Системы управления базами данных и базами знаний

Скорость роста качества продукта и скорость совершенствования бизнес-процессов будут намного выше, а при достаточно большом значении этих показателей произойдет изменение характера самого бизнеса.
Б. Гейтс

ВВЕДЕНИЕ
1980 → первые коммерческие версии СУРБД
2000 → в большей части Ф (во всех сферах Ą): хранение, ведение и анализ Ď
Идея: Ď → в Т (таблица)
столбцы Т j = поля (атрибуты, домены) : один тип Ď
cтроки Тi = записи: значения, соответствующие Т j
Т – период долго/краткосрочный; Ď – данные; Ą – деятельность;

ТАБЛИЦЫ
Т ≡ двухмерный массив (tij):
∀ tij – один элемент Ď
все Т j однородные
∀ Т j имеет уникальное имя
одинаковых Тi нет
порядок следования Тi и Т j –произвольный
Т – период долго/краткосрочный; Ď – данные;

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБЪЕКТ ôĭ
≡ описание некоторой сущности (ôreal)
реквизитный состав + Ŝ(ôĭ)
⇒ класс (тип) + уникальное имя (обозначение)
ôĩ имеет множество реализаций – экземпляров
экземпляр ≡ {конкретные значения реквизитов}, идентифицируется ключом (простой – один реквизит, составной – несколько)
остальные реквизиты – описательные
Ŝ - структура; ô – объект;

СТРУКТУРА ТАБЛИЦ Ŝ(Т)
Т - фундаментальный элемент БД (соответствует одной сущности)
Ŝ(Т) ≡ {связанные Т j}; связь ≡ отношение Т j
значения Т j атомарные
≠ {массивы или Ŝ значений}
типы хранимых значений:
алфавитно-цифровые, цифровые, «дата», ..
Ŝ - структура; Т – период долго/краткосрочный; ô – объект;

ПРИМЕР 1

КЛЮЧИ
TV ≡ первичный (простой) ключ = один из Тj
(∨ комбинация ≡ составной ключ)
подчеркиваются⇒
однозначно идентифицировать ∀ Тi
(правило целостности) ⇒
различимость всех Тi
связь Т1i → Т2k
Т – период долго/краткосрочный;

ПРИМЕР 1 (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

Т customer: ТV = CUST_NR,
Т order: ТV = ORDER_NR,
Т place_orders: ТV = CUST_NR + ORDER_NR
(комбинация )

Т – период долго/краткосрочный;

ОРГАНИЗАЦИЯ
Т ⊃ Ď | организованы по Ti = {значения Тj }
⇒ Ti определяет некоторую сущность ≡ Ô
⮫ значений нет ⇒ «NULL»
Т – период долго/краткосрочный; ô – объект; Ď – данные;

ВНЕШНИЙ КЛЮЧ ТU
TU = Тj (∨ комбинация) ∈ Т1 ⇒ ссылка на Ti ∈ Т2
(Т1= источник, Т2 = целевая, родительская) ⇒
TU = {значения TV - первичных ключей ∈ Т2}
Правило «ссылочной целостности»: TU (или его части)
не имеет значения (= содержит NULL) ∨
имеет значение (во всех Т j) и оно обязательно должно содержаться в значениях TV(Т2)
Т – период долго/краткосрочный;

TU ПО ОТНОШЕНИЮ К СТРОКАМ
ограничение изменения или удаления: пока ∃ ссылка по TU на конкретную Ti(Т2), значение TV(Т2) не может быть изменено или удалено
каскадное изменение или удаление: значение TV(Т2) изменяется ⇒ значения TU(Т1) соответствующих строк тоже изменяются; Ti(Т2) удаляется ⇒ все связанные с ней по TU Ti(Т1) тоже удаляются
обнуление обновления или удаления: TV (Т2) изменяется ⇒ Ti удаляется + TU соответствующих Ti (Т1) теряют свои значения (NULL)
Т – период долго/краткосрочный;

ПРИМЕР 1 (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
TPLACE_ORDERS ⇒ первичный ключ TV = (T1U , T2U ) - комбинация двух внешних ключей
TV _CUST_NR ≡ T1U → TV =
CUST_NR ∈TCUSTOMER
TV _ORDER_NR ≡ T2U → TV =
ORDER_NR ∈TORDERS 
Т – период долго/краткосрочный;

ПРИМЕР 2: РЕЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ

ПРИМЕР 2: ПОЯСНЕНИЕ
T1 = СТУДЕНТ (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Пол, Дата рождения, Группа)
T2 = СЕССИЯ (Номер, Оценка 1, Оценка 2, Оценка З, Оценка 4, Результат)
T3 = СТИПЕНДИЯ (Результат, Процент)
T1 ↔ T2 : TV = Номер
Т2 ↔ T3 : TU = Результат
Т – период долго/краткосрочный;

НОРМАЛИЗАЦИЯ ОТНОШЕНИЙ
≡ формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц) ⇒
устранить дублирование
непротиворечивость хранимых в БД
↓ трудозатраты на ведение БД

ФОРМЫ НОРМАЛИЗАЦИИ: ПЕРВАЯ НФ
определяет понятие Т:
фиксированное число столбцов
все атрибуты простые (неделимые) = элементарные значения
Требование 1НФ, по сути, повторяет свойство
реляционных таблиц: каждый элемент таблицы
— один элемент данных.
 Т Студент = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Группа, Дата)
Т – период долго/краткосрочный;

ВТОРАЯ НФ
≡ 1 форма + ∀ неключевой атрибут функционально полно (f-полно) зависит от составного ключа
f-зависимость: в экземпляре ôĭ определенному значению ключевого реквизита соответствует только одно значение описательного реквизита (атрибута)
Tj f-зависит от TV: ∀ значению TV определено значение Tj ⇒ обозначение «TV _ Tj» 
Т – период долго/краткосрочный; ô – объект;

f-ПОЛНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ
≡ ∀ неключевой атрибут f-зависит от ключа (но ни от какой части составного ключа)
 Т Студент = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата, Группа): 1нф и 2 нф одновременно
описательные реквизиты однозначно определены и f-зависят от TV = Номер 
 Т Успеваемость = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дисциплина, оценка): 1нф, составной TV = Номер+Дисциплина
не находится во 2нф: Фамилия, Имя, Отчество не находятся в полной f-зависимости с TV 
Т – период долго/краткосрочный;

ПРИМЕР (упр.)

ТРЕТЬЯ НФ
Транзитивная зависимость ≡ если один из 2-х описательных реквизитов зависит от ключа, а другой от 1-го описательного реквизита
3 нф ≡ 2нф+ ∀ неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа

ПРИМЕР 3 нф (упр)
Транзитивная зависимость
T Студент: + Староста (определяется только номером группы) ⇒ фамилия старосты будет многократно повторяться в разных экземплярах Ôĭ
затруднения в корректировке при назначении нового старосты + расход памяти для хранения дублированной ĭ
Т – период долго/краткосрочный; Ô – объект;

ТИПЫ СВЯЗЕЙ
«ОДИН К ОДНОМУ»
В каждый момент времени 1-экземпляру объекта А соответствует не более 1-объекта В и наоборот

«ОДИН КО МНОГИМ»
1-объекту А соответствует 0, 1 экземпляров В, но не более

«МНОГИЕ КО МНОГИМ»
1-экземпляру объекта А соответствует 0,1 или более экземпляров В и наоборот

АТРИБУТЫ
≡ атрибут(ы) со значением, уникальным для любого ô данного типа
⇒ любой ô будет однозначно определен значением первичного ключа
Потенциальные ключи ≡ комбинация(и) атрибутов
∀ м.б. использован в качестве первичного ключа (на схеме подчеркивается)
Первичный ключ ô ЧЕЛОВЕК = № карточки соц.страхования НКСС
Ô – объект;

ВИДЫ АТРИБУТОВ
Составные атрибуты ≡ образованы неск. атрибутами (на схеме соединяются прямой)
ô Человек: два составных атрибута (Имя, Адрес)
Многозначный атрибут ≡ имеет не единственное значение (выделяется двойным контуром)
Адрес является многозначным: ô Человек могут иметь несколько адресов
Ô – объект;

ПРОИЗВОДНЫЕ АТРИБУТЫ
≡ принимают значения, которые могут быть вычислены по другим атрибутам того же типа ô или по атрибутам типов, с которыми данный тип ô может быть связан отношением (обозначаются заливкой)
значение Транспортный налог для ô МАШИНА м.б. получено по атрибуту Количество цилиндров
Ô – объект;