Relační model

Historyofinvention

Netteddatabaseandhierarchicaldatabasehavesolvedtheproblemofdataconcentrationandsharing,butthereisstillagreatlackofdataindependenceandabstractionlevel.Whenusersaccessthesetwodatabases,theystillneedtoclarifythedatastoragestructureandpointouttheaccesspath.Buttherelationaldatabasethatappearedlatersolvedtheseproblemsbetter.Relationaldatabasetheoryappearedinthelate1960sandearly1970s.Therelationaldatamodelprovidesthecharacteristicsandfunctionalrequirementsofrelationaloperations,butdoesnotgivespecificgrammaticalrequirementsforthelanguageoftheDBMS.Theoperationoftherelationaldatabaseishighlynon-procedural,usersdonotneedtopointoutaspecialaccesspath,andtheselectionofthepathisdonebytheoptimizationmechanismoftheDBMS.

In1970,IBMresearcherDr.EFCoddpublished"RelationalModelofLargeSharedDataBanks"andproposedtheconceptofrelationalmodel,expoundingtheparadigmtheoryand12standardsformeasuringrelationalsystems,suchasthedefinitionCertainrelationalalgebraoperationsstudiedthefunctionalcorrelationofdataanddefinedthethirdparadigmofrelations,thuspioneeringthestudyofdatabaserelationalmethodsanddatanormalizationtheory.Forthis,hewontheTuringAwardin1981.

Later,Coddpublishedmanymorearticles,layingthefoundationofrelationaldatabase.Therelationalmodelhasastrictmathematicalfoundation,arelativelyhighlevelofabstraction,andissimpleandclear,easytounderstandanduse.Butatthattime,somepeoplethoughtthattherelationalmodelwasanidealizeddatamodel,anditwasunrealistictoimplementaDBMS.Theywereespeciallyworriedthattheperformanceofrelationaldatabaseswasunacceptable.Somepeopleevenregardeditasaseriousthreattothenormalizationworkofmeshdatabasesthatwasinprogressatthattime..Inordertopromoteunderstandingoftheproblem,ACMtooktheleadinorganizingaseminarin1974,duringwhichadebatebetweenthetwofactionsforandagainstrelationaldatabasesledbyCoddandBachmanwaslaunched.Thisfamousdebatepromotedthedevelopmentofrelationaldatabases,whicheventuallybecamethemainstreamofmoderndatabaseproducts.

Sincethen,manypeoplehaveturnedtheirresearchdirectionstorelationalmethods,andrelationaldatabasesystemshaveappearedoneafteranother.

Definition

Therelationaldatamodelisdevelopedbasedontherelationalconceptinsettheory.Boththeentitiesandtheconnectionsbetweenentitiesintherelationalmodelarerepresentedbyasinglestructuretype-relationship.Therelationshipintheactualrelationaldatabaseisalsocalledatable.Arelationaldatabaseiscomposedofseveraltables.

Relationalmodelreferstoadatamodelthatusesatwo-dimensionaltabletorepresententitiesandtheirconnections.

Základní pojmy

Existuje 13 základních pojmů a základních pojmů relačního modelu. Jsou to:

(1)Vztah:vztahOdpovídá dvourozměrné tabulce a dvourozměrná tabulka je název vztahu.

(2)Nice:Arowinadvourozměrná tabulka se nazývá násobek.

(3)Attribute:Thecolumnsinthetwo-dimensionaltablearecalledattributes.Thenumberofattributesiscalledthedegreeordegreeoftherelationship.Thevalueofthecolumniscalledtheattributevalue;

(4)(Hodnota)Doména:Rozsah hodnot atributuhodnotajehodnotovoudoménou.

(5)Komponenta:hodnotaatributusloupceodpovídajícíkaždémuřádku,tedyhodnotaatributuvjednotce.

(6)Režim vztahu:Definice řádku ve dvourozměrné tabulce, to znamená, že popis vztahu se nazývá režim vztahu.Obecně se vyjadřuje jako(atribut1,atribut2,...,atribut),jako model vztahu učitele lze vyjádřit jakoučitel(učitel,číslo,jmeno,pohlaví).

(7)Klíč (kód):Pokud existuje atribut nebo sada atributů, která jednoznačně identifikuje vztah entity, nazývá se klíč entity. Atuple, kombinace hodnot​​v atributu je vždy odlišná.

(8)Candidatekey(candidatecode):Ifthevalueofanattributeintherelationshipcanuniquelyidentifyatuple,ifnoattributecanberemovedfromakeyintherelationship,otherwiseitisnotThekeyofthisrelationshipiscalledthespecifiedcandidatekeyasthecandidatekeyorcandidatecodeoftherelationship.

Například „číslo studenta“ nebo „číslo karty knihovny“ v následující tabulce studentů může jednoznačně identifikovat násobek a „číslo studenta“ a „číslo karty knihovny“ lze jednoznačně identifikovat násobek. Potom lze jako kandidátní klíče pro vztahy studentů použít „číslo studenta“ a „číslo karty knihovny“.

V tabulce pro výběr kurzů mohou pouze skupiny atributů „číslo studenta“ a „číslo kurzu“ jednoznačně identifikovat počet a klíč kandidáta je (číslo studenta, číslo kurzu).

(8)Primární klíč(primární kód):Upřesnětepouzejednoznačněidentifikujtevztah mezi kandidátskými klíčivztahu,poté se zadaný kandidátskýklíč nazývá primární klíč,nebo se jednoduše primární klíč,klíčovéSlovo,hlavníkódvybere. pro operaci s daty,"studentID "je hlavní klíč. V tabulce pro výběr kurzu je primární klíč (číslo studenta, číslo kurzu).

(9)Primaryattributesandnon-primaryattributes:Theattributesincludedinanycandidatekeyintherelationshiparecalledprimaryattributes,andtheattributesnotincludedinanycandidatekeyarenon-primaryattributes.

(10)Úplný klíč nebo celý kód:sbírka atributů relačního modelu.

(11)Foreignkeyorforeigncode:Althoughanattributeinarelationshipisnottheprimarykeyofthisrelationship,oronlytheprimarykey,butitistheprimarykeyofanotherrelationship,itiscalledforeignKeyorforeigncode.

(12)Superkeyorsupercode:Ifanattributeisremovedfromakeyofarelationship,itisstillthekeyoftherelationship,thensuchakeyiscalledthesuperkeyorsupercodeoftherelationship.

(13)Referencerelationshipandreferencedrelationship:refertotworelationshipsthatareconnectedbyforeignkeysandcanbetransformedintoeachother.

Dvourozměrná tabulka

Relační model, pole se nazývají atributy, hodnoty polí​​ se nazývají hodnoty atributů a typy záznamů se nazývají relační modely. ,C,...se používají k označení jednoho atributu a k označení hodnot atributů se používají malá písmena. Počet atributů ve vztahu se nazývá "číslo prvku" a počet násobků se nazývá "kardinalita".

Klíč

Klíč, také známý jako kód, se skládá z jednoho nebo několika atributů, rozdělených do následujících typů:

a.Superklíč:VpřípaděvztahuPokud je atribut z klíče odstraněn,je stále klíčemtohotovztahuatakovýklíč se stanesuperklíčem.

b.Klíče kandidáta:Superklíče bez zvláštních atributů se nazývají klíče kandidáta.To znamená, že pokud chcete odstranit atribut v klíči kandidáta, není to superklíč.

c.Primární klíč:Případný klíč vybraný uživatelem jako vícenásobný identifikátor se nazývá primární klíč. Obecně se klíč týká primárního klíče.

Definiceapovahavztahu

Vztah je shromažďování dvojic s číslem prvku K(K>=1).

Vztah je standardizovaná forma a má následující omezení:

a. Každá hodnota atributu ve vztahu se nedá rozložit.

b.Ve vztahu nejsou povoleny stejné množiny.

c.Pořadí násobků se ve vztahu nebere v úvahu.

d.Atributy ve více oblastech jsou uspořádané.

Relační režim, relační dílčí režim a režim úložiště

Relační model, koncepční režim je shromažďování relačních režimů. Režim je shromažďování relačních dílčích režimů a vnitřní režim je shromažďování režimů úložiště.

1.Relační režim

Relationalmodeisactuallytherecordtype,including:modename,attributename,valuedomainname,andtheprimarykeyofthemode.Hedoesnotinvolvethedescriptionofphysicalstorage,onlythedescriptionofdatacharacteristics.

2. Sub-režim Vztah

Thesub-modeisthedescriptionofthepartofthedatausedbytheuser.Inadditiontopointingouttheuser'sdata,thecorrespondencebetweenthemodeandthesub-modeshouldalsobepointedout.

3.Režim úložiště

Thebasicorganizationofrelationalstorageisfiles,andtuplesarerecordsinfiles.Sincetherelationalmodelhaskeys,storingarelationcanberealizedbyhashingorindexing.

Tři typy pravidel integritymodelu vztahu

1.Pravidla integrity entity

ThisrulerequirestuplesintherelationshipTherecanbenonullvalues​​ontheattributesthatmakeuptheprimarykey.Ifthereisanullvalue,thentheprimarykeyvaluewillnotbeabletouniquelyidentifythetuple.

2.Pravidla referenční integrity

IftheattributesetKistheprimarykeyoftherelationalpatternR1,andKisalsotheforeignkeyoftherelationalpatternR2,thenintherelationshipofR2,thevalueofKistakenThereareonlytwopossibilitiesforthevalue,eithernullvalueorequaltoaprimarykeyvalueintheR1relationship.

Pozornost by měla být zaplacena při použití:

a.Theforeignkeyandthecorrespondingprimarykeycanhavedifferentnames,aslongastheyaredefinedinthesamevaluerange.

b.R1aR2 mohou být stejným relačním modelem, který představuje spojení mezi atributy.

c.Whethertheforeignkeyvalueisallowedtobeemptyornotdependsonthespecificproblem.

3.Uživatelem definovaná pravidla integrity

Thisisaconstraintforspecificdataanddependsontheapplicationenvironment.

Formální definice relačního modelu

Jedna, tři součásti: datová struktura, datový provoz a pravidla integrity.

1.Základní datová strukturarelačníhomodelujerelace.

2.Relationaloperationsaredividedintorelationalalgebraandrelationalcalculus.

3.Tři typy pravidel integrityrelačního modelu.

Zadruhé, relační algebra

Dataoperationsinrelationaldatabasesaredividedintotwotypes:queryandupdate.Querystatementsareusedforvariousretrievaloperations,andupdateoperationsareusedforinsert,delete,andmodifyoperations.

Relationalquerylanguages​​aredividedintotwocategoriesaccordingtotheirtheoreticalbasis:

1.Relační gebrální jazyk:operace dotazů jsou jazyky DML​​založené na operacích.

2.Relationalcalculationlanguage:queryoperationisbasedontheDMLlanguagepredicatecalculation.

Pět základních operací relační algebry

Relationalalgebraisasetofadvancedoperationswithrelationastheoperationobject.Arelationshipisdefinedasacollectionoftuplesofthesamenumber.Theelementsinthesetaretuples,andtheoperationsinrelationalalgebracanbedividedintotwocategories:

Operace tradiční sady: sjednocení, rozdíl, průnik a kartézský součin.

Rozšířené relační operace: projekce, výběr, spojení a přirozené spojení, dělení.

1.Unie

TherearetworelationsRandSthathavethesamerelationmode.TheunionofRandSisasetoftuplesbelongingtoRandS,rememberItisR∪S.

Poznámka:RandShavethesameelementnumber.

2. Rozdíl

TherearetworelationsRandSthathavethesamerelationmode.ThedifferencebetweenRandSisasetoftuplesthatbelongtoRbutnotS,DenotedasR-S.

Poznámka:RandShavethesameelementnumber.

3. Kartézský součin

Předpokládejme, že prvky vztahových vztahůR a Sarandy, v tomto pořadí.Definujte kartézský produktRandStobeasetof(r+s)-tic.

JestližeRhasMtupplesandShasntples,pakR×Shasm×nples.

4.Výběr

Findingalltuplesthatmeetthegivenconditionsfromtherelationshipiscalledselection.Theconditionisgivenbyalogicalexpression,andthetupleisselectedifthevalueofthelogicalexpressionistrue.Thisisanoperationperformedfromtheperspectiveofrows,thatis,tuplesareextractedinthehorizontaldirection.Theresultoftheselectionoperationcanformanewrelationship,andtherelationshipmoderemainsunchanged,butthenumberoftuplesislessthanorequaltothenumberoftuplesintheoriginalrelationship,whichisasubsetoftheoriginalrelationship.

Recordedas:δF(R)≡{t?tbelongstoR∧F(t)=true}

5. Projekce

SelectfromtherelationshipThenewrelationshipcomposedofseveralattributesiscalledprojection.Thisisthecalculationfromtheperspectiveofthecolumn.Afterprojectionoperation,anewrelationshipcanbeobtained.Thenumberofattributescontainedintherelationshipisoftenlessthanthatoftheoriginalrelationship,ortheattributesarearrangedinadifferentorder.Ifthenewrelationshipcontainsduplicatetuples,theduplicatetuplesmustbedeleted.

Zaznamenáno:∏A(R)={t[A]?tbelongtoR}AistheattributecolumninR.

Příklad:∏3,1(R)

Čtyřikombinační operace relační algebry

1. Kříž

RelationshipRandTheintersectionofSisasetoftuplesthatbelongtoRandS,denotedasR∩S.RandSrequirementsaredefinedonthesamerelationalmodel.

R∩S≡{t?tbelongtoR∧tbelongtoS},RandShovethestejnary.

2. Připojení

Existují dva druhy spojení: θspojeníaFspojení(θisanaritmetický srovnávací symbol,Fisavzorec).

⑴Thetajoin

Thetajoinistoselecttupleswhoseattributevalues​​satisfyacertainθoperationfromtheCartesianproductoftherelationsRandS,denotedas:

R?×iθj?S,kde ajájesériovéčíslohei-thandj-atributy ve vztazích, resp.

R?×iθj?S≡δiθ(r+j)(R×S)

Pokud je θznačka rovnosti"=", operace připojení se nazývá "připojení stejné hodnoty".

⑵Připojte se

TheFjoinoperationistoselecttupleswhoseattributevalues​​satisfyacertainformulaFfromtheCartesianproductoftherelationsRandS,denotedas:

R?×F?S,kdeFijevzorectvaruF1∧F2∧...∧Fn,každýjevzorectvaruθj,ajeprvnívztahRandS,respektiveSériovéčísloi-atributuatej-atributu.

3.Přirozené spojení

Přirozené spojení dvou vztahůR?×?S představuje R?×?S.Konkrétní proces výpočtu je následující:

①VypočítejteR×S

②Nechte společné atributyRandSbeA1,...,Ak,avyberteR×Sto vyhovujeR.A1=S.A1,...,R.Ak=S.Aktuples

③Odstraňte tyto sloupceS.A1,...,S.Ak.

Ifthereisnocommonattributeinthetworelations,thenthenaturalconnectionistransformedintoaCartesianproductoperation.

4.Divize

GivenrelationsR(X,Y)andS(Y,Z),X,Y,Zareattributegroups.YinRandYinScanhavedifferentattributenames,buttheymustcomefromthesamedomainset.ThedivisionoperationofRandSresultsinanewrelationshipP(X),wherePistheprojectionofthetupleinRthatmeetsthefollowingconditionsontheattributeX:theimagesetYXofthecomponentvaluexofthetupleonXcontainsSonYAcollectionofprojections.

Relační algebraické výrazy a příklady jejich aplikací

Inrelationalalgebraoperations,theformulathatiscompoundedbyfivebasicoperationsthroughafinitenumberoftimesiscalledRelationalalgebraicexpressions.Theresultofthisexpressionisstillarelationship.Canuserelationalalgebraicexpressionstoexpressvariousdataqueryoperations.

Samplequestion:Supposetherearethreerelationshipsintheteachinglibrary:

Studentský vztahS(S#,JMÉNO,VĚK,POHLAVÍ)

LearningrelationshipSC(S#,C#,GRADE)

CurriculumRelationshipC(C#,CNAME,TEACHER)

Thefollowingusesrelationalalgebraexpressionstoexpresseachquerystatement

1.SearchandlearnThestudentIDandgradeofthestudentwhosecoursenumberisC2.

2.RetrievethestudentIDandnameofthestudentwhosestudycoursenumberisC2.

3.Získejte ID studenta a jméno volitelného kurzu s názvem MATHS.

4.RetrievethestudentIDofthestudentwhoseelectivecoursenumberisC2orC4.

5.Získejte ID studenta nejméně z volitelného kurzuC2neboC4.

6.Vyhledejte jména studentů, kteří nestudují C2s věkem.

7.Načtěte jména studentů studujících všechny kurzy.

1.∏S#,GRADE(δC#='C2'(SC))

nebo∏1,3(δ2='C2'

Režim vztahu

Režim vztahu je popis vztahu.

R(U,D,dom,F)

Risthenameoftherelationship,andUconstitutestherelationshipAttributenamecollection,thedomainfromwhichtheattributesintheDattributegroupUcomefrom,themappingcollectionfromthedomattributetothedomain,andthedatadependencycollectionbetweentheattributesF.Forexample:thetutorandthegraduatestudentcomefromthesamedomain-people,takedifferentattributesName,anddefinethemappingofattributestodomainsinthepattern,thatis,whichdomainstheycomefrom:

dom(SUPERVISOR-PERSON)=dom(POSTGRADUATE-PERSON)=PERSON

Režim vztahu může být obvykle zkrácen jako:

R(U)neboR(A1,A2,...,An)

Rrelationname,A1,A2,...,AttributeName,note:Mapování názvů domén a atributůtestovanýchdoményjemnohopřímopopsánojakotypadélkaatributů.

Relationaldatabasesystemsaredatabasesystemsthatsupportrelationalmodels.

Charakteristiky jsou: jeden koncept, standardizované, vyjádřené ve dvourozměrných tabulkách.

Úvod

Relační model navrhl EFCoddin1970.

ItComparedwiththehierarchicalandmeshmodel,ithasthefollowingcharacteristics:

1. Jednoduchá datová struktura (dvourozměrná tabulka)

2. Pevný teoretický základ.

a.Teorie relační operace

b.Teorie návrhu relačního modelu

Thebasicassumptionoftherelationalmodelisthatalldataareexpressedasmathematicalrelations,thatistosaynasubsetoftheCartesianproductofaset.Thereasoningaboutthisdataiscarriedoutthroughbinary(thatis,noNULL)predicatelogic,whichmeansthatthereareonlytwopossibleevaluationsforeachproposition:Eithertrueorfalse.Dataismanipulatedbyamethodofrelationalcalculusandrelationalalgebra.Relationalmodelisadatamodelthatusesatwo-dimensionaltablestructuretoexpressentitytypesandconnectionsbetweenentities.

RelationalmodelAllowsthedesignertobuildamodelofinformationconsistencythroughthestandardizationofthedatabase.TheaccessplanandotherimplementationandoperationdetailsareprocessedbytheDBMSengineandshouldnotbereflectedinthelogicalmodel.ThisisthecommonpracticeofSQLDBMSOpposite,whereperformanceadjustmentsoftenrequirechangestothelogicalmodel.

Thebasicbuildingblocksofrelationshipsaredomainsordatatypes.Tuplesareorderedmultisetsofattributes,andattributesaredomainsandAnorderedpairofvalues.Arelationalvariable(relvar)isacollectionoforderedpairs(orderedpairs)offieldsandnames,whichactastheheaderoftherelation.Arelationshipisacollectionoftuples.Althoughtheserelationalconceptsaremathematicallydefined,theycanbelooselymappedtotraditionaldatabaseconcepts.Tablesarerecognizedvisualrepresentationsofrelationships;tuplesaresimilartotheconceptofrows.

Thebasicprincipleoftherelationalmodelistheprincipleofinformation:allinformationisexpressedasdatavalues​​intherelation.Therefore,relationalvariablesarenotrelatedtoeachotheratdesigntime;instead,thedesignerusesthesamedomaininmultiplerelationalvariables.Ifoneattributedependsonanotherattribute,referentialintegrityisusedtoenforcethisdependency.

Výhody

(1)Struktura jednoho dat

Intherelationalmodel,whetheritisentitiesortheconnectionsbetweenentities,theyareallexpressedbyrelations,andrelationsAllcorrespondtoatwo-dimensionaldatatable,thedatastructureissimpleandclear.

(2)Therelationshipisstandardizedandestablishedonastricttheoreticalbasis

Thebasicnormsthatconstitutetherelationshiprequirethateachattributeintherelationshipcannotbeseparated,andtherelationshipisestablishedonasolidbasis.Thetheoreticalbasisisbasedonstrictmathematicalconcepts.

(3)Jednoduchý koncept a snadná obsluha

Thebiggestadvantageoftherelationalmodelissimplicity,whichiseasyforuserstounderstandandmaster.Arelationshipisatwo-dimensionaltable,andusersonlyneedtousesimplequeries.Thelanguagecanoperatethedatabase.

Složení

Struktura relačních dat

Struktura jednotlivých dat – vztah

Real-worldentitiesandvariousconnectionsbetweenentitiesAllarerepresentedbyrelations.Fromtheuser'spointofview,thelogicalstructureofthedataintherelationalmodelisatwo-dimensionaltable.

Kolekce relačních operací

Běžně používané relační operace zahrnují operace dotazování a vkládání, mazání a úpravy operací. Mezi nimi je nejdůležitější vyjadřovací schopnost operace dotazu, včetně: výběru, projekce, spojení, dělení, spojení, průniku, rozdílu atd.

Intheearlystage,therelationaloperationabilityinrelationalmodelsisusuallyexpressedbyalgebraicmethodsorlogicalmethods,whicharecalledrelationalalgebraandrelationalcalculus,respectively.Relationalalgebraisawayofexpressingqueryrequirementsbyalgebraicoperationsonrelations;relationalcalculusisawayofexpressingqueryrequirementsbypredicates.ThereisalsoalanguagebetweenrelationalalgebraandrelationalcalculuscalledStructuredQueryLanguage,orSQLforshort.

Datová integrita vztahu

Zahrnuje: integritu domény, integritu entity, referenční integritu a integritu definovanou uživatelem.

Integrita domény: odkazuje na rozsah hodnot atributu, jako je pohlaví by měli být muž nebo žena.

Pravidlo celistvosti entity: Je-li atributA primárním atributem základního vztahuR, pak atributAnemůže mít nulovou hodnotu.Například:V tabulce kurzu (číslo kurzu, název kurzu, učitel, týdenní hodiny kurzu, poznámky).

Referentialintegrityrules:Iftheattribute(orattributegroup)FistheforeignkeyofthebasicrelationshipR,itcorrespondstotheprimarykeyKsofthebasicrelationshipS(therelationshipRandSarenotnecessarilydifferentrelationships),ThenthevalueofeachtupleintherelationshipRontheattributeFmustbe:

1.Ortakeanullvalue(eachattributevalueinFisempty);

2.RovnáváhodnotěprimárníhoklíčesetuppleinS.

Například:zaměstnanec(číslo zaměstnance,jméno,pohlaví,číslo oddělení,šéf,plat,provize)

oddělení (číslo oddělení, název, umístění)

Theemployeenumberistheprimarykeyofthe"employee"relationship,thedepartmentnumberistheforeignkey,andthedepartmentnumberinthe"department"relationshipistheprimarykey,thenthedepartmentnumberattributeofeachtupleintheemployeerelationshipcanonlytakethefollowingtwotypesofvalues:

Typ1:Nulová hodnota, což znamená, že zaměstnanci nebylo přiděleno oddělení;

Type2:Non-emptyvalue,butthevaluemustbethedepartmentnumberofatupleinthedepartmentrelationshipValuemeansthattheemployeecannotbeassignedtoanon-existentdepartment,thatis,theremustbeatupleinthereferencedrelationship"department",anditsprimarykeyvalueisequaltotheforeignkeyvalueofthereferencerelationship"employee".

Domainintegrity,entityintegrityandreferentialintegrityaretheintegrityconstraintsthatmustbemetintherelationalmodel.Aslongasitisarelationaldatabasesystem,itshouldsupportdomainintegrity,entityintegrityandreferentialintegrity.Inaddition,differentrelationaldatabasesystemsoftenrequiresomespecialconstraintsaccordingtotheirapplicationenvironments,anduser-definedintegrityisaconstraintoncertainspecificrelationaldatabases.Forexample:courseselectiontable(coursenumber,studentnumber,grade).Whendefiningtherelationshipselectiontable,wecandefinetheconstraintthattheattributeofgrademustbegreaterthanorequalto0.