Понятие информационного объекта
Информационный объект - это описание некоторой сущности (реального объекта, явления, процесса, события) в виде совокупности логически связанных реквизитов (информационных элементов). Такими сущностями для информационных объектов могут служить: цех, склад, материал, вуз, студент, сдача экзаменов и т.д.
Информационный объект определенного реквизитного состава и структуры образует класс (тип), которому присваивается уникальное имя (символьное обозначение), например Студент, Сессия, Стипендия.
Информационный объект имеет множество реализации - экземпляров, каждый из которых представлен совокупностью конкретных значений реквизитов и идентифицируете* значением ключа (простого - один реквизит или составного - несколько реквизитов). Остальные реквизиты информационного объекта являются описательными. При этом одни и те же реквизиты в одних информационных объектах могут быть ключевыми, а в других- описательными. Информационный объект может иметь несколько ключей.
Пример 5.3 В таблице 5.2 представлен пример структуры и экземпляров информационного объекта Студент.
В информационном объекте Студент ключом является реквизит Номер (№ личного дела), к описательным реквизитам относятся: Фамилия (Фамилия студента), Имя (Имя студента), Отчество (Отчество студента), Дата (Дата рождения), Группа (№ группы). Если отсутствует реквизит Номер, то для однозначного определения характеристик конкретного студента необходимо использование составного ключа из трех реквизитов: Фамилия + Имя + Отчество.
| Таблица 5.2. Пример структуры и экземпляров информационного объекта | ||||||
| Структура | Номер | Фамилия | Имя | Отчество | Дата | Группа |
| Экземпляры инф.объекта Студент | Сергеев | Петр | Михайлович | 01.01.96 | ИСТ 11 | |
| Петрова | Анна | Викторович | 15.03.95 | СК 12 | ||
| Анохин | Роман | Борисович | 14.04.96 | ИСТ 11 |
Пример 5.4 На рис. 5.1 изображен пример компактного представления информационного объекта Студент с обозначением имени объекта, ключа и указанием максимально возможного числа экземпляров записи.
Рис. 5.1. Пример компактного представления информационного объекта
Пример 5.5 Пример представления информационного объекта Студент в виде графа на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Пример представления информационного объекта в виде графа
Нормализация отношений
Понятие нормализации отношений
Одни и те же данные могут группироваться в таблицы (отношения) различными способами, т.е. возможна организация различных наборов отношений взаимосвязанных информационных объектов. Группировка атрибутов в отношениях должна быть рациональной, т.е. минимизирующей дублирование данных и упрощающей процедуры их обработки и обновления.
Определенный набор отношений обладает лучшими свойствами при включении, модификации, удалении данных, чем все остальные возможные наборы отношений, если он отвечает требованиям нормализации отношений.
Нормализация отношений - формальный аппарат ограничений на формирование отношений (таблиц), который позволяет устранить дублирование, обеспечивает непротиворечивость хранимых в базе данных, уменьшает трудозатраты на ведение (ввод, корректировку) базы данных. [2]
Е. Коддом выделены три нормальные формы отношений и предложен механизм, позволяющий любое отношение преобразовать к третьей (самой совершенной) нормальной форме.
Первая нормальная форма
Отношение называется нормализованным или приведенным к первой нормальной форме, если все его атрибуты простые (далее неделимы).
Преобразование отношения к первой нормальной форме может привести к увеличению количества реквизитов (полей) отношения и изменению ключа.
Например, отношение Студент = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата, Группа) находится в первой нормальной форме.
Вторая нормальная форма
Чтобы рассмотреть вопрос приведения отношений ко второй нормальной форме, необходимо дать пояснения к таким понятиям, как функциональная зависимость и полная функциональная зависимость.
Описательные реквизиты информационного объекта логически связаны с общим для них ключом, эта связь носит характер функциональной зависимости реквизитов.
Функциональная зависимость реквизитов - зависимость, при которой в экземпляре информационного объекта определенному значению ключевого реквизита соответствует только одно значение описательного реквизита.
Такое определение функциональной зависимости позволяет при анализе всех взаимосвязей реквизитов предметной области выделить самостоятельные информационные объекты.
Пример 5.6 Пример графического изображения функциональных зависимостей реквизитов Студент показан на рис. 5.3, на котором ключевой реквизит указан *.
Рис. 5.3. Графическое изображение функциональной зависимости реквизитов
В случае составного ключа вводится понятие функционально полной зависимости.
Функционально полная зависимость неключевых атрибутов заключается в том, что каждый неключевой атрибут функционально зависит от ключа, но не находится в функциональной зависимости ни от какой части составного ключа.
Таблица находится во второй нормальной форме, если она удовлетворяет требованиям первой нормальной формы и все ее поля, не входящие в первичный ключ, связаны полной функциональной зависимостью с первичным ключом, то есть любое не ключевое поле однозначно идентифицируется полным набором ключевых полей.
Итак, таблица, находящаяся во второй нормальной форме, должна удовлетворять следующим правилам:
· таблица должна содержать данные об одном типе объектов;
· каждая таблица должна содержать одно поле или несколько полей, образующих уникальный идентификатор (или первичный ключ) для каждой строки;
· все поля, не имеющие ключа, должны определяться полным уникальным идентификатором данной таблицы.
Пример 5.7
| Отношение Студент = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата, Группа) | находится в первой и во второй нормальной форме одновременно, так как описательные реквизиты однозначно определены и функционально зависят от ключа Номер. |
| Отношение Успеваемость = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дисциплина, оценка) | находится в первой нормальной форме и имеет составной ключ Номер + Дисциплина. Это отношение не находится во второй нормальной форме, так как атрибуты Фамилия, Имя, Отчество не находятся в полной функциональной зависимости с составным ключом отношения. |
Третья нормальная форма
Понятие третьей нормальной формы основывается на понятии нетранзитивной зависимости.
Транзитивная зависимость наблюдается в том случае, если один из двух описательных реквизитов зависит от ключа, а другой описательный реквизит зависит от первого описательного реквизита.
Таблица находится в третьей нормальной форме, если она удовлетворяет определению второй нормальной формы и ни одно из ее неключевых полей функционально не зависит от любого другого неключевого поля. Можно сказать, что таблица находится в третьей нормальной форме, если она находится во второй нормальной форме и каждое неключевое поле нетранзитивно зависит от первичного ключа.
Требование третьей нормальной формы сводится к тому, чтобы все нёключевые поля зависели только от первичного ключа и не зависели друг от друга. Другими словами, нужно иметь возможность изменять значение любого неключевого поля, не изменяя значения любого другого поля базы данных. Это требование исключает любое поле, значения в котором получаются как результат вычислений, использующих значения других полей.
Пример 5.8 Если в состав описательных реквизитов информационного объекта Студент включить фамилию старосты группы (Староста), которая определяется только номером группы, то одна и та же фамилия старосты будет многократно повторяться в разных экземплярах данного информационного объекта. В этом случае наблюдаются затруднения в корректировке фамилии старосты в случае назначения нового старосты, а также неоправданный расход памяти для хранения дублированной информации.
Для устранения транзитивной зависимости описательных реквизитов необходимо провести " расщепление " исходного информационного объекта. В результате расщепления часть реквизитов удаляется из исходного информационного объекта и включается в состав других (возможно, вновь созданных) информационных объектов.
Пример 5.9 "Расщепление" информационного объекта, содержащего транзитивную зависимость описательных реквизитов, показано на рис. 5.4. Как видно из рис. 5.4, исходный информационный объект Студент группы представляется в виде совокупности правильно структурированных информационных объектов (Студент и Группа), реквизитный состав которых тождественен исходному объекту.
Отношение Студент = (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата, Группа) находится одновременно в первой, второй и третьей нормальной форме.
Рис. 5.4. Расщепление" информационного объекта, содержащего транзитивную зависимость описательных реквизитов
Типы связей. Свойства отношений
Отсутствие кортежей-дубликатов. Из этого свойства вытекает наличие у каждого кортежа первичного ключа. Для каждого отношения, по крайней мере, полный набор его атрибутов является первичным ключом. Однако, при определении первичного ключа должно соблюдаться требование "минимальности", т.е. в него не должны входить те атрибуты, которые можно отбросить без ущерба для основного свойства первичного ключа - однозначно определять кортеж.
Отсутствие упорядоченности кортежей.
Отсутствие упорядоченности атрибутов. Для ссылки на значение атрибута всегда используется имя атрибута.
Атомарность значений атрибутов, т.е. среди значений домена не могут содержаться множества значений (отношения).
Реляционные базы данных состоят из нескольких таблиц, связь между которыми устанавливается с помощью совпадающих полей. Каждая запись в таблицах идентифицирует один объект. Отношение между объектами определяет отношение между таблицами. Существует 4 типа отношений:
· Отношение "один-к-одному" (1:1) означает, что каждая запись в одной таблице соответствует только одной записи в другой таблице.
· Отношение "один-ко-многим" (1:М) означает, что каждой записи в одной таблице соответствует одна или несколько записей в другой таблице.
· Отношение "многие-к-одному" (М:1) аналогично рассмотренному ранее типу "один-ко-многим". Тип отношения между объектами зависит от вашей точки зрения.
· Отношение "многие-ко-многим" (М:М). возникает между двумя таблицами в тех случаях, когда каждой запись в одной таблице соответствует 0, 1, 2 и более записей в другой таблице и наоборот.
В большинстве случаев любые две таблицы связаны отношением "один-ко-многим". Это означает, что любая запись в первой таблице может быть связана с несколькими записями во второй, однако любая запись второй таблицы связана только с одной записью в первой.
Пример 5.10 Дана совокупность информационных объектов, отражающих учебный процесс в вузе:
СТУДЕНТ (Номер, Фамилия, Имя, Отчество, Пол, Дата рождения, Группа) СЕССИЯ (Номер, Оценка1, Оценка2, ОценкаЗ, Оценка4, Результат) СТИПЕНДИЯ (Результат, Процент) ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (Код преподавателя. Фамилия, Имя, Отчество)
Связь один к одному (1:1) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует не более одного экземпляра информационного объекта В и наоборот. Рисунок 5.5 иллюстрирует указанный тип отношения.
Рис. 5.5. Графическое изображение реального отношения 1:1
Пример 5.11 Примером связи 1:1 может служить связь между информационными объектами СТУДЕНТ и СЕССИЯ:
СТУДЕНТ <-> СЕССИЯ Каждый студент имеет определенный набор экзаменационных оценок в сессию.
При связи один ко многим (1:М) одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В, но каждый экземпляр объекта В связан не более чем с 1 экземпляром объекта А. Графически данное соответствие имеет вид, представленный на рис. 5.6.
Рис. 5.6. Графическое изображение реального отношения 1:М
Пример 5.12 Примером связи 1:М служит связь между информационными объектами СТИПЕНДИЯ и СЕССИЯ:
СТИПЕНДИЯ <-" СЕССИЯ
Установленный размер стипендии по результатам сдачи сессии может повторяться многократно для различных студентов.
Связь многие ко многим (М:М) предполагает, что в каждый момент времени одному экземпляру информационного объекта А соответствует 0, 1 или более экземпляров объекта В и наоборот. На рис. 5.7 графически представлено указанное соответствие.
Рис. 5.7. Графическое изображение реального отношения М:М
Пример 5.13 Примером данного отношения служит связь между информационными объектами СТУДЕНТ и ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:
СТУДЕНТ "-" ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
Один студент обучается у многих преподавателей, один преподаватель обучает многих студентов.