Тема 7. Базы данных.

Базы данных. Системы управления базами данных и базами знаний. Объекты баз данных. Основные операции с данными. Назначение и основы использования систем искусственного интеллекта; базы знаний, экспертные системы, искусственный интеллект.

В настоящее время успешное функционирование различных фирм, организаций и предприятий просто не возможно без развитой информационной системы, которая позволяет автоматизировать сбор и обработку данных. Обычно для хранения и доступа к данным, содержащим сведения о некоторой предметной области, создается база данных.

Базаданных (БД) — именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.

Под предметной областью принято понимать некоторую область человеческой деятельности или область реального мира, подлежащих изучению для организации управления и автоматизации, например, предприятие, вуз и.т.д.

Системауправлениябазамиданных (СУБД) — совокупность языковых и про­граммных средств, предназначенных для создания, наполнения, обновления и удаления баз данных.

Система специальным образом организованных данных – баз данных, программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования называется банком данных.

Основополагающими понятиями в концепции баз данных являются обобщенные категории «данные» и «модель данных».

Понятие «данные» в концепции баз данных — это набор конкретных значений, параметров, характеризующих объект, условие, ситуацию или любые другие фак­торы. Модель данных — это некоторая абстракция, которая, будучи приложима к кон­кретным данным, позволяет пользователям и разработчикам трактовать их уже как информацию, то есть сведения, содержащие не только данные, но и взаимо­связь между ними.

С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними. В зависимости от вида организации данных различают следующие важнейшие модели БД:

· иерархическую

· сетевую

· реляционную

· объектно-ориентированную

Реляционная БД получила свое название от английского термина relation (отношение). Была предложена в 70-м году сотрудником фирмы IBM Эдгаром Коддом. Реляционная БД представляет собой совокупность таблиц, связанных отношениями. Достоинствами реляционной модели данных являются простота, гибкость структуры. Кроме того ее удобно реализовывать на компьютере. Большинство современных БД для персональных компьютеров являются реляционными.

Коммерческие системы на основе реляционной модели данных начали появляться в конце 70-х – начале 80-х годов. В настоящее время существует несколько сотен ти­пов различных РСУБД как для мейнфреймов, так и для микрокомпью­теров, хотя многие из них не полностью удовлетворяют точному определению реля­ционной модели данных. Примерами РСУБД для персональных компьютеров являются СУБД Access и FoxPro фирмы Microsoft, Paradox и Visual dBase фирмы Borland, а также R:Base фирмы Microrim.

Благодаря популярности реляционной модели многие нереляционные системы те­перь обеспечиваются реляционным пользовательским интерфейсом, независимо от используемой базовой модели.

Реляционная модель основана на математическом понятии отношения, физическим представлением которого является таблица. Атрибут - это поименованный столбец отношения.

Домен – это набор допустимых значений для одного или нескольких атрибутов.

Элементами отношения являются кортежи, или строки, таблицы. Кортеж – это строка отношения. Кортежи могут располагаться в любом порядке, при этом отношение будет оставать­ся тем же самым, а значит, и иметь тот же смысл.

Описание структуры отношения вместе со спецификацией доменов и любыми другими ограничениями возможных значений атрибутов иногда называют его заго­ловком (или содержанием (intension)). Обычно оно является фиксированным, до тех пор пока смысл отношения не изменяется за счет добавления в него дополнительных атрибутов. Кортежи называются расширением (extension), состоянием (state) или те­лом отношения, которое постоянно меняется.

Степень отношения определяется количеством атрибутов, кото­рое оно содержит.

Отношение только с одним атрибутом имеет степень 1 и называется унарным (unary) отношением (или 1-арным кортежем). Отношение с двумя атрибутами называется бинарным (binary), отноше­ние с тремя атрибутами – тернарным (ternary), а для отношений с большим количеством атрибутов используется термин n-арный (n-ary). Определение степени отношения является частью заголовка отношения.

Количество содержащихся в отношении кортежей называется кардинальностью отношения. Эта характеристика меняется при каждом добавлении или удалении кортежей. Кардинальность является свойством тела отношения и определяется те­кущим состоянием отношения в произвольно взятый момент.

Отношение обладает следующими характеристиками:

· оно имеет имя, которое отличается от имен всех других отношений;

· каждая ячейка отношения содержит только атомарное (неделимое) значение;

· каждый атрибут имеет уникальное имя;

· значения атрибута берутся из одного и того же домена;

· порядок следования атрибутов не имеет никакого значения;

· каждый кортеж является уникальным, т.е. дубликатов кортежей быть не может;

· теоретически порядок следования кортежей в отношении не имеет никако­го значения. (Однако практически этот порядок может существенно по­влиять на эффективность доступа к ним.)

Записи в таблице могут зависеть от одной или несколь­ких записей другой таблицы. Такие отношения между таблицами называются связями. Связь определяется следующим образом: поле или несколько полей одной таблицы, называемое внешним ключом, ссылается на первичный ключ другой таблицы.

Типы связей. Существует три типа связей между таблицами.

Один к одному — каждая запись родительской таблицы связана только с одной запи­сью дочерней. Такая связь встречается на практике намного реже, чем отношение один ко многим и реализуется путем определения уникального внешнего ключа. Связь один к одному используют, если не хотят, чтобы таблица «распухала» от большого числа полей. Базы данных, в состав которых входят таблицы с такой связью не могут считаться полностью нормализованными.

Один ко многим — каждая запись родительской таблицы связана с одной или не­сколькими записями дочерней. Например, один клиент может сделать несколько заказов, однако несколько клиентов не могут сделать один заказ. Связь один ко многим является самой распространенной для реляционных баз данных.

Многие ко многим — несколько записей одной таблицы связаны с несколькими записями другой. Например, один автор может написать несколько книг и не­сколько авторов — одну книгу. В случае такой связи в общем случае невозможно определить, какая запись одной таблицы соответствует выбранной записи другой таблицы, что делает неосуществимой физическую (на уровне индексов и триггеров) реализацию такой связи между соответствующими таблицами. Поэтому перед переходом к физической модели все связи "многие ко многим" должны быть переопределены (некоторые CASE-средства, если таковые используются при проектировании данных, делают это автоматически). Подобная связь между двумя таблицами реализу­ется путем создания третьей таблицы и реализации связи типа «один ко многим» каждой из имеющихся таблиц с промежуточной таблицей.

Литература: [1], с. 5-19; [2], с. 135-156.