База данных

Приведем пример таблицы, задающей отношение, в которой два  атрибута – обычные, базовые, а третий атрибут – виртуальный. Он будет  вычисляться по специально введенной  формуле.

 

Итак, мы видим, что атрибуты «Вес Кг» и «Цена Руб за Кг»  – базовые атрибуты, потому что  они имеют обыкновенные значения и хранятся в нашей базе данных. А вот атрибут «Стоимость»  – виртуальный атрибут, потому что  он задан формулой своего вычисления и реально в базе данных храниться  не будет.

Интересно заметить, что в  силу своей природы, виртуальные  атрибуты не могут принимать значения по умолчанию, да и вообще, само понятие  значения по умолчанию для виртуального атрибута лишено смысла, а следовательно, не применяется.

И еще необходимо знать, что, несмотря на то что домены виртуальных  атрибутов определяются автоматически, тип вычисляемых значений иногда нужно заменить с имеющегося на какой-нибудь другой. Для этого в языке систем управления базами данных имеется специальный предикат Convert, с помощью которого и может быть переопределен тип вычисляемого выражения. Convert – это так называемая функция явного преобразования типов. Записывается она следующим образом:

 

Convert  (тип данных, выражение );

 

Выражение, стоящее вторым аргументом функции Convert, посчитается  и выведется в виде таких данных, тип которых указан первым аргументом функции.

Рассмотрим пример. Пусть  нам необходимо посчитать значение выражения «2*2», но вывести это  нужно не в виде целого числа «4», а строкой символов. Для выполнения этого задания запишем следующую  функцию Convert:

 

Convert  (Char (1), 2 * 2).

 

Таким образом, можно увидеть, что данная запись функции Convert в  точности даст необходимый нам результат.

5. Понятие  ключей

 

При объявлении схемы базового отношения могут быть заданы объявления нескольких ключей. С этим мы уже  не раз сталкивались прежде. Наконец  настало время поговорить более  подробно о том, что же такой ключи  отношения, а не ограничиваться общими фразами и приближенными определениями.

Итак, дадим строгое определение  ключа отношения.

Ключ схемы отношения  – это подсхема исходной схемы, состоящая из одного или нескольких атрибутов, для которых декларируется условие уникальности  значений в кортежах отношений. Для того чтобы понять, что такое условие уникальности или, как его еще называют, ограничение уникальности , вспомним для начала определения кортежа и унарной операции проекции кортежа на подсхему. Приведем их:

 

t  = t (S ) = {t (a ) | a  ∈ def ( t ) ⊆ S } –  определение кортежа,

t (S ) [S’  ] = {t (a ) | a  ∈ def  (t ) ∩ S’ }, S’  ⊆ S –  определение унарной операции проекции;

 

Понятно, что проекции кортежа  на подсхему соответствует подстрока  строки таблицы.

Итак, что же такое ограничение  уникальности ключевых атрибутов?

Объявление ключа К  для схемы отношения S  приводит к формулированию следующего инвариантного условия, называемого, как мы уже говорили, ограничением уникальности  и обозначаемого как:

 

Inv < K  → S > r(S) :

Inv < K  → S > r (S ) = ∀t ₁, t ₂ ∈ r  (t  ₁[ K ] = t ₂ [K  ] → t  ₁(S ) = t ₂(S )), K  ⊆ S;

 

Итак, данное ограничение  уникальности Inv  < K  → S  > r (S ) ключа К  означает, что если любые два кортежа t ₁ и t ₂, принадлежащие отношению r (S ), равны в проекции на ключ К , то это непременно влечет за собой равенство этих двух кортежей и в проекции на всю схему отношения S. Другими словами, все значения кортежей, принадлежащих ключевым атрибутам, уникальны, единственны в своем отношении.

И второе важное требование, предъявляемое к ключу отношения, – это требование неизбыточности . Что это значит? Это требование означает, что ни для какого строгого подмножества ключа требование уникальности не предъявляется.

На интуитивном уровне понятно, что ключевой атрибут –  это тот атрибут отношения, который  однозначно и точно определяет каждый кортеж отношения. Например, в следующем  отношении, заданном таблицей:

ключевым атрибутом является атрибут «№ зачетной книжки», потому что у различных студентов  не может быть одинакового номера зачетной книжки, т. е. для этого атрибута выполняется ограничение уникальности.

Интересно, что в схеме  любого отношения могут встретиться  самые разные ключи. Перечислим основные виды ключей:

1) простой ключ  – это ключ, состоящий из одного и не более атрибута.

Например, в экзаменационной  ведомости по конкретному предмету простым ключом является номер зачетки, потому что по нему можно однозначно идентифицировать любого студента;

2) составной ключ  – это ключ, состоящий из двух и более атрибутов. Например, составным ключом в списке учебных аудиторий являются номер корпуса и номер аудитории. Ведь каким-то одним из этих атрибутов однозначно определить каждую аудиторию не представляется возможным, а их совокупностью, т. е. составным ключом, это сделать довольно легко;

3) суперключ  – это любое надмножество любого ключа. Следовательно, сама схема отношения заведомо является суперключом. Из этого можно сделать вывод, что любое отношение теоретически имеет, как минимум, один ключ, а может иметь их и несколько. Однако объявление суперключа вместо обычного ключа логически недопустимо, так как связано с ослаблением автоматически контролируемого ограничения уникальности. Ведь супер ключ хоть и обладает свойством уникальности, но не обладает свойством неизбыточности;

4) первичный ключ  – это просто ключ, который при задании базового отношения был объявлен первым. Важно, что допустимо объявление одного и только одного первичного ключа. Кроме того, атрибуты первичного ключа ни в коем случае не могут принимать Null-значений.

При создании базового отношения  в записи на псевдокоде первичный  ключ обозначается primary key  и в скобках указывается имя атрибута, который и является этим ключом;

5) кандидатные ключи  – это все остальные ключи, объявленные после первичного ключа.

В чем заключаются основные отличия кандидатных ключей от ключей первичных? Во-первых, кандидатных ключей может быть несколько, тогда как первичный ключ, как было сказано выше, может быть только один. И, во-вторых, если атрибуты первичного ключа не могут принимать Null-значений, то на атрибуты кандидатных ключей это условие не накладывается.

На псевдокоде при задании  базового отношения кандидатные  ключи объявляются при помощи слов candidate key  и в скобках рядом, как и в случае объявления первичного ключа, указывается имя атрибута, который и является данным кандидатным ключом;

6) внешний ключ  – это ключ, объявленный в базовом отношении, который при этом ссылается на первичный или кандидатный ключ того же самого или какого-то другого базового отношения.

При этом отношение, на которое  ссылается внешний ключ, называется ссылочным (или родительским)  отношением. А отношение, содержащее внешний ключ, называется дочерним .

В записи на псевдокоде внешний  ключ обозначается как foreign key , в скобках непосредственно после этих слов указывается имя атрибута данного отношения, являющегося внешним ключом, а после этого записывается ключевое слово references  («ссылается») и указать имя базового отношения и имя атрибута, на который и ссылается данный конкретный внешний ключ.

Также при создании базового отношения для каждого внешнего ключа записывается условие, называемое ограничением ссылочной целостности , но подробно мы будем говорить об этом позднее.

 

Лекция  № 8. Создание базовых отношений

 

Предметом этой лекции будет  довольно подробное рассмотрение оператора  создания базового отношения. Мы подвергнуть  разбору сам оператор в записи на псевдокоде, проанализируем все  его составляющие и их работу, разберем способы модификации, т. е. изменения  базовых отношений.

1. Металингвистические  символы

 

При описании синтаксических конструкций, использующихся в записи оператора создания базового отношения  на псевдокоде, применяются различные металингвистические символы . Это всевозможные открывающие и закрывающие скобки, разнообразные сочетания точек и запятых, словом, символы, несущие каждый свой смысл и облегчающие программисту задачу написания кода.

Введем в рассмотрение и поясним смысл основных металингвистических  символов, наиболее часто использующихся при проектировании базовых отношений. Итак:

1) металингвистический символ  «{}». Синтаксические конструкции  в фигурных скобках представляют  собой обязательные  синтаксические единицы. При задании базового отношения, обязательными элементами являются, например, базовые атрибуты; без объявления базовых атрибутов ни одно отношение не может быть спроектировано. Поэтому при записи оператора создания базового отношения на псевдокоде базовые атрибуты перечисляются в фигурных скобках;

2) металингвистический символ  «[]». В этом случае все наоборот: синтаксические конструкции в  квадратных скобках представляют  собой необязательные  синтаксические элементы. Необязательными синтаксическими единицами в операторе создания базового отношения, в свою очередь, являются виртуальные атрибуты и первичный, и кандидатный, и внешний ключи. Здесь, разумеется, тоже присутствуют свои тонкости, но о них мы поговорим позднее, когда перейдем непосредственно к проектированию оператора создания базового отношения;

3) металингвистический символ  «|». Этот символ буквально  означает «либо» , как аналогичный символ в математике. Применение этого металингвистического символа означает, что необходимо выбрать между двумя или более конструкциями, разделенными, соответственно этим символом;

4) металингвистический символ  «…». Многоточие, поставленное непосредственно  после каких-либо синтаксических единиц, означает возможность повторения  этих предшествующих металингвистическому символу синтаксических элементов;

5) металингвистический символ  «,..». Этот символ означает  почти тоже самое, что и предыдущий. Только в случае применения  металингвистического символа «,..», повторение  синтаксических конструкций происходит через запятую , что зачастую гораздо более удобно.

С учетом этого, можно говорить об эквивалентности следующих двух синтаксических конструкций:

 

единица [, единица] …

 

и

 

единица,.. ;

 

2. Пример  создания базового отношения  в записи на псевдокоде

 

Теперь, когда мы выяснили значения основных металингвистических  символов, использующихся при записи оператора создания базового отношения  на псевдокоде, мы можем перейти  собственно к рассмотрению самого этого  оператора. Как можно было понять по упоминаниям выше, оператор создания базового отношения в записи на псевдокоде включает в себя объявления базовых  и виртуальных атрибутов, первичного, кандидатных и внешних ключей. Кроме того, как будет показано и разъяснено выше, этот оператор охватывает также ограничения значений атрибутов  и ограничения кортежей, а еще  так называемые ограничения ссылочной  целостности.

Первые два ограничения, а именно ограничение значения атрибута и ограничение кортежа, объявляются  после специального зарезервированного слова check .

Ограничения ссылочной целостности  могут быть двух видов: on update , что означает «при обновлении», и on delete , что означает «при удалении». Что это значит? Это значит, что при обновлении или при удалении атрибутов отношений, на которые ссылается внешний ключ, необходимо поддерживать целостность по состоянию. (Подробнее об этом мы поговорим позднее.)

Сам оператор создания базового отношения используется нами уже  изученный – оператор Create , только для создания именно базового отношения добавляется ключевое слово table  («отношение»). И, разумеется, так как отношение само по себе больше и включает в себя все рассмотренные ранее конструкции, а также новые дополнительные конструкции, оператор создания получится довольно внушительного вида.

Итак, запишем на псевдокоде общий вид оператора, используемого  для создания базовых отношений:

 

Create table  имя базового отношения

{имя базового атрибута

тип значений базового атрибута

check  (ограничение значения атрибута )

{Null | not Null}

default  (значение по умолчанию )

},..

[имя виртуального атрибута

as  (формула вычисления )

],..

[,check  (ограничение кортежа )]

[,primary key  (имя атрибута ,..)]

[,candidate key  (имя атрибута ,..)]…

[,foreign key  (имя атрибута ,..) references  имя ссылочного отношения  (имя атрибута ,..)

on update {Restrict | Cascade | Set Null}

on delete {Restrict | Cascade | Set Null}

]…

 

Итак, мы видим, что базовых  и виртуальных атрибутов, кандидатных  и внешних ключей может быть объявлено  несколько, так как после соответствующих  синтаксических конструкций стоит  металингвистический символ «,..». После  объявления первичного ключа этого  символа нет, потому что базовые  отношения, как уже было сказано  ранее, допускают наличие только одного первичного ключа.

Далее рассмотрим подробнее  механизм объявления базовых атрибутов .

При описании в операторе  создания базового отношения любого атрибута в общем случае задаются его имя, тип, ограничения его  значений, флажок допустимости Null-значений и значения по умолчанию. Нетрудно понять, что тип атрибута и ограничения его значений определяют его домен, т. е. буквально множество допустимых значений данного конкретного атрибута. Ограничение значений атрибута  записывается как условие, зависящее от имени атрибута. Вот небольшой пример для облегчения понимания этого материала:

 

Create table  имя базового отношения

Курс

integer

check  (1 <= Курс and Курс <= 5;

 

Здесь условие «1 <= Курс and Курс <= 5» вместе с определением целого типа данных действительно полностью  обусловливают множество допустимых значений атрибута, т. е. буквально его  домен.