Решение задач по специальности «Проектирование реляционных БД»

Задание 1 Проектирование реляционной БД. Этапы жизненного цикла БД. Что такое проект? Это схема — эскиз некоторого устройства, который в дальнейшем будет воплощен в реальность. Что такое проект реляционной базы данных? Это набор взаимосвязанных отношений, в которых определены все атрибуты, заданы первичные ключи отношений и заданы еще некоторые дополнительные свойства отношений, которые относятся к принципам поддержки целостности. Почему именно взаимосвязанных отношений? Потому что при выполнении запросов мы производим объединение отношений и одни и те же значения должны в разных отношениях-таблицах обозначаться одинаково. Действительно, если мы в одной таблице оценки будем обозначать цифрами, а в другой словами «отлично», «хорошо» и т. д., то мы не сможем объединить эти таблицы по столбцу Оценка, хотя по смыслу это для нас одно и то же, но то, что интуитивно понятно человеку, совсем не понятно «умному» компьютеру. Это проблема систем с искусственным интеллектом, которые могут решать весьма сложные интеллектуальные задачи, трудные для рядового инженера, но иногда пасуют перед простейшими интуитивными ассоциациями, понятными любому школьнику. И это необходимо учитывать. Поэтому проект базы данных должен быть очень точен и выверен. Фактически проект базы данных — это фундамент будущего программного комплекса, который будет использоваться достаточно долго и многими пользователями. И как в любом здании, можно достраивать мансарды, переделывать крышу, можно даже менять окна, но заменить фундамент, не разрушив всего здания, невозможно. Этапы жизненного цикла базы данных изображены на рисунке 1 Они аналогичны, в основном, развитию любой программной системы, однако в них есть определенная специфика, касающаяся только баз данных. Процесс проектирования БД представляет собой последовательностьпереходов от неформального словесного описания информационнойструктуры предметной области к формализованному описанию объектовпредметной области в терминах некоторой модели. В общем случае можновыделить следующие этапы проектирования: Системный анализ и словесное описание информационных объектов предметной области. Проектирование инфологической модели предметной области — частично формализованное описание объектов предметной области в терминах некоторой семантической модели, например, в терминах ER- модели. Даталогичеcкое или логическое проектирование БД, то есть описание БД в терминах принятой даталогической модели данных. Физическое проектирование БД, то есть выбор эффективного размещения БД на внешних носителях для обеспечения наиболее эффективной работы приложения. Если мы учтем, что между вторым и третьим этапами необходимо принять решение, с использованием какой стандартной СУБД будет реализовываться наш проект, то условно процесс проектирования БД можно представить последовательностью выполнения пяти соответствующих этапов (рисунок 2). Рассмотрим более подробно этапы проектирования БД. Аномалии схем базы данных. Функциональная зависимость.Аномалиями будем называть такую ситуацию в таблицах БД, которая приводит к противоречиям в БД либо существенно усложняет обработку данных. Выделяют три основные вида аномалий: аномалии модификации (или редактирования), аномалии удаления и аномалии добавления. Аномалии модификации проявляются в том, что изменение значения одного данного может повлечь за собой просмотр всей таблицы и соответствующее изменение некоторых других записей таблицы. Аномалии удаления состоят в том, что при удалении какого-либо данного из таблицы может пропасть и другая информация, которая не связана напрямую с удаляемым данным. Аномалии добавления возникают в случаях, когда информацию в таблицу нельзя поместить до тех пор, пока она неполная, либо вставка новой записи требует дополнительного просмотра таблицы. Проектирование БД является одним из этапов жизненного цикла информационной системы. Основной задачей, решаемой в процессе проектирования БД, является задача нормализации ее отношений. Метод нормальных форм является классическим методом проектирования реляционных БД. Этот метод основан на фундаментальном в теории реляционных БД понятии зависимости между атрибутами отношений. Рассмотрим основные виды зависимостей между атрибутами отношений: функциональные, транзитивные и многозначные. Понятие функциональной зависимости является базовым, так как на его основе формулируются определения всех остальных видов зависимостей. Атрибут В функционально зависит от атрибута А, если каждому значению А соответствует в точности одно значение В. Математически функциональная зависимость В от А обозначается записью А>В. Это означает, что во всех кортежах с одинаковым значением атрибута А атрибут В будет иметь также одно и то же значение. А и В могут быть составными — состоять из двух и более атрибутов. Функциональная взаимозависимость. Если существует функциональная зависимость вида А>В и В>А, то между А и В имеется взаимно однозначное соответствие, или функциональная взаимозависимость. Наличие функциональной взаимозависимости между атрибутами А и В обозначим как А-В или В-А. Частичной зависимостью (частичной функциональной зависимостью) называется зависимость неключевого атрибута от части составного ключа. Альтернативным вариантом является полная функциональная зависимость неключевого атрибута от всего составного ключа. Атрибут С зависит от атрибута А транзитивно (существует транзитивная зависимость), если для атрибутов А, В, С выполняются условия А>В и В>С, но обратная зависимость отсутствует. Между атрибутами может иметь место многозначная зависимость. В отношении R атрибут В многозначно зависит от атрибута А, если каждому значению А соответствует множество значений В, не связанных с другими атрибутами из R. Многозначные зависимости могут быть «один ко многим» (1:М), «многие к одному» (М:1) или «многие ко многим» (М:М), обозначаемые соответственно: А В, А В и А В. Взаимно независимые атрибуты. Два или более атрибута называются взаимно независимыми, если ни один из этих атрибутов не является функционально зависимым от других атрибутов. В случае двух атрибутов отсутствие зависимости атрибута А от атрибута В можно обозначить так: A¬>B. Случай, когда A¬>В и В¬>А, можно обозначить А¬=В. Выявление зависимостей между атрибутами необходимо для выполнения проектирования БД методом нормальных форм. Основной способ определения наличия функциональных зависимостей внимательный анализ семантики атрибутов. Для каждого отношения существует, но не всегда, определенное множество функциональных зависимостей между атрибутами. Причем если в некотором oтношении существует одна или несколько функциональных зависимостей, можно вывести другие функциональные зависимости, существующие в этом отношении. Существует 8 основных аксиом вывода: рефлексивности, пополнения, транзитивности, расширения, продолжения, псевдо транзитивности, объединения и декомпозиции. Перечисленные аксиомы обеспечивают получение всех функциональных задач, т. е. их совокупность применительно к процедуре вывода можно считать «функционально полной».