Relacijski model podataka i osnove relacijske algebre - 4 ... podataka/Predavanja/04 - BP - 04.tjedan.pdf · Relacijski model podataka Relacijska algebra Relacijski model podataka

Relacijski model podatakaRelacijska algebra

Relacijski model podataka i osnoverelacijske algebre

4. tjedan

T. Caric, T. Erdelic

Zavod za inteligentne transportne sustaveFakultet prometnih znanosti

Sveuciliste u Zagrebu

Baze podataka

T. Caric, T. Erdelic ITS::Baze podataka (4. tjedan)1/48


PovijestCoddova pravilaRelacijski model podataka

Pregled 1. poglavlja

Relacijski model podatakaPovijestCoddova pravilaRelacijski model podataka

Relacijska algebra




Gdje smo sada?




Povijest

I Podlogu postavio Edgar Frank Codd70-tih godina proslog stoljeca

I Pociva na matematickoj teoriji relacijskealgebre i racuna

I Pocetne implementacije su bile spore, alisu porastom racunalne snage postaleprevladavajuci model

I U relacijskom modelu je brzina zrtvovanazbog fleksibilnosti




Povijest

I 1970. E. F. CoddI A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks,I Communications of the ACM, Vol. 13, No. 6, lipanj 1970




Coddova pravila

I Nulto praviloI DBMS koji se smatra relacijskim mora upravljati bazom

podataka iskljucivo na relacijski nacin

I 1. pravilo - Predstavljanje informacijaI Sve informacije iskljucivo se predstavljene vrijednostima u

tablici tj. relacijama

I 2. pravilo - Pravilo pristupaI Svakoj zapisanoj vrijednosti moze se logicki pristupiti preko

imena ili kombinacije imena tablica, primarnog kljuca i atributa

I 3. pravilo - Tretiranje NULL vrijednostiI NULL vrijednost moze zamjeniti bilo koji tip vrijednosti i

predstavlja nepostojecu informaciju




Coddova pravila

I 4. pravilo - Relacijski pristup online katalogu bazeI Na lokalnom nivo baza podataka opisana je na isti nacin kao i

podaci, tako da se moze koristiti isti relacijski jezik za pristupkatalozima baze

I 5. pravilo - Pravilo sveobuhvatnog jezikaI Mora postojati jezik za komunikaciju sa bazom podataka koji

podrzava definiranje podataka i pogleda, manipulacijupodacima, administraciju, upravljanje transakcijama...

I 6. pravilo - Pravilo pogledaI Svi pogledi koji se po relacijskoj teoriji mogu azurirati, moraju

se moci azurirati i implementirati u model




Coddova pravila

I 7. pravilo - Visok nivo unosa, azuriranja i brisanjaI Svojstva manipulacije podacima kod dohvacanja moraju biti

moguca i pri unosu, azuriranju i brisanju podataka

I 8. pravilo - Nezavisnost fizickih podatakaI Sve aktivnosti koje poduzimaju korisnici i aplikacije prema bazi

podataka ne smiju biti ovisne o fizickom nacinu spremanjapodataka

I 9. pravilo - Nezavisnost logickih podatakaI Odnosi medu tablicama se mogu mijenjati tako de sa ne utjece

na funkcije aplikacije koje se spajaju na te tablice




Coddova pravila

I 10. pravilo - Nezavisnost integriteta podatakaI Sam DBMS mora se brinuti o integritetu podataka, a ne

aplikacije izvana

I 11. pravilo - Distribuirana nezavisnostI Aplikacija mora nastaviti operativno raditi kada se uvede

distribuirana verzija DBMS-a ili kada se distribuirana verzijacentralizira

I 12. pravilo - Pravilo o nenarusavanju integritetaI Integritet podataka ne smije biti narusen drugim putevima u

bazu podataka koja zaobilaze pravila integriteta i ogranicenja




Relacijski model podataka - objekti

I Elementi skupa objekata u relacijskom modelu podataka surelacije (ili tablice)

I Svaka relacija sadrzi listu atributa (ili stupaca)I Svaki atribut ima svoju domenu (ili tip)

I Odreduje kojeg je podatkovnog tipa vrijednost atributaI Koji raspon vrijednosti moze poprimiti

I Svaka relacija sastoji se od skupa n-torka (ili redaka)I Svaka n-torka ima vrijednosti svih atributa relacijeI N-torke sa istim vrijednostima nisu dopustene




Primjer jedne relacije




Nazivi - formalni i neformalni

Neformalni naziv Formalni naziv

Tablica Relacija

Stupac Atribut

Sve moguce vrijednosti stupca Domena

Redak N-torka

Definicija tablice Relacijska shema

Popunjenost tablice Stanje relacije

Rezultat upita Izvedeni racun




Relacijska shema

I R(a1, a2, ..., an) je relacijska shema relacije (tablice)I R predstavlja naziv relacijeI a1, a2, ..., an predstavljaju atribute relacije

I Relacijska shema - specificira kako ce podaci biti strukturiranilogicki (definicija tablice)

I Rijetko se mijenja

I Instanca sheme (podaci)- predstavlja stanje relacije(popunjenost tablice)

I Cesto se mijenja stanje relacije




Relacijska shema - primjer

I Sto je na slici iznad relacijska shema, a sto instanca sheme?

I Relacijska shema obuhvaca naziv relacije (Student) i skupatributa (JMBAG, Ime, Prezime, DatumRodjenja)

I Instanca sheme je { <0135187314, Mario, Maric,27.11.1990>, <0135188315, Jura, Juric, 17.10.1991>, ... }




Relacijska shema - primjer

I Sto je na slici iznad relacijska shema, a sto instanca sheme?I Relacijska shema obuhvaca naziv relacije (Student) i skup

atributa (JMBAG, Ime, Prezime, DatumRodjenja)I Instanca sheme je { <0135187314, Mario, Maric,

27.11.1990>, <0135188315, Jura, Juric, 17.10.1991>, ... }




Relacijska shema

I Postoje cetiri osnovna svojstva relacijske shemeI Tablica ne sadrzi dva jednaka atributaI Redosljed stupaca u tablici nije bitanI Tablica ne sadrzava dva potpuno jednaka redkaI Redosljed redaka u tablici nije bitan




Elementarni podatak

I Elementarni podatak (atomic data value) je najmanji elementrelacijskog modela

I U tablici je predstavaljen jednom celijomI Ne moze se rastaviti na manje dijelove bez gubljenja

semantickih svojstavaI Primjer naziva marke automobila MERCEDES – ima znacenjeI Elementi naziva marke automobila M,E,R,C,E,D,E,S – gube

znacenje

I Elementarni podatak se naziva i vrijednost atributa




Domena

I Domena je skup svih vrijednosti koje atribut moze poprimiti

I Svaki atribut ima samo jednu domenu

I Vise atributa u istoj tablici moze imati istu domenuI Primjer atributa i domene

I Za atribut MjestoOdrzavanjaPredavanja domena je skup svihdvorana

I Za atribut BojaAutomobila domena je skup svih bojaI Za atribut Ocjena domena su cijeli brojevi od 1 do 5




Domena

I Karakteristike domeneI Moze postojati vise atributa sa istom domenom u istoj tablici

I MjestoRodjenja i MjestoBoravkaI BojaKose, BojaAuta i BojaKuce

I Sadrzaj domene se ne mijenja s vremenomI Aktivna domena je podskup domene i sastoji se od svih

vrijednosti atributa koje su trenutno zapisane u tabliciI Sadrzaj aktivne domene se mijenja sa vremenom

I Ako imamo aute sa bojama crna, plava i zuta te tri boje sutrenutno aktivna domena

I Ako nabavimo jos jedan auto koji je zelene boje mijenja seaktivna domena tj. zelena postaje njen dio




NULL vrijednost

I Informacije koje nedostaju u relaciji iz bilo kojeg razlogaprikazuju se kao poseban oblik podatka NULL vrijednost

I 3. Coddovo pravilo - tretiranje NULL vrijednostiI NULL vrijednost moze zamjeniti bilo koji tip vrijednosti i

predstavlja nepostojecu informacijuI Omogucuje baratanje s vrijednostima koje ne postoje

upotrebom relacijske algebreI Neovisna je o tipu podatka i razlicita je od svih ostalih

vrijednosti




NULL vrijednost - primjer

I Sa NULL vrijednosti se prikazuju podaci koji nedostaju tj.nisu poznati u tome trenutku

I NULL vrijednost je razlicita od primjericeI 0 - u brojcanim tipovima podatakaI ” ” - praznine u znakovnim tipovima




Primarni kljuc

Primarni kljuc

Primarni kljuc je atribut ili skup atributa koji na jedinstven nacinidentificira/ju svaku n-torku u relaciji (redak u tablici)

I 2. Coddovo pravilo - pravilo pristupaI Svakoj zapisanoj vrijednosti moze se logicki pristupiti preko

naziva ili kombinacije naziva relacija, primarnog kljuca iatributa




Primarni kljuc - osnovni uvjeti

I Primarni kljuc mora zadovoljavati tri osnovna uvjeta

1. Jedinstvenost - u tablici ne mogu postojati dva retka s istomvrijednoscu primarnog kljuca

2. Minimalnost - ako je primarni kljuc slozen tj. sastoji se od viseatributa, tada se niti jedna njegova komponenta ne mozeukloniti, a da se ne narusi pravilo jedinstvenosti

3. Pravilo integriteta primarnog kljucaI Niti jedna komponenta primarnog kljuca ne smije imati NULL

vrijednost ( kardinalitet(1,1))I Pravilo integriteta posljedica je pravila minimalnosti - ako bi

neki atribut koji je dio primarnog kljuca mogao poprimitiNULL vrijednost to znaci da se n-torke relacije moguidentificirati bez njega

I Iz toga proizlazi da takav atribut uopce ne treba biti dioprimarnog kljuca tj. narusilo bi se pravilo minimalnosti




Primarni kljuc - primjer

I Uz pomoc prirodne relacijske operacije selekcije moguce jedohvatiti svaku pojedinu n-torku prema atributu JMBAG kojije primarni kljuc relacije Student

I Primarni kljuc se moze sastojati od od vise atributa




Strani kljuc

Strani kljuc

Strani kljuc predstavlja primarni kljuc jedne tablice, koji se kaoveza prema svojoj originalnoj tablici javlja u drugoj tablici

I Veze izmedu tablica u relacijskom modelu se ostvarujupomocu njega

I Veze se ostvaruju stvarnim zapisom i o njima se brine samkorisnik

I Strani kljuc uvijek referencira neki primarni kljuc




Strani kljuc - primjer



UvodOperacije relacijske algebreLogicke operacije

Pregled 2. poglavlja

Relacijski model podataka

Relacijska algebraUvodOperacije relacijske algebreLogicke operacije




Uvod

I Relacijska algebra podrazumijeva definiranje operacija nadtablicama (relacijama)

I Na osnovu nje je nastao jezik za upite u relacijskim bazamapodataka

I Karakteristika relacijske algebre je njezina proceduralnost -navodi se redoslijed operacija koje se provode nad relacijama




Operacije relacijske algebre

I Operacije relacijske algebre suI Unija (T := R ∪ S)I Presjek (T := R ∩ S)I Razlika (T := R − S)I Kartezijev produkt (T := R x S)I Projekcija (T := R[a])I Selekcija (T := R where a = x)I Dijeljenje (T := R ÷ S)I Spajanje

I Inner join (T := R BCS)I Left outer join (T := R BCLOS)I Right outer join (T := R BCROS)I Full outer join (T := R BCFOS)

I Preimenovanje (ρ)I Agregacija i grupiranje




Unija

I Unija skupova R i S je skup T koji je skup svih elemenata kojisu clanovi ili skupa A ili skupa B

T := R ∪ S




Presjek

I Presjek skupova R i S je skup T koji je skup svih elemenatakoji su clanovi i skupa A i skupa B

T := R ∩ S




Razlika

I Razlika skupova R i S je skup T koji se sastoji od svihelemenata koji pripadaju skupu R a ne pripadaju skupu S

T := R − S




Produkt

I Produkt skupova R i S je skup T koji se sastoji od svihkombinacija uredenih parova skupova R i S

I Jos se naziva i Kartezijev produkt

T := R x S




Pravila

I Za operacije unije, presjeka i produkta vrijede pravilaasocijativnosti i komutativnosti

I (R ∪ S) ∪ T = R ∪ (S ∪ T ) = R ∪ S ∪ TI (R ∩ S) ∩ T = R ∩ (S ∩ T ) = R ∩ S ∩ TI (R x S) x T = R x (S x T ) = R x S x T

I Meduovisnost operacijaI R ∩ S = R − (R − S) = S − (S − R)I R − S = R − (R ∩ S)




Projekcija

I Operacijom projekcije (T := R[a]) tablice nad atributimaizdvajaju se atributi tablice na kojima se vrsi projekcija

I Projekcija tablice R nad atributima A jest tablica T sazaglavljem head(T ) = {A} koja sadrzava sve redove koji susadrzani u tablici R

I Kao rezultat operacije projekcije dobije se nova tablica kojapredstavlja vertikalni podskup zadane tablice




Selekcija

I Selekcija (T := R where a = x) nad tablicom R izdvaja skupredova koji zadovoljavaju postavljeni uvjet

I Rezultat operacije selekcije sadrzi sve atribute kao i izvornatablica, ali samo one redove koji zadovoljavaju trazeni uvjet

I Dobivena tablica predstavlja horizontalni podskup izvornetablice




Dijeljenje

I Ako je R relacija stupnja n, a S relacija stupnja m i neka susvi atributi od S pojavljuju i u R

I Rezultat djeljenja (R ÷ S) je skup svih (n −m)-torki < x >takvih da se n-torke < x , y > pojavljuje u R za sve m-torke< y > u S

I Sa x i y su oznacene grupe od jednog ili vise vrijednostiatributa, dok stupanj relacije govori koliko pojedina relacijasadrzi atributa




Unutrasnje spajanje

I Operacijom untrasnjeg spajanja (T := R BCS) povezuju setablice na nacin da se spajaju redovi tablica po istimvrijednostima zajednickog atributa

I Spajaju se redovi koji u stupcima istog naziva u obje tabliceimaju istu vrijednost




Lijevo vanjsko spajanje

I Operacijom lijevog vanjskog spajanja (T := R BCLOS)prosiruje se unutarnje spajanje

I Na unutrasnje spajanje dodaju se oni elementi tablice s lijevestrane koji ne sudjeluju u vezi




Desno vanjsko spajanje

I Operacijom desnog vanjskog spajanja (T := R BCROS)prosiruje se unutarnje spajanje

I Na unutrasnje spajanje dodaju se oni elementi tablice s desnestrane koji ne sudjeluju u vezi




Potpuno vanjsko spajanje

I Operacijom potpunog vanjskog spajanja (T := R BCFOS)dobije se unija lijevog i desnog vanjkog spajanja relacija

I Vrijedi da je

T := R BCFOS = R BCLOS ∪ R BCROS




Preimenovanje

I Ako je zadana relacija R(A1,A2, ...,An) moguce jeI Preimenovanje relacije: operacijom preimenoanja ρs(R)

dobiva se relacija S koja ima jednaku relacijsku shemu isadrzaj kao i relacija R

I Preimenovanje relacije i atributa: operacijom preimenoanjaρs(B1,B2,...,Bn)(R) dobiva se relacija S cija relacijska shemaumjesto atributa (A1,A2, ...,An) sadrzi atribute(B1,B2, ...,Bn), a sadrzaj relacije S jednak je sadrzaju relacijeR




Prioriteti operatora

I Prioritet operatora je sljedeci

1. Projekcija2. Selekcija3. Spajanje, Djeljenje4. Razlika5. Unija, Presjek




Logicke operacije

I Logicke operacije cesto se primjenjuju u relacijskoj algebri kodoperacije selekcije tj. kod postavljanja slozenijih upita zaizdvajanje redaka iz tablice

I Logicki operatori su AND, OR i NOT

I Operatori AND i OR su binarni dok je operator NOT unaran




Logicke operacije - unutrasnja veza (1/4)

I Unutrasnju vezu moze se izraziti kombinacijom produkta,selekcije i projekcije...





I 1. KORAK: Operacija Kartezijevog produkta C := R X S





I 2. KORAK: Izdvajanje redaka gdje atributi istog naziva u objetablice imaju istu vrijednost

I D := C where R.B = S .BI D := (R X S) where R.B = S .B

I Rezultantna tablica ima jedan atribut vise u odnosu na rezultatoperacije unutrasnje veze





I 3. KORAK: projekcija: T := D[A,R.B,C ,D]




Pitanja


Relacijski model podataka i osnove relacijske algebre - 4 ... podataka/Predavanja/04 - BP - 04.tjedan.pdf · Relacijski model podataka Relacijska algebra Relacijski model podataka

Documents