Реляционная алгебра - это язык операций, выполняемых над отношениями - таблицами реляционной базы данных. Операции реляционной алгебры позволяют на основе одного или нескольких отношений создавать другое отношение без изменения самих исходных отношений. Полученное другое отношение обычно не записывается в базу данных, а существует в результате выполнения SQL-запроса - массиве, создаваемом функциями для работы с базами данных в языках программирования. Для каждой операции реляционной алгебры будет дана её реализация в виде запросов на языке SQL.
Рассмотрим операции реляционной алгебры. Чтобы Вам не отвлекаться на содержание таблиц не Ваших баз данных, таких как "Продукты", "Водители", "сливы", "груши", "чай", "кофе", Владимиры, Сергеи и т.п. будем выполнять операции над отношениями (таблицами) с абстрактными данными, такими как R1, R2 (названия таблиц - отношений) и т.д. и А1, А2, А3 (названия атрибутов - столбцов) и h15, w11 и т.п. (содержание записей таблиц базы данных).
Приоритеты выполнения операций реляционной алгебры (в порядке убывания пунктов списка, а в одном пункте - операции с равными приоритетами):
- селекция, проекция
- декартово произведение, соединение, пересечение, деление
- объединение, разность.
Операция выборки
Операция выборки работает с одним отношением и определяет результирующее отношение R , которое содержит только те кортежи (или строки, или записи), отношения , которые удовлетворяют заданному условию (предикату P ).
Таким образом, операция выборки - унарная операция - и записывается следующим образом:
где P - предикат (логическое условие).
Запрос SQL
Теперь посмотрим, что получится в результате выполнения этой операции реляционной алгебры и соответствующего ей запроса SQL. В таблице ниже дано одно отношение, с которым работает эта операция.
| R3 | |||
| A1 | A2 | A3 | A4 |
| 3 | hh | yl | ms |
| 4 | pp | a1 | sr |
| 1 | rr | yl | ms |
Просматриваем столбец А3 и устанавливаем, что предикату A3>"d0" удовлетворяют записи в первой и третьей строках исходного отношения (так как номер буквы y в алфавите больше номера буквы d). В результате получаем следующее новое отношение, в котором две строки:
| R | |||
| A1 | A2 | A3 | A4 |
| 3 | hh | yl | ms |
| 1 | rr | yl | ms |
Комбинировать всевозможные логические условия для выборок Вам поможет материал "Булева алгебра (алгебра логики)" .
Запрос SQL
SELECT A1, A2, A3 from R1 UNION SELECT A1, A2, A3 from R2
Теперь посмотрим, что получится в результате выполнения этой операции реляционной алгебры и соответствующего ей запроса SQL. Теперь даны два отношения, так как операция объединения - бинарная операция:
| R1 | R2 | |||||
| A1 | A2 | A3 | A1 | A2 | A3 | |
| Z7 | aa | w11 | X8 | pp | k21 | |
| B7 | hh | h15 | Q2 | ee | h15 | |
| X8 | pp | w11 | X8 | pp | w11 | |
Объединяем строки первого и второго отношения и видим, что третья строка, которая является третьей и в первом, и во втором отношении - идентичны, поэтому её включаем в новое отношение только один раз. Получаем следующее отношение:
| R | ||
| A1 | A2 | A3 |
| Z7 | aa | w11 |
| B7 | hh | h15 |
| X8 | pp | w11 |
| X8 | pp | k21 |
| Q2 | ee | h15 |
Важно следующее: операция объединения может быть выполнена только тогда, когда два отношения обладают одинаковым числом и названиями атрибутов (столбцов), или, говоря формально, совместимы по объединению.
Операция пересечения
Результатом пересечения двух множеств (отношений) А и В () будет такое множество (отношение) С, которое включает в себя те и только те элементы, которые есть и во множестве А, и во множестве В. Операция пересечения реляционной алгебры идентична операции .
Запрос SQL
SELECT A1, A2, A3 from R1 INTERSECT SELECT A1, A2, A3 from R2
В некоторых диалектах SQL отсутствует ключевое слово INTERSECT. Его заменой, например, в MySQL и других, является INNER JOIN. О том, как работает оператор SQL JOIN вообще и его разновидности INNER JOIN, LEFT OUTER JOIN, RIGHT OUTER JOIN и FULL OUTER JOIN - на уроке SQL JOIN - соединение таблиц базы данных .
Запрос MySQL
Теперь посмотрим, что получится в результате выполнения этой операции реляционной алгебры и соответствующего ей запроса SQL. Вновь даны два отношения R1 и R2:
| R1 | R2 | |||||
| A1 | A2 | A3 | A1 | A2 | A3 | |
| Z7 | aa | w11 | X8 | pp | k21 | |
| B7 | hh | h15 | Q2 | ee | h15 | |
| X8 | pp | w11 | X8 | pp | w11 | |
Просматриваем все записи в двух отношениях, и обнаруживаем, что и в первом, и во втором отношении есть одна строка - та, которая является третьей и в первом, и во втором отношении. Получаем новое отношение:
| R | ||
| A1 | A2 | A3 |
| X8 | pp | w11 |
Операция разности
Разность двух отношений R1 и R2 () состоит из кортежей (или записей, или строк), которые имеются в отношении R1, но отсутствуют в отношении R2. Отношения R1 и R2 должны быть совместимы по объединению. Операция разности реляционной алгебры идентична операции .
Запрос SQL
SELECT
A1, A2, A3 from R2 EXCEPT
SELECT
A1, A2, A3 from R1
Установим, что получится в результате выполнения этой операции реляционной алгебры и соответствующего ей запроса SQL. Вновь даны два отношения R1 и R2:
| R1 | R2 | |||||
| A1 | A2 | A3 | A1 | A2 | A3 | |
| Z7 | aa | w11 | X8 | pp | k21 | |
| B7 | hh | h15 | Q2 | ee | h15 | |
| X8 | pp | w11 | X8 | pp | w11 | |
Из отношения R2 исключаем строку, которая есть также в отношении R2 - третью - и получаем новое отношение:
| R | ||
| A1 | A2 | A3 |
| X8 | pp | w11 |
| Q2 | ee | h15 |
Операция декартова произведения
Операция декартова произведения () определяет новое отношение R, которое является результатом конкатенации каждого кортежа отношения R1 с каждым кортежем отношения R2.
Запрос SQL
SELECT * from R3, R4
Установим, что получится в результате выполнения этой операции реляционной алгебры и соответствующего ей запроса SQL. Даны два отношения R3 и R4:
| R3 | R4 | |||||
| A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | A6 | |
| 3 | hh | yl | ms | 3 | hh | |
| 4 | pp | a1 | sr | 4 | pp | |
| 1 | rr | yl | ms | |||
В новом отношении должны присутствовать все атрибуты (столбцы) двух отношений. Сначала первая строка отношения R3 сцепляется с каждой из двух строк отношения R4, затем вторая строка отношения R3, затем третья. В результате должно получиться 3 Х 2 = 6 кортежей (строк). Получаем такое новое отношение:
| R | |||||
| A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | A6 |
| 3 | hh | yl | ms | 3 | hh |
| 3 | hh | yl | ms | 4 | pp |
| 4 | pp | a1 | sr | 3 | hh |
| 4 | pp | a1 | sr | 4 | pp |
| 1 | rr | yl | ms | 3 | hh |
| 1 | rr | yl | ms | 4 | pp |
| Добавить | - внести запись в БД и, в зависимости от режима включения, либо включить ее в групповое отношение, где она объявлена подчиненной, либо не включать ни в какое групповое отношение. |
| Включить в групповое отношение | - связать существующую подчиненную запись с записью-владельцем. |
| Переключить | - связать существующую подчиненную запись с другой записью-владельцем в том же групповом отношении. |
| Обновить | - изменить значение элементов предварительно извлеченной записи. |
| Извлечь | - извлечь записи последовательно по значению ключа, а также используя групповые отношения - от владельца можно перейти к записям - членам, а от подчиненной записи к владельцу набора. |
| Удалить | - убрать из БД запись. Если эта запись является владельцем группового отношения, то анализируется класс членства подчиненных записей. Обязательные члены должны быть предварительно исключены из группового отношения, фиксированные удалены вместе с владельцем, необязательные останутся в БД. |
| Исключить из группового отношения | - разорвать связь между записью-владельцем и записью-членом. |
Реляционная модель базы данных
Во-первых , все данные в модели представляются только в виде таблиц и связей между ними. Реляционная модель - единственная из всех обеспечивает единообразие представления данных.
Второй элемент модели - реляционно-полный язык. Полнота языка в приложении к реляционной модели означает, что он должен выполнять любую операцию реляционной алгебры . Более того, язык должен описывать любой запрос в виде операций с таблицами, а не с их строками. Одним из таких языков является SQL .
Третий элемент реляционной модели требует от реляционной модели поддержания некоторых ограничений целостности . Каждая строка в таблице должна иметь некий уникальный идентификатор , называемый первичным ключом. Второе ограничение накладывается на целостность ссылок между таблицами.
Объектно-ориентированная модель.
В объектно-ориентированных базах данных, в отличие от реляционных, хранятся не записи, а объекты (текст, аудио- и видеоинформация, документы и другие объекты). Также важна задача сохранения состояния объектов между повторными запусками прикладной программы. Однако, развитого математического аппарата, на который могла бы опираться общая объектно-ориентированная модель данных , не существует.
Большинство ООСУБД представляют собой библиотеку, процедуры управления данными которой включаются в прикладную программу. Несмотря на преимущества объектно-ориентированных систем - реализация сложных типов данных , связь с языками программирования и т.п. - на ближайшее время превосходство реляционных СУБД гарантировано.
Объектно-реляционные СУБД
Разница между объектно-реляционными и объектными СУБД : первые являют собой надстройку над реляционной схемой, вторые же изначально объектно-ориентированы. Главная особенность и отличие объектно-реляционных (как и объектных) СУБД от реляционных заключается в том, что ОРСУБД интегрированы с Объектно-Ориентированным (OO) языком программирования, внутренним или внешним как C++, Java .
Объектно-реляционными СУБД являются, например, широко известные Oracle Database , Microsoft SQL Server , PostgreSQL, Microsoft Access.
Реляционный подход к построению модели предметной области.
· предметная область моделируется совокупностью отдельных информационных объектов (сущностей), каждый из которых описывается своей двумерной таблицей;
· между таблицами существуют связи;
· каждый элемент таблицы - один элемент данных;
· все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;
· каждый столбец описывает один атрибут сущности;
· каждый столбец имеет уникальное имя;
· строка содержит значения атрибутов для одного экземпляра сущности;
· одинаковые строки в таблице отсутствуют (наличие первичного ключа);
· порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.
Нормализация отношений - формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных.
Первая нормальная форма
Отношение (таблица) называется нормализованным или приведенным к первой нормальной форме , если все его атрибуты простые (далее неделимы).
Преобразование отношения к первой нормальной форме может привести к увеличению количества реквизитов (полей) отношения и изменению ключа.
Таблица находится во второй нормальной форме , если она удовлетворяет требованиям первой нормальной формы и все ее поля, не входящие в первичный ключ, связаны полной функциональной зависимостью с первичным ключом, то есть любое не ключевое поле однозначно идентифицируется полным набором ключевых полей .
· таблица должна содержать данные об одном типе объектов;
· каждая таблица должна содержать одно поле или несколько полей, образующих уникальный идентификатор (или первичный ключ) для каждой строки;
· все неключевые поля должны определяться полным уникальным идентификатором данной таблицы.
Третья нормальная форма
Требование третьей нормальной формы сводится к тому, чтобы все нёключевые поля зависели только от первичного ключа и не зависели друг от друга. Другими словами, нужно иметь возможность изменять значение любого неключевого поля, не изменяя значения любого другого поля базы данных.
Типы связей. Свойства отношений
· Отношение "один-к-одному" (1:1) означает, что каждая запись в одной таблице соответствует не более чем одной записи в другой таблице.
· Отношение "один-ко-многим" (1:М) означает, что каждой записи в одной таблице соответствует 0 или 1 или несколько записей в другой таблице.
· Отношение "многие-к-одному" (М:1) аналогично рассмотренному ранее типу "один-ко-многим". Тип отношения между объектами зависит от точки зрения.
· Отношение "многие-ко-многим" (М:М). возникает между двумя таблицами тогда, когда каждой записи в одной таблице соответствует 0 или более записей в другой таблице и наоборот.
Простые и составные ключи
Первичный ключ может состоять из единственного поля таблицы, значения которого уникальны для каждой записи. Такой первичный ключ называют простым ключом.
Если таблица не имеет единственного уникального поля, первичный ключ может быть составлен из нескольких полей, совокупность значений которых гарантирует уникальность.
Такой первичный ключ называют составным ключом
Все виды связей реализуются с помощью первичных ключей и ссылок на их значения в других таблицах. Такие ссылки, представляющие собой копии первичных ключей других таблиц, называются внешними ключами.
Рассмотренный иерархический и сетевой пример базы данных , содержащей сведения о подразделениях предприятия и работающих в них сотрудниках, применительно к реляционной модели будет иметь вид:
Связь "многие-ко-многим " реализуется через дополнительную таблицу, с помощью которой эта связь будет сведена к двум связям типа "один-ко-многим ".
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования Российской Федерации
Пензенский государственный университет
Факультет вычислительной техники
Кафедра "Информационно-вычислительные системы"
Дисциплина "Базы данных"
Отчет по лабораторной работе № 1
"Операции с базой данных"
Выполнил: ст-ка гр. 13ВЭ1
Юдина С.В.
Принял: к. т. н., доцент
Долгова И.А.
- 1. Цель работы
- Задание
- 2. Выполнение работы
- Создание базы данных
- Регистрация базы данных
- Подключение к базе данных
- Извлечение метаданных
- Удаление базы данных
- Заключение
- Приложения
1. Цель работы
Изучить операции с базами данных в целом. Получить навыки использования приложения "IBExpert" для создания, удаления, регистрации, подключения, извлечения метаданных, резервного копирования и восстановления базы данных СУБД Firebird. Изучить SQL-операторы для создания, подключения и удаления базы данных.
Задание
1) Изучить операции с базами данных в целом.
2) Получить навыки использования приложения "IBExpert" для создания, удаления, регистрации, подключения, извлечения метаданных, резервного копирования и восстановления базы данных СУБД Firebird.
3) Изучить SQL-операторы для создания, подключения и удаления базы данных.
Для варианта 17 исходными данными являются имя файла с БД - YudinaDom1. FDB, Логин - TEAM001, Пароль - slave001.
2. Выполнение работы
Создание базы данных
С помощью инструмента IBExpert была создана база данных. При этом в качестве сервера базы данных использовался удаленный сервер с именем sqledu03.
Файл базы данных имеет имя D: \Data\Лр1\YudinaDom1. FDB, Сервер - удаленный, Имя сервера - sqledu03, Протокол - TCP/IP, Client Library File - C: \Program Files\Firebird\Firebird_2_5\bin\fbclient. dll, Имя пользователя - TEAM001, Пароль - slave001, Размер страницы БД - 16384, Кодировка - WIN1251, Диалект БД - Диалект 3.
База данных зарегистрирована под именем YudinaDom1. FDB. При этом использован сервер Firebird версии 2.5 (См. Приложение A, Рис.1. Создание БД).
Регистрация базы данных
Для регистрации базы данных нужно выбрать пункт меню База данных > Зарегистрировать базу. В результате открывается диалоговое окно "Регистрация базы данных", в котором надо заполнить практически такие же поля, что и при создании базы данных, затем нажать кнопку . После регистрации вся введенная о базе данных информация запоминается приложением IBExpert и в окно "Database Explorer", в дерево на вкладке "Базы" добавляется узел с зарегистрированной базой данных (См. Приложение А, Рис.2. Регистрация БД).
база оператор резервное копирование
Подключение к базе данных
Чтобы подключиться к зарегистрированной базе данных, необходимо выбрать базу данных в списке и выполнить команду База данных > Подключиться к базе. Название подключенной базы данных в окне "Database Explorer" будет выделено жирным шрифтом, а также появятся вложенные узлы с объектами, содержащимися в подключенной базе данных (См. Приложение А, Рис.3. Подключение к БД).
Извлечение метаданных
Для извлечения метаданных используется команда главного меню Инструменты > Извлечение метаданных, которая открывает окно "Извлечение метаданных". В окне устанавливаем флажок "Извлечь всё", затем с помощью выпадающего списка "Извлекать в" выбираем "Script Executive", в которое будут извлечены метаданные, а затем нажимаем кнопку [Начать извлечение] (См. Приложение А, Рис.4. Извлечение метаданных). После извлечения открывается окно "Редактор скриптов", в котором будут находиться извлеченные метаданные. (См. Приложение А, Рис.5. Извлечение метаданных (редактор скриптов)).
Удаление базы данных
Для удаления базы данных необходимо выбрать команду меню База данных > Удалить базу, а затем подтверждаем свое желание в диалоговом окне. (См. Приложение А, Рис.6. Удаление БД (меню База данных)).
Создание базы данных при помощи "Редактора скриптов"
Для создания базы данных необходимо выполнить в приложении IBExpert команду Инструменты > Редактор скриптов, затем ввести команды, создающие базу данных в окне "Редактор скриптов" и нажать кнопку [Выполнить скрипт] (См. Приложение А, Рис.7. Создание БД (редактор скриптов). В результате должно появиться сообщение об успешном выполнении скрипта. Для дальнейшей работы необходимо вновь выполнить регистрацию базы данных и подключиться к ней.
Резервное копирование базы данных и ее восстановление
Для создания резервной копии базы данных с помощью приложения "IBExpert" необходимо выполнить команду меню Службы > Резервирование базы данных, в открывшемся диалоговом окне "Резервирование БД" задать несколько параметров и нажать кнопку [Начать резервное копирование]. В результате будет создан файл с резервной копией (См. Приложение А, Рис.8. Резервное копирование).
Для восстановления базы данных из резервной копии используется команда Службы > Восстановление базы данных. В результате открывается диалоговое окно "Восстановление БД", в котором надо в поле "Restore Info" выбрать строку "Новую базу", в поле "Database file" ввести имя восстанавливаемого файла базы данных (SQLEDU03: D: \DATA\Лр1\YudinaDom1. FDB), в поле "File Name" ввести имя файла, из которого будет восстанавливаться база данных, затем нажать кнопку (См. Приложение А, Рис.9. Восстановление БД).
Файлы, полученные при выполнении лабораторной работы.
Отредактирован сценарий создания базы данных. (См. Приложение А, Рис. 10. Редактор сценария базы данных). Сохранен файл сценария на сервере в папке "ЛР1"с таким же именем, как и имя базы данных, стандартное расширение". sql".
В результате выполнения лабораторной работы были созданы следующие файлы:
1) Сценарий - D: \Data\Лр1\ YudinaDom1. sql
2) БД - D: \Data\Лр1\ YudinaDom1. fdb
3) Резервная копия БД - D: \Data\Лр1\YudinaDom1. fbk
4) Файл с отчетом - D: \Data\Лр1\Отчет1. odt
Ответы на контрольные вопросы
1. Дать определение термина "База данных".
БД - это некоторый набор устойчивых данных, отражающий состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области и используемый прикладными системами какого-либо предприятия.
2. Что означают сокращения СУБД и DBMS?
Система Управления Базами Данных. Database Management System .
3. Какие операции проводятся с базой данных в целом?
Добавление новых данных, удаление, редактирование.
4. Что представляет собой база данных СУБД Firebird? Какой получился размер файла с базой данных? От чего он зависит? Что содержится в файле с базой данных?
СУБД Firebird - это реляционная СУБД, предназначенная для использования в приложениях с архитектурой клиент/сервер. В Firebird база данных представляет собой один или несколько файлов, в которых хранятся данные пользователя и метаданные - 2,40 Мбайта. От количества содержащейся информации. Первичные файлы данных, вторичные файлы данных и файлы журналов.
Размер влияет на эффективность работы СУБД, размер страницы рекомендуется делать равным размеру кластера файловой системы, по умолчанию размер страниц равен 16384.
6. Что надо сделать, чтобы в базе данных можно было хранить символы русского алфавита?
Поле ввода "Кодировка" предназначено для выбора набора символов национального алфавита для текстовых полей базы данных. Русские символы Windows содержатся в кодировке Win1251. Если в это поле ввести NONE, то будет поддерживаться кодировка, используемая операционной системой.
7. Назвать отличия между первым и третьим диалектами базы данных.
В диалекте 3 в отличие от диалекта 1 используется расширенный набор типов данных, различается регистр идентификаторов, записанных в двойных кавычках, а также не поддерживается неявное приведение типов данных.
8. Какие существуют способы создания и удаления базы данных?
Для создания базы данных можно использовать один из двух способов:
1. Выполнить команду База данных > Создать базу в приложении IBExpert, ввести параметры создаваемой базы данных в диалоговом окне "Создание базы данных" и нажать кнопку [OK ].
2. Выполнить в приложении IBExpert команду Инструменты > Редактор скриптов , затем ввести команды, создающие базу данных в окне "Редактор скриптов" и нажать кнопку [Выполнить скрипт ] (F9).
Для удаления:
1. Выполнить в программе "IBExpert" команду меню База данных > Удалить базу, а затем подтвердить свое желание в диалоговом окне.
2. Выполнить SQL-оператор DROP DATABASE.
3. Удалить файл с базой данных вручную.
9. Как указывается путь до файла с базой данных, расположенной на удаленном компьютере?
Имя сервера: Путь к файлу (sqledu03: D: \Data\Лр1\ YudinaDom1. fdb)
10. Какие стандартные расширения имеют файлы баз данных и сценариев?
Файл базы данных". fdb", сценария". sql".
11. Как с помощью приложения "IBExpert" подключиться к имеющейся базе данных, расположенной на локальном компьютере?
Чтобы подключиться к зарегистрированной базе данных, надо выбрать нужную базу данных в списке и выполнить команду База данных > Подключиться к базе , либо сделать двойной щелчок мышкой на имени выбранной базы данных.
12. Какое имя и начальный пароль имеет администратор сервера Firebird?
Имя: SYSDBA, пароль: masterkey.
13. Какие виды комментариев могут содержать файлы сценариев для выполнения операций с базой данных?
Сценарий может содержать поясняющие комментарии двух видов: многострочный комментарий (начинается символами "/*" и заканчивается символами "*/") и однострочный комментарий, который начинается символами " - " и продолжается до конца строки.
14. Сколько системных таблиц содержит созданная база данных? С каких символов они начинаются? Привести названия любых 3-х системных таблиц.
34 таблицы. Начинается с символа "sys.". Примеры: "sys. sysschobjs" - Существует в каждой базе данных. Каждая строка представляет объект базы данных; "sys. sysscalartypes" - Существует в каждой базе данных. Содержит по строке на каждый системный или пользовательский тип данных; "sys. sysowners" - Существует в каждой базе данных. Каждая строка соответствует участнику базы данных.
15. Каковы правила оформления текста сценария?
Выражения в операторе всегда начинается с новой строки, с отступом в 1 позицию от правого края родительского элемента оператора (SELECT, FROM, WHERE, INTO, …). Содержащиеся в сценарии операторы отделяются друг от друга символом ";". При объявлении таблиц наименования столбцов, типы, значения по умолчанию, ограничения Nullable выравниваются по левому краю.
Заключение
В ходе выполнения лабораторной работы были изучены операции с базами данных в целом. Получены навыки использования приложения "IBExpert" для создания, удаления, регистрации, подключения, извлечения метаданных, резервного копирования и восстановления базы данных СУБД Firebird. Изучены SQL-операторы для создания, подключения и удаления базы данных.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Система управления базами данных (СУБД). Программные средства, предназначенные для создания, наполнения, обновления и удаления базы данных. Структура, модели и классификация баз данных. Создание каталогов, псевдонимов, таблиц, шаблонов и форм СУБД.
презентация , добавлен 09.01.2014
Проектирование реляционной базы данных с помощью прикладного программного средства MS ACCESS. Описания особенностей использования запросов для извлечения, изменения и удаления информации из базы данных. Характеристика структуры интерфейса пользователя.
курсовая работа , добавлен 19.11.2012
Классификация баз данных. Выбор системы управления базами данных для создания базы данных в сети. Быстрый доступ и получение конкретной информации по функциям. Распределение функций при работе с базой данных. Основные особенности иерархической модели.
отчет по практике , добавлен 08.10.2014
Язык описания данных Oracle. Предназначение базы данных для хранения информации. Создание и изменение таблиц с помощью операторов Create и Alter table. Правила именования таблицы. Операторы Rename и Truncate. Метод создания и удаления представления.
презентация , добавлен 14.02.2014
Механизм и основные этапы создания и администрирования базы данных для Картотеки книг или библиотеки при помощи средств Microsoft SQL Server. Характеристика данной базы и требования, предъявляемые к ней. Основные операции с исследуемой базой данных.
курсовая работа , добавлен 21.06.2011
Понятие реляционной модели данных, целостность ее сущности и ссылок. Основные этапы создания базы данных, связывание таблиц на схеме данных. Проектирование базы данных книжного каталога "Books" с помощью СУБД Microsoft Access и языка запросов SQL.
курсовая работа , добавлен 25.11.2010
Проектирование физической и логической моделей удаленной базы данных для АЗС. Разработка базы данных в СУБД Firebird с помощью утилиты IBExpert. Создание клиентского приложения для Windows с использованием клиент-серверной технологии в среде C++ Builder.
курсовая работа , добавлен 18.01.2017
Создание базы данных в среде MS Access. Создание и работа с базой данных в ателье. Алгоритм решения задачи. Выбор пакета прикладных программ. Проектирование форм выходных документов с использованием СУБД MS Access. Структура записи таблиц базы данных.
курсовая работа , добавлен 30.01.2009
СУБД - многопользовательские системы управления базой данных, специализирующиеся на управлении массивом информации. Запросы на выборку и изменение данных, формирование отчетов по запросам выборки. Схема базы данных. Программа по управлению базой данных.
реферат , добавлен 27.12.2013
Назначение базы данных для обеспечения работы автобусного парка. Основные возможности админпанели. Выполняемые базой данных и приложением функции. Инфологическое моделирование данных. Описание разработанного web-приложения. Проектирование базы данных.
Реляционная алгебра базируется на теории множеств и является основой логики работы баз данных.
Когда я только изучал устройство баз данных и SQL, предварительное ознакомление с реляционной алгеброй очень помогло дальнейшим знаниям правильно уложиться в голове, и я постараюсь что бы эта статья произвела подобный эффект.
Так что если вы собираетесь начать свое обучение в этой области или вам просто стало интересно, прошу под кат.
Реляционная база данных
Для начала введем понятие реляцинной базы данных, в которой будем выполнять все действия.
Реляционной базой данных называется совокупность отношений, содержащих всю информацию, которая должна хранится в базе. В данном определении нам интересен термин отношение, но пока оставим его без строго определения.
Лучше представим себе таблицу продуктов.
Таблица PRODUCTS
| ID | NAME | COMPANY | PRICE |
| 123 | Печеньки | ООО ”Темная сторона” | 190 |
| 156 | Чай | ООО ”Темная сторона” | 60 |
| 235 | Ананасы | ОАО ”Фрукты” | 100 |
| 623 | Томаты | ООО ”Овощи” | 130 |
Таблица состоит из 4х строк, строка в таблице является кортежем в реляционной теории. Множество упорядоченных кортежей называется отношением.
Перед тем как дать определение отношения, введем еще один термин - домен. Домены применительно к таблице это столбцы.
Для ясности, теперь введем строгое определение отношения.
Пусть даны N множеств D1,D2, …. Dn (домены), отношением R над этими множествами называется множество упорядоченных N-кортежей вида
Каждый элемент кортежа представляет собой значение одного из атрибутов, соответствующего одному из доменов.
Ключи в отношениях
В отношении требованием является то, что все кортежи должны различаться. Для однозначной идентификации кортежа существует первичный ключ. Первичный ключ это атрибут или набор из минимального числа атрибутов, который однозначно идентифицирует конкретный кортеж и не содержит дополнительных атрибутов.Подразумевается, что все атрибуты в первичном ключе должны быть необходимыми и достаточными для идентификации конкретного кортежа, и исключение любого из атрибутов в ключе сделает его недостаточным для идентификации.
Например, в такой таблице ключом будет сочетание атрибутов из первого и второго столбца.
Таблица DRIVERS
Видно, что в организации может быть несколько водителей, и чтобы однозначно идентифицировать водителя необходимо и значение из столбца “Название организации” и из “Имя водителя”. Такой ключ называется составным.
В реляционной БД таблицы взаимосвязаны и соотносятся друг с другом как главные и подчиненные. Связь главной и подчиненнной таблицы осуществляется через первичный ключ (primary key) главной таблицы и внешний ключ (foreign key) подчиненной таблицы.
Внешний ключ это атрибут или набор атрибутов, который в главной таблице является первичным ключем.
Этой подготовительной теории будет достаточно для знакомства с основными операциями реляционной алгебры.
Операции реляционной алгебры
Основные восемь операций реляционной алгебры были предложены Э.Коддом .- Объединение
- Пересечение
- Вычитание
- Декартово произведение
- Выборка
- Проекция
- Соединение
- Деление
Для понимания важно запомнить, что результатом любой операции алгебры над отношениями является еще одно отношение, которое можно потом так же использовать в других операциях.
Создадим еще одну таблицу, которая нам пригодится в примерах.
Таблица SELLERS
| ID | SELLER |
| 123 | OOO “Дарт” |
| 156 | ОАО ”Ведро” |
| 235 | ЗАО “Овоще База” |
| 623 | ОАО ”Фирма” |
Условимся, что в этой таблице ID это внешний ключ, связанный с первичным ключом таблицы PRODUCTS.
Для начала рассмотрим самую простую операцию - имя отношения. Её результатом будет такое же отношение, то есть выполнив операцию PRODUCTS, мы получим копию отношения PRODUCTS.
Проекция
Проекция является операцией, при которой из отношения выделяются атрибуты только из указанных доменов, то есть из таблицы выбираются только нужные столбцы, при этом, если получится несколько одинаковых кортежей, то в результирующем отношении остается только по одному экземпляру подобного кортежа.Для примера сделаем проекцию на таблице PRODUCTS выбрав из нее ID и PRICE.
Синтаксис операции:
π
(ID, PRICE) PRODUCTS
В условии выборки мы можем использовать любое логическое выражение. Сделаем еще одну выборку с ценой больше 90 и ID товара меньше 300:
σ (PRICE>90 ^ ID<300) PRODUCTS
Умножение
Умножение или декартово произведение является операцией, производимой над двумя отношениями, в результате которой мы получаем отношение со всеми доменами из двух начальных отношений. Кортежи в этих доменах будут представлять из себя все возможные сочетания кортежей из начальных отношений. На примере будет понятнее.Получим декартово произведения таблиц PRODUCTS и SELLERS.
Синтаксис операции:
PRODUCTS × SELLERS
Можно заметить, что у двух этих таблиц есть одинаковый домен ID. В подобной ситуации домены с одинаковыми названиями получают префикс в виде названия соответствующего отношения, как показано ниже.
Для краткости перемножим не полные отношения, а выборки с условием ID<235
(цветом выделены одни и те же кортежи)
| PRODUCTS.ID | NAME | COMPANY | PRICE | SELLERS.ID | SELLER |
| 123 | Печеньки | ООО ”Темная сторона” | 190 | 123 | OOO “Дарт” |
| 156 | Чай | ООО ”Темная сторона” | 60 | 156 | ОАО ”Ведро” |
| 123 | Печеньки | ООО ”Темная сторона” | 190 | 156 | ОАО ”Ведро” |
| 156 | Чай | ООО ”Темная сторона” | 60 | 123 | OOO “Дарт” |
Для примера использования этой операции представим себе необходимость выбрать продавцов с ценами меньше 90. Без произведения необходимо было бы сначала получить ID продуктов из первой таблицы, потом по этим ID из второй таблицы получить нужные имена SELLER, а с использованием произведения будет такой запрос:
π (SELLER) σ (RODUCTS.ID=SELLERS.ID ^ PRICE<90) PRODUCTS × SELLERS
В результате этой операции получим отношение:
| SELLER |
| ОАО ”Ведро” |
Соединение и естественное соединение
Операция соединения обратна операции проекции и создает новое отношение из двух уже существующих. Новое отношение получается конкатенацией кортежей первого и второго отношений, при этом конкатенации подвергаются отношения, в которых совпадают значения заданных атрибутов. В частности, если соединить отношения PRODUCTS и SELLERS, этими атрибутами будут атрибуты доменов ID.Также для понятности можно представить соеднинение как результат двух операций. Сначала берется произведение исходных таблиц, а потом из полученного отношения мы делаем выборку с условием равенства атрибутов из одинаковых доменов. В данном случае условием явлется равенство PRODUCTS.ID и SELLERS.ID.
Попробуем соединить отношения PRODUCTS и SELLERS и получим отношение.
| PRODUCTS.ID | NAME | COMPANY | PRICE | SELLERS.ID | SELLER |
| 123 | Печеньки | ООО ”Темная сторона” | 190 | 123 | OOO “Дарт” |
| 156 | Чай | ООО ”Темная сторона” | 60 | 156 | ОАО ”Ведро” |
| 235 | Ананасы | ОАО ”Фрукты” | 100 | 235 | ЗАО “Овоще База” |
| 623 | Томаты | ООО ”Овощи” | 130 | 623 | ОАО ”Фирма” |
Натуральное соединение получает схожее отношение, но в случае, если у нас корректно настроена схема в базе (в данном случае первичный ключ таблицы PRODUCTS ID связан с внешним ключем таблицы SELLERS ID), то в результирующем отношении остается один домен ID.
Синтаксис операции:
PRODUCTS ⋈ SELLERS;
Получится такое отношение:
| PRODUCTS.ID | NAME | COMPANY | PRICE | SELLER |
| 123 | Печеньки | ООО ”Темная сторона” | 190 | OOO “Дарт” |
| 156 | Чай | ООО ”Темная сторона” | 60 | ОАО ”Ведро” |
| 235 | Ананасы | ОАО ”Фрукты” | 100 | ЗАО “Овоще База” |
| 623 | Томаты | ООО ”Овощи” | 130 | ОАО ”Фирма” |
Пересечение и вычитание.
Результатом операции пересечения будет отношение, состоящее из кортежей, полностью входящих в состав обоих отношений.Результатом вычитания будет отношение, состоящее из кортежей, которые являются кортежами первого отношения и не являются кортежами второго отношения.
Данные операции аналогичны таким же операциям над множествам, так что, я думаю, нет необходимости подробно их расписывать.
Источники информации
- Основы использования и проектирования баз данных - В. М. Илюшечкин
- курс лекций Introduction to Databases - Jennifer Widom, Stanford University
Буду благодарен за аргументированные замечания
Начинать изучать SQL лучше всего с азов реляционных баз данных. Я дам пояснение что такое реляционная база данных, что такое отношение и какие операции над ними можно производить.
Поехали …
Что такое SQL?
SQL (Structured Query Language)
– структурированный язык запросов, универсальный компьютерный язык, применяемый для создания, модификации и управление данными в реляционных базах данных
Что такое реляционная база данных?
Это совокупность взаимосвязанных данных хранящихся в виде отношений
Что такое отношения?
Отношение это некое множество картежей
Что такое кортеж?
Картеж это определенный набор элементов, причем каждый элемент набора принадлежит некоторому множеству (можно сказать типу элемента). Если говорить проще, то кортеж это список элементов, между которыми есть связь или как говорят, есть отношение . Представить кортеж можно с помощью графа или таблицы состоящий из одной строки.
Продемонстрирую кортеж из двух элементов с помощью графа:
Вершины графа это элементы их некоторого множества, в данном случае, это элемент а1 из множества А и элемент b1 из множества B . Ребро между вершинами обозначает связь между элементами или как говорят элемент а1 находится в отношение с b1 .
Продемонстрирую этот же кортеж с помощью таблицы:
Номер 1 у а1 и b1 , был выбран произвольно.
Итак, мы добрались до элементарного кирпичика, т.е. до кортежа , начнем разматывать нашу логику обратно, что бы понять, что такое реляционная база данных и SQL .
Как я сказал, отношение это множество кортежей , причем ограниченное (если отойти от теории). Представить отношения можно в виде матрицы, графа, таблицы.
Продемонстрирую, как представить отношение в виде графа:
На графике видно, что есть несколько кортежей, причем какой кортеж первый, а какой второй и третий не важно , это просто множество кортежей. В множестве нет такого понятия «первый», «второй» и «третий», это всё сразу и очередность не важна.
Продемонстрирую, как представить отношение в виде таблицы:
Последовательность строк или кортежей в таблице не важна , из графа я их взял в произвольном порядке.
Также важно заметить, что последовательность столбцов тоже не важна , если мы поменяем их местами, то с точки зрения теории множеств, отношение останется не низменным . В этом как раз и заключается отрицательная сторона таблицы, как способа визуализации отношения, ведь нам психологически трудно будет назвать таблицы равными, если у них в разной последовательности следуют столбы и строки.
Как было сказано в самом начале, что реляционная база данных это совокупность взаимосвязанных данных хранящихся в виде отношений . Если представлять отношения в виде таблиц, то реляционная БД это некий набор взаимосвязанных таблиц . Выходит SQL это язык создания, модификации и управление таблицами в реляционной БД .
Итак, с логической цепочкой мы разобрались: SQL, реляционная БД, отношения, кортеж..Теперь мы затронем язык SQL, т.е. тему манипулирования с отношениями, важно разобраться какие операции мы можем проводить над отношениями .
Все операции продемонстрировать не возможно, в связи с их большим количеством, приведу только базовые:
1. Селекция (другие имена операции — выборка, ограничение)
Операция «селекция» или «выборка» выполняется над одним отношением , смысл его заключается в том, что по заданному условию осуществляется выборка подмножества кортежей . Результат операции – отношение отличающиеся от исходного меньшим числом кортежей . Пример:
Пусть есть отношение, назовем его «исходная таблица №1»:
Результат «выборки» из исходной таблицу №1, при условии что А=а3
На языке SQL:
синтаксис — SELECT * FROM имя_таблицы WHERE имя_столбца=значение
SELECT * FROM исходная_таблица WHERE А=a3
2. Проекция
Операция «проекция» выполняется над одним отношением , в результате неё формируется новое отношение с указанными столбцами таблицы .
Например, есть отношение, назовем ее «исходная таблица №2»:
Произведем над данным отношением операцию «проекция» по атрибутам А и С , результат:
В результате мы получили два одинаковых картежа, в отношение такого быть не может, поэтому сократим их (в СУБД сокращения происходят автоматически):
Выходит, при проекции у нас может сокращаться число кортежей , это бывает, за ошибку это считать не надо .
На языке SQL:
синтаксис — SELECT список_столбцов FROM имя_таблицы
реализация для данного случая — SELECT А,С FROM исходная_таблица_№2
3. Естественное соединение
Операция «естественное соединение » выполняется над двумя логическими связанными отношениями , в результате неё формируется новое отношение со столбцами первого и второго отношения и с кортежами, которые получаются в результате соединения каждого кортежа первого и второго отношения . На примере должно быть более понятно, пусть есть два отношения, назовем их исходная таблица №3.1 и исходная таблица №3.2:
Исходная таблица №3_1
Исходная таблица №3_2
Проведем операцию «соединения» первого и второго отношения, результат:
Интересно заметить, что мы получили исходное отношение из раздела «2. Проекция», последовательность столбцов в отношение значения не имеет.
На языке SQL:
реализация для данного случая — SELECT исходная_таблица_№3_1.*, исходная таблица №3_2.В FROM исходная_таблица_№3_1, исходная таблица №3_2 WHERE исходная таблица №3_1.A= исходная таблица №3_2.A
4. Объединение
Операция «объединение» выполняется над двумя отношениями имеющих одинаковый набор столбцов и тип данных в этих столбцах , результат операции новое отношение, которое включает в себя все кортежи «первого» и «второго» отношения (повторяющиеся сокращаются).
Исходная таблица №4_1
Исходная таблица №4_2
Произведем операцию «объединения» отношения №4.1 и отношения №4.2 , результат:
На языке SQL:
синтаксис — SELECT список_столбцов_таблицы1 FROM таблица1 UNION SELECT список_столбцов_таблицы2 FROM таблица2
реализация для данного случая — SELECT А,В FROM исходная_таблица_№4_1 UNION SELECT А,В FROM исходная_таблица_№4_2
5. Пересечение
Операция «пересечение» выполняется , результат операции новое отношение, которое включает в себя одинаковые кортежи «первого» и «второго» отношения .
Пример, пусть есть два отношения:
Исходная таблица №5_1
Исходная таблица №5_2
Произведем операцию «пересечения» с данными отношениями, результат:
Т.е. в результирующее отношение, попали повторяющиеся кортежи из «первого» и «второго» отношения.
На языке SQL:
синтаксис — SELECT одна_из_таблиц.столбец1, одна_из_таблиц.столбец2, … FROM таблица1,таблица2 WHERE таблица1.столбец1=таблица2.столбец1 AND таблица1.столбец2= таблица2.столбец2 AND …
реализация для данного случая –
SELECT исходная_таблица_№5_1.А, исходная_таблица_№5_1.В FROM исходная_таблица_№5_1, исходная_таблица_№5_2 WHERE исходная_таблица_№5_1.А = исходная_таблица_№5_2.А AND исходная_таблица_№5_1.В = исходная_таблица_№5_2.В
6. Вычитание (разность)
Операция «вычитание» выполняется над двумя отношениями имеющими одинаковый набор столбцов и тип данных в этих столбцах , результат операции новое отношение, которое включает в себя кортежи «первого» отношения отличные от кортежей «второго» отношения , на примере думаю должно быть более понятно.
Пример, пусть есть два отношения:
Исходная таблица №6_1
Исходная таблица №6_2
Произведем операцию «разность» , т.е. от исходной таблицы №6_1 отнимем исходную таблицу №6_2, результат:
Т.е. результирующее отношение, это «первое» отношение без повторяющихся кортежей «второго» отношения.
На языке SQL:
реализация для данного случая – SELECT исходная_таблица_№6_1.А, исходная_таблица_№6_1.В FROM исходная_таблица_№6_1 WHERE NOT EXISTS (SELECT исходная_таблица_№6_2.А, исходная_таблица_№6_2.В FROM исходная_таблица_№6_2
WHERE исходная_таблица_№6_2.А= исходная_таблица_№6_1.А AND исходная_таблица_№6_2.В= исходная_таблица_№6_1.В)
7. Декартово произведение
Декартово произведение выполняется над двумя произвольными отношениями, результат операции новое отношение с количество столбцов равному сумме количества столбцов «первого» и «второго» отношения, а количество строк равному произведение количеству строк «первого» и «второго» отношения . Кортежи результирующего отношение, если говорить по-простому, получаются путем комбинации каждого кортежа «первого» отношения с кортежами «второго» отношения.
Пример, пусть есть два произвольных отношения:
Исходная таблица №7_1
Исходная таблица №7_2
Произведем «декартово произведение» данных двух отношений, результат:
На языке SQL:
реализация для данного случая – SELECT исходная_таблица_№7_1.А, исходная_таблица_№7_1.В, исходная_таблица_№7_2.А, исходная_таблица_№7_2.В FROM исходная_таблица_№7_1, исходная_таблица_№7_2
Мы разобрались с основными операции над отношениями и напоследок теоретической части поста разберемся что такое ключ.
Что такое ключ?
Ключ – это один или не сколько столбцов таблицы , которые однозначно определяют запись (строку) . Пример, пусть есть отношение представленное в виде таблицы:
Ключом данного отношения может быть столбец А . Т.к. значения только данного столбца в отношение , например: а3 определяет запись «а3 b1 d3» , a2 определят запись «a2 b2 d3» , a1 определяет запись «a1 b2 d1» . Другие столбцы данную функцию нести не могут.
Если ключ состоит из одного столбца , то его называют простым , если из нескольких его называют составным . В данной таблице, помимо простого ключа, есть еще один – составной, состоящий из столбцов B и D . Значения этих столбцов однозначной определят запись (строки), пример: b1 и d3 однозначно определяет запись «a3 b1 d3» , b2 и d3 однозначной определяет запись «a2 b2 d3» , b2 и d1 однозначно определяет запись «a1 b2 d1» .
На практике обычно выбирают один ключ , причем самый простой , в данном случае это столбец А . Такой ключ также называют «первичный ключ ».
