Содержание лекции Лекция № 4 по дисциплине «ИОБД» для потока ПЭ 12 -09 (УК) Основы реляционной алгебры Технология проектирования БД Инфологическое проектирование БД Средства для описания инфологической модели ПО (ER – модель) Примеры 10. 02. 2018 Лекции по дисциплине «ИОБД» 1
Операции над отношениями РМД стала первой работоспособной моделью данных, поскольку имела эффективный инструментарий – операции реляционной алгебры. Основной единицей обработки является отношение, а не его кортежи. К отношениям можно применить систему операций, позволяющих получить одни отношения из других. Исключение составляют операции создания и заполнения таблиц, а также операции описания и переименования столбцов. Результатом запроса к реляционной БД может быть новое отношение, вычисленное на основе имеющихся отношений. 10. 02. 2018 Основы реляционной алгебры 2
Операции над отношениями Реляционная алгебра включает две группы операций: 1. Традиционные операции над множествами (модифицированные с учетом того, что их операндами являются отношения) – объединение, пересечение, разность (вычитание), декартово произведение и деление. 2. Специальные реляционные операции – выборка, проекция, соединение. 10. 02. 2018 Основы реляционной алгебры 3
Операция ОБЪЕДИНЕНИЕ • Объединение выполняется над двумя совместными отношениями R 1, R 2 с идентичной структурой. В результате операции строится новое отношение R = R 1 U R 2 , которое имеет тот же состав атрибутов и совокупность кортежей исходных отношений. В результирующее отношение по определению не включаются дубликаты кортежей. • Ниже приведены исходные отношения: R 1 (таблица 2) и R 2(таблица 3) и результат объединения – R(таблица 4). 10. 02. 2018 Основы реляционной алгебры 4
Исходные данные • Таблица 2 ФИО Год рождения Должность Иванов И. И. 1948 Зав. кафедрой Сидоров С. С. 1953 Доцент Козлов К. К. 1980 Ассистент Кафедра 22 22 23 Таблица 3 ФИО Год рождения Цветкова Н. Н. 1965 Петрова П. П. 1953 Козлов К. К. 10. 02. 2018 1980 Должность Кафедра Доцент 23 Ст. 22 преподаватель Ассистент 23 Основы реляционной алгебры 5
Результат операции ОБЪЕДИНЕНИЕ • Таблица 4 ФИО Год Должность Кафедра рождения Иванов И. И. 1948 Зав. кафедрой 22 Сидоров С. С. 1953 Доцент 22 Козлов К. К. 1980 Ассистент 23 Цветкова Н. Н. 1965 Доцент 23 Петрова П. П. Ст. 1953 преподаватель 10. 02. 2018 22 Основы реляционной алгебры 6
Операция ПЕРЕСЕЧЕНИЕ Пересечение выполняется над двумя совместными отношениями R 1, R 2. Результирующее отношение RP = R 1)R 2 содержит кортежи, которые есть в каждом из исходных. Результат имеет тот же состав атрибутов, что и исходные отношения. Пересечение отношений R 1 и R 2 дает отношение RP (таблица 5). Таблица 5 ФИО Козлов К. К. 10. 02. 2018 Год Должность Кафедра рождения 1980 Ассистент 23 Основы реляционной алгебры 7
Операция ВЫЧИТАНИЕ Вычитание выполняется над двумя совместными отношениями R 1, R 2. В результате строится новое отношение RV = R 1 - R 2 с идентичным набором атрибутов, содержащее кортежи первого отношения R 1, которые не входят в отношение R 2. Вычитание отношения R 2 из R 1 дает отношение RV (таблица 6). Таблица 6 Год ФИО Должность Кафедра рождения Иванов И. И. 1948 Зав. кафедрой 22 Сидоров С. С. 10. 02. 2018 1953 Доцент 22 Основы реляционной алгебры 8
Операция Декартово произведение выполняется над двумя отношениями R 1 и R 2, имеющими в общем случае разный состав атрибутов. В результате образуется новое отношение RD = R 1 x R 2, которое включает все атрибуты исходных отношений. Результирующее отношение состоит из всевозможных сочетаний кортежей исходных отношений. Число кортежей (мощность) отношения-произведения равно произведению мощностей исходных отношений. 10. 02. 2018 Основы реляционной алгебры 9
Операция Декартово произведение отношений R 1 (таблица 7) и R 2 (таблица 8) дает новое отношение RD (таблица 9), которое содержит все атрибуты исходных отношений. В него целесообразно добавить атрибут Оценка для записи результатов экзамена. Таблица 7 Таблица 8 Номер ФИО Код дисцип студента Наименование 11 Иванов И. И. лины 12 Петров П. П. Д 1 Математика 13 Сидоров С. С. Д 2 Информатика 10. 02. 2018 Основы реляционной алгебры 10
Операция Декартово произведение Таблица 9 – Результат операции Номер ФИО Код студента дисциплины Наименование Оценка та 11 Иванов И. И. Д 1 Математика 5 12 Петров П. П. Д 1 Математика 3 13 Сидоров С. С. Д 1 Математика 5 11 Иванов И. И. Д 2 Информатика 5 12 Петров П. П. Д 2 Информатика 4 13 Сидоров С. С. Д 2 Информатика 4 10. 02. 2018 Основы реляционной алгебры 11
Операция ДЕЛЕНИЕ Деление выполняется над двумя отношениями R 1 и R 2, имеющими в общем случае разные структуры и часть одинаковых атрибутов. В результате образуется новое отношение, содержащее атрибуты 1 -го операнда, отсутствующие во 2 -м операнде, и кортежи 1 -го операнда, которые совпали с кортежами 2 -го. Для выполнения этой операции 2 -й операнд должен содержать лишь атрибуты, совпадающие с атрибутами 1 -го. Например, чтобы узнать, кто из студентов получил по математике 5 и по информатике 4, надо разделить отношения Экзаменационная ведомость на вспомогательное отношение Мат5 Физ 4 (Наименование, Оценка) с двумя кортежами: Математика, 5 и Информатика, 4. В результате получим отношение Итог (Номер студента, ФИО студента, Код дисциплины) с одним кортежем – 13, Сидоров, Д 1. Основы реляционной алгебры 12 10. 02. 2018
Операция ВЫБОРКА Выборка выполняется над одним отношением R. Для отношения по заданному условию (предикату) осуществляется выборка подмножества кортежей. Результирующее отношение имеет ту же структуру, что и исходное, но число его кортежей будет меньше (или равно) числа кортежей исходного отношения. Например, выбрать студентов, сдавших математику на отлично (Код дисциплины = Д 1) AND (Оценка = 5) (таблица 10). 10. 02. 2018 Основы реляционной алгебры 13
Операция ВЫБОРКА Таблица 10 – Результат операции Номер студента ФИО студента Код дисциплины Наименование Оценка 11 Иванов И. И. Д 1 Математика 5 13 Сидоров С. С. Д 1 Математика 5 10. 02. 2018 Основы реляционной алгебры 14
Операция ПРОЕКЦИЯ Проекция выполняется над одним отношением R. Операция формирует новое отношение RPR с заданным подмножеством атрибутов исходного отношения R. Оно может содержать меньше кортежей, так как после отбрасывания в исходном отношении R части атрибутов (и возможного исключения первичного ключа) могут образоваться кортежи-дубли, которые из результирующего отношения исключаются по определению. • Ниже приведен пример исходного отношения R (табл. 11) и результат проекции этого отношения на два его атрибута Должность и Номер отдела (табл. 12). 10. 02. 2018 Основы реляционной алгебры 15
Результат операции ПРОЕКЦИЯ Таблица 11 - Исходные Таблица 12 ФИО Номер отдела Должность Иванов И. И. 01 Инженер Петров П. П. 02 Инженер 02 Лаборант Нестеров Н. Н. 01 Никитин К. К. 10. 02. 2018 02 Лаборант Номер отдела Должность Основы реляционной алгебры 16
Операция СОЕДИНЕНИЕ Соединение выполняется для заданного условия соединения над двумя логически связанными отношениями. Исходные отношения R 1 и R 2 имеют разные структуры, в которых есть одинаковые атрибуты – внешние ключи. Операция соединения формирует новое отношение, структура которого является совокупностью всех атрибутов исходных отношений. Результирующие кортежи формируются соединением каждого кортежа из R 1 с теми кортежами R 2, для которых выполняется условие соединения. В зависимости от этого условия соединение называется: естественным – равенство значений общих атрибутов отношений R 1 и R 2; эквисоединением – равенство значений атрибутов, входящих в условие соединения; тета-соединением – другой знак сравнения. Основы реляционной алгебры 17 10. 02. 2018
Операция СОЕДИНЕНИЕ Операция соединения имеет большое значение для РБД, так как в процессе нормализации отношений исходное отношение разбивается на несколько более мелких отношений, которые при выполнении запросов пользователя требуется, как правило, вновь соединять для восстановления исходного отношения. 10. 02. 2018 Основы реляционной алгебры 18
Операции ОТНОШЕНИЯ Рассмотренные выше операции в той или иной мере реализуются в языке манипулирования данными СУБД (SQL, QBE, другие языки запросов). Язык SQL является более чем реляционно-полным, так кроме операций реляционной алгебры содержит полный набор операторов над кортежами – Включить, Удалить, Изменить, а также реализует арифметические операции и операции сравнения. 10. 02. 2018 Основы реляционной алгебры 19
Плюсы и минусы РМД К достоинствам РМД относятся: • простота представления данных благодаря табличной форме; • минимальная избыточность данных при нормализации отношений; • обеспечение независимости приложений пользователя от данных, допускающей включение или удаление отношений, изменение их атрибутного состава. К недостаткам РМД можно отнести то, что нормализация данных приводит к значительной их фрагментации, в то время как в большинстве задач необходимо объединение фрагментированных данных. 10. 02. 2018 Основы реляционной алгебры 20
Содержание лекции Лекция № 4 по дисциплине «ИОБД» для потока ПЭ 12 -09 (УК) Основы реляционной алгебры Технология проектирования БД Инфологическое проектирование БД Средства для описания инфологической модели ПО (ER – модель) Примеры 10. 02. 2018 Лекции по дисциплине «ИОБД» 21
Технология проектирования БД. Цель и задачи проектирования Три НЕ 10. 02. 2018 Технология проектирования БД 22
Технология проектирования БД. Цель и задачи проектирования Результатом проектирования являются • структура БД на ЯОД СУБД • тексты ПП на ЯМД СУБД 10. 02. 2018 ПП по функциональному назначению подразделяются: 1. приложения (программы конечных пользователей) 2. программы обновления БД и поддержания ее непротиворечивости 3. программы администрирования БД, дополнительно к средствам СУБД 4. программы обеспечения интерфейса с конечными пользователями Технология проектирования БД 23
Этапы проектирования структуры БД 10. 02. 2018 Технология проектирования БД 24
Сбор исходных данных выполняется на этапе предпроектного исследования предметной области. Наиболее сложной и ответственной является задача построения структуры базы. Сложность этой задачи объясняется тем, что ее решение предполагает оптимальный синтез следующего отображения: Этапы проектирования структуры БД S 1 Словесное описание предметной области Неформальное представление M 2 Структура БД в терминах ЯОД СУБД Формальное представление, синтаксическая модель 10. 02. 2018 Технология проектирования БД 25
Выполнить сразу это отображение оптимальным образом не представляется возможным. На практике этот процесс заменяется последовательностью более простых моделей. Дополнительно строится 1 семантическая и 1 синтаксическая модель Этапы проектирования структуры БД Семантическая структуризация предметной области Физическое проектирование S 1 S 2 M 1 M 2 Семантические модели 10. 02. 2018 Логическое проектирование Выбор правил структуризации Синтаксические модели Технология проектирования БД 26
Содержание лекции Лекция № 4 по дисциплине «ИОБД» для потока ПЭ 12 -09 (УК) Основы реляционной алгебры Технология проектирования БД Инфологическое проектирование БД Средства для описания инфологической модели ПО (ER – модель) Примеры 10. 02. 2018 Лекции по дисциплине «ИОБД» 27
Этап 1 ПРЕДПРОЕКТНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ Инфологическое проектирование БД (обследование Пе. РЕД ПРОЕКТированием) 1. Цель – сбор исходных данных 2. Действующие лица и способ их взаимодействия См. самостоятельно в учебнике Быковой В. В а также в раздатке 3 и раздатке 4 Результатом предпроектного обследования является S 1 – неформальная семантическая модель ПО (ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ) 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 28
Этап 2 ИНФОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПО (модель S 2) Цель – построение инфологической модели – семантической структурной модели ПО Объектно-связное представление ПО Инфологическое проектирование БД 1. Выделение классов однородных объектов (однородность - наличие одних и тех же свойств) 2. Определение свойств (атрибутов) для каждого класса объектов 3. Выделение связей между классами объектов Выделение ограничений целостности 1. Уточнение доменов – множеств допустимых значений атрибутов 2. Выделение ключей и связей типа «атрибут-атрибут» 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 29
Содержание лекции Лекция № 4 по дисциплине «ИОБД» для потока ПЭ 12 -09 (УК) Основы реляционной алгебры Технология проектирования БД Инфологическое проектирование БД Средства для описания инфологической модели ПО (ER – модель) Примеры 10. 02. 2018 Лекции по дисциплине «ИОБД» 30
Инфологическое Проектирование БД Средства для описания инфологической модели ПО На этот вопрос нет однозначного ответа. Существует несколько методик и систем изобразительных средств для выражения семантической структуры ПО. К ним относятся: 1. Модель «сущность-связь» ( «объекты-связь» ) Кратко ER -модель 2. Язык функциональных зависимостей 3. Семантические сети 4. Продукционные модели 10. 02. 2018 П Р И М Е Н И Е БД Реляционные БД БД и БЗ БЗ Инфологическое проектирование БД 31
Инфологическое Проектирование БД Все эти средства не являются универсальными и имеют свою область применения. Для систем организационного управления наиболее подходящей является ER-модель ESSENCE (сущность) или ENTITY и RELATION (связь) Метод сущность-связь. Достоинства ER-моделей: v. Язык условных обозначений ER-модели простой и понятный v. Конструктивные элементы ER-модели легко преобразуются в модели данных, поддерживаемые СУБД. Для реляционной модели данных правила таких преобразований достаточно точны. 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 32
Инфологическое Проектирование БД Единого общепризнанного формата условных обозначений ER-модели не установлено. Наиболее известные форматы: ХАУ (См. кн. Джексон Г. Проектирование реляционных баз данных для использования с микро. ЭВМ. -М. : Мир, 1991) БАХМАНА (См. кн. Бойко В. В, Савинов В. М. , Проектирование баз данных информационных систем. - М. : Финансы и статистика, 1989) Далее будет использоваться формат ХАУ! ER-модель (формат ХАУ)– это система условных обозначений, система изобразительных средств для выражения семантической структуры предметной области 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 33
Инфологическое Проектирование БД 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 34
Инфологическое Проектирование БД 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 35
Инфологическое Проектирование БД 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 36
Инфологическое проектирование БД СВЯЗИ 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 37
Инфологическое Проектирование БД СВЯЗИ А) Унарная связь выделяет подмножество экземпляров сущности, используется редко, так как всегда может быть заменена атрибутом СТУДЕНТ ЯВЛ спортсменом A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 СТУДЕНТ A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 10. 02. 2018 A 6 - спортсмен (0 -нет, 1 - да) Инфологическое проектирование БД 38
Б) Бинарная связь отражает отношение между двумя типами сущности Инфологическое Проектирование БД СВЯЗИ СТУДЕНТ ИЗУЧАЕТ ДИСЦИПЛИНА ДЕТАЛЬ ВХОДИТ ИЗДЕЛИЕ Б) Бинарная связь с атрибутом ПРЕПОДАВ. M РАБОТАЕТ Вид деятел 10. 02. 2018 N КАФЕДРА 0 – постоянная работа 1 - совместительство Инфологическое проектирование БД 39
Инфологическое Проектирование БД СВЯЗИ В) Тернарная связь отражает отношение между тремя типами сущности ОЦЕНКА ДАТА СТУДЕНТ ЭКЗАМЕН ДИСЦИПЛИНА ПРЕПОД 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 40
Связи различной степени Инфологическое Проектирование БД СВЯЗИ А) 1 Факультет ИМЕЕТ 1 ДЕКАН ОБЯЗАТЕЛЬНО Б) 1 служащий НЕОБЯЗАТЕЛЬНО 10. 02. 2018 ИМЕЕТ 1 ТЕЛЕФОН ОБЯЗАТЕЛЬНО Инфологическое проектирование БД 41
Связи различной степени Инфологическое Проектирование БД СВЯЗИ В) N ГОРОД ВХОДИТ 1 РЕГИОН РФ ОБЯЗАТЕЛЬНО Г) M Пациент ИМЕЕТ N ЗАБОЛЕВА НИЕ НЕОБЯЗАТЕЛЬНО 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 42
Содержание лекции Лекция № 4 по дисциплине «ИОБД» для потока ПЭ 12 -09 (УК) Основы реляционной алгебры Технология проектирования БД Инфологическое проектирование БД Средства для описания инфологической модели ПО (ER – модель) Примеры 10. 02. 2018 Лекции по дисциплине «ИОБД» 43
Инфологическое проектирование БД Примеры 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 44
Инфологическое проектирование БД Примеры 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 45
Инфологическое проектирование БД Примеры 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 46
Инфологическое проектирование БД Примеры 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 47
Инфологическое Проектирование БД Методические рекомендации по построению ER - диаграмм 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 48
Инфологическое Проектирование БД Проблемы автоматизации проектирования БД 10. 02. 2018 Инфологическое проектирование БД 49
Домашнее задание • Подготовить конспект 4 -ой лекции • ЭТО ваша шпаргалка на экзамен и тестирование БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ! E-mail gal_vasina 123@mail. ru 10. 02. 2018 Заключение 50
БАЗЫ ДАННЫХ (БД). КОНЦЕПЦИЯ БД и СУБД 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 51
БАЗЫ ДАННЫХ (БД). КОНЦЕПЦИЯ БД и СУБД 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 52
БАЗЫ ДАННЫХ (БД). Требования к организации БД Многократное использование данных многими пользователями предопределяет следующие требования к организации и управлению данными: ØНЕизбыточность; ØНЕпротиворечивость (целостность); ØНЕзависимость данных от программ 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 53
БАЗЫ ДАННЫХ (БД). Требования к организации БД ØЭффективность доступа – временная характеристика БД – время доступа, эксплуатационная характеристика ØЗащита данных от несанкционированного действия Третье требование– (НЕзависимость данных от программ) базисное, концептуальное. На этом основаны БД. 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 54
БАЗЫ ДАННЫХ (БД). Требования к организации БД НЕИЗБЫТОЧНОСТЬ БД неизбыточна, если удаление из нее какоголибо элемента данных или связи между элементами данных ведет к потере информации. Пример: Список студентов университета. Номер зач. книжки ФИО Факультет Декан Группа Ср. балл 123465 Иванов И. И. А Попов Б. А. УК 00 -1 4. 5 222222 Петров П. П. Т Семенов С. А. МТ 00 -1 3. 5 223333 Сидоров С. С. Т Семенов С. А. МТ 01 -1 5. 0 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 55
БАЗЫ ДАННЫХ (БД). Требования к организации БД Пример: Список студентов университета. Номер зач. книжки ФИО Факультет Декан Группа Ср. балл 123465 Иванов И. И. А Попов Б. А. УК 00 -1 4. 5 222222 Петров П. П. Т Семенов С. А. МТ 00 -1 3. 5 223333 Сидоров С. С. Т Семенов С. А. МТ 01 -1 5. 0 «Факультет» и «Декан» связаны, поэтому данная БД избыточна. Избыточность ведет к трудностям обновления 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 56
БАЗЫ ДАННЫХ (БД). Требования к организации БД НЕПРОТИВОРЕЧИВОСТЬ (ЦЕЛОСТНОСТЬ) ЦЕЛОСТНОСТЬ = Достоверность данных + НЕпротиворечивость данных + Полнота БД непротиворечива, если все хранящиеся в ней данные удовлетворяют определенным условиям (ограничениям целостности) • Ограничение целостности отражает логикосемантические свойства данных. • Средства достижения: ограничение целостности контролируются средствами СУБД, насколько это возможно, и дополнительными программными средствами, которые должны быть предусмотрены при вводе и редактировании БД 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 57
Требования к организации БД Под независимостью данных от программы понимается неизменность приложений (процедур обработки данных) в следующих ситуациях: 1. При реорганизации БД (при изменении структуры БД или формата полей записи) 2. При появлении новых или модернизации старых приложений (сама база не зависит от пользователя) На уровне СУБД независимость достигается за счет полного отделения данных, описания данных и приложений (программ). Независимость обеспечивается средствами СУБД (основная функция СУБД) и разработчиком прикладных программ (ПП) 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 58
Требования к организации БД 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 59
Требования к организации БД Промежуточный программный слой МЕХАНИЗМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НЕЗАВИСИМОСТИ БД БД - хранилище данных Процедура поиска СУБД Интерпретатор запросов ПП 1 10. 02. 2018 ПП 2 Процедура поиска ППn Концепция БД. Правила «Три НЕ» 60
Требования к организации БД 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 61
Интересно Американский национальный институт стандартов ( англ. A merican N ational S tandards I nstitute , ANSI) — объединение американских промышленных и деловых групп, разрабатывающее торговые и коммуникационные стандарты, член ISO. Сформирована 19 октября 1918. В ANSI представлены американские корпорации , правительственные службы, международные организации и частные лица. Известны такие термины как: ANSI C — стандарт языка C ANSI-графика ANSI Cyrillic — одно из названий кодовой страницы Windows-1251 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 62
ПРИМЕРЫ 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 63
ПРИМЕРЫ 10. 02. 2018 Концепция БД. Правила «Три НЕ» 64
Скачать презентацию Содержание лекции Лекция 4 по дисциплине ИОБД
Лекция 4 БД 2013 ИОБД.pptx