ля выполнения действий над данными в рассматриваемой модели БД применяются логические операции, усиленные объектно-ориентированными механизмами инкапсуляции, наследования и полиморфизма. Ограниченно могут применяться операции, подобные командам SQL (например, для создания БД). Создание и модификация БД сопровождается автоматическим формированием и последующей корректировкой индексов (индексных таблиц), содержащих информацию для быстрого поиска данных.Рассмотрим кратко понятия инкапсуляции, наследования и полиморфизма применительно к объектно-ориентированной модели БД.Инкапсуляция ограничивает область видимости имени свойства пределами того объекта, в котором оно определено. Так, если в объект типа КАТАЛОГ добавить свойство, задающее телефон автора книги и имеющее название телефон, то мы получим одноименные свойства у объектов АБОНЕНТ и КАТАЛОГ. Смысл такого свойства будет определяться тем объектом, в который оно инкапсулировано.Наследование, наоборот, распространяет область видимости свойства на всех потомков объекта. Так, всем объектам типа КНИГА, являющимся потомками объекта типа КАТАЛОГ, можно приписать свойства объекта - родителя: isbn, идк, название и автор. Если необходимо расширить действие механизма наследования на объекты, не являющиеся непосредственными родственниками (например, между двумя потомками одного родителя), то в их общем предке определяется абстрактное свойство типа abs. Так, определение абстрактных свойств билет и номер в объекте БИБЛИОТЕКА приводит к наследованию этих свойств всеми дочерними объектами АБОНЕНТ, КНИГА и ВЫДАЧА. Не случайно поэтому значения свойства билет классов АБОНЕНТ и ВЫДАЧА, показанных на рисунке, будут одинаковыми - 00015.Полиморфизм в объектно-ориентированных языках программирования означает способность одного и того же программного кода работать с разнотипными данными. Другими словами, он означает допустимость в объектах разных типов иметь методы (процедуры или функции) с одинаковыми именами. Во время выполнения объектной программы одни и те же методы оперируют с разными объектами в зависимости от типа аргумента. Применительно к нашей объектно-ориентированной БД полиморфизм означает, что объекты класса КНИГА, имеющие разных родителей из класса КАТАЛОГ, могут иметь разный набор свойств. Следовательно, программы работы с объектами класса КНИГА могут содержать полиморфный код.Поиск в объектно-ориентированной БД состоит в выяснении сходства между объектом, задаваемым пользователем, и объектами, хранящимися в БД.Определяемый пользователем объект, называемый объектом-целью (свойство объекта имеет тип goal), в общем случае может представлять собой подмножество всей хранимой в БД иерархии объектов. Объект-цель, а также результат выполнения запроса могут храниться в самой базе. Пример запроса о номерах читательских билетов и именах абонентов, получавших в библиотеке хотя бы одну книгу, показан на рис.2.Рис 2. Фрагмент БД с объектом-цельюОсновным достоинством объектно-ориентированной модели данных в сравнении с реляционной является возможность отображения информации о сложных взаимосвязях объектов. Объектно-ориентированная модель данных позволяет идентифицировать отдельную запись базы данных и определять функции их обработки.Недостатками объектно-ориентированной модели являются высокая понятийная сложность, неудобство обработки данных и низкая скорость выполнения запросов.4. Нормализация отношенийВажным критерием качества разрабатываемой схемы БД является скорость выполнения операций обновления данных (вставки, модификации, удаления записей).Выбор схемы БД определяет возникновение в процессе ее эксплуатации тех или иных аномалий обновления.Аномалия обновления - появление в базе данных несогласованности данных при выполнении операций вставки, удаления, модификации записей.Аномалии модификации - возникновение несогласованности записей втаблице при изменении данных в одной записи.Для отношения "Студент" (ФИО, Группа, Староста), где в столбце "Группа" хранится полное название группы, а столбец "Староста" содержит ФИО старосты группы, изменение значения "Староста" (например, для устранения ошибки) может привести к существованию более одного старосты одной и той же группы.Аномалии удаления - удаление лишней информации при удалении записи.Для отношения "Студент" (ФИО, Группа, Староста), удаление студента может привести к удалению из БД и ФИО старосты группы (в том случае, если для данной группы запись - единственная).Аномалии вставки - добавление лишней информации или возникновение противоречащих значений в некоторых столбцах при вставке новой записиДля отношения "Студент" (ФИО, Группа, Староста), где в столбце "Группа" хранится полное название группы, а столбец "Староста" содержит ФИО старосты группы, добавление названия новой группы повлечет обязательное определение ФИО студента и старосты, в то время как эти данные могут быть пока не известны. В то же время, при добавлении нового студента значение поля "Староста" в новой записи может не совпадать со значением данного поля для другого студента этой же группы.Для сохранения корректности БД необходимо устранять данные аномалии, выполняя дополнительные операции по просмотру и модификации данных.Потери в производительности, вызванные выполнением действий по устранению аномалий, могут быть весьма существенными, при этом данные потери, в большинстве случаев, не являются неизбежными, а определяются неудачным выбором схемы БД.Указанные аномалии связаны с избыточностью (дублированием) данных в БД.Определить дублирование данных в БД, а значит и предсказать возможность возникновения аномалий обновления можно на этапе проектирования структуры базы данных.Одним из наиболее алгоритмически и понятийно простых методов устранения избыточности хранения данных является метод нормальных форм, который основан на анализе функциональных зависимостей (ФЗ) атрибутов отношений.Если даны два атрибута X и Y некоторого отношения, то говорят, что Y функционально зависит от X, если в любой момент времени каждому значению X соответствует ровно одно значение Y. Функциональная зависимость обозначается X?Y.Обратимый пошаговый процесс замены данной совокупности отношений другой схемой с устранением избыточных функциональных зависимостей называется нормализацией.Процесс проектирования БД с использованием метода нормальных форм (нормализация) заключается в последовательном переводе отношений из первой нормальной формы в нормальные формы более высокого порядка по определенным правилам. Каждая следующая нормальная форма ограничивает определенный тип функциональных зависимостей, устраняет соответствующие аномалии при выполнении операций над отношениями БД и сохраняет свойства предшествующих нормальных форм.Процесс формального построения нормализованных отношений проектируемой базы данных может быть начат с формирования одной таблицы, содержащей все атрибуты всех сущностей предметной области.Рассмотрим предметную область - распределение учебной нагрузки попреподавателям одной кафедры. Предположим, что у каждой группы каждыйпредмет ведет только один преподаватель. Помимо личных данных преподавателя необходимо хранить данные по группе (Наименование, Староста) и для пары (Преподаватель, Группа) необходимо хранить список предметов, которые данный преподаватель преподает в данной группе.В качестве исходной таблицы возьмем: |
А | В | С | | Личные данные преподавателя: ФИО, Должность, Оклад | Данные группы: Наименование, Староста | Предметы | | |
В качестве первичного ключа таблицы возьмем столбцы "Личные данные Преподавателя" и "Данные группы", поскольку существует только одна ФЗ: AB?C. Отношение находится в первой нормальной форме (1НФ), если значения всех его атрибутов атомарны. Выполним преобразование для таблицы примера: 1. Столбец личных данных преобразуем в четыре столбца: "Преподаватель" (ФИО), "Табельный №", "Должность", "Оклад". Теперь ключ - "Табельный №" и "Данные группы". 2. Столбец "Данные группы" преобразуем в два столбца: "Группа" (Наименование), "Староста". Теперь ключ - "Табельный №" и "Группа". 3. Столбец "Предметы" преобразуем в столбец "Предмет". Как альтернатива, можно создать новую таблицу "Предметы", которая будет содержать первичный ключ исходного отношения ("Табельный №", "Группа") и столбец "Предмет". В результате получено отношение А В С D E F Преподаватель Должность Оклад Группа Староста Предмет Выявленные функциональные зависимости: А?В, С; В?С; D?Е; DF?А. Первичный ключ: DF, так как от DF зависят остальные атрибуты. Вторая нормальная форма позволяет устранить избыточность данных, связанную с хранением информации различного типа в одном отношении. Отношение находится во второй нормальной форме (2НФ), если оно находится в 1НФ и каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от ключа. Другими словами отношение во второй нормальной форме - отношение без атрибутов, находящихся в частичной функциональной зависимости от ключевых атрибутов. Отношения, не во 2НФ допускают аномалии обновления, заключающиеся в необходимости обновлений (удалений, модификаций, вставки) строк со значением атрибута, функционально неполно зависящего от ключа, во всех строках, где он встречается с соответствующим значением части ключа, потребуется выполнить контроль соответствия нового сочетания (часть ключа - атрибут) и уже существующих, а при удалении строк может теряться и нужная информации о имеющем место факте вида "часть ключа - атрибут". Для атрибутов, функционально полно зависящих от ключа, каждое изменение затрагивает только одну строку - строку с изменяемым значением. Приведение отношения ко 2НФ позволяет исключить данный тип аномалий обновления. Пример: Отношение А В С D E F Преподаватель Должность Оклад Группа Староста Предмет находится в 1НФ. При этом отношение допускает следующие аномалии обновления: а) аномалия вставки - при изменении старосты группы необходимо будет изменить соответствующее значение во всех строках с таким же значением группы; б) аномалия удаления - при удалении информации о предмете, читаемом преподавателем в некоторой группе, может потеряться и другая информация - о старосте группы; в) аномалия модификации - при изменении старосты в группе следует обновить все записи с таким же значением "Группы". Преобразуем отношение из примера из 1НФ во 2НФ: В зависимости D?E атрибут E функционально зависит от части ключа DF. Таким образом формируем: а) новое отношение без частичной зависимости: ПК: DF, ФЗ: А?B,C; B?C; DF?A. б) новое отношение для бывшей частичной зависимости D E Руководство Группы (Группа, Староста) ПК: D, ФЗ: D?E. Теперь в обоих отношениях отсутствуют частичные зависимости от ключа. Благодаря данной декомпозиции мы предотвратили аномалии обновления, возникающие из-за дублирования значений "Староста" в исходной таблице. Важным моментом является возможность восстановления исходной схемы естественным соединением полученных отношений (по атрибуту "Группа") Отношение находится в третьей нормальной форме (3НФ), если оно находится во 2НФ и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа. Транзитивная зависимость наблюдается в том случае, если один из двух описательных реквизитов зависит от ключа, а другой описательный реквизит зависит от первого описательного реквизита. Пример: Отношение A B C D F (Преподаватель, Должность, Оклад, Группа, Предмет) ПК: DF, ФЗ: DF?А?B?C. находится во второй нормальной форме. При этом оно допускает следующие аномалии обновления: а) аномалия модификации - при изменении значения должности преподавателя, необходимо будет выполнить изменение значения должности для всех строк с данным преподавателем и изменение значение оклада в соответствии с новой должностью; б) аномалия удаления - заключается в потере информации об окладе преподавателя в некоторой должности при удалении единственного преподавателя, занимающего данную должность; в) аномалия добавления - заключается в необходимости назначения хотя бы одного сотрудника на новую должность добавлении в БД оклада по должности. Преобразуем данное отношение из примера из 2НФ в 3НФ: A B C D F (Преподаватель, Должность, Оклад, Группа, Предмет) ПК: DF, ФЗ: DF?А?В?C. I. Cпроецируем отношение на атрибуты A, B, C A B C (Преподаватель, Должность, Оклад) ПК: A, ФЗ: А?B?C. II. Заметим, что полученное отношение вновь содержит транзитивную зависимость, снова декомпозируем его на два отношения: B C Зарплата (Должность, Оклад) ПК: B, ФЗ: B?C. A B Обязанность (Преподаватель, Должность,) ПК: A, ФЗ: A?B. б) спроецируем отношение на атрибуты, кроме B, C A D F План (Преподаватель, Группа, Предмет) ПК: DF, ФЗ: DF?A. К исходной схеме без потери кортежей и функциональных зависимостей можно вернуться естественным соединением отношений "Зарплата" и "Обязанность", затем - естественным соединением полученного отношения и отношения "План". 5. Языки запросов SQL и QBEХранимые в базе данные можно обрабатывать вручную, последовательно просматривая и редактируя данные в таблицах с помощью имеющихся в СУБД средств. Для повышения эффективности обработки данных применяют запросы, позволяющие производить множественную обработку данных, т, е. одновременно вводить, редактировать и удалять множество записей, а также выбирать данные из таблиц.Запрос представляет собой специальным образом описанное требование, определяющее состав производимых над БД операций по выборке, удалению или модификации хранимых данных.Для подготовки запросов с помощью различных СУБД чаще всего используются два основных языка описания запросов:QBE (Query By Example) - язык запросов по образцу;SQL (Structured Query Language) - структурированный язык запросов.Мир баз данных становится все более и более единым, что привело к необходимости создания стандартного языка, который мог бы использоваться, чтобы функционировать в большом количестве различных видов компьютерных сред. Стандартный язык позволит пользователям, знающим один набор команд, использовать их, чтобы создавать, отыскивать, изменять и передавать информацию, независимо от того, работают ли они на персональном компьютере, сетевой рабочей станции, или на универсальной ЭВМ.SQL - это язык, который дает возможность создавать и работать в реляционных базах данных, которые являются наборами связанной информации, сохраняемой в таблицах. Он устраняет много работы, которую вы должны были бы сделать если бы вы использовали универсальный язык программирования.Стандарт SQL определяется ANSI (American National Standard Institute - Американским Национальным Институтом Стандартов.Имеются два SQL: Интерактивный (Interactive) и Встроенный (Embedded). Большей частью, обе формы работают одинаково, но используются различно.Интерактивный SQL используется для функционирования непосредственно в базе данных, чтобы производить вывод для использования его заказчиком. В этой форме SQL, когда вы введете команду, она сейчас же выполнится, и вы сможете увидеть вывод (если он вообще получится) - немедленно.Встроенный SQL состоит из команд SQL, помещенных внутри программ, которые обычно написаны на некотором другом языке. Это делает эти программы более мощными и эффективным.И в интерактивной, и во встроенной формах SQL, имеются многочисленные части, или подразделы. Они являются составными частями SQL в ANSI. Это не различные языки, а разделы команд SQL, сгруппированных по их функциямDDL (Data Definition Language - Язык Определения Данных) - так называемый Язык Описания Схемы в ANSI, состоит из команд, которые создают объекты (таблицы, индексы, просмотры, и так далее) в базе данных.DML (Data Manipulation Language - Язык Манипулирования Данными) - это набор команд, которые определяют, какие значения представлены в таблицах в любой момент времени.DCL (Data Control Language - Язык Управления Данными) состоит из средств, которые определяют, разрешить ли пользователю выполнять определенные действия или нет.Теоретической основой языка QBE является реляционное исчисление спеременными-доменами (однако в языке присутствуют и элементы исчисления кортежей).Язык QBE позволяет задавать сложные запросы к БД путем заполнения предлагаемой СУБД запросной формы (иногда также используют термин QBЕ - запрос по форме).Такой способ задания запросов обеспечивает высокую наглядность и не требует указания алгоритма выполнения операции - достаточно описать образец ожидаемого результата.В каждой из современных реляционных СУБД имеется свой вариант языка QBE.На языке QBE можно задавать однотабличные и многотабличные (выбирающие или обрабатывающие данные из нескольких связанных таблиц) запросы.С помощью запросов на языке QBE можно выполнять следующие основные операции:выборку данных;вычисление над данными;вставку новых записей;удаление записей;модификацию (изменение) данных.Результатом выполнения запроса является новая таблица, называемая ответной (первые две операции), или обновленная исходная таблица (остальные операции). В реальных приложениях баз данных QBE используется в основном для выборки данных.Выборка, вставка, удаление и модификация могут производиться безусловно или в соответствии с условиями, задаваемыми с помощью логических выражений. Вычисления над данными задаются с помощью арифметических выражений и порождают в ответных таблицах новые поля, называемые вычисляемыми.Запросная форма обычно имеет вид таблицы, имя и названия полей которой совпадают с именем и названиями полей соответствующей исходнойтаблицы. Чтобы узнать имена доступных таблиц БД, в языке QBE предусмотрен запрос на выборку имен таблиц. Названия полей исходной таблицы могут вводиться в шаблон вручную или автоматически. Во втором случае используется запрос на выборку заголовков столбцов.В современных СУБД, например, в Access и Visual FoxPro, многие действия по подготовке запросов с помощью языка QBE выполняются визуально с помощью мыши. В частности, визуальное связывание таблиц при подготовке запроса выполняется не элементами примеров, а просто "протаскиванием" мышью поля одной таблицы к полю другой.По возможностям манипулирования данными при описании запросов указанные языки практически эквивалентны. Более того, на практике запрос, составленный на QBE, обычно транслируется в SQL - запрос и лишь затем выполняется.Главное отличие между данными языками заключается в способе формирования запросов: язык QBE предполагает ручное или визуальное формирование запроса, в то время как использование SQL означает программирование запроса.
Страницы: 1, 2
|
