RELACYJNE BAZY DANYCH, SCHEMAT RELACJI, SELEKCJA, PROJEKCJA

Prezentacja na temat: "RELACYJNE BAZY DANYCH, SCHEMAT RELACJI, SELEKCJA, PROJEKCJA"— Zapis prezentacji:

1 RELACYJNE BAZY DANYCH, SCHEMAT RELACJI, SELEKCJA, PROJEKCJA
CEL NAUCZANIA: Wykonywać obliczenia i opracowania graficzne z wykorzystaniem programów komputerowych Osiągnięcia: Rozróżnić selekcję od projekcji. Wymienić typy pól.

2 Ogólne zagadnienia relacyjnych baz danych
Relacyjna baza danych oparta jest zwykle o kilka tablic danych, które powiązane są ze sobą przez pole o wspólnej nazwie. Przykładem może być baza hurtowni, zawierająca dane o klientach, towarach i wystawionych fakturach. Wszystkie te tabele pozwalają na wprowadzanie danych, przechowywanie w pamięci masowej, sortowanie, wyszukiwanie, wydruk.

3 Relacyjne bazy danych Bazy relacyjne - prawie najpopularniejsze bazy danych. W relacyjnych bazach danych wykorzystano teorię algebry relacji. Tabele składają się z rekordów, zaś rekordy z pól ale różnica w stosunku do baz kartotekowych polega na tym, że baza może zawierać kilka tabel (lub plików) które to  różnią się strukturą rekordów. Pomiędzy rekordami jest określona pewna relacja porządkująca. Możliwe jest łączenie rekordów z różnych tabel, jeśli rekordy takie mają przynajmniej jedno pole wspólne.

4 Relacja   Relacja  - podstawowowa forma organizacji danych w bazie - zbiór rekordów (krotek) Relacja - skończony zbiór krotek (rekordów) r(A1,...,An) = {<a1,..,an>: a1 (- dom(A1), .. an (- dom(An)} gdzie: r(A1,..,An) jest relacją określoną na schemacie relacji R(A1,...,An) A1, A1, …An – atrybuty (pola relacji) Przykładową relacją jest {<Kowalski, Jan, 35, 1200>, <Nowak, Piotr, 36, 2000>, <Zielińska, Anna, 25, 1400>} Krotki relacji nie są uporządkowane, można zmieniać ich kolejność.

5 Relacyjna bazą danych Relacyjną bazą danych nazywamy bazę danych w postaci tabel połączonych relacjami. Dane przechowywane w wielu tabelach, pomiędzy tabelami tworzone są specjalne powiązania zwane relacjami. Relacje powiązania  tworzone są pomiędzy odpowiednimi polami rekordów różnych tabel. Relacje tworzy się pomiędzy tabelami baz danych za pomocą klucza podstawowego jednej tabeli i odpowiedniego klucza obcego drugiej tabeli. Relacja - powiązanie miedzy tabelami Bazy Danych za pomocą klucza podstawowego jednej tabeli i  klucza obcego drugiej tabeli

6 Baza danych: DANE i SCHEMAT
Dane opisują cechy obiektu. Schemat jest opisem struktury przechowywanych danych oraz powiązań wzajemnych między nimi. Przykładowe struktura informacji dot. grup studenckich: 1) Studenci Tabela STUDENT (Nazwisko, NrIndeksu, Rok, Kierunek) - schemat Dane:     Nowak, 18175, I, informatyka               Kowalik, 33573, II, telekomunikacja 2) Prowadzone wykłady Tabela: WYKŁAD (Nazwa, Nr, Godziny, Prowadzący) Dane:     Języki programowania, CS201, 8, Misiak               Bazy danych, C8100, 8, Pilecki 3) Grupy studenckie Tabela: GRUPA (NrGrupy, NrWykładu, Semestr, Rok) Dane:     85, CS201, letni, 96               92, CS445, zimowy, 96 4) Oceny z zaliczeń modułów dydaktycznych Tabela: OCENY (NrIndeksu, NrGrupy, NrWykładu, Ocena) Dane:     18175, 92, CS100, 4               19551, 101, CS445, 5               

7 Model relacyjny Bazy relacyjne Prawie najpopularniejsza grupa baz danych. Model wykorzystywany najczęściej przy projektowaniu baz danych. Dane przechowywane w wielu tabelach, pomiędzy tabelami tworzone są specjalne powiązania zwane relacjami. Przykład: Tabele: Pracownik, Zespół, Etat

8 Tabele i rekordy Dane przechowywane są w formie strukturalnej. Każda informacja zapisywana jest w podstawowym elemencie jakim jest rekord. Rekordy są podzielone na pola. Każde pole ma swoją nazwę, wielkość oraz definicję typu danych, jakie będą umieszczone. Główne typy pól: znakowe, numeryczne, datownikowe, logiczne, notatnikowe.

9 Tabela, rekord, pole Tabelą w bazie danych nazywamy zbiór rekordów opisujących obiekty np. pracownicy zawierających informacje o tych obiektach w sposób ujednolicony. Rekord – pojedynczy wiersz w tabeli. Pole - najmniejszą część rekordu, która przechowuje jedną daną.

10 Tabela Tabela to zbiór powiązanych ze sobą danych. Jest to układ poziomych wierszy zwanych rekordami i pionowych kolumn zwanych polami rekordu. Tabela jest identyfikowana przez nazwę. Przecięcie kolumny i wiersza tworzy pole. Nazwa kolumny jest jednocześnie nazwą pola.

11 Baza danych Baza danych składa się z tabel, tabele składają się z rekordów, rekordy składają się z pól. Pola mogą przechowywać elementarne dane, które są niepodzielne, czyli zakładamy, że mniejszych jednostek danych nie ma.

12 Typ danej (ang. data type)
znakowy (ang. character) – dana może przybierać tylko wartości znaków pisarskich liczbowy (ang. number) – dana może przechowywać tylko liczby logiczny (ang. logical) – dana może przybierać tylko dwie wartości: prawda, fałsz (tak, nie) data (ang. date) – dana może przyjmować postać daty i czasu np. rok.miesiąc.dzień; godz:min:sek alfanumeryczny (ang. alphanumeric) – dana może przybierać wartości znaków ASCII oraz cyfry numeryczny (ang. numeric) – wartościami danej mogą być tylko cyfry i znaki: + (plus), - (minus). walutowy (ang. currency) – dana może przyjmować wartości liczbowe razem z symbolem waluty notatnikowy (ang. memo) – dana może być oddzielnym zbiorem tekstowym służącym do przechowywania dowolnych opisów. binarny (ang. binary) – dana może być np. plikiem dźwiękowym lub filmowym. graficzny (ang. graphic) – dana przechowuje grafikę np. rysunki. obiektowy (ang. OLE) – dana przechowuje obiekty do których dostęp dokonuje się za pomocą techniki OLE (ang. object linking and embeding), czyli obiektów tworzonych przez inne aplikacje

13 Klucz relacji Klucz relacji - taki zbiór identyfikujący relacji, którego żaden podzbiór nie jest zbiorem identyfikującym relacji . Wyróżnia się klucze proste i złożone. Klucz jest kluczem prostym, jeśli zbiór identyfikujący relacji jest zbiorem jednoelementowym, w przeciwnym razie klucz jest złożony. W ogólności, w relacji można wyróżnić wiele kluczy, które nazywamy kluczami potencjalnymi. Wybrany klucz spośród kluczy potencjalnych nazywamy kluczem głównym.

14 Klucz podstawowy – primary key
Aby w bazie możliwe było szybkie wyszukiwanie i łączenie danych z tabel, każdy rekord tabeli powinien zawierać pole za pomocą którego byłby jednoznacznie identyfikowany w bazie. Pole tego typu nazywamy kluczem podstawowym. Rekord może być też identyfikowany na podstawie kombinacji kilku pól - klucz podstawowy wielopolowy

15 Klucz podstawowy - główny, klucz obcy
Klucz podstawowy (ang. primary key) zwany też kluczem głównym to jedno lub więcej pól, których wartość jednoznacznie identyfikuje każdy rekord w tabeli. Taka cecha klucza nazywana jest unikatowością. Klucz podstawowy służy do powiązania rekordów w jednej tabeli z rekordami z innej tabeli. Klucz podstawowy jest nazywany kluczem obcym, jeśli odwołuje się do innej tabeli. Na przykład, w bazie pracowników kluczem podstawowym może być numer ewidencyjny pracownika.

16 Klucz podstawowy jednopolowy, klucz obcy, klucz złożony
Jeśli istnieje pole zawierające dane unikatowe, jak na przykład numer katalogowy czy numer identyfikacyjny, można je zadeklarować jako klucz podstawowy - single primary key Jeśli jednak w polu tym powtarzają się wartości, klucz podstawowy nie zostanie ustawiony. Aby znaleźć rekordy zawierające te same dane, należy usunąć rekordy o powtarzających się wartościach bądź zdefiniować wielopolowy klucz. podstawowy. Klucz podstawowy wielopolowy zwany też kluczem złożonym (ang.composed key) W sytuacji, gdy żadne z pól nie gwarantuje unikatowości wartości w nim zawartych, należy rozważyć możliwość utworzenia klucza podstawowego złożonego z kilku pól. Klucz obcy to nazwa pola, które w jednej tabeli jest kluczem podstawowym a w drugiej jest polem łączącym te tabele. Np. NRUcznia jest kluczem podstawowym w tabeli Uczniowie a w tabeli Oceny jest kluczem obcym

17 Relacja - relation, typy relacji
Po podzieleniu danych na tabele i zdefiniowaniu pól kluczy podstawowych trzeba wprowadzić do systemu bazy danych informacje na temat sposobu poprawnego łączenia powiązanych danych w logiczną całość. W tym celu definiuje się relacje między tabelami. Relacja - powiązanie miedzy parą tabel za pomocą klucza podstawowego jednej tabeli i odpowiadającego mu klucza obcego drugiej tabeli. Typy relacji: Relacja jeden – do - jednego Relacja jeden –do - wielu Relacja wiele – do - wielu

18 Relacja jeden – do - jednego
W relacji jeden – do - jednego każdy rekord w tabeli A może mieć tylko jeden dopasowany rekord z tabeli B, i tak samo każdy rekord w tabeli B może mieć tylko jeden dopasowany rekord z tabeli A. Ten typ relacji spotyka się rzadko, ponieważ większość informacji powiązanych w ten sposób byłoby zawartych w jednej tabeli. Relacji jeden – do - jednego można używać do podziału tabeli z wieloma polami, do odizolowania części tabeli ze względów bezpieczeństwa, albo do przechowania informacji odnoszącej się tylko do podzbioru tabeli głównej.

19 Relacja jeden – do - wielu
Relacja jeden – do - wielu jest najbardziej powszechnym typem relacji. W relacji jeden – do - wielu rekord w tabeli A może mieć wiele dopasowanych do niego rekordów z tabeli B, ale rekord w tabeli B ma tylko jeden dopasowany rekord w tabeli A.

20 Relacja wiele – do - wielu
W relacji wiele – do - wielu, rekord w tabeli A może mieć wiele dopasowanych do niego rekordów z tabeli B i tak samo rekord w tabeli B może mieć wiele dopasowanych do niego rekordów z tabeli A. Jest to możliwe tylko przez zdefiniowanie trzeciej tabeli (nazywanej tabelą łącza), której klucz podstawowy składa się z dwóch pól z  kluczy obcych z tabel A i B. Relacja wiele – do - wielu jest w istocie dwiema relacjami jeden – do - wielu z trzecią tabelą. Na przykład, tabele "Zamówienia" i "Produkty" są powiązane relacją wiele – do - wielu zdefiniowaną przez utworzenie dwóch relacji jeden – do - wielu z tabelą "Opisy zamówień".

21 Algebra relacji Relacyjny model BD został opracowany w oparciu o dziedzinę matematyki zwanej algebrą relacyjną. Twórcą modelu był amerykański matematyk E. F. Codd. Dane są przechowywane w strukturach zwanych tabelami. Tabele są podstawowymi obiektami BD. Przechowują one dane wykorzystywane przez inne obiekty jak np. zapytania, formularze czy raporty. Tabela (table) - zbiór powiązanych ze sobą danych w BD, przedstawiony w postaci poziomych wierszy zwanych rekordami (krotki) i pionowych kolumn zwanych polami rekordu. Każde pole posiada unikatową nazwę w obrębie tabeli oraz określony typ danych, np. Nr, Imie, Nazwisko, Data_urodz, NrTelefon

22 Model baz danych relacyjnych charakteryzuje się 3 podstawowymi składowymi:
relacyjnymi strukturami danych dostępnością operatorów algebry relacyjnej (do tworzenia, poszukiwania i modyfikowania danych) ograniczeniami integralnościowymi Podstawową strukturą danych modelu relacyjnego jest relacja - podzbiór iloczynu kartezjańskiego wybranych dziedzin (tj. zbiorów dopuszczalnych danych), przedstawiona w postaci 2-wymiarowej tablicy. Relacja - skończony zbiór krotek  - typles, posiadających taką samą strukturę danych i różne wartości, przedstawionych w postaci wierszy tablicy. Każda krotka zawiera wartość co najmniej jednego atrybutu o określonej dziedzinie, przedstawionego w postaci kolumny tablicy.

23 Własności relacji: wszystkie krotki są różne atrybuty różne kolejność krotek nie ma znaczenia kolejność atrybutów nie ma znaczenia wartości atrybutów są atomowe.

24 Język deklaratywny: DDL, DML
Do operowania na danych relacyjnej bazy używa się zwykle języka deklaratywnego (nieproceduralnego), który składa się z 2 komponentów: języka definicji danych (DDL) - tworzenie, modyfikacja i usuwanie relacji, struktur na bazie relacji języka manipulowania danymi (DML) - wyszukiwanie informacji, na podstawie warunków selekcji, wstawianie nowych krotek do relacji, modyfikowanie  i usuwanie

25 Perspektywa view Strukturą pochodną do relacji jest perspektywa - view - okno przez które odczytujemy lub modyfikujemy dane w relacji lub zbiorze relacji. Perspektywy stosujemy w celu: ograniczenia dostępu do relacji bazy danych uproszczenia zapytania zapewnienia niezależności danych w stosunku do aplikacji i zapytań ad hoc.

26 Operacje na relacjach Operatory relacyjne:
selekcji - wybór krotek spełniających określone warunki - podzbiór poziomy projekcji - określenie relacji do wybranych atrybutów - podzbiór pionowy połączenia - łączenie krotek wielu relacji klasyczne operatory teorii mnogości: suma mnogościowa, iloczyn kartezjański itp.

27 Operacja projekcji - podzbiór pionowy
Operacją projekcji relacji r(A1,...,An) na zbiorze atrybutów X=(Ai,..,Aj), co zapisujemy Px r(A1,...,An), nazywamy przekształcenie relacji r(A1,...,An) w relację wynikową postaci: Px r(A1,...,An) = {t[X] : t(- r(A1,...,An)} Operacja projekcji umożliwia utworzenie "pionowego” podzbioru relacji przez wybór określonych atrybutów (pól).

28 Przykład projekcji

29 Operacja selekcji   Operacja selekcji  - wybór krotek spełniających określone warunki - podzbiór poziomy Operacją selekcji relacji r(A1,...,An) względem kryterium selekcji E, co zapisujemy sEr(A1,...,An), nazywamy przekształcenie relacji r(A1,...,An) w relację wynikową postaci sEr(A1,...,An) = {t : t(- r(A1,...,An) i E(t) = prawda} Operacja selekcji umożliwia utworzenie "poziomego" podzbioru relacji przez wybór krotek (rekordów) spełniających określony warunek.

30 Przykład selekcji "Z relacji KIEROWNICY_DZIALOW wybierz informacje o kierownikach tych działów, których identyfikatory Id_Dzialu są mniejsze lub równe 3 i zarobki są większe lub równe 2000".

31 Operacja połączenia, iloczyn kartezjański
Operacja połączenia polega na scaleniu odpowiednich krotek (rekordów) 2 różnych relacji, pod warunkiem spełnienia warunku logicznego q nałożonego na atrybuty połączeniowe. Warunkiem połączenia - równość atrybutów w obu relacjach Np. może być operacja połączenia PRACOWNICY - WYDZIALY, gdzie : Id_Wydzialu = Id_Wydzialu Iloczyn kartezjański Umożliwia konkatenację krotek 2 relacji lub więcej, w taki sposób, że każda krotka pierwszej relacji jest łączona z każdą krotka drugiej relacji

32 Projektowanie bazy danych - etapy
Dobry projekt jest podstawą utworzenia bazy danych. Etapy projektowania bazy danych: Określenie celu, któremu ma służyć BD - na tej podstawie jakie zagadnienia będą w bazie - tabele i jakie informacje - pola Określenie tabel - najtrudniejsze w procesie projektowania BD Podstawowe zasady projektowania: ta sama informacja nie może być wprowadzana wielokrotnie do jednej lub kilku tabel każda tabela powinna mieć informacje tylko na jeden temat Określenie pól w tabelach Przypisanie polom jednoznacznych wartości Określenie relacji między tabelami Wprowadzenie danych i utworzenie i innych obiektów bazy danych

33 Projektowanie bazy danych
Punktem wyjścia projektowania są relacje wymagane przez użytkowników a właściwie informacje zebrane przez projektanta o wymaganych atrybutach bazy danych, celem jest natomiast zdefiniowanie schematów relacji, które mają być przechowywane w bazie danych. Trzeba tak zaprojektować rozdział zbioru atrybutów na schematy relacji, aby uzyskać pewne pożądane właściwości bazy danych. Niewłaściwe zaprojektowanie schematów relacji może być przyczyną dublowania się danych, ich niespójności i anomalii podczas ich aktualizowania. W ramach projektowania schematów baz danych, najistotniejszą czynnością jest normalizacja relacji, czyli doprowadzenie relacji do odpowiedniej postaci normalnej.

34 Normalizacja. Pierwsza postać normalna
Pierwsza postać normalna jest immanentną cechą relacji, gdyż wymagania tej postaci są zawarte w definicji relacji. Postać normalizacji polega w tym przypadku na doprowadzeniu określonego zbioru danych do postaci relacji.  Mając bazę danych złożoną z relacji w pierwszej postaci normalnej, jest się narażonym na wszystkie niekorzystne zjawiska wymienione wyżej, dlatego należy doprowadzić relacje do kolejnych postaci normalnych. Proces normalizacji polega na odpowiednim podziale relacji na mniejsze, w wyższej postaci normalnej.

35 Pierwsza postać normalna relacji
Relacja jest w pierwszej postaci normalnej, jeżeli każda wartość atrybutu w każdej krotce tej relacji jest wartością elementarną, czyli nierozkładalną. Z definicji pierwszej postaci normalnej relacji wynika, że każdemu elementowi relacji znajdującemu się na przecięciu dowolnej krotki i dowolnego atrybutu odpowiada pojedyncza wartość, a nie zbiór wartości.

36 Druga i trzecia postać normalna
Druga postać normalna: Dana relacja jest w drugiej postaci normalnej, jeśli każdy atrybut tej relacji nie wchodzący w skład żadnego klucza potencjalnego jest w pełni funkcjonalnie zależny od wszystkich kluczy potencjalnych. W celu uzyskania drugiej postaci normalnej należy podzielić relację na zbiór takich relacji, których wszystkie atrybuty będą w pełni funkcjonalnie zależne od kluczy. Trzecia postać normalna relacji Dana relacja jest w trzeciej postaci normalnej, jeśli jest ona w drugiej postaci normalnej i każdy jej atrybut nie wchodzący w skład żadnego klucza potencjalnego nie jest przechodnio funkcjonalnie zależny od żadnego klucza potencjalnego tej relacji. Aby uzyskać trzecią postać normalną relacji, której atrybuty pozostają w przechodniej zależności funkcjonalnej, należy podzielić ją na 2 relacje.

37 Podział danych na tabele i klucze w relacyjnych bazach danych – normalizacja baz danych
W modelu relacyjnym dane wewnątrz bazy są dzielone między tabele. Podział nazywamy normalizacją baz danych. W najprostszym przypadku baza danych może sie składać tylko z jednej tabeli. Przy złożonych danych mogą wystąpić niepożądane zjawiska utrudniające lub uniemożliwiające poprawne funkcjonowanie bazy.

38 Przykład normalizacji
Baza danych z jedną tabelą: Uczen_Wypozyczenia (Imie_Ucznia, Nazwisko_Ucznia, Klasa ImieAutora, NazwAutora, Tytuł, Wydawnictwo DataWypozycz, DataOddania) W takiej prostej bazie danych z jedną tabelą można zauważyć zjawisko redundendancji, czyli wielokrotnego powtarzania sie pewnych danych w bazie. Np. jeśli ten sam uczeń wypożyczy kilka książek, to w każdym rekordzie pojawią się te same dane ucznia. Gdy np. popełnimy błąd w nazwisku to musimy poprawić osobno w każdym rekordzie dot. tego ucznia. Gdy uczeń odda wszystkie książki to usuwając rekordy tracimy dane o uczniu. Później trzeba od nowa wprowadzić.

39 Baza danych po normalizacji
Baza danych z wieloma tabelami. Model tej samej Bazy Danych, ale dane zostały podzielone na 3 tabele: Uczniowie (IDUcznia, IMUcznia, NazwUcznia, Klasa) Ksiazki (IDKsiazki, ImAutor, NazwAutor, Tytiul, Wydawn) Wypozyczenia (IDwypoz, IDUcznia, IDKsiazki, DataWypoz, DataZwrotu)

40 Systemy relacyjnych baz danych
Do najczęściej spotykanych profesjonalnych systemów relacyjnych baz danych należą: ORACLE Universal Server DB2 Universal Database firmy IBM Informix Dynamic Server IBM PostgreSQL SQL Anywhere Studio (Sybase) Microsoft SQL Server W komputerach osobistych popularne systemy to: Access (Microsoft), FoxPro, Paradox i dBase (dBase Inc.) oraz MySQL (firmy MySQL AB)