Объекты предметной области и связи между ними

При разработке базы данных сначала исследуется предметная область (например, «Университет»). В ней выделяются основные объекты. Они могут быть реальными («Студент») или абстрактными («Дисциплина»). Каждый объект характеризуется набором свойств – атрибутов объекта (поля данных). Для каждого объекта атрибуты заполняются определенными значениями. Атрибуты могут быть простыми и ключевыми.

Ключевой атрибут (ключ) – это отдельные элементы данных, по которым можно определить все остальные элементы данных («Номер зачетной книжки»). Ключ может быть простым или составным («Фамилия», «Имя», «Отчество»).

После определения основных объектов предметной области с помощью их ключевых атрибутов устанавливаются связи между этими объектами:

a)   1:1 ("один к одному») – каждому экземпляру объекта А соответствует только один экземпляр объекта В и наоборот (рисунок 17).

Рисунок 17 – Связь «один к одному»

b)   1:М («один ко многим») – каждому экземпляру объекта А может соответствовать 0, 1 или несколько экземпляров объекта В, однако каждому экземпляру объекта В соответствует только 1 экземпляр объекта А (рисунок 18).

Рисунок 18 – Связь «один ко многим»

c)   М:М («многие ко многим») – каждому экземпляру объекта А соответствует 0, 1 или несколько экземпляров объекта В и наоборот (рисунок 19).

Рисунок 19 - Связь «многие ко многим»

Выделенные основные объекты предметной области с установленными связями между ними представляют собой инфологическую модель.

Отношения

Объект предметной области может быть представлен в виде таблицы-отношения  – таблицы особого рода, у которой:

· каждая строка содержит информацию об одном экземпляре объекта (строка отношения - кортеж);

· все столбцы однородные, то есть все элементы в столбце имеют одинаковый тип и длину, имеют имя и содержат информацию об отдельном атрибуте объекта;

· каждый элемент представляет собой один элемент данных об объекте;

· все строки и столбцы уникальны (нет повторений);

· в таблицах нет пустых ячеек.

Базы данных, основанные на таблицах-отношениях, называются реляционными  (relation - отношение). Набор отношений (таблиц) используется в БД для хранения информации об объектах реального мира и моделирования связей между ними. Например, для хранения объекта «студент» используют отношение СТУДЕНТ, в котором свойства объекта располагаются в столбцах таблицы, являющихся атрибутами объекта (таблица 8):

     Таблица 8 – Отношение СТУДЕНТ

Список имен атрибутов отношения называется схемой отношения. Схему отношения СТУДЕНТ можно записать так:СТУДЕНТ = (Фамилия,Возраст, Группа).

Реляционная БД – набор взаимосвязанных отношений. Каждое отношение (таблица) в ЭВМ представляется в виде файла записей.

Над таблицами - отношениями можно выполнять восемь различных операций теории множеств и реляционной алгебры (объединение, выборка, проекция, пересечение, сложение, умножение, разность, деление). Вследствие этого из введенных (базовых) отношений можно получать много новых (вычисляемых) таблиц - отношений (отчетов, выборок, запросов и т.п.).

Благодаря тому, что информация в базах данных представлена в двух видах – хранимая информация (исходные, введенные таблицы) и вычисляемая информация (таблицы, полученные на основании исходных), можно существенно экономить память и ускорить процесс обработки этой информации.

Для создания простой и надёжной базы данных необходимо нормализовать отношения. Нормализация отношений – пошаговый процесс разложения отношений на более мелкие и простые. Не смотря на увеличение при этом количества отношений, операции доступа к данным существенно ускоряются благодаря улучшению корректности, устранению дублирования и обеспечению непротиворечивости данных в базе.

Существует несколько нормальных форм:

1-я нормальная форма. Отношение считается находящимся в первой нормальной форме, если все его атрибуты – неделимые (простые). К примеру, приведенное ниже на рисунке 20 отношение не нормализовано, поскольку содержит сложный атрибут Спорт. Чтобы привести это отношение к нормализованному виду, нужно избавиться от этого сложного атрибута.

Рисунок 20 – Приведение к первой нормальной форме

В полученном отношении ключ является составным, состоящим из атрибутов Фамилияи Вид спорта.

2-я нормальная форма. Отношение считается находящимся во второй нормальной форме, если все его атрибуты зависят от составного ключа в целом, а не от его частей. Следовательно, если отношение находится в первой нормальной форме и имеет простой, а не составной ключ, то оно автоматически находится и в первой, и во второй нормальной форме.

Например, в отношении ВЕДОМОСТЬ(рисунок 21), имеющем составной ключ «Студент, Дисциплина»,  атрибут Лекторзависит только от Дисциплины, а не от всего ключа. Это отношение можно нормализовать, «разбив» его на два отношения УСПЕВАЕМОСТЬ и  ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:

ВЕДОМОСТЬ = (Студент, Дисциплина, Лектор, Оценка)

УСПЕВАЕМОСТЬ = (Студент, Дисциплина, Оценка)   ПРЕПОДАВАТЕЛЬ = (Дисциплина, Лектор)

Рисунок 21 – Приведение ко второй нормальной форме

3-я нормальная форма. Отношение считается находящимся в третьей нормальной форме, если устранены зависимости между не ключевыми атрибутами (транзитивные зависимости). Например, в отношении ПРЕДМЕТ = (Название, Лектор, Кафедра, Телефон) не ключевой атрибут Телефон зависит от не ключевого атрибута Кафедра.

Для устранения транзитивной зависимости необходимо «расщепить» исходное отношение на два ДИСЦИПЛИНА = (Название, Лектор, Кафедра) и ДАННЫЕ КАФЕДРЫ = (Кафедра, Телефон).

Дальнейшее упрощение таблиц связано с дальнейшим ограничением типов зависимости между атрибутами отношений.

После нормализации отношений и установления связей между ними формируется инфологическая модель предметной области. Ниже (на рисунке 22) представлен пример инфологической модели фирмы, оформляющей сделки с заказчиками через своих сотрудников-менеджеров: