощь выдается только четвертому курсу и начисления производятся дважды с разными суммами, то в результате операции соединения получилось бы отношение с четырьмя кортежами. Первый и второй кортежи отношения Студент образовали бы по два кортежа, а третий кортеж ни одного, так как значение атрибута Курс_обучения этого кортежа не равно ни одному значению атрибута Курс_обучения отношения Материальная помощь.

Студент  Материальная помощь

Фамилия

Год_рож-дения

Год_пос-тупления

Номер_ билета

Курс_ обучения

Сти-пендия

Сумма

Иванов

1979

1995

122453

4

0.00

100.00

Иванов

1979

1995

122453

4

0.00

120.00

Соколов

1975

1995

122454

4

90.00

100.00

Соколов

1975

1995

122454

4

90.00

120.00

Если бы отношение Материальная помощь состояло из следующих кортежей:

Материальная помощь 

Курс_обучения

Стипендия

Сумма

4

0.00

100.00

5

0.00

120.00

,

т. е. помощь выдается только четвертому и пятому курсу и только тем студентам, которые не получают стипендию, то в результате операции соединения получилось бы отношение с одним кортежем. В этом случае требуется совпадение значений одновременно по двум атрибутам Курс обучения и Стипендия, что возможно только для второго кортежа отношения Студент и первого кортежа отношения Материальная помощь.

Студент  Материальная помощь 

Фамилия

Год_ рож-дения

Год_пос-тупления

Номер_ билета

Курс_обу-чения

Сти-пендия

Сумма

Иванов

1979

1995

122453

4

0.00

100.00

Эквисоединение

Эта операция предназначена для соединения двух отношений с абсолютно разными схемами. Пусть r – отношение со схемой R, s – отношение со схемой S, R Ç S = , т. е. схемы не содержат одинаковых атрибутов. Пусть A – атрибут схемы R, а B – атрибут схемы S (AR, BS). Эти атрибуты определены на одинаковых доменах dom(A)=dom(B). Результатом выполнения операции эквисоединения r(R) [A=B] s(S) является новое отношение, схема которого состоит из всех атрибутов схемы R и всех атрибутов схемы S. Каждый кортеж этого отношения является комбинацией кортежа из отношения r и кортежа из отношения s с равными значениями атрибутов A и B:

r(R) [A=B] s(S) = { t RS | tr  r,   ts  s  :   tr=t(R),   ts=t(S),            tr (A) = ts(B)}.

Операция эквисоединения используется вместо операции соединения, которую также называют естественным соединением, когда атрибуты, по которым необходимо выполнить соединение, имеют разные имена. Например, пусть, отношение Материальная помощь содержит атрибуты Курс (вместо Курс_обучения) и Сумма. В этом случае операцию соединения выполнить нельзя, так как пересечение схем отношений Студент и Материальная помощь пусто. Но атрибуты Курс и Курс_обучения по смыслу содержат одинаковую информацию и формально их домены совпадают, поэтому вместо операции соединения выполняется операция эквисоединения Студент [ Курс_обучения = Курс ] Материальная помощь.

Материальная помощь

Курс

Сумма

1

100.00

2

120.00

4

140.00

5

130.00

Студент [ Курс_обучения = Курс ] Материальная помощь

Фамилия

Год_рож-дения

Год_пос-тупления

Номер_ билета

Курс_ обучения

Сти-пендия

Курс

Сумма

Петров

1978

1994

123456

5

100.00

5

130.00

Иванов

1979

1995

122453

4

0.00

4

140.00

Соколов

1975

1995

122454

4

90.00

4

140.00

Деление

Пусть, r – отношение со схемой R, s – отношение со схемой S и SÍR, тогда r, разделенное на s, – это отношение, содержащее такие значения атрибутов R–S кортежей из отношения r, для которых соответствующие значения атрибутов S включают все значения из отношения s:

r¸s = { t | для " ts Î s $ tr Î r : tr( R - S ) = t и tr(S) = ts }.

В качестве примера рассмотрим отношение Зачет(ФИО, Название), содержащее информацию о студентах, сдавших зачеты по различным дисциплинам, и отношение Дисциплины(Название), содержащее некоторый список названий дисциплин. Тогда операция деления отношения Зачет на отношение Дисциплины будет содержать фамилии только тех студентов, которые получили зачеты по всем дисциплинам, перечисленным в отношении Дисциплины.

Зачет 

ФИО

Название

Иванов И. И.

Алгебра

Петров В. В.

Алгебра

Иванов И. И.

История

Дубов С. С.

Физика

Петров В. В.

Физика

Иванов И. И.

Физика

Дубов С. С.

Топология

Дисциплины 

Название

Алгебра

Физика

Зачет¸Дисциплины 

ФИО

Иванов И. И.

Петров В. В.

Только два студента сдали оба зачета и по Алгебре, и по Физике.

3.3. Ограничения целостности

Отношения реляционной модели данных должны удовлетворять следующим правилам:

  1.  Запрещается дублирование кортежей в отношении. Это означает, что каждое отношение имеет, по крайней мере, один ключ, состоящий из всех атрибутов.
  2.  Порядок кортежей в отношении не определен. Каждый кортеж идентифицируется значениями ключевых атрибутов.
  3.  Порядок атрибутов в отношении не определен. Каждый атрибут имеет уникальное в пределах отношения имя, которое можно использовать для идентификации атрибута.
  4.  Два правила целостности:
    1.  Целостность по сущностям. Не допускаются неопределенные значения ключевых атрибутов. Это означает, что каждый кортеж обязательно должен содержать значения в атрибутах, входящих в ключ. Соблюдение этого правила должно отслеживаться при выполнении операций обновления отношения (добавление, удаление, изменение).
    2.  Целостность по ссылкам. Значения внешних ключей должны либо соответствовать значениям первичных ключей, либо быть неопределенными.

Это правило требует пояснения. Вернемся к отношению Соревнования из раздела 3.1. Согласно правилу целостности по ссылкам, значения атрибута Номер_билета отношения Соревнования должны либо совпадать с каким-нибудь значением атрибута Номер_билета отношения Студент, либо быть неопределенными. Это означает, что участником соревнований может быть только человек, являющийся студентом, т. е. информация о нем должна быть в отношении Студент. Если участник соревнований пока неизвестен или никто из студентов не будет участвовать в этом виде соревнований, тогда это поле остается пустым. Но в этом поле не должно быть значения, которого нет в отношении Студент.

3.4. Нормализация отношений

3.4.1. Аномалии схемы отношения

После того как построена схема отношений, являющаяся моделью данных, при ее использовании могут возникнуть некоторые нежелательные эффекты. Например, мы построили отношение Поставка(Товар, Поставщик, Адрес, Цена, Склад, Объем). Это отношение содержит информацию о наличии различных товаров, поставляемых несколькими поставщиками в некоторый магазин, и размещении их на складах магазина. Для каждого поставщика хранится его адрес, а для каждого склада – его объем. Цена товара зависит от поставщика. Один и тот же товар, поставленный одним поставщиком, целиком хранится на одном складе.

Предположим, что изменился адрес одного из поставщиков. Чтобы обновить информацию в базе данных, необходимо просмотреть все кортежи отношения и для соответствующего поставщика изменить его адрес. Во-первых, на выполнение этой операции потребуется много времени, если база данных содержит много записей, а во-вторых, может случиться так, что в каком-то кортеже адрес поставщика не будет изменен, тогда база данных будет содержать противоречивую информацию.

Другой недостаток такой схемы: если какой-то поставщик временно прекратил поставки товаров для нашего магазина и база данных не содержит кортежей с именем этого поставщика, то его адрес теряется. Аналогично, мы не сможем хранить адрес нового поставщика, пока он не доставит хотя бы единицу какого-либо товара.

Такая же ситуация характерна для информации о складе и его объеме: если склад опустошается, то теряются данные о его объеме.

Эти проблемы называются аномалиями обновления.

Можно также заметить, что такая база данных содержит избыточную информацию: адрес поставщика повторяется для каждого товара, им поставляемого, а объем склада повторяется для каждого товара, размещенного на этом складе.

Решением этих проблем было бы разделение отношения Поставка на несколько других отношений: Склад(Номер, Объем), Поставщик(Название, Адрес),  Товар(Наименование, Поставщик, Цена, Склад). В отношении Товар атрибут Поставщик будет внешним ключом, ссылающимся на отношение Поставщик, а атрибут Склад будет внешним ключом, ссылающимся на отношение Склад.

Эти действия по разделению одного отношения на несколько отношений называются декомпозицией.

Схема, для которой мы выполнили декомпозицию, была очень простой, и мы смогли выполнить операцию разделения интуитивно. В более сложных случаях одной интуиции будет недостаточно. На помощь приходит теория нормализации реляционных отношений, дающая ответы на два основных вопроса, возникающих при выполнении декомпозиции:

  1.  По каким правилам проводить декомпозицию?
  2.  Как оценить, хорошая получилась схема или плохая?

3.4.2. Функциональные зависимости

Объединение нескольких атрибутов в одно отношение выполняется не случайным образом. Данные, которые будут храниться в этом отношении, взаимосвязаны между собой. Эта взаимосвязь определяется множеством функциональных зависимостей между атрибутами отношения. Это означает, что значения одного атрибута зависят от значений других атрибутов, т. е. допустимы не любые сочетания значений атрибутов. Зависимости эти вытекают из ограничений предметной области. Например, в отношении Поставки существуют следующие ограничения:

  •  каждый поставщик имеет только один адрес,
  •  каждый поставщик поставляет товар по определенной цене,
  •  товары, поставленные разными поставщиками, могут быть распределены по разным складам, но товар одного наименования, поставляемый одним поставщиком, должен храниться только на одном складе,
  •  каждый склад имеет свой объем.

Эти ограничения являются зависимостями, которые можно сформулировать следующим образом:

  •  адрес функционально зависит от поставщика,
  •  цена функционально зависит от товара и поставщика,
  •  номер склада функционально зависит от товара и поставщика,
  •  объем функционально зависит от номера склада.

Функциональная зависимость имеет место, когда значения кортежа на одном множестве атрибутов однозначно определяют значения кортежа на другом множестве атрибутов (или на одном атрибуте).

Пусть отношение r имеет схему R, X и Y – подмножества R. Отношение r удовлетворяет функциональной зависимости X→Y, если πYX=x(r)) имеет не более чем один кортеж для каждого значения xÎX, т. е. значения атрибутов X однозначно определяют значения атрибутов Y.

Функциональную зависимость будем обозначать следующим образом:

  •  Поставщик → Адрес,
  •  {Товар, Поставщик}→ Цена,
  •  {Товар, Поставщик}→ Склад,
  •  Склад → Объем.

А читаются они так:

  •  Поставщик определяет Адрес,
  •  Товар и Поставщик определяют Цену,
  •  Товар и Поставщик определяют Склад,
  •  Склад определяет Объем.

На языке функциональных зависимостей ключ для схемы R – это подмножество KÍR, такое, что KR, и никакое собственное подмножество KÍK этим свойством не обладает.

3.4.3. Нормальные формы

Сформулируем правила, по которым следует проводить декомпозицию отношения. Этот процесс называется нормализацией, т. е. приведением отношения к нормальной форме.

Нормальные формы представляют собой ограничения на схему отношения, избавляющие ее от нежелательных свойств, которые были перечислены выше. Прежде чем приводить отношения к нормальной форме, следует построить все функциональные зависимости между атрибутами, которые существуют в предметной области.

Схема отношения R находится в первой нормальной форме (1НФ), если значения всех атрибутов являются атомарными (не составными), т. е. значение каждого атрибута не является ни списком, ни множеством значений.

Например, атрибут ФИО является составным, состоит из трех данных: фамилии, имени и отчества.

Чтобы привести схему в 1НФ, нужно все составные атрибуты заменить простыми.

Чтобы избавиться от избыточности информации, хранящейся в базе данных, существуют вторая и третья нормальные формы.

Схема отношения R находится во второй нормальной форме (2НФ), если она находится в первой нормальной форме, и каждый непервичный атрибут функционально полно зависит от первичного ключа.

Что такое неполная функциональная зависимость от ключа? Такая зависимость присутствует в отношении, если какой-либо атрибут, не входящий в ключ, функционально зависит от части атрибутов, входящих в ключ. Любой непервичный атрибут обязательно функционально зависит от всех первичных атрибутов по определению ключа отношения. А если какой-либо непервичный атрибут, кроме того, функционально зависит не от всех, а от части первичных атрибутов, то это и есть неполная функциональная зависимость.

Например, в отношении Поставка первичными атрибутами являются Товар и Поставщик. Атрибут Цена функционально полно зависит от ключа, а атрибут Адрес зависит от части ключа, т. е. только от атрибута Поставщик, это неполная функциональная зависимость. Значит, схема Поставки не находится во 2НФ.

Чтобы привести схему, находящуюся в 1НФ, ко 2НФ, нужно разбить ее на несколько схем:

  •  выполнить проекцию схемы R на первичные атрибуты и атрибуты, функционально полно зависящие от ключа, т. е. исключить непервичные атрибуты, которые неполно зависят от ключа,
  •  для каждой неполной функциональной зависимости выполнить проекцию схемы R на атрибуты, входящие в эту зависимость, т. е. оставить часть ключа отношения R и атрибуты, функционально зависящие от этой части.

В примере с отношением Поставки в результате приведения схемы ко 2НФ получатся два отношения:

Поставки_1(Товар, Поставщик, Цена, Склад, Объем),

Поставки_2(Поставщик, Адрес).

Однако информация об объеме склада продолжает дублироваться. Для устранения этого недостатка схемы существует третья нормальная форма.

Схема отношения R находится в третьей нормальной форме (3НФ), если она находится во второй нормальной форме и в ней отсутствуют транзитивные зависимости непервичных атрибутов от ключа.

Что такое транзитивные зависимости? Транзитивная зависимость имеет место, если какой-либо непервичный атрибут функционально зависит от другого непервичного атрибута, а тот в свою очередь функционально зависит от ключа.

Схема отношения Поставки_1(Товар, Поставщик, Цена, Склад, Объем) не находится в 3НФ, так как в ней присутствует транзитивная зависимость:

{Товар, Поставщик} → Склад,      СкладОбъем.

Чтобы привести схему, находящуюся во 2НФ, в 3НФ, нужно:

  •  выполнить проекцию схемы R на первичные атрибуты и атрибуты, транзитивно не зависящие от ключа, т. е. исключить непервичные атрибуты, которые транзитивно зависят от ключа,
  •  для каждого транзитивно зависимого непервичного атрибута выполнить проекцию схемы R на атрибуты, входящие во вторую часть транзитивной зависимости, т. е. оставить только непервичные атрибуты отношения R, между которыми имеется функциональная зависимость.

В примере с отношением Поставки_1 в результате приведения схемы к 3НФ получатся два отношения:

Поставки_1_1(Товар, Поставщик, Цена, Склад),

Поставки_1_2(Склад, Объем).

Таким образом, последовательно выполняя разделение исходной схемы отношения на несколько других схем согласно рассмотренным правилам, получаем схему в 3НФ, свободную от аномалий обновления и дублирования информации, о чем говорилось в начале раздела.

Процесс разделения схемы отношения на несколько других схем называется декомпозицией схемы отношения. Декомпозиция, приводящая отношение к одной из нормальных форм, называется нормализацией.

В рассмотренном примере в результате декомпозиции вместо одного отношения Поставки мы получили три новых отношения:

Поставки_1_1(Товар, Поставщик, Цена, Склад),

Поставки_1_2(Склад, Объем),

Поставки_2(Поставщик, Адрес).

При такой схеме, состоящей из трех связанных внешними ключами отношений, не будет дублирования информации об адресе поставщика и объеме склада, если склад пуст, то объем его останется в базе данных, если поставщик не поставляет товары, то его адрес все равно будет храниться в базе данных.

Как вы заметили, схема в 3НФ избавляет базу данных от дублирования информации и аномалий обновления, но не всегда.

Рассмотрим отношение Лекции(Студент, Предмет, Преподаватель), которое хранит информацию о том, какие предметы изучают студенты и кто ведет эти предметы. Предметная область накладывает следующие ограничения:

  •  каждый студент, изучающий данный предмет, обучается только одним преподавателем,
  •  каждый преподаватель ведет только один предмет, но каждый предмет может вести несколько преподавателей.

Из этих ограничений вытекают следующие функциональные зависимости:

  •  {Студент, Предмет} → Преподаватель;
  •  Преподаватель → Предмет.

Из функциональных зависимостей вытекает, что ключом отношения Лекции будет набор атрибутов {Студент, Предмет}.

Лекции

Студент

Предмет

Преподаватель

Иванов

Алгебра

проф. Белый

Иванов

Физика

проф. Яров

Петров

Алгебра

проф. Белый

Петров

Физика

проф. Серов

Отношение Лекции находится в 3НФ. Но оно страдает аномалиями обновления. Если требуется удалить информацию о том, что Петров изучает Физику, то утратится информация о том, что профессор Серов преподает Физику. В то же время информация о том, что профессор Белый ведет Алгебру, дублируется.

Эти трудности вызваны тем, что существует функциональная зависимость первичного атрибута от непервичного. Эта проблема решается в нормальной форме Бойса–Кодда.

Отношение находится в нормальной форме Бойса–Кодда (НФБК), если оно находится в 3НФ и в нем отсутствуют зависимости первичных атрибутов от непервичных. Эквивалентное определение требует, чтобы все левые части функциональных зависимостей были потенциальными ключами.

Приведя отношение к НФБК, мы получим два отношения: Лекции_1(Студент, Преподаватель) и Лекции_2(Преподаватель, Предмет).

Лекции_1

Лекции_2

Студент

Преподаватель

Преподаватель

Предмет

Иванов

проф. Белый

проф. Белый

Алгебра

Иванов

проф. Яров

проф. Яров

Физика

Петров

проф. Белый

проф. Серов

Физика

Петров

проф. Серов

3.4.4. Многозначные зависимости

Атрибут X многозначно определяет атрибут Y в R (или Y многозначно зависит от X), если каждому значению атрибута X соответствует множество (возможно, пустое) значений атрибута Y, никак не связанных с другими атрибутами R. То есть для наличия в отношении многозначной зависимости необходимо иметь как минимум три атрибута.

Многозначная зависимость обозначается двойной стрелкой: X→→Y.

Рассмотрим отношение Преподаватель(Номер, Имя_ребенка, Предмет, Должность). Предметная область накладывает следующие ограничения:

  •  каждый преподаватель может иметь несколько детей,
  •  каждый преподаватель может вести несколько предметов,
  •  каждый преподаватель может занимать только одну должность,
  •  каждый предмет могут вести несколько преподавателей.

Тогда отношение Преподаватель имеет две многозначные зависимости и одну функциональную:

  •  Номер→→Имя_ребенка,
  •  Номер→→Предмет,
  •  Номер→Должность.

Преподаватель

Номер

Имя_ребенка

Предмет

Должность

111

Ольга

Алгебра

Доцент

111

Иван

Геометрия

Доцент

111

Ольга

Геометрия

Доцент

111

Иван

Алгебра

Доцент

115

Сергей

Алгебра

Профессор

Отношение Преподаватель, во-первых, содержит избыточную информацию – должность преподавателя повторяется несколько раз. Во-вторых, оно не свободно от аномалий обновления: если у преподавателя появляется еще один ребенок, необходимо добавить в отношение не один кортеж, а столько, сколько предметов ведет этот преподаватель. Аналогично, при добавлении еще одного предмета требуется добавить столько кортежей, сколько детей имеет преподаватель. А если преподаватель не имеет детей, то информацию о том, какие предметы он ведет, вообще нельзя занести в отношение.

Для избавления от этих аномалий необходимо привести отношение к четвертой нормальной форме.

Отношение находится в четвертой нармальной форме (4НФ), если оно находится в нормальной форме Бойса–Кодда и в нем отсутствуют многозначные зависимости, которые не являются функциональными.

После приведения отношения Преподаватель к 4НФ мы получим три отношения:

Преподаватель_1(Номер, Должность),

Преподаватель_2(Номер, Имя_ребенка),

Преподаватель_3(Номер, Предмет).

Преподаватель_1

Преподаватель_2

Преподаватель_3

Номер

Должность

Номер

Имя_ре-бенка

Номер

Предмет

111

Доцент

111

Ольга

111

Алгебра

115

Профессор

111

Иван

111

Геометрия

115

Сергей

115

Алгебра

3.4.5. Свойства декомпозиции

После выполнения декомпозиции исходного отношения может случиться так, что информация, хранившаяся в исходном отношении, будет противоречить информации, хранящейся в полученных в результате декомпозиции отношениях. А при выполнении операции соединения получившихся в результате декомпозиции отношений появятся лишние кортежи или, наоборот, некоторые кортежи будут утеряны. Рассмотрим свойства декомпозиции.

Пусть исходная схема R с множеством функциональных зависимостей F была приведена в результате декомпозиции к схеме отношений R_1, R_2, … , R_k с множеством функциональных зависимостей F1, F2, … , Fk.

  1.  Декомпозиция обладает свойством соединения без потерь, если любое отношение r со схемой R удовлетворяет соотношению:

r(R) = πR_1(r)  πR_2(r)   πR_3(r)   πR_k(r).

  1.  Декомпозиция обладает свойством сохранения зависимостей, если из объединения всех зависимостей F1, F2, … , Fk  можно вывести все зависимости F.

Две следующие теоремы говорят о том, какими свойствами будет обладать декомпозиция после нормализации отношений.

Теорема Всякая схема отношения R с множеством функциональных зависимостей F может быть приведена к декомпозиции в 3НФ с сохранением зависимостей и соединением без потерь.

Теорема Всякая схема отношения R с множеством функциональных зависимостей F и множеством многозначных зависимостей M может быть приведена к декомпозиции в 4НФ с соединением без потерь.

Таким образом, приведение схемы отношения к 3НФ гарантирует выполнение обоих свойств декомпозиции, это и будет ответом на вопрос, поставленный в начале раздела, о том, какая схема является хорошей.

3.5. Построение реляционной модели данных

От модели предметной области очень легко перейти к реляционной модели данных. Для этого нужно выполнить несколько последовательных действий:

  1.  Построить схемы отношения для классов объектов.
    1.  Для каждого класса объектов сформировать отдельное отношение, атрибутами которого будут свойства этого класса. Например, для объекта Студент можно составить следующую схему отношения:

Студент(ФИО, Курс, Год_рождения, Номер).

  1.  Далее, для каждого атрибута определить домен и привести отношение к первой нормальной форме. В данном примере необходимо заменить атрибут ФИО тремя атрибутами Фамилия, Имя, Отчество.
    1.  Затем, нужно выделить в отношении ключ. В данном случае ключом будет атрибут Номер, так как номера зачетных книжек не дублируются.

Если ключ получается громоздким, то есть включает в себя много атрибутов или атрибут, имеющий в качестве домена длинную строку символов, то удобно ввести искусственный (суррогатный) ключ – новый атрибут с целочисленным доменом. Значения этого домена будут уникальными для каждого кортежа отношения.

  1.  Построив схемы отношений для каждого класса объектов, можно перейти к построению отношений для связей между объектами.
    1.  Для связи схема отношения строится следующим образом: для каждого класса, участвующего в связи, из соответствующей ему схемы отношения ключевые атрибуты копируются в новое отношение; если связь имеет свойства, то они также включаются в схему как атрибуты.
    2.  Ключом такого отношения, скорее всего, будут либо ключ одного из классов, входящих в связь, либо оба ключа вместе (для бинарной связи). Иногда бывает удобно ввести искусственный ключ.

Например, связь между классами Студент и Группа выльется в следующее отношение:

Группы(Студент, Номер_группы),

где атрибут Студент будет содержать номер зачетной книжки студента, который является ключом схемы отношения Студент, а Номер_группы – номер группы, в которой состоит студент. В этом отношении ключом будет атрибут Студент, так как, согласно предметной области, каждый студент состоит только в одной группе и в этом отношении не будет двух кортежей с одинаковыми номерами зачетных книжек. Подчеркнем здесь тот факт, что в схеме отношения для связи между классами объектов названия атрибутов, соответствующих ключам схем для классов объектов, необязательно должны совпадать с названиями соответствующих первичных атрибутов в схемах для классов объектов.

Во втором примере для связи между классами Товар и Поставщик схема отношения будет иметь следующий вид:

Поставки(Товар, Поставщик, Дата, Количество).

Это связь вида «многие-ко-многим», следовательно, в ключ должны входить и атрибут Товар и атрибут Поставщик. Но один и тот же поставщик может поставлять один и тот же товар несколько раз, следовательно, двух атрибутов для ключа недостаточно. Если в предметной области определено такое ограничение, что в один и тот же день поставщик не может поставить один и тот же товар, то тогда ключом будут три атрибута {Товар, Поставщик, Дата}. Если же этого ограничения нет, то в этом случае даже всех атрибутов будет недостаточно для определения ключа и необходимо ввести искусственный ключ (например, Номер_поставки или т. п.).

  1.  Схемы отношений, соответствующие связям между классами, будут иметь внешние ключи – атрибуты, соответствующие ключам схем классов, входящих в связь. Например, в отношении Поставки атрибут Товар будет внешним ключом, ссылающимся на отношение Товар, а атрибут Поставщик будет внешним ключом, ссылающимся на отношение Поставщик.
    1.  Для атрибутов, соответствующих свойствам связи, необходимо определить домены.
  2.  При таком построении модели данных – из модели предметной области – отношения чаще всего будут сразу находиться в 3НФ. Исключением могут быть только составные атрибуты, нарушающие условия 1НФ, но, исправив их, вы получите 3НФ.
  3.  Конечно, схема может получиться неоптимальной; например, связь, относящуюся к типу «один-ко-многим», в некоторых случаях бывает удобным не оставлять как отдельное отношение, а включить в схему отношения для класса объекта, который входил в связь со стороны «многие». Однако при перестроении схемы будьте внимательны, могут быть нарушены условия одной из нормальных форм.

4. Физическая модель данных

Физическая модель данных используется для привязки модели данных к среде хранения. Эта модель определяет используемые запоминающие устройства, способы физической организации данных в среде хранения. В данном пособии вопрос о физическом проектировании не рассматривается, поскольку для работы с базами данных используются системы управления базами данных, позволяющие вопросы физического проектирования решать автоматически.

5. Пример проектирования базы данных

Рассмотрим пример проектирования базы данных от начала и до конца. В качестве предметной области выберем знакомую вам сферу – вступительные экзамены.

Итак, требуется спроектировать базу данных для хранения информации об абитуриентах и о процессе сдачи вступительных экзаменов на все факультеты Петрозаводского госуниверситета.

Сначала словесно опишем предметную область для того, чтобы точнее определить классы объектов и отношения между ними.

Университет ведет прием на 14 факультетов по 30 специальностям. По каждой специальности определены размер приема и перечень вступительных экзаменов с указанием формы проведения (устно или письменно). Абитуриент подает заявление на один или несколько факультетов на определенные специальности и затем сдает соответствующие экзамены. Абитуриенты для проведения экзаменов разбиваются на группы по 25 человек. Все группы, относящиеся к одной специальности, сдают экзамен по предмету в один день. На экзамене абитуриент получает оценку: 2, 3, 4, 5, 6. По результатам экзаменов проводится зачисление абитуриентов на специальность.

Выделим классы объектов – Абитуриент, Факультет, Специальность, Экзамен – и определим свойства этих классов.

Класс Абитуриент имеет свойства: ФИО, дата рождения, паспортные данные (серия, номер, кем и когда выдан), наличие медали (нет, сереб., зол.).

Класс Экзамен имеет свойства: дата проведения экзамена, название предмета, форма экзамена (устно или письменно).

Класс Факультет имеет свойства: название факультета.

Класс Специальность имеет свойства: название специальности, количество мест.

Определим связи между классами объектов:

1. Абитуриент подает заявление на специальность. Это связь между классами Абитуриент и Специальность. Абитуриент может подать заявление на одну или несколько специальностей. На каждую специальность может быть подано несколько заявлений. Это означает, что связь имеет тип «многие-ко-многим». Абитуриент существует, только если он подал заявление на какую-либо специальность, существование же специальности не зависит от того, есть ли хотя бы одно заявление на эту специальность. Следовательно, связь является обязательной по отношению к классу Абитуриент и необязательной по отношению к классу Специальность. После подачи заявления абитуриент получает экзаменационный лист и приписывается к одной из групп, формируемых по этой специальности, для сдачи вступительных экзаменов. Поэтому связь будет иметь свойства: номер экзаменационного листа и номер группы.

2. Каждый факультет предлагает одну или несколько специальностей, разные факультеты не могут предлагать одинаковые специальности. Эта связь имеет тип «один-ко-многим». Не может быть специальности, не принадлежащей ни к одному факультету, так же как факультета без хотя бы одной специальности. Поэтому связь является обязательной по отношению к обоим классам.

3. По каждой специальности проводится несколько экзаменов. Даже если два экзамена проводятся по одному и тому же предмету в один и тот же день, но на разные специальности, экзамены считаются различными. Связь имеет тип «один-ко-многим». Экзамен существует, только если он проводится по какой-либо специальности. Однако возможна ситуация, когда прием ведется без экзаменов. Поэтому связь является обязательной по отношению к классу Экзамен и необязательной по отношению к классу Специальность.

4. Абитуриент сдает несколько экзаменов. Каждый экзамен сдают несколько абитуриентов. Связь имеет тип «многие-ко-многим». Абитуриент может не сдавать ни одного экзамена (зачислен без сдачи экзаменов). Экзамен может не сдавать ни один абитуриент (все уже зачислены по итогам предыдущих экзаменов). Поэтому связь является необязательной по отношению к обоим классам. При сдаче экзамена абитуриент получает оценку. Оценка будет свойством связи.

После построения концептуальной модели предметной области переходим к проектированию реляционной модели данных. Отношения будем строить по алгоритму, приведенному в разделе 3.5. Для каждого класса объектов и для каждой связи между классами сформируем отдельные отношения. Названия отношений будут соответствовать названиям классов и связей. Атрибутами отношений будут свойства классов и связей.

Первый класс объектов – Абитуриент. Дадим такое же название и отношению. Атрибутами отношения станут свойства этого класса:

Абитуриент(ФИО, Паспорт, Дата_рождения, Медаль).

Отношение не находится в 1НФ, так как атрибуты ФИО и Паспорт являются составными. Атрибут ФИО разобьем на три атрибута: Фамилия, Имя, Отчество. Атрибут Паспорт разобьем на два атрибута: Серия, Номер (информацию о том, кем и когда был выдан паспорт, хранить в базе данных не будем).

Ключом отношения будет совокупность атрибутов {Серия, Номер}, так как они являются уникальными для каждого человека.

Абитуриент(Фамилия, Имя, Отчество, Серия, Номер, Дата_рождения, Медаль).

Домены:

dom(Фамилия)  = {строка символов длиной 25};

dom(Имя)  = {строка символов длиной 25};

dom(Отчество)  = {строка символов длиной 30};

dom(Серия)  = {строка символов длиной 5};

dom(Номер)  = {целое шестизначное число};

dom(Дата_рождения)  = {дата};

dom(Медаль)  = {множество {золотая, серебряная, нет}}.

Следующий класс – Факультет. Этот класс имеет только один атрибут – Название, поэтому отношение Факультет будет состоять из одного атрибута, который и будет ключом отношения:

Факультет(Название) .

Домены:

dom(Название)  = {строка символов длиной 100}.

Для класса Специальность сформируем отношение Специальность с двумя атрибутами:

Специальность(Название, Набор).

Специальности имеют неповторяющиеся названия, следовательно, атрибут Название можно сделать ключом отношения.

Специальность(Название, Набор).

Домены:

dom(Название)  = {строка символов длиной 200};

dom(Набор)  = {целое трехзначное число}.

Ключом отношения является атрибут Название. Домен этого атрибута представляет собой строку символов длиной 200. Атрибут с таким доменом лучше не использовать в качестве ключа, так как значения его слишком велики. В данной ситуации рациональнее будет ввести дополнительный атрибут Номер_специальности и сделать его ключом отношения (суррогатный ключ):

Специальность(Номер_специальности, Название, Набор).

Домены:

dom(Номер_специальности)  = {целое число};

dom(Название)  = {строка символов длиной 200};

dom(Набор)  = {целое трехзначное число}.

Для класса Экзамен сформируем отношение, состоящее из трех атрибутов:

Экзамен(Предмет, Дата, Форма).

Так как в один и тот же день могут проводиться экзамены по одному предмету, но на разные специальности, то чтобы отличать разные экзамены, включим в схему отношения Экзамен дополнительный атрибут Номер, который и будет ключом отношения (суррогатный ключ):

Экзамен(Номер, Предмет, Дата, Форма).

Домены:

dom(Номер)  = {целое трехзначное число};

dom(Предмет)  = {строка символов длинной 30};

dom(Дата)  = {дата};

dom(Форма) = {множество {устно, письменно}}.

Теперь сформируем отношения для связей между классами.

Отношение, соответствующее связи между классами Абитуриент и Специальность, назовем Заявление. Схема этого отношения будет включать в себя ключ отношения Абитуриент (атрибуты {Серия, Номер}) и ключ отношения Специальность (атрибут Номер_специальности), а также  атрибуты Группа и Лист, соответствующие свойствам связи:

Заявление(Серия, Номер, Номер_специальности, Группа, Лист).

Абитуриент может подать заявления на несколько специальностей, поэтому ключом отношения будут атрибуты {Серия, Номер, Номер_специальности}:

Заявление(Серия, Номер, Номер_специальности, Группа, Лист).

Домены:

dom(Группа)  = {целое двухзначное число};

dom(Лист)  = {целое трехзначное число}.

Совокупность атрибутов {Серия, Номер} является внешним ключом, ссылающимся на ключ отношения Абитуриент.

Атрибут Специальность является внешним ключом, ссылающимся на ключ отношения Специальность.

Отношение, соответствующее связи между классами Факультет и Специальность, назовем СпециальностиФакультета. Схема этого отношения будет включать в себя ключ отношения Факультет (атрибут Факультет) и ключ отношения Специальность (атрибут Специальность). Ключом отношения будет атрибут Специальность. Значения этого атрибута повторяться не будут, так как каждая специальность относится только к одному факультету (связь имеет тип «один-ко-многим»):

СпециальностиФакультета(Факультет, Специальность).

Схема отношения Специальность и схема отношения СпециальностиФакультета имеют одинаковые ключи и содержат информацию об одних и тех же объектах – специальностях. Эти две схемы можно объединить в одну под названием Специальность:

Специальность(Номер_специальности, Название, Набор, Факультет).

Кортежи отношения Факультет содержат только названия всех факультетов университета. Такое отношение само по себе для базы данных, связанной с вступительными экзаменами, не нужно. В данной предметной области нас интересует только связь класса Специальность с классом Факультет. Поэтому отношение Факультет исключим из модели данных.

Отношение, соответствующее связи между классами Специальность и Экзамен, назовем ЭкзаменыПоСпециальности. Схема этого отношения будет включать в себя ключ отношения Специальность (атрибут Специальность) и ключ отношения Экзамен (атрибут Экзамен). Ключом отношения будет атрибут Экзамен. Значения этого атрибута повторяться не будут, так как каждый экзамен проводится только по одной специальности (связь имеет тип «один-ко-многим»):

ЭкзаменыПоСпециальности(Специальность, Экзамен).

Схема отношения Экзамен и схема отношения ЭкзаменыПоСпециальности имеют одинаковые ключи и содержат информацию об одних и тех же объектах – экзаменах. Эти две схемы можно объединить в одну схему под названием Экзамен:

Экзамен(Номер, Предмет, Дата, Форма, Специальность).

Атрибут Специальность является внешним ключом, ссылающимся на ключ отношения Специальность.

Последняя связь – связь между классами Абитуриент и Экзамен. Дадим соответствующей ей схеме отношения название Оценки. Схема этого отношения будет включать ключ отношения Абитуриент (атрибуты {Серия, Номер}), ключ отношения Экзамен (атрибут Экзамен) и атрибут Оценка, соответствующий свойству связи:

Оценки(Серия, Номер, Экзамен, Оценка).

Так как абитуриент не может дважды сдавать один и тот же экзамен, то ключом будут атрибуты {Серия, Номер, Экзамен}:

Оценки(Серия, Номер, Экзамен, Оценка).

Домены:

dom(Оценка)  = {множество {2, 3, 4, 5, 6, зачет, незачет}}.

Совокупность атрибутов {Серия, Номер} является внешним ключом, ссылающимся на ключ отношения Абитуриент.

Атрибут Экзамен является внешним ключом, ссылающимся на ключ отношения Экзамен.

Таким образом, даталогическая модель будет состоять из пяти отношений. Все отношения уже находятся в 3НФ.

  1.  Абитуриент(Фамилия, Имя, Отчество, Серия, Номер, Дата_рождения, Медаль)

dom(Фамилия)  = {строка символов длиной 25};

dom(Имя)  = {строка символов длиной 25};

dom(Отчество)  = {строка символов длиной 30};

dom(Серия)  = {строка символов длиной 5};

dom(Номер)  = {целое шестизначное число};

dom(Дата_рождения)  = {дата};

dom(Медаль)  = {множество {золотая, серебряная, нет}}.

  1.  Специальность(Номер_специальности, Название, Набор, Факультет)

dom(Номер_специальности)  = {целое число};

dom(Название)  = {строка символов длиной 200};

dom(Набор)  = {целое трехзначное число};

dom(Факультет)  = {строка символов длиной 30}.

  1.  Экзамен(Номер, Предмет, Дата, Форма, Специальность)
  •  Атрибут Специальность является внешним ключом, ссылающимся на ключ отношения Специальность.

dom(Номер)  = {целое трехзначное число};

dom(Предмет)  = {строка символов длинной 30};

dom(Дата)  = {дата};

dom(Форма) = {множество {устно, письменно}};

dom(Специальность)  = {целое число}.

  1.  Заявление(Серия, Номер, Специальность, Группа, Лист)
  •  Совокупность атрибутов {Серия, Номер} является внешним ключом, ссылающимся на ключ отношения Абитуриент.
  •  Атрибут Специальность является внешним ключом, ссылающимся на ключ отношения Специальность.

dom(Серия)  = {строка символов длиной 5};

dom(Номер)  = {целое пятизначное число};

dom(Специальность)  = {целое число};

dom(Группа)  = {целое двухзначное число};

dom(Лист)  = {целое трехзначное число}.

  1.  Оценки(Серия, Номер, Экзамен, Оценка)
  •  Совокупность атрибутов {Серия, Номер} является внешним ключом, ссылающимся на ключ отношения Абитуриент.
  •  Атрибут Экзамен является внешним ключом, ссылающимся на ключ отношения Экзамен.

dom(Серия)  = {строка символов длиной 5};

dom(Номер)  = {целое пятизначное число};

dom(Экзамен)  = {целое трехзначное число};

dom(Оценка)  = {множество {2, 3, 4, 5, 6, зачет, незачет}}.

Модель данных готова.


Список использованной литературы

  1.  Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных: В 2 т. М.: Мир, 2006.
  2.  Цикритзис Д., Лоховски Ф. Модели данных. М.: Финансы и статистика, 2008. 343 с.
  3.  Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных: Пер. с англ. Киев, М., СПб.: Издательский дом "Вильямс", 2010. 848 с.
  4.  Карпова Т. С.  Базы данных: модели, разработка, реализация. СПб.: Питер, 2011. 304 с.


Оглавление

[0.1] Учебное пособие

[0.2]
Введение

[0.3] 1. Этапы проектирования базы данных

[0.4] 2. Модель предметной области

[0.4.1] 2.1. Объекты и классы объектов

[0.4.2] 2.2. Связи между классами объектов

[0.4.3] 2.3. Типы связей в предметной области

[0.4.3.1] 2.3.1. Характеристика однозначности для бинарных связей

[0.4.3.2] 2.3.2. Характеристика полноты связи

[0.5] 3. Реляционная модель данных

[0.5.1] 3.1. Структура

[0.5.2] 3.2. Операции

[0.5.2.1] 3.2.1. Операции обновления отношений

[0.5.2.2] 3.2.2. Операции над множествами

[0.5.2.3] 3.2.3. Операции реляционной алгебры

[0.5.3] 3.3. Ограничения целостности

[0.5.4] 3.4. Нормализация отношений

[0.5.4.1] 3.4.1. Аномалии схемы отношения

[0.5.4.2] 3.4.2. Функциональные зависимости

[0.5.4.3] 3.4.3. Нормальные формы

[0.5.4.4] 3.4.4. Многозначные зависимости

[0.5.4.5] 3.4.5. Свойства декомпозиции

[0.5.5] 3.5. Построение реляционной модели данных

[0.6] 4. Физическая модель данных

[0.7] 5. Пример проектирования базы данных

[0.8]
Список использованной литературы

[0.9]
Оглавление

[1] Студент

[2] Год рождения

[3] Факультет

[4] Название

[5] Абитуриент

[6] ФИО

[7] Специальность

[8] Название

[9] Экзамен

[10] Дата

[11] Абитуриент

[12] Специальность

[13] Группа

[14] Факультет

[15] Специальность

[16] Экзамен

[17] Специальность

[18] Абитуриент

[19] Экзамен

[20] Оценка


D

Студент

ФИО

Курс

Номер зачетной книжки

Год рождения

D

S

S

Студент

домены

состоит

Товар

Поставщик

поставляет

Дата

Количество

Факультет

Декан

озглавляет

Группа

Студент

состоит

Предмет

Преподаватель

читает

Служащий

Должность

занимает

Память

Факультет

Название

Абитуриент

ФИО

Дата рождения

Медаль

Специальность

Название

Форма

Набор

Экзамен

Дата

Предмет

Абитуриент

Специальность

Заявление

Группа

Факультет

Специальность

Предлагает

Экзамен

Специальность

Проводится

Абитуриент

Экзамен

Сдает

Оценка

имеет

Компьютерный класс

Факультет

Лист

Паспорт

Группа

состоит

Группа

Студент

СУБД

Внешние модели

Даталогическая модель

Инфологическая модель

Физическая модель

Даталогическая модель

Инфологическая модель

Пользователь

Предметная область

вещест-венные числа

1, 2, 3, 4, 5, 6

 6-знач-ные нату-ральные числа

 4-знач-ные нату-ральные числа

 4-знач-ные нату-ральные числа

строки

отношение

схема отношения

кортежи

атрибуты


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32325. Организационные и правовые формы осуществления функций государства. Их понятие и характеристика 34 KB
  Организационные и правовые формы осуществления функций государства. Формы осуществления функций государства это однородная деятельность органов государства посредством которой реализуются его функции. В настоящее время принято деление форм осуществления функций государства на правовые и организационные неправовые. Такая классификация помогает понять как механизм государства осуществляет его функции каким образом государство использует для выполнения своих задач и функций право.
32326. Механизм государства: понятие структура и ее эволюция в государствах различных типов. Основные принципы деятельности в современных государствах 54 KB
  Механизм государства: понятие структура и ее эволюция в государствах различных типов. Основные принципы деятельности в современных государствах. Граждане могут принимать то или иное участие в делах государства но в конечном итоге государственные органы должностные лица несут персональную ответственность за эффективность своей работы В. Подобная система государственных органов профессиональных коллективов и называется механизмом государства.
32327. Органы государства: понятие, признаки и виды органов государства 37 KB
  Органы государства: понятие признаки и виды органов государства Анализ государства с позиций его механизма позволяет выявить место и роль каждого элемента в системе государственного властвования определить его оптимальную структуру иерархические связи с иными элементами и т. Признаки органа государства: 1 представляет собой самостоятельный элемент механизма государства выступая неотъемлемой частью единого государственного организма; 2 действует от имени государства и по его поручению; 3 образован и функционирует на основе...
32328. Основные положения теории разделения властей и ее значение в современных условиях 47.5 KB
  Основные положения теории разделения властей и ее значение в современных условиях. В современном мире разделение властей характерная черта признанный атрибут правового демократического государства. Сама же теория разделения властей итог многовекового развития государственности поиска наиболее действенных механизмов предохраняющих общество от деспотизма. Теория разделения властей была создана несколькими исследователями политики: идея высказывалась Аристотелем теоретически была развита и обоснована Джоном Локком 16321704 гг.
32329. Форма правления государства. Понятие, виды, характеристика отдельных видов форм правления 39.5 KB
  Форма правления государства. Понятие виды характеристика отдельных видов форм правления. Форма государства это способ организации политической власти охватывающий форму правления форму государственного устройства и политический режим. Форма государственного правления это элемент формы государства характеризующий организацию верховной государственной власти порядок образования ее органов и их взаимоотношения с населением.
32330. Форма государственного устройства как элемент формы государства. Понятие, виды, характеристика отдельных видов 33.5 KB
  Форма государственного устройства как элемент формы государства. Форма государственного устройства это элемент формы государства характеризующий внутреннюю структуру государства способ его политического и территориального деления обусловливающий определенные взаимоотношения органов всего государства с органами его составных частей. Взимание местных налогов как правило допускается с санкции государства. Территории в отличие от государства не вправе по своему усмотрению устанавливать и взимать налоги.
32331. Политический режим как элемент формы государства. Понятие режима. Виды режимов. Демократия как режим государства. Ее значение и виды. Антидемократические режимы и их виды 62 KB
  Политический государственный режим это система методов способов и средств осуществления политической власти. По мнению других авторов понятие политический режим более широкое чем понятие государственный режим поскольку включает в себя методы и приемы осуществления политической власти не только со стороны государства но и со стороны политических партий и движений общественных объединений организаций и т. Если первая показывает весь комплекс институтов участвующих в политической жизни общества и в осуществлении политической...
32332. Политическая система общества. Ее понятие, структура, типы. Характеристика отдельных типов политических систем 46.5 KB
  Выделяют следующие компоненты политической системы: 1 политическая организация общества включающая в себя государство политические партии и движения общественные организации и объединения трудовые коллективы и т.; 2 политическое сознание характеризующее психологические и идеологические стороны политической власти и политической системы; 3 социальнополитические и правовые нормы регулирующие политическую жизнь общества и процесс осуществления политической власти; 4 политические отношения складывающиеся между элементами системы...
32333. Место и роль государства и права в политической системе общества 33.5 KB
  Место и роль государства и права в политической системе общества Понятия государство и политическая система общества соотносятся как часть и целое. Государство концентрирует в себе все многообразие политических интересов регулируя явления политической жизни через призму общеобязательности. Именно в этом качестве государство играет особую роль в политической системе придавая ей своего рода целостность и устойчивость. Государство занимает центральное ведущее положение в политической системе общества так как оно: 1 выступает в качестве...