Obsah

AP8, IN8 Databáze I
Diskuze

AP8, IN8 Databáze I

Zadání

(relační model, relační schéma, klíče relačních schémat, integritní omezení, relační algebra, spojování relací)

Vypracování

Pár pojmů na začátek

Účel databázových systémů – řešit problémy redundance dat, inkonsistence, integrity, bezpečnosti ¹⁾
Fyzická úroveň (jak je záznam uložen) $\times$ logická úroveň (data a vztahy) ²⁾
Schéma = logická struktura databáze $\times$ instance = aktuální obsah v čase ³⁾
Model dat = sada nástrojů pro popis dat, vztahů mezi daty a sémantiky dat ⁴⁾
DBMS = database management system, tj. systém pro správu databází (např. Oracle, MS SQL Server, MySql atp.)

Relační model dat

Relační model dat = logický model založený na záznamech.
Základní struktura: mějme množiny $A_{1}$ , $A_{2}$ , … , $A_{n}$ , relace r je podmnožina kartézského součinu $A_{1} \times A_{2} \times ... \times A_{n}$ , tedy relace r je množina n-tic $(a_{1}, a_{2}, ... ,a_{n})$ . (Laicky: Relační model sdružuje data do tzv. relací (tabulek), které obsahují n-tice (řádky).) ⁵⁾

Relační schéma

$A_{1}$ , $A_{2}$ , …, $A_{n}$ jsou atributy ⁶⁾
$R = (A_{1}, A_{2}, ..., A_{n})$ je relační schéma ⁷⁾
r(R) je relace (pojmenování) na relačním schématu R ⁸⁾

Příklad schématu: Schéma-zákazníka = (jméno, příjmení, ulice, psč, město, telefon).
Příklad relace: r = {(Jan, Novák, Vodova 20, 628 00, Brno, 123567), (Alena, Nováková, Vodova 20, 628 00, Brno, 987654), (Iva, Dlouhá, Velká 12, 683 21, Pustiměř, 222222)}

Klíče relačních schémat

Klíč je část relačního schématu ⁹⁾, podmnožina atributů
Superklíč je identifikátor záznamu (n-tice) dostatečný pro jednoznačnou identifikaci ¹⁰⁾
Kandidátní klíč je minimální superklíč ¹¹⁾, tzn. po odebrání jakékoliv množiny atributů by již neidentifikoval záznamy jednoznačně.
Primární klíč je jeden zvolený kandidátní klíč ¹²⁾

Integritní omezení

Integritní omezení je vlastnost DBMS, která zajišťuje, že se databáze po dokončení každé operace nachází v korektním stavu.
Druhy integritních omezení:

Entitní – každé relační schéma má řádně definovaný primární klíč a každá relace na tomto schématu má tento klíč unikátně definovaný
Doménové – zajišťuje dodržování datových typů definovaných u sloupců databázové tabulky (v SQL klauzule check) ¹³⁾. U zkoušky by možná šlo ještě zmínit, že existuje nějaké přirozené omezení domény vyplývající z datového typu sloupce.
Referenční integritní omezení – zabývají se vztahy dvou tabulek, kde jejich relace je určena vazbou primárního a cizího klíče; mějme $r_{1}(R_{1})$ a $r_{2}(R_{2})$ , $\alpha$ je cizí klíč odkazující na $K_{1}$ v $r_{1}$ , pak $\Pi_{\alpha} (r_{2}) \subseteq \Pi_{K_{1}} (r_{1})$ ¹⁴⁾ Databázové systémy ještě navíc poskytují možnost tzv. kaskádovité aktualizace - to znamená, že když v tabulce A upravíme hodnotu jejího primárního klíče, tak se hodnota daného klíče aktualizuje i v tabulce B, která má cizí klíč odkazující se na ten primární v tabulce A.
Referenční integrita v E-R modelu – zde to může být například omezení, kdy relační schéma pro slabou množinu entit musí zahrnovat primární klíč nadřazené entitní množiny

Hlídá se modifikace databáze – vkládání, mazání, aktualizace. ¹⁵⁾

Relační algebra

je čistý procedurální dotazovací jazyk (tedy uživatel řekne posloupnost kroků; bez syntaktického cukru)
6 základních operátorů, které berou jednu nebo více relací a vrací jednu relaci: ¹⁶⁾
- výběr (selekce) $\sigma_{P}(r) = \{ t\ |\ t \in r\ and\ P(t)\}$ , Př.: $\displaystyle \sigma_{A = B \wedge D > 5}(r)$ ( vybere řádky, kde je zároveň A=B a D>5 )
- projekce $\Pi_{A_{1}, A_{2},...,A_{k}}(r)$ , výsledkem je relace vyjmenovaných sloupců, duplicitní řádky jsou z výsledku odstraněny, relace je totiž množina.
- sjednocení $r \cup s = \{ t\ |\ t\ \in r\ or\ t \in s \}$ , r a s musí mít stejnou aritu a kompatibilní domény
- rozdíl množin $r - s = \{ t\ |\ t \in r\ and\ t \not\in s \}$ r a s musí mít stejnou aritu a kompatibilní domény
- kartézský součin $r \times s = \{ t \ q\ |\ t \in r\ and\ q \in s \}$ , atributy r(R) a s(S) jsou disjunktní, jinak se musí přejmenovat
- přejmenování je unární operace $\rho_{novar(nA, nB, C)}(r)$ , musí být uvedeno nové jméno relace a také všechny její atributy

Spojování relací

přirozené spojení (natural join) $r$ $s$ $= \Pi_{r.A, r.B, r.C, r.D, s.E}(\sigma_{r.B=s.B \wedge r.D=s.D}(r \times s))$ v případě R=(A, B, C, D) a S=(E, B, D) ¹⁷⁾

Příklad

OSOBA :

id	jméno	příjmení	věk
1	Pavel	Havel	18
2	Jan	Novák	19
3	Láďa	Koupelna	99

ADRESA :

id	město	ulice
1	Brno	Jarní
3	Praha	Zelená
5	Ostrava	Černá

OSOBA ADRESA

id	jméno	příjmení	věk	město	ulice
1	Pavel	Havel	18	Brno	Jarní
3	Láďa	Koupelna	99	Praha	Zelená

vnější spojení (outer join) rozšiřuje operaci přirozeného spojení tak, aby se zabránilo ztrátě informací; spočítá operaci spojení a přidá n-tice z jedné relace, které neodpovídají n-ticím druhé. Používá hodnotu null. Jakékoliv porovnání s null je null (nebo se také používá označení unknown); pokud má být unknown vyhodnocen jako true nebo false (např. v části WHERE příkazu SELECT), pak je to false. ¹⁸⁾

V praxi se používá varianta „left“ a „right“ – to určuje zda, se do výsledků zahrnou všechny záznamy z tabulky nalevo od operátoru spojení, resp. napravo od operátoru spojení. Taktéž existuje varianta „full outer“, která do výsledků zahrne všechny záznamy z obou tabulek a tam, kde nemá daný záznam odpovídající záznam z druhé tabulky, tak se použije null.

Příklad

OSOBA :

id	jméno	příjmení	věk
1	Pavel	Havel	18
2	Jan	Novák	19
3	Láďa	Koupelna	99

ADRESA :

id	město	ulice
1	Brno	Jarní
3	Praha	Zelená
5	Ostrava	Černá

OSOBA ADRESA

id	jméno	příjmení	věk	město	ulice
1	Pavel	Havel	18	Brno	Jarní
2	Jan	Novák	19	null	null
3	Láďa	Koupelna	99	Praha	Zelená

OSOBA ADRESA

id	jméno	příjmení	věk	město	ulice
1	Pavel	Havel	18	Brno	Jarní
3	Láďa	Koupelna	99	Praha	Zelená
5	null	null	null	Ostrava	Černá

OSOBA ADRESA

id	jméno	příjmení	věk	město	ulice
1	Pavel	Havel	18	Brno	Jarní
2	Jan	Novák	19	null	null
3	Láďa	Koupelna	99	Praha	Zelená
5	null	null	null	Ostrava	Černá

Podněty, co lze zmínit dále

Relační model vlastně reprezentuje databázi v relačním pohledu (existují i jiné pohledy, např. objektový, hierarchický). V relačním pohledu také existují různé přístupy: relační algebra, n-ticový relační kalkul, doménový relační kalkul. ¹⁹⁾

Rozšířená relační algebra

Liší se od základní relační algebry především v tom, že dovoluje duplicity.

zobecněná projekce je operací rozšířené relační algebry a umožňuje použití aritmetických funkcí v seznamu projekce ²⁰⁾
souhrnné funkce – souhrnný operátor vezme kolekci hodnot a vrátí jednoduchou hodnotu, příklady funkcí: avg, min, max, sum, count.

E je jakýkoliv výraz relační algebry
G₁, G₂, … , G_n je seznam atributů podle kterých se n-tice seskupují
F_i je souhrnná funkce
A_i je jméno atributu
Výsledkem je relace složená z atributů:
- všechny použité G_i atributy
- jeden atribut pro každou použitou souhrnnou funkci ²¹⁾

Další operace

operace přiřazení $\leftarrow$ je vhodná pro vytváření komplexních dotazů; dotazy se píší jako sekvenční program

Příklad

$temp1 \leftarrow \Pi_{R-S}(r)$
$temp2 \leftarrow \Pi_{R-S}((temp1 \times s) - \Pi_{R-S,S}(r))$
$result = temp1 - tem2$ ²²⁾

operace dělení $r \div s$ odpovídá dotazům, které obsahují frázi „pro všechny“ ²³⁾

Předměty

FI:PB154 Základy databázových systémů (podzim 2007), prof. Ing. Pavel Zezula, CSc.

Použitá literatura

Osnova předmětu PB154 a z ní odkazované dokumenty k předmětu PB154 (česky přeložené dokumenty jsou jen pro přihlášené v IS MU)
Kapitola 3: Relační model hlavní dokument, ze kterého jsem čerpala informace, přístupný jen pro přihlášené v IS MU, autorem je prof. Ing. Pavel Zezula, CSc.

Kam dál?

Vypracuje

Jitka Pospíšilová ICQ: 218703195 mám <99%>, aspoň si to myslím, pokud myslíte, že mi zde něco chybí, doplňujte

Otázku si přečetl pan RNDr. Vlastislav Dohnal a rámcově prošel. Jeho podněty pro doplnění textu, opravy nesrovnalostí a odstranění matoucích či k otázce se nevztahujících textů byly do otázky zaneseny. Tato kontrola je jen rámcová, stále se může stát, že v otázce zůstala zapomenutá chybka či nesrovnalost, vyučující za toto nenese odpovědnost, berte tuto rámcovou kontrolu jako formu pomoci od vyučujících pro studenty.

¹⁾

kapitola 1 strana 1 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů

²⁾ , ³⁾

kapitola 1 strana 2 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů

⁴⁾

kapitola 1 strana 3 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů

⁵⁾ , ⁶⁾ , ⁷⁾ , ⁸⁾

kapitola 3 strana 1 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů

⁹⁾ , ¹⁰⁾ , ¹¹⁾ , ¹²⁾

kapitola 2 strana 5 a kapitola 3 strana 2 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů

¹³⁾ , ¹⁵⁾

kapitola 6 strana 1 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů

¹⁴⁾

http://cs.wikipedia.org/wiki/Relační_databáze a kapitola 6 strana 1 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů

¹⁶⁾

kapitola 3 strana 3 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů

¹⁷⁾

kapitola 3 strana 6 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů

¹⁸⁾ , ²⁰⁾

kapitola 3 strana 13 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů

¹⁹⁾

Převzato z materiálů od Eleny Halické

²¹⁾

kapitola 3 strana 14 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů

²²⁾

kapitola 3 strana 9 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů

²³⁾

kapitola 3 strana 7 ve skriptech předmětu PB154 Základy databázových systémů