Объектно-ориентированное программирование

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 11Следующая ⇒

4. Кортеж, отношение

Кортеж, соответствующий данной схеме отношения, - это множество пар {имя атрибута, значение}, которое содержит одно вхождение каждого имени атрибута, принадлежащего схеме отношения. "Значение" является допустимым значением домена данного атрибута (или типа данных, если понятие домена не поддерживается). Тем самым, степень или "арность" кортежа, т.е. число элементов в нем, совпадает с "арностью" соответствующей схемы отношения. Попросту говоря, кортеж - это набор именованных значений заданного типа.
Отношение - это множество кортежей, соответствующих одной схеме отношения. Иногда, чтобы не путаться, говорят "отношение-схема" и "отношение-экземпляр", иногда схему отношения называют заголовком отношения, а отношение как набор кортежей - телом отношения. На самом деле, понятие схемы отношения ближе всего к понятию структурного типа данных в языках программирования. Было бы вполне логично разрешать отдельно определять схему отношения, а затем одно или несколько отношений с данной схемой.
Обычным житейским представлением отношения является таблица, заголовком которой является схема отношения, а строками - кортежи отношения-экземпляра; в этом случае имена атрибутов именуют столбцы этой таблицы. Поэтому иногда говорят "столбец таблицы", имея в виду "атрибут отношения". Реляционная база данных - это набор отношений, имена которых совпадают с именами схем отношений в схеме БД.

7) Назовите и охарактеризуйте виды связей между отношениями. Раскройте содержание понятий: целостность данных, первичный и внешний ключ, ограничение операции, каскадирование операции.

В реальных СУБД модель данных, кроме атрибутов каждой сущности определяет также связи между сущностями. Связи формально определяются как ассоциации между участниками. Например, утверждение "покупатели покупают продукты" указывает, что существует связь между сущностью "покупатели" и сущностью "продукты".

Число участников определяет размерность связи. У большей части отношений - два участника, хотя на практике их может быть и больше, например, в утверждении: "сотрудники продают товары покупателям" видна тройная связь.

Иногда сущность оказывается связана сама с собой. Обычно подобные связи характерны для иерархических структур, когда сотрудник может подчиняться менеджеру и одновременно являться менеджером для других сотрудников.

Существует несколько типов связей между сущностями: "один к одному", "один ко многим" и "многие ко многим".

Связь "один к одному" встречается редко. Например, у нас есть таблица с информацией о всех сотрудниках и таблица с информацией о всех торговых агентах, которые являются сотрудниками нашего предприятия. Записи в таких таблицах могут быть связаны отношением "один к одному".

Связь "один ко многим" - наиболее распространенный тип связей. Например, один торговый агент может выписывать много счетов и т.п.

Очень часто используется и связь "многие ко многим". Например, один покупатель может покупать товары нескольких видов, и при этом товар одного вида может "покупаться" разными покупателями. Обычно в СУБД возможности явно определить отношение "многие-ко-многим" нельзя, но это часто делается обходным способом.

Участие каждой сущности в связи может быть полным или частичным. Пример - наша связь "сотрудник - торговый агент". Со стороны торгового агента эта связь полная, потому что торговый агент не может не быть сотрудником предприятия. Со стороны сотрудника эта связь - частичная, поскольку сотрудник вполне может не быть торговым агентом.

Один из самых сложных моментов при проектировании базы данных - продумать, что будет со связями при различных изменениях в системе. Например, сотрудник может перейти из подразделения в подразделения, товары вначале могут покупаться у одного поставщика, а затем у другого и т.п.

Целостность информации (также целостность данных) — термин в информатике (криптографии, теории телекоммуникаций, теории информационной безопасности), означающий, что данные не были изменены при выполнении какой-либо операции над ними, будь то передача, хранение или отображение.

В телекоммуникации целостность данных часто проверяют, используя хеш-сумму сообщения, вычисленную алгоритмом MAC (англ. message authentication code).

В криптографии и информационной безопасности целостность данных (в широком смысле) — это сохранение данных в том виде, в каком они были созданы. Примеры нарушений целостности данных:

· попытка злоумышленника изменить номер аккаунта в банковской транзакции, или попытка подделки документа;

· случайное изменение информации при передаче или при неисправной работе жёсткого диска;

· искажение фактов средствами массовой информации с целью манипуляции общественным мнением.

В теории баз данных целостность данных означает корректность данных и их непротиворечивость. Обычно она также включает целостность связей, которая исключает ошибки связей между первичным и вторичным ключом. Примеры нарушений целостности данных:

· существование записей-сирот (дочерних записей, не имеющих связи с родительскими записями);

· существование одинаковых первичных ключей.

Для проверки целостности данных в криптографии используются хеш-функции, например, MD5. Хэш-функция преобразует последовательность байт произвольного размера в последовательность байт фиксированного размера (число). Если данные изменятся, то и число, генерируемое хеш-функцией, тоже изменится.

Вне́шний ключ (англ. foreign key) — понятие теории реляционных баз данных, относящееся к ограничениям целостности базы данных.

Неформально выражаясь, внешний ключ представляет собой подмножество атрибутов некоторой переменной отношения R₂, значения которых должны совпадать со значениями некоторого потенциального ключа некоторой переменной отношенияR₁.

Формальное определение. Пусть R₁ и R₂ — две переменные отношения, не обязательно различные. Внешним ключом FK в R₂ является подмножество атрибутов переменной R₂ такое, что выполняются следующие требования:

1. В переменной отношения R₁ имеется потенциальный ключ CK такой, что FK и CK совпадают с точностью до переименования атрибутов (то есть переименованием некоторого подмножества атрибутов FK можно получить такое подмножество атрибутов FK’, что FK’ и CK совпадают как по именами, так и по типам атрибутов).

2. В любой момент времени каждое значение FK в текущем значении R₂ идентично значению CK в некотором кортеже в текущем значении R₁. Иными словами, в каждый момент времени множество всех значений FK в R₂ является (нестрогим) подмножеством значений CK в R₁.

При этом для данного конкретного внешнего ключа FK → CK отношение R₁, содержащее потенциальный ключ, называют главным, целевым, или родительским отношением, а отношение R₂, содержащее внешний ключ, называют подчинённым, илидочерним отношением.

Поддержка внешних ключей также называется соблюдением ссылочной целостности. Реляционные СУБД поддерживают автоматический контроль ссылочной целостности.

8) Раскройте сущность понятий инкапсуляция, наследование и полиморфизм с точки зрения теории баз данных.

В информатике инкапсуляцией (лат. en capsula) называется упаковка данных и/или функций в единый компонент.

Инкапсуляция, наследование и полиморфизм (в форме ad hoc полиморфизма или полиморфизма подтипов) являются тремя столпами объектно-ориентированного программирования, реализуя в нём принцип абстракции данных (не путать сабстрактными типами данных, реализации которых предоставляют возможность инкапсуляции, но имеют иную природу).

В объектно-ориентированных языках инкапсуляция, как правило, реализуется посредством механизма классов. Некоторые исследователи классифицируют инкапсуляцию как понятие, присущее исключительно объектно-ориентированному программированию, и необходимое для управления сокрытием, но существуют и другие механизмы, рассматривающие эти понятия независимо. Например, применение средств инкапсуляции для многих задач оказывается ненужным в языках, использующих лексическую область видимости, которая обеспечивает полное сокрытие компонентов. Примерами таких языков служат Scheme и Standard ML.

В общем случае, в разных языках программирования термин «инкапсуляция» относится к одной из или обеим одновременно следующим нотациям:

· языковая конструкция, позволяющая связать данные с методами, предназначенными для обработки этих данных;

· механизм языка, позволяющий ограничить доступ одних компонентов программы к другим.

В начале 90-х годов XX века начались активные попытки по внедрению объектно-ориентированных технологий в отрасль проектирования и разработки баз данных. Бытовала точка зрения о том, что соответствующие технологии быстро вытеснят все остальные, так же как и во многих других программистских отраслях, но ничего подобного не произошло.

Рассмотрим термин "объектно-ориентированное программирование". Заметим, что это термин, принятый преимущественно в российской литературе. В западной литературе [ [ 14.2 ] ] под этим понимается сразу три аспекта:

· Объектно-ориентированный анализ – OOA, object-oriented analysis. Объектно-ориентированный анализ – это методология, при которой требования к системе воспринимаются с точки зрения классов и объектов , выявленных в предметной области.

· Объектно-ориентированное проектирование – OOD, object-oriented design. Объектно-ориентированное проектирование – это методология проектирования, соединяющая в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления логической и физической, а также статической и динамической моделей проектируемой системы.

· Объектно-ориентированное программирование – OOP, object-oriented programming. Объектно-ориентированное программирование – это методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов , каждый из которых является экземпляром определенного класса , а классы образуют иерархию наследования.

9) Охарактеризуйте традиционные операции реляционной алгебры и приведите примеры.

Реляционная алгебра — замкнутая система операций над отношениями в реляционной модели данных. Операции реляционной алгебры также называют реляционными операциями.

Первоначальный набор из 8 операций был предложен Э. Коддом в 1970-е годы и включал как операции, которые до сих пор используются (проекция, соединение и т.д.), так и операции, которые не вошли в употребление (например, делениеотношений).

В процессе развития реляционной теории и практики было предложено несколько новых реляционных операций, например полусоединение (SEMI-JOIN) и полуразность, или анти-полусоединение (ANTI-SEMI-JOIN)^[1][2], CROSS APPLY и OUTER APPLY, транзитивное замыкание (TCLOSE) и др.

Поскольку многие операции выразимы друг через друга, в составе реляционной алгебры можно выделить несколько вариантов базиса (набора операций, через который выразимы все остальные). Наиболее известный и строго определённый базис (алгебра А) предложен Кристофером Дейтом и Хью Дарвеном^[3].

Реляционная алгебра и реляционное исчисление эквивалентны по своей выразительной силе^[4]. Существуют правила преобразования запросов между ними.

10) Охарактеризуйте специальные операции реляционной алгебры и приведите примеры.

Реляционная алгебра базируется на теории множеств и является основой логики работы баз данных.
Когда я только изучал устройство баз данных и SQL, предварительное ознакомление с реляционной алгеброй очень помогло дальнейшим знаниям правильно уложиться в голове, и я постараюсь что бы эта статья произвела подобный эффект.

Так что если вы собираетесь начать свое обучение в этой области или вам просто стало интересно, прошу под кат.

Реляционная база данных

Для начала введем понятие реляцинной базы данных, в которой будем выполнять все действия.

Реляционной базой данных называется совокупность отношений, содержащих всю информацию, которая должна хранится в базе. В данном определении нам интересен термин отношение, но пока оставим его без строго определения.

Лучше представим себе таблицу продуктов.

таблица PRODUCTS.

11) Опишите понятие функциональной зависимости и процесс выявления потенциального и первичного ключа таблицы.

Функциона́льная зави́симость — концепция, лежащая в основе многих вопросов, связанных с реляционными базами данных, включая, в частности, их проектирование. Математически представляет бинарное отношение между множествами атрибутов данного отношения и является, по сути, связью типа «один ко многим». Их использование обусловлено тем, что они позволяют формально и строго решить многие проблемы.

Перви́чный ключ (англ. primary key) — в реляционной модели данных один из потенциальных ключей отношения, выбранный в качестве основного ключа (или ключа по умолчанию).

Если в отношении имеется единственный потенциальный ключ, он является и первичным ключом. Если потенциальных ключей несколько, один из них выбирается в качестве первичного, а другие называют «альтернативными».

С точки зрения теории все потенциальные ключи отношения эквивалентны, то есть обладают одинаковыми свойствами уникальности и минимальности. Однако в качестве первичного обычно выбирается тот из потенциальных ключей, который наиболее удобен для тех или иных практических целей, например для создания внешних ключей в других отношениях либо для создания кластерного индекса. Поэтому в качестве первичного ключа, как правило, выбирают тот, который имеет наименьший размер (физического хранения) и/или включает наименьшее количество атрибутов.

Другой критерий выбора первичного ключа — сохранение уникальности со временем. Всегда существует вероятность того, что некоторый потенциальный ключ перестанет быть таковым в долговременной перспективе или при изменении требований к системе. Например, если номер студенческой группы включает последнюю цифру года поступления, то номера групп для идентификации групп уникальны только в течение 10 лет. Поэтому в качестве первичного ключа стараются выбирать такой потенциальный ключ, который с наибольшей вероятностью не утратит уникальность.

Исторически термин «первичный ключ» появился и стал использоваться существенно ранее термина «потенциальный ключ». Вследствие этого множество определений в реляционной теории были изначально сформулированы с упоминанием первичного (а не потенциального) ключа, например, определения нормальных форм. Также термин «первичный ключ» вошёл в формулировку 12 правил Кодда как основной способ адресации любого значения отношения (таблицы) наряду с именем отношения (таблицы) и именем атрибута (столбца).

12) Раскройте содержание понятия нормализации БД, назовите свойства БД, находящейся в 1НФ, 2 НФ и 3 НФ.

Нормализацией схемы базы данных называется процедура, производимая над базой данных с целью удаления в ней избыточности.

Нормализация несет с собой немало преимуществ. Очевидно, что в нормализованной базе данных уменьшается вероятность возникновения ошибок, она занимает меньше места на жестком диске и т.д.

Для того, чтобы лучше уяснить приведенное определение нормализации, рассмотрим следующий пример. Ниже показана таблица, в которой указаны фамилии сотрудников и их профессии.

Эта таблица избыточна - для каждого из сотрудников повторяются одинаковые названия профессий. Т.е. схема такой базы данных не нормализована. Для небольшой базы данных это не критично, но в больших по объёму базах данных это скажется на размере базы и, в конечном счёте, на скорости доступа. Для нормализации необходимо разбить эту таблицу на две - для профессий (см. табл. 4) и для фамилий сотрудников.

Теперь каждый тип профессии обозначен уникальным числом, и строка в базе данных присутствует только в единственном экземпляре: в таблице профессий. Размер поля "профессия" уменьшился, так как строка занимает больше памяти, чем число.

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?