Понятие ключа. Виды ключей и их назначение

В данной теме, на примере двух таблиц, определяются основные понятия реляционных баз данных, а именно:

• первичный ключ;
• внешний ключ;
• простой и составной ключ;
• отношение, типы отношений;
• искусственный и естественный ключи;
• главная (master) и подчиненная (detail) таблицы.

Входные данные

Пусть задана база данных работников предприятия, которая состоит из двух таблиц. Первая таблица содержит данные о работнике. Вторая таблица содержит сведения о заработной плате работника.

Таблицы имеют следующую структуру.

«Работник» . Содержит данные о работнике «Зарплата» . Содержит сведения о заработной плате работников.

Вопрос/ответ

1. Что такое первичный ключ в таблице базы данных? Для чего используются первичные ключи?

При работе с таблицами в реляционных базах данных, желательно (необходимо), чтобы каждая таблица имела так называемый первичный ключ .

Первичный ключ – это поле, которое используется для обеспечения уникальности данных в таблице. Это означает, что значение (информация) в поле первичного ключа в каждой строке (записи) таблицы может быть уникальным.

Уникальность необходима во избежание неоднозначности, когда неизвестно к какой записи таблицы можно обратиться, если в таблице есть повторяющиеся записи (две записи имеют одинаковые значения во всех полях таблицы).

Пример. Для таблицы «Работник» можно ввести дополнительное поле, которое будет первичным ключом. Однако, поле (атрибут) «Табельный номер» также обеспечивает уникальность. Так как, теоретически, не может быть двух одинаковых табельных номеров. На практике могут быть случаи, что один и тот же табельный номер будет введен по ошибке и совпадут значения всех полей таблицы. В результате возникнут два одинаковых записи в таблице. Во избежание такой ошибки, лучше создать в таблице дополнительное поле-счетчик, которое обеспечит уникальность.

Также для таблицы «Зарплата» можно ввести дополнительное поле, которое будет первичным ключом.

2. Что такое отношение (связь) между таблицами (relationship)? Пример

Таблицы в реляционной модели данных могут иметь связи между собой. Такие связи называются отношениями. Для таблиц «Работник» и «Зарплата» можно установить связь по полю «Табельный номер».

Пример. Проанализируем таблицы «Работник» и «Зарплата». В этих таблицах можно установить отношение между таблицами на основе поля «Табельный номер». То есть, связь между таблицами происходит на основе поля (атрибуту) «Табельный номер».

Это означает следующее. Если нужно найти начисленную заработную плату в таблице «Зарплата» для работника Иванов И.И., то нужно выполнить следующие действия:

• найти табельный номер работника Иванов И.И. в таблице «Работник». Значение табельного номера равно 7585;
• в таблице «Зарплата» найти все значения, которые равны 7585 (табельный номер);
• выбрать из таблицы «Зарплата» все значения поля «Начислено», которые соответствуют табельному номеру 7585.

Рис. 1. Иллюстрация связи между таблицами. Табельный номер 2145 таблицы «Работник» отображается в таблице «Зарплата»

Рис. 2. Связь (отношение) между полями таблиц

3. Что такое внешний ключ (foreign key)? Пример

Понятие «внешний ключ» есть важным при рассмотрении связанных таблиц.

Внешний ключ – это одно или несколько полей (атрибутов), которые являются первичными в другой таблице и значение которых заменяется значениями первичного ключа другой таблицы.

Пример. Пусть между таблицами «Работник» и «Зарплата» существует взаимосвязь по полю «Табельный номер». В этом случае, поле «Табельный номер» таблицы «Работник» может быть первичным ключом, а поле «Табельный номер» таблицы «Зарплата» внешним ключом. Это означает, что значения поля «Табельный номер» таблицы «Зарплата» заменяются значениями поля «Табельный номер» таблицы «Работник».

4. Что такое рекурсивный внешний ключ?

Рекурсивный внешний ключ – это внешний ключ, который ссылается на одну и ту же таблицу, к которой он принадлежит. В этом случае поле (атрибут), которое соответствует внешнему ключу, есть ключом одного и того же отношения (связи).

5. Могут ли первичный и внешний ключи быть простыми или составными (сложными)?

Первичный, вторичный и внешний ключи могут быть как простыми так и составными (сложными). Простые ключи – это ключи, которые содержат только одно поле (один атрибут). Составные (сложные) ключи – это ключи, которые содержат несколько полей (атрибутов).

6. Какое отличие между искусственным и естественным ключом? Пример

Естественной ключ обеспечивает уникальность из самой сущности предметной области. Бывают случаи, когда значения записей некоторого поля (полей) таблицы есть уникальными. Это поле может быть естественным ключом.

Искусственный ключ вводится дополнительно для обеспечения уникальных значений. Чаще всего искусственный ключ есть полем типа счетчик (counter). В таком поле, при добавлении новой записи (строки) в таблицу, значение счетчика увеличивается на 1 (или другую величину). Если запись удалить из таблицы, то максимальное значение счетчика строк уже не уменьшается, а остается как есть. Как правило, за этим все следит система управления базами данных.

Пример. В таблице «Работник» естественном ключом есть поле (атрибут) «Табельный номер». Поле «Табельный номер» есть само по себе уникальным, так как не может быть двух работников с одинаковым табельным номером.

В таблице «Зарплата» значение во всех четырех полях могут случайно повториться. Поэтому, здесь целесообразно добавить дополнительное поле-счетчик, которое будет искусственным ключом. В этом случае таблица «Зарплата» с дополнительным полем может иметь приблизительно следующий вид:

где поле «Номер» есть искусственным ключом, который обеспечивает уникальность.

7. Какие существуют способы выбора первичного ключа?

Существует 3 способа выбора первичного ключа:

• использовать поле-инкремент (поле-счетчик) как искусственный ключ;
• выбрать из данных одно поле, которое может обеспечить уникальность;
• выбрать из данных несколько полей, которые могут обеспечить уникальность. В этом случае ключ еще будет называться сложным (составным).

8. Что означают термины «главная таблица» (master) и «подчиненная таблица» (detail)?

Если между таблицами есть связь, то одна из них может быть главной (master), а другая подчиненной (detail). Главная таблица отображает все записи, которые помещаются в ней. Подчиненная таблица отображает только те записи, которые соответствуют значению ключа главной таблицы, который на данный момент есть активным (текущим). Если изменяется текущая запись главной таблицы, то изменяется множество доступных записей подчиненной таблицы.

Пример. Если рассмотреть таблицы «Работник» и «Зарплата», то таблица «Работник» есть главной, а таблица «Зарплата» есть подчиненной.

9. Какие существуют типы отношений (связей) между таблицами?

Существует 4 основных типа отношений между таблицами:

• «один к одному» . В этом случае каждой записи одной таблицы соответствует только одна запись другой таблицы;
• «один ко многим» . Это когда одной записи главной таблицы (master) соответствует несколько записей подчиненной таблицы (detail). То есть, каждой записи, которая есть первичным ключом одной таблицы, соответствует несколько записей связанной таблицы;
• «много к одному» . Это когда нескольким записям главной таблицы отвечает одна запись подчиненной таблицы;
• «много ко многим» . Это когда в обоих таблицах существует несколько взаимосвязанных записей.

Пример. Если рассмотреть отношение между таблицами «Работник» и «Зарплата», то это отношения есть типа «один ко многим». Таблица «Работник» есть главной. Таблица «Зарплата» есть подчиненной.

Используются в любой деятельности: в банковской и финансовой отраслях, туристическом бизнесе, складских хозяйствах, на производстве и в обучении. Они представляют собой совокупность таблиц, имеют четкие свойства и подчиняются строгим требованиям. В реляционных БД таблицы называют отношениями.

Что такое первичный ключ в БД

В базе данных первичный ключ таблицы - это один из ее столбцов (Primary key). Разберемся на примере, как это выглядит. Представим простое отношение студентов университета (назовем его "Студенты").

Нам необходимо однозначно определить студента по одному столбцу. Для этого информация в этом столбце для каждой записи должна быть уникальной. Но имеющиеся данные в этом отношении не дают нам однозначно идентифицировать запись, так как на одном курсе и одном факультете могут учиться однофамильцы, тезки и учащиеся с одинаковыми фамилиями и именами. Первичный ключ в базе данных служит для точного определения необходимой строки в отношении. Чаще всего в этом качестве используется числовое поле, автоматически возрастающее с вводом записи (автоинкрементный столбец-идентификатор).

Простой и составной первичный ключ

Primary key может быть простым и составным. Если уникальность записи определяется значением только в одном поле, как описано выше, мы имеем дело с простым ключом. Составной ключ - это первичный ключ базы данных, состоящий из двух и более полей. Рассмотрим следующее отношение клиентов банка.

Ф. И. О.	Дата рождения	Серия паспорта	Номер паспорта
Иванов П.А.	12.05.1996	75	0553009
Сергеев В.Т.	14.07.1958	71	4100654
Краснов Л.В.	22.01.2001	73	1265165

Паспорта людей могут содержать одни и те же серии либо номера, но паспортов с одним и тем же сочетанием серии и номера не существует. Таким образом, поля "Серия паспорта" и "Номер паспорта" станут составным ключом указанного отношения, однозначно идентифицируя человека.

Связи между отношениями

Итак, первичный ключ в базе данных - это один или несколько столбцов таблицы, позволяющий однозначно идентифицировать строку этого отношения. Для чего же он нужен?

Вернемся к первому примеру с отношением "Студенты". В базе данных, кроме этого отношения, хранится и другая информация, например, успеваемость каждого учащегося. Чтобы не повторять всю информацию, что уже содержится в БД, пользуются ключом, ссылаясь на нужную запись. Это выглядит так.

В двух отношениях примера мы видим поле ID. Это первичные ключи в базе данных для этих таблиц. Как видим, в успеваемости содержатся только ссылки на эти поля из других таблиц без необходимости указывать всю информацию из них.

Естественный и суррогатный ключ

Как определяют первичный ключ таблицы базы данных? Два рассмотренных нами примера - "Студенты" и "Клиенты банка" - иллюстрируют понятия естественного и суррогатного ключа. В таблице клиентов банка мы определили ключ, состоящий из полей "Номер" и "Серия паспорта", использовав уже имеющиеся столбцы. Такой ключ называется естественным, для его определения мы не производили никаких изменений и дополнений. В случае с отношением "Студенты" ни одно поле или сочетание полей не давали нам уникальности. Это вынудило нас ввести дополнительное поле с кодом учащегося. Такой ключ называется суррогатным, для него мы добавили еще один служебный столбец в таблицу. Этот столбец не несет никакой полезной информации и служит только для идентификации записей.

Внешний ключ и целостность данных в БД

Все вышеизложенное приводит нас к внешнему ключу (Foreign key) и целостности БД. Foreign key - это поле, ссылающееся на Primary key внешнего отношения. В таблице успеваемости это столбцы "Студент" и "Дисциплина". Их данные отсылают нас к внешним таблицам. То есть поле "Студент" в отношении "Успеваемость" - это Foreign key, а в отношении "Студент" это первичный ключ в базе данных.

Важным принципом построения баз данных является их целостность. И одно из ее правил - целостность по ссылкам. Это значит, что внешний ключ таблицы не может ссылаться на несуществующий Primary key другого отношения. Нельзя удалить из отношения "Студент" запись с кодом 1000 - Иванов Иван, если на нее ссылается запись из таблицы успеваемости. В правильно построенной БД при попытке удаления вы получите ошибку, что это поле используется.

Существуют и другие группы правил целостности, а также другие ограничения баз данных, которые также заслуживают внимания и должны быть учтены разработчиками.

InterBase могут использовать следующие виды ограничений:

• PRIMARY KEY - первичный ключ таблицы.
• UNIQUE - уникальный ключ таблицы.
• FOREIGN KEY - внешний ключ , обеспечивает ссылку на другую таблицу и гарантирует ссылочную целостность между родительской и дочерней таблицами .

Примечание о терминологии

Если вы похожи на автора данного курса в том, что любите искать ответы на интересующий вас вопрос комплексно, в разных трудах разных авторов, то вы не могли не заметить некоторую путаницу в определениях главная (master) -> подчиненная (detail) таблицы. Напомним, что главную таблицу часто называют родительской, а подчиненную - дочерней.

Связано это, вероятно, с тем, как интерпретируются эти определения в локальных и SQL -серверных СУБД .

В локальных СУБД главной называется та таблица , которая содержит основные данные, а подчиненной - дополнительные. Возьмем, к примеру, три связанные таблицы. Первая содержит данные о продажах, вторая - о товарах и третья - о покупателях:

Рис. 18.1.

Здесь основные сведения хранятся в таблице продаж, следовательно, она главная (родительская). Дополнительные сведения хранятся в таблицах товаров и покупателей, значит они дочерние. Это и понятно: одна дочь не может иметь двух биологических матерей, зато одна мать вполне способна родить двух дочерей.

Но в SQL -серверах баз данных имеется другое определение связей: когда одно поле в таблице ссылается на поле другой таблицы, оно называется внешним ключом . А поле , на которое оно ссылается, называется родительским или первичным ключом . Таблицу, которая имеет внешний ключ (ссылку на запись другой таблицы) нередко называют дочерней, а таблицу с родительским ключом - родительской. Еще в определении связей говорят, что родитель может иметь только одну уникальную запись , на которую могут ссылаться несколько записей дочерней таблицы .

Так что в приведенном выше примере таблица продаж имеет два внешних ключа: идентификатор товара, и идентификатор покупателя. А обе таблицы в правой части рисунка имеют родительский ключ " Идентификатор ". Поскольку один покупатель или товар могут неоднократно встречаться в таблице продаж, то получается, что обе таблицы в правой части рисунка - родители, а таблица слева - дочерняя. Поскольку сейчас мы изучаем InterBase - SQL сервер БД , этими определениями мы и будем руководствоваться в последующих лекциях. Чтобы далее не ломать голову над этой путаницей, сразу договоримся: дочерняя таблица имеет внешний ключ (FOREIGN KEY ) на другую таблицу.

PRIMARY KEY

PRIMARY KEY - первичный ключ , является одним из основных видов ограничений в базе данных. Первичный ключ предназначен для однозначной идентификации записи в таблице, и должен быть уникальным. Первичные ключи PRIMARY KEY находятся в таблицах, которые принято называть родительскими (Parent ). Не стоит путать первичный ключ с первичными индексами локальных баз данных, первичный ключ является не индексом, а именно ограничением. При создании первичного ключа InterBase автоматически создает для него уникальный индекс . Однако если мы создадим уникальный индекс , это не приведет к созданию ограничения первичного ключа . Таблица может иметь только один первичный ключ PRIMARY KEY .

Предположим, имеется таблица со списком сотрудников. Поле "Фамилия" может содержать одинаковые значения (однофамильцы), поэтому его нельзя использовать в качестве первичного ключа. Редко, но встречаются однофамильцы, которые вдобавок имеют и одинаковые имена. Еще реже, но встречаются полные тезки, поэтому даже все три поля "Фамилия" + "Имя" + "Отчество" не могут гарантировать уникальности записи, и не могут быть первичным ключом. В данном случае выход , как и прежде, в том, чтобы добавить поле - идентификатор , которое содержит порядковый номер данного лица. Такие поля обычно делают автоинкрементными (об организации автоинкрементных полей поговорим на следующих лекциях). Итак,

Первичный ключ - это одно или несколько полей в таблице, сочетание которых уникально для каждой записи .

Если в первичный ключ входит единственный столбец (как чаще всего и бывает), спецификатор PRIMARY KEY ставится при определении столбца :

CREATE TABLE Prim_1(Stolbec1 INT NOT NULL PRIMARY KEY, Stolbec2 VARCHAR(50))

Если первичный ключ строится по нескольким столбцам, то спецификатор ставится после определения всех полей:

CREATE TABLE Prim_2(Stolbec1 INT NOT NULL, Stolbec2 VARCHAR(50) NOT NULL, PRIMARY KEY (Stolbec1, Stolbec2))

Как видно из примеров, первичный ключ обязательно должен иметь ограничение столбца (столбцов) NOT NULL .

UNIQUE

UNIQUE - уникальный ключ . Спецификатор UNIQUE указывает, что все значения данного поля должны быть уникальными, в связи с этим такие поля также не могут содержать значения NULL . Можно сказать, что уникальный ключ UNIQUE является альтернативным вариантом первичного ключа, однако имеются различия. Главное различие в том, что первичный ключ должен быть только один, тогда как уникальных ключей может быть несколько. Кроме того, ограничение UNIQUE не может быть построено по тому же набору столбцов, который был использован для ограничения PRIMARY KEY или другого UNIQUE . Уникальные ключи, как и первичные, находятся в таблицах, которые являются родительскими по отношению к другим таблицам.

Столбец, объявленный с ограничением UNIQUE , как и первичный ключ , может применяться для обеспечения ссылочной целостности между родительской и дочерней таблицами . При этом внешний ключ дочерней таблицы будет ссылаться на это поле (поля). Как и в случае первичного ключа, при создании уникального ключа, для него автоматически будет создан уникальный индекс . Но не наоборот. Пример создания таблицы с одним первичным и двумя уникальными ключами:

CREATE TABLE Prim_3(Stolbec1 INT NOT NULL PRIMARY KEY, Stolbec2 VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE, Stolbec3 FLOAT NOT NULL UNIQUE)

FOREIGN KEY

FOREIGN KEY - внешний ключ . Это очень мощное средство для обеспечения ссылочной целостности между таблицами, которое позволяет не только следить за наличиями правильных ссылок, но и автоматически управлять ими. Внешние ключи содержатся в таблицах, которые являются дочерними (Child ) по отношению к другим таблицам. Ссылочная целостность обеспечивается именно внешним ключом, который ссылается на первичный или

Определены три основных класса сущностей:

1) Стержневые – независимая сущность. Названия помещены в прямоугольник.

2) Ассоциативные – связь вида многие ко многим между двумя или более сущностями. Ассоциации рассматриваются как полноправная сущность. Могут участвовать в других ассоциациях и обладать набором атрибутов.

a. Обозначения (обозначающая сущность) – связи вида многие к одной или одна к одной между двумя сущностями. Отличается от характеристики тем, что не зависит от обозначающей сущности.

3) Характеристические (характеристика) – связь вида многие к одной или одна к одной между двумя сущностями. Является частным случаем ассоциации. Единственная цель характеристики – описание или уточнение некоторой другой сущности. Существование характеристики полностью зависит о характеризуемой сущности.

Ключ или потенциальный ключ – лишь набор атрибутов, по значениям которых, можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности.

Минимальность означает, что лексически из набора любого атрибута не позволяет идентифицировать сущность по оставшимся.

Один из ключей принимается за первичный ключ а остальные называются альтернативными. Потенциально ключ, состоящий из одного атрибута, называются простыми. Не допускается, чтобы первичный ключ стержневой сущности принимал неопределенное значение, иначе возникает противоречивая ситуация – появится не обладающий индивидуальностью, и, следовательно, не существующий экземпляр стрежневой сущности. По тем же причинам необходимо обеспечить уникальность первичного ключа.

Если сущность С связывает сущности А и В, то она должна включать внешние ключи, соответствующие первичным ключам сущностей А и В.

Для каждого внешнего ключа необходимо решить три вопроса:

1) Может ли дополнительный внешний ключ принимать неопределенные значения (null-значения), короче говоря, может ли существовать некоторый экземпляр сущности, для которого известна целевая сущность, указанная внешним ключом.

2) Что должно происходить при попытке удаления целевой сущности, на которую ссылается внешний ключ.

Существуют три возможности решения данного вопроса:

· Каскадирование

· Ограничение

· Установление в определенное значение

3) Что должно происходить при попытке обновления первичного ключа целевой сущности, на который ссылается некоторый внешний ключ.

Таким образом, для каждого внешнего ключа в проекте базы данных необходимо специализировать не только поле или комбинацию полей, составляющих этот внешний ключ, но так же ответы на приведенные выше вопросы.

Типы данных и домены.

Реляционная модель данных характеризуется простой структурой данных и удобным для пользователя представлением.

Реляционная модель рассчитана на организацию данных в виде двумерных таблиц. Реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:

1) Каждый элемент таблицы – один элемент данных

2) Все столбцы в таблице однородны – все элементы в столбце имеют одинаковый тип и длину данных

3) Каждый столбец имеет уникальное имя

4) Одинаковые строки в таблице отсутствуют

5) Порядок следования строки столбцов может быть произвольным

Типы данных

Любые данные, используемые в программировании, имеют свои типы данных. Реляционная модель требует, чтобы типы используемых данных были простыми.

Как правило, типы данных делятся на три группы:

1) Простые типы данных

2) Структурированные типы данных

3) ссылочные типы данных

Простые (атомарные) типы данных не обладают внутренней структурой. Данные такого типа называют скалярными. К ним относятся логические, числовые, строковые типы данных. Понятие атомарности довольно относительно. Так, строковый тип данных можно рассматривать как одномерный массив символов, а целый тип данных как набор битов. Важно здесь лишь то, что при переходе на такой низкий уровень теряется семантика, то есть смысл данных.

Структурирование типов данных предназначено для задания сложных структур данных, которые конструируются из составляющих элементов, которые в свою очередь могут обладать внутренней структурой (массивы, записи, структуры).

Ссылочный тип данных предназначен для обеспечения возможности указания на другие данные. Этот тип данных предназначен для языков процедурного типа, в которых есть области памяти для хранения данных.

Для реляционной модели данных тип используемых данных не так важен. Требование того, чтобы тип данных был простым нужно понимать так, что в реляционных операциях не должна учитываться внутреннее структура данных.

Домен porno.ru

В реляционной модели данных понятие типа данных тесно связано с понятие домен, которое можно считать уточнением типа данных.

Домен – семантическое понятие. Его можно рассматривать как подмножество значений некоторого типа данных.

Свойства домена:

1) домен имеет уникальное имя в пределах базы данных

2) домен определен на некотором простом типе данных или на другом домене

3) домен может иметь некоторое логическое условие, позволяющее описать подмножество данных, допустимых для данного домена.

4) домен несет некоторую смысловую нагрузку

Например, некоторый домен D, имеющий смысл «возраст сотрудника» можно описать как некоторое подмножество множества натуральных чисел

D={nϵN: n ≥ 18 and n ≤ 60}

Отличие домена понятия подмножества состоит именно в том, что домен отражает семантику определенной предметной области. Может быть несколько доменов, совпадающих как подмножество, но несущие различный смысл. Например, домены «вес детали» и «имеющееся количество» можно одинаково описать как множество неотрицательных целых чисел, но смысл этих доменов будет различным, и это буду различные домены. Основное значение домена состоит в том, что домены ограничивают сравнения. Некорректно с логической точки зрения сравнивать значения различных доменов, даже если они имеют одинаковый тип. Синтаксически правильно выдать список всех деталей, у которых вес детали больше имеющегося количества не соответствует смыслу понятий количества и веса.

5. Отношения и их свойства, атрибуты и кортежи.
Понятие отношения является фундаментальным понятием реляционной модели данных. Атрибут отношения: <Имя_атрибута: Имя_домена>. Имена атрибутов должны быть уникальными в пределах отношения. Часто имена атрибутов совпадают с именами соответствующих доменов. Некоторое отношение R, определенное на множестве доменов D 1 ,D 2 ,…D n содержит две части: заголовок и тело. Заголовок отношения содержит фиксированное количество атрибутов отношения.

(,,…)

Тело отношения содержит множество картежей отношений. Каждый картеж отношений представляет собой множество пар вида

<Имя_атрибута: Значение_атрибута>

(,,… ).

При этом значение Val i принадлежит атрибуту A i D i . значение записывается:

R (,,…).

Число атрибутов в отношении называют степенью или арностью отношения. Число картежей отношения называют мощностью отношения. Заголовок отношения описывает декартово произведение доменов, на котором задано отношение. Заголовок статичен. Он не меняется в процессе работы с базой данных. Если в отношении изменены, добавлены или удалены атрибуты, в результате получается другое отношение. Тело отношения представляет собой набор картежей, то есть подмножество декартового произведения доменов и является отношением в математическом смысле слова. Тело отношения может изменяться во время работы с базой данных, то есть картежи могут изменяться, прибавляться и так далее.

Реляционной базой данных называется набор отношений. Схемой реляционных баз данных называется набор заголовков отношений, входящий в базу данных.

Хотя любое отношение можно изобразить в виде таблицы, но отношения не являются таблицей. Это близкие но не соответствующий понятия. Термины, которыми оперирует реляционная модель данных имеет соответствующие «табличные» синонимы.

Свойства отношений

В свойствах отношений в основном состоят различия между отношениями

1) В отношении не одинаковых картежей.

Тело отношения – это множество картежей и как всякое множество не может содержать неразличимые элементы. Таблицы в отличие от отношений могут содержать одинаковые строки.

2) Картежи не упорядочены (сверху вниз) так как тело отношения – множество.

Одно и то же отношение не может быть изображено разными таблицами, в которых строки идут в различном порядке

3) Атрибуты не упорядочены слева направо. Так как каждый атрибут имеет уникальное имя в пределах отношения, то порядок атрибутов не имеет значения. Одно и то же отношение может быть изображено разными таблицами, в которых столбцы идут в различном порядке.

4) Все значения атрибутов атомарны.

Из свойств отношения следует, что не каждая таблица может задавать отношения. Для этого ей требуется иметь простую структуру, не содержать одинаковых строк, любой ее столбец должен содержать данные только одного типа, при этом все используемые типы данных должны быть простыми.

Проблема логического проектирования реляционной базы данных состоит в обоснованном принятии решения о том, из каких отношений должна состоять база данных и какие атрибуты должны быть у этих отношений.

В реляционной модели данных фиксируется два базовых требования целостности, которые должны поддерживаться в любой реляционной СУБД.

1) Требование целостности сущностей, которое состоит в том, что любой картеж любого отношения должен быть отличим от любого другого картежа этого отношения, то есть любое отношение должно содержать первичный ключ.

2) Требование целостности по ссылкам (требование целостности внешних ключей) состоит в том, что для каждого значения внешнего ключа в отношении, на которое ведет ссылка,. Должен найтись картеж с таким же значением первичного ключа, либо значение внешнего ключа должно быть неопределенным.

• Перевод

Выкладываю продолжение перевода цикла статей для новичков.
В настоящих и последующих - больше информации по существу.
Начало - .

4. ТАБЛИЦЫ И ПЕРВИЧНЫЕ КЛЮЧИ

Как вы уже знаете из прошлых частей, данные хранятся в таблицах , которые содержат строки или по-другому записи . Ранее я приводил пример таблицы, содержащей информацию об уроках. Давайте снова на нее взглянем.

В таблице имеются 6 уроков. Все 6 – разные, но для каждого урока значения одинаковых полей хранятся в таблице, а именно: tutorial_id (идентификатор урока), title (заголовок)и category (категория). Tutorial_id – первичный ключ таблицы уроков. Первичный ключ – это значение, которое уникально для каждой записи в таблице.
В таблице клиентов ниже customer_id – первичный ключ. В данном случае первичный ключ – также уникальное значение (число) для каждой записи.

Первичные ключи в повседневной жизни

В базе данных первичные ключи используются для идентификации. В жизни первичные ключи вокруг нас везде. Каждый раз, когда вы сталкиваетесь с уникальным числом это число может служить первичным ключом в базе данных (может, но не обязательно должно использоваться как таковое. Все базы данных способны автоматически генерировать уникальное значение для каждой записи в виде числа, которое автоматически увеличивается и вставляется вместе с каждой новой записью [Т.н. синтетический или суррогатный первичный ключ – прим.перев.]).

Несколько примеров

• Номер заказа, который вы получаете при покупке в интернет-магазине может быть первичным ключом какой-нибудь таблицы заказов в базе данных этого магазина, т.к. он является уникальным значением.
• Номер социального страхования может быть первичным ключом в какой-нибудь таблице в базе данных государственного учреждения, т.к. она также как и в предыдущем примере уникален.
• Номер счета-фактуры может быть использован в качестве первичного ключа в таблице базы данных, в которой хранятся выданные клиентам счета-фактуры.
• Числовой номер клиента часто используется как первичный ключ в таблице клиентов.

Что объединяет эти примеры? То, что во всех из них в качестве первичного ключа выбирается уникальное, не повторяющееся значение для каждой записи. Еще раз. Значения поля таблицы базы данных, выбранного в качестве первичного ключа, всегда уникально.

Что характеризует первичный ключ? Характеристики первичного ключа.

Первичный ключ служит для идентификации записей.

Первичный ключ используется для идентификации записей в таблице, для того, чтобы каждая запись стала уникальной. Еще одна аналогия… Когда вы звоните в службу технической поддержки, оператор обычно просит вас назвать какой-либо номер (договора, телефона и пр.), по которому вас можно идентифицировать в системе.
Если вы забыли свой номер, то оператор службы технической поддержки попросит предоставить вас какую-либо другую информацию, которая поможет уникальным образом идентифицировать вас. Например, комбинация вашего дня рождения и фамилия. Они тоже могут являться первичным ключом, точнее их комбинация.

Первичный ключ уникален.

Первичный ключ всегда имеет уникальное значение. Представьте, что его значение не уникально. Тогда его бы нельзя было использовать для того, чтобы идентифицировать данные в таблице. Это значит, что какое-либо значение первичного ключа может встретиться в столбце, который выбран в качестве первичного ключа, только один раз. РСУБД устроены так, что не позволят вам вставить дубликаты в поле первичного ключа, получите ошибку.
Еще один пример. Представьте, что у вас есть таблица с полями first_name и last_name и есть две записи:

| first_name | last_name |
| vasya |pupkin |
| vasya |pupkin |

Т.е. есть два Васи. Вы хотите выбрать из таблицы какого-то конкретного Васю. Как это сделать? Записи ничем друг от друга не отличаются. Вот здесь и помогает первичный ключ. Добавляем столбец id (классический вариант синтетического первичного ключа) и…

Id | first_name | last_name |
1 | vasya |pupkin |
2 | vasya |pupkin |

Теперь каждый Вася уникален.

Типы первичных ключей.

Обычно первичный ключ – числовое значение. Но он также может быть и любым другим типом данных. Не является обычной практикой использование строки в качестве первичного ключа (строка – фрагмент текста), но теоретически и практически это возможно.
Составные первичные ключи.
Часто первичный ключ состоит из одного поля, но он может быть и комбинацией нескольких столбцов, например, двух (трех, четырех…). Но вы помните, что первичный ключ всегда уникален, а значит нужно, чтобы комбинация n-го количества полей, в данном случае 2-х, была уникальна. Подробнее об этом расскажу позднее.

Автонумерация.

Поле первичного ключа часто, но не всегда, обрабатывается самой базой данных. Вы можете, условно говоря, сказать базе данных, чтобы она сама автоматически присваивала уникальное числовое значение каждой записи при ее создании. База данных, обычно, начинает нумерацию с 1 и увеличивает это число для каждой записи на одну единицу. Такой первичный ключ называется автоинкрементным или автонумерованным. Использование автоинкрементных ключей – хороший способ для задания уникальных первичных ключей. Классическое название такого ключа – суррогатный первичный ключ [Как и упоминалось выше. – прим. перев.]. Такой ключ не содержит полезной информации, относящейся к сущности (объекту), информация о которой хранится в таблице, поэтому он и называется суррогатным.

5. СВЯЗЫВАНИЕ ТАБЛИЦ С ПОМОЩЬЮ ВНЕШНИХ КЛЮЧЕЙ

Когда я начинал разрабатывать базы данных я часто пытался сохранять информацию, которая казалась родственной, в одной таблице. Я мог, например, хранить информацию о заказах в таблице клиентов. Ведь заказы принадлежат клиентам, верно? Нет. Клиенты и заказы представляют собой отдельные сущности в базе данных. И тому и другому нужна своя собственная таблица. А записи в этих двух таблицах могут быть связаны для того, чтобы установить отношения между ними. Проектирование базы данных – это решение двух вопросов:

• определение того, какие сущности вы хотите хранить в ней
• какие связи между этими сущностями существуют

Один-ко-многим.

Клиенты и заказы имеют связь (состоят в отношениях) один-ко-многим потому, что один клиент может иметь много заказов, но каждый конкретный заказ (их множество ) оформлен только одним клиентом, т.е. может иметь только одного клиента. Не беспокойтесь, если на данный момент понимание этой связи смутно. Я еще расскажу о связях в следующих частях.

Одно является важных сейчас – то, что для связи один-ко-многим необходимо две отдельные таблицы. Одна для клиентов, другая для заказов. Давайте немного попрактикуемся, создавая эти две таблицы.

Какую информацию мы будем хранить? Решаем первый вопрос.

Для начала мы определимся какую информацию о заказах и о клиентах мы будем хранить. Чтобы это сделать мы должны задать себе вопрос: “Какие единичные блоки информации относятся к клиентам, а какие единичные блоки информации относятся к заказам?”

Проектируем таблицу клиентов.

Заказы действительно принадлежат клиентам, но заказ – это это не минимальный блок информации , который относится к клиентам (т.е. этот блок можно разбить на более мелкие: дата заказа, адрес доставки заказа и пр., к примеру).
Поля ниже – это минимальные блоки информации, которые относятся к клиентам:

• customer_id (primary key) – идентификатор клиента
• first_name - имя
• last_name - отчество
• address - адрес
• zip_code – почтовый индекс
• country - страна
• birth_date – дата рождения
• username – регистрационное имя пользователя (логин)
• password – пароль

Давайте перейдем к непосредственному созданию этой таблицы в SQLyog (естественно, что вы можете использовать любую другую программу). Ниже приведен пример того, как могла бы выглядеть таблица в программе SQLyog после создания. Все графические приложения для управления базами данных имеют приблизительно одинаковую структуру интерфейса. Вы также можете создать таблицу с помощью командной строки без использования графической утилиты.

Создание таблицы в SQLyog. Обратите внимание, что выбран флажок первичного ключа (PK) для поля customer_id. Поле customer_id является первичным ключом. Также выбран флажок Auto Incr, что означает, что база данных будет автоматически подставлять уникальное числовое значение, которое, начиная с нуля, будет каждый раз увеличиваться на одну единицу.

Проектируем таблицу заказов.
Какие минимальные блоки информации, необходимые нам, относятся к заказу?

• order_id (primary key) – идентификатор заказа
• order_date – дата и время заказа
• customer – клиент, который сделал заказ

Ниже – пример таблицы в SQLyog.

Эти две таблицы (клиентов и заказов ) связаны потому, что поле customer в таблице заказов ссылается на первичный ключ (customer_id ) таблицы клиентов. Такая связь называется связью по внешнему ключу . Вы должны представлять себе внешний ключ как простую копию (копию значения) первичного ключа другой таблицы. В нашем случае значение поля customer_id из таблицы клиентов копируется в таблицу заказов при вставке каждой записи. Таким образом, у нас каждый заказ привязан к клиенту. И заказов у каждого клиента может быть много, как и говорилось выше.

Создание связи по внешнему ключу.

Вы можете задаться вопросом: “Каким образом я могу убедиться или как я могу увидеть, что поле customer в таблице заказов ссылается на поле customer_id в таблице клиентов”. Ответ прост – вы не можете сделать этого потому, что я еще не показал вам как создать связь.
Ниже – окно SQLyog с окном, которое я использовал для создания связи между таблицами.

Создание связи по внешнему ключу между таблицами заказов и клиентов.

В окне выше вы можете видеть, как поле customer таблицы заказов слева связывается с первичным ключом (customer_id) таблицы клиентов справа.

Теперь, когда вы посмотрите на данные, которые могли бы быть в таблицах, вы увидите, что две таблицы связаны.

Заказы связаны с клиентами через поле customer, которое ссылается на таблицу клиентов.

На изображении вы видите, что клиент mary поместила три заказа, клиент pablo поместил один, а клиент john – ни одного.
Вы можете спросить: “А что же именно заказали все эти люди?” Это хороший вопрос. Вы возможно ожидали увидеть заказанные товары в таблице заказов. Но это плохой пример проектирования. Как бы вы поместили множественные продукты в единственную запись? Товары – это отдельные сущности, которые должны храниться в отдельной таблице. И связь между таблицами заказов и товаров будет являться связью один-ко-многим. Я расскажу об этом далее.

6. СОЗДАНИЕ ДИАГРАММЫ СУЩНОСТЬ-СВЯЗЬ

Ранее вы узнали как записи из разных таблиц связываются друг с другом в реляционных базах данных. Перед созданием и связыванием таблиц важно, чтобы вы подумали о сущностях , которые существуют в вашей системе (для которой вы создаете базу данных) и решили каким образом эти сущности бы связывались друг с другом. В проектировании баз данных сущности и их отношения обычно предоставляются в диаграмме сущность-связь (англ. entity-relationship diagram, ERD) . Данная диаграмма является результатом процесса проектирования базы данных.

Сущности.

Вы можете задаться вопросом, что же такое сущность. Нуу… это “вещь” в системе. Там. Моя Мама всегда хотела, чтобы я стал учителем потому, что я очень хорошо объясняю различные вещи.

В контексте проектирования баз данных сущность – это нечто, что заслуживает своей собственной таблицы в модели вашей базы данных. Когда вы проектируете базу данных, вы должны определить эти сущности в системе, для которой вы создаете базу данных. Это скорее вопрос диалога с клиентом или с собой с целью выяснения того, с какими данными будет работать ваша система.

Давайте возьмем интернет-магазин для примера. Интернет-магазин продает товары . Товар мог бы стать очевидной сущностью в системе интернет-магазина. Товары заказываются клиентами . Вот мы с вами и увидели еще две очевидных сущности: заказы и клиенты .

Заказ оплачивается клиентом… это интересно. Мы собираемся создавать отдельную таблицу для платежей в базе данных нашего интернет-магазина? Возможно. Но разве платежи – это минимальный блок информации, который относится к заказам? Это тоже возможно.

Если вы не уверены, то просто подумайте о том, какую информацию о платежах вы хотите хранить. Возможно, вы захотите хранить метод платежа или дату платежа . Но это все еще минимальные блоки информации, которые могли бы относиться к заказу . Можно изменить формулировки. Метод платежа - метод платежа заказа. Дата платежа – дата платежа заказа. Таким образом, я не вижу необходимости выносить платежи в отдельную таблицу, хотя концептуально вы бы могли выделить платежи как сущность, т.к. вы могли бы рассматривать платежи как контейнер информации (метод платежа, дата платежа).

Давайте не будет слишком академичными.

Как вы видите, есть разница между сущностью и непосредственно таблицей в базе данных, т.е. это не одно и то же. Специалисты отрасли информационных технологий могут быть ОЧЕНЬ академичными и педантичными в этом вопросе. Я не такой специалист. Эта разница зависит от вашей точки зрения на ваши данные, вашу информацию. Если вы смотрите на моделирование данных с точки зрения программного обеспечения, то вы можете прийти к множеству сущностей, которые нельзя будет перенести напрямую в базу данных. В данном руководстве мы смотрим на данные строго с точки зрения баз данных и в нашем маленьком мире сущность – это таблица.

Держитесь там, вы действительно близки к получению вашей ученой степени по базам данных.

Как вы видите определение того, какие сущности имеет ваша система – это немного интеллектуальный процесс, который требует некоторого опыта и часто – это предмет для внесения изменений, пересмотров, раздумий, но, конечно, это не ракетостроение.

Диаграмма сущность-связь может быть достаточно большой, если вы работаете над сложным приложением. Некоторые диаграммы могут содержать сотни или даже тысячи таблиц.

Связи.

Второй шаг в проектировании баз данных – это выбор того, какие связи существуют между сущностями в вашей системе. Сейчас это может быть немного сложно для понимания, но, повторюсь еще раз, это не ракетостроение. С приобретением некоторого опыта и переосмысления выполненной работы вы будете завершать очередную модель базы данных верным или почти верным образом.

Итак. Я рассказал вам о связи один-ко-многим и я расскажу вам больше о связях в дальнейших частях этого руководства, поэтому сейчас я больше не буду останавливаться на этом. Просто запомните, что решение о том, какие связи будут иметь ваши сущности – важная часть проектирования баз данных и эти связи отображаются в диаграмме сущность-связь .