Relacijska algebra v bazah podatkov: operacije, primeri

2024 Avtor: Angel Austin | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 05:41

Na splošno so sistemi baz podatkov opremljeni s poizvedovalnim jezikom, ki lahko svojim uporabnikom pomaga pri poizvedovanju primerkov. Obstajata dve takšni vrsti - relacijska algebra in relacijski račun. Prvi je proceduralni poizvedbeni jezik, ki vzame primerke razmerja kot vhod in izhodne primere odnosov kot izhod. Za to uporablja unarni ali binarni račun. Relacijska algebra se izvaja rekurzivno in vmesni rezultati se obravnavajo kot relacije.

kartezijanski izdelek (Χ)

Združuje informacije iz dveh različnih razmerij v enega.

Opis – r Χ s, kjer sta r in s razmerja, njihov izhod pa bo definiran kot

r Χ s={qt | q ∈ r in t ∈ s}.

Sklep. Nastavi razmerje, ki prikazuje vse knjige in članke, napisane z vadnico.

operacija preimenovanja (ρ).

Relacija relacijske algebre so rezultati, vendar brez imena. Operacija preimenovanja vam omogoča, da spremenite izhodno vrednost, označeno z majhno grško črko ρ.

Oznaka – ρ _x (E), kjer je rezultat izraza E shranjen z imenomx.

Dodatne operacije:

• nastavi križišče;
• nalog;
• naravna povezava.

Relacijski račun

To je neproceduralni poizvedovalni jezik, kar pomeni, da vam pove, kaj morate storiti, vendar ne razloži, kako ga implementirati. Relacijski račun obstaja v dveh oblikah:

• korelacijski izračun niza;
• filtriranje obsegov spremenljivk.

Oznaka - T/State: Vrne vse T-nastavke, ki izpolnjujejo pogoj. Rezultat. Vrne torčke z imenom. TRC je mogoče kvantificirati. Uporabite lahko eksistencialne (∃) in univerzalne kvantifikatorje (∀). Zaključek. Zgornja poizvedba bo dala enak rezultat kot prejšnja.

Relacijski račun domene DRC

Spremenljivka filtra uporablja domeno atributa namesto celoštevilskih vrednosti (kot je storjeno v zgoraj omenjenem TRC).

Opis – {a ₁, a ₂, a ₃, …, a | P (a ₁, a ₂, a ₃, …, a)}, kjer so a1, a2 atributi in P označuje formule, zgrajene z notranjimi vrednostmi.

Sklep. Nastavi članek, stran in temo iz relacije TutorialsPoint, kjer je predmet baza podatkov.

Tako kot TRC lahko tudi DRC zapišemo z uporabo eksistencialnih in univerzalnih kvantifikatorjev. DRC vključuje tudi operaterje relacijske algebre. Moč izraza izračuna, računa in korelacije odnosov med točkami je enaka.

Variacije in sheme relacijskega računa in algebre

Model ER, če je konceptualiziran v diagramih, zagotavlja dober pregled bistvenih odnosov, ki jih je lažje razumeti. Shematske predstavitve je mogoče preslikati v relacijsko shemo, torej jih je mogoče ustvariti skupaj. Vseh omejitev ER ni mogoče uvoziti v relacijski model, vendar je mogoče ustvariti približno strukturo. Za pretvorbo grafikonov v ta sistem je na voljo več procesov in algoritmov. Nekateri od njih so avtomatizirani, drugi pa so ustvarjeni ročno. Karte ER so v glavnem sestavljene iz naslednjih meril:

• entiteta in njeni atributi;
• link, ki je povezava med zgornjimi vrednostmi.

Primerjava predmetov in odnosov poteka na različne načine in sheme. Entiteta je na primer predmet resničnega sveta z nekaterimi atributi. Postopek ujemanja, algoritem je naslednji:

• ustvarite tabelo za vsak predmet;
• atributi naj postanejo polja tabele z ustreznimi tipi podatkov;
• razglasite primarni ključ.

Razmerje je povezava med entitetami. Postopek sestavljanja je naslednji:

• ustvarite tabelo za odnose;
• dodajte primarne ključe vseh sodelujočih entitet kot polja tabele z ustreznimi vrstami podatkov;
• če ima relacija kateri koli atribut, nastavite vsak atribut kot polje tabele;
• združi primarni ključ, ki sestavlja vseostalo za sodelujoče predmete;
• določite vse omejitve tujega ključa.

Prikaz šibkih nizov in hierarhičnih objektov se pojavi po določenem sistemu. Najprej je treba razumeti bistvene temelje in definicije teh vrednot. Šibek nabor funkcij je tisti, ki nima povezanega primarnega ključa. Postopek prikaza je naslednji:

• ustvarite tabelo za šibek niz predmetov;
• dodaj vse atribute shemi kot polje;
• določite primarni ključ za identifikacijo;
• nastavi vse omejitve tujega ključa.

Prikaz hierarhičnih objektov, ki temelji na specializaciji ali posploševanju jezika relacijske algebre, se pojavlja v obliki zaporednih entitet. Algoritem je naslednji:

• ustvari tabele za vse višje objekte nižje ravni;
• dodaj primarne ključe;
• na nizki ravni implementirajte vse druge atribute objektov nižje ravni;
• deklariraj primarne ključe tabele;
• nastavi omejitve tujega ključa.

Obstoječe možnosti za opis, shranjevanje, spreminjanje informacij

SQL je programski jezik za relacijske baze podatkov. Razvito je na podlagi algebre in korelacijskega računa nizov. SQL je na voljo kot paket z vsemi glavnimi distribucijami DBMS. Vsebuje podatke in jezike za manipulacijo z njimi. Z uporabo lastnosti definicije podatkov SQL relacijske algebre lahko načrtujete in spreminjate shemo baze podatkov,medtem ko lastnosti upravljanja in prilagajanja ter spremembe podatkov omogočajo shranjevanje in pridobivanje informacij, nameščenih v sistemu. Za definiranje strukture in sistema uporablja naslednji niz ukazov:

• ustvarja nove baze podatkov, tabele in poglede iz DBMS.
• vrže ukaze.
• spreminja shemo baze podatkov.
• ta ukaz doda atribut nizu.

SQL je opremljen z jezikom za obdelavo podatkov (DML). Spremeni primerek baze podatkov z vstavljanjem, posodabljanjem in brisanjem informacij. DML je odgovoren za spreminjanje vseh podatkov. SQL vsebuje naslednji nabor ukazov v razdelku DML:

1. SELECT je eden od osnovnih ukazov za poizvedbo. To je analogno operaciji projekcije relacijske algebre. Izbere atribute na podlagi pogoja, opisanega v klavzuli WHERE.
2. FROM - Ta razdelek vzame ime kot argument, iz katerega je treba izbrati/projicirati atribute. Če je podanih več imen, ta postavka ustreza kartezijanskemu produktu.
3. WHERE - Ta razdelek določa predikat ali pogoje, ki morajo biti izpolnjeni, da se kvalificira projicirani atribut.

Obstajajo tudi ukazi:

• insert;
• spreminjanje vrednosti;
• izbriši.

Ustvarjanje poizvedb relacijske algebre

Pri izdelavi iskanja je naloga najti strukturo operacij, ki bo vodila do pravilnega rezultata. Osnovne operacije relacijske algebre so preprosteoperacije z eno ali dvema relacijama kot operandi. Kombinirani učinki zaporedja določajo končni rezultat. Ker je sistem relacijske algebre v bazah podatkov precej preprost, je mogoče dobiti veliko vmesnih rezultatov, preden dosežemo končni rezultat, uporabljajo pa se tudi kot operandi, ki proizvajajo nove prejete podatke.

Za večino operaterjev vrstni red poizvedb in njihova izvedba nista pomembna, kar pomeni, da je enak rezultat mogoče doseči z oblikovanjem in združevanjem vmesnih podatkov na različne načine. V praksi je iskanje po bazi podatkov dokaj enostavno. Sistem za izvajanje operacij in vmesnih rezultatov določi optimizator poizvedb. Pri oblikovanju vprašanj, zahtev morate

najprej izbrati, kateri odnosi so potrebni za dosego odgovora, nato pa določiti operacije in vmesne rezultate. Strukturo poizvedbe relacijske algebre v zbirki rezultatov lahko predstavimo kot diagram. Optimizatorji zahtev poskušajo čim bolj učinkovito organizirati izvedbo. V praksi to običajno pomeni, da poskušajo čim hitreje minimizirati vmesne rezultate. Običajni primeri relacijske algebre bodo pomagali pri tem.

Primer 1.

Potrebne informacije: informacije o vozilih iz leta 1996, pri katerih so bile med pregledom za leto 1999 odkrite pomanjkljivosti.

Najprej se prikažejo informacije o avtomobilih, da bi razumeli vrednosti vseh atributov razmerja. Podatki o pregledih so shranjeni v tabeli "Inšpekcijski pregled" in če so zaznaninapake, so zabeležene v tabeli "Problem". Tako so te tri tabele potrebne za pridobitev zahtevanih informacij.

Samo 1996 avtomobili so zanimivi. Modelna paleta vozila je predstavljena kot vrednost nastavljenega atributa v vrstici tabele z informacijami o vozilu. Prvi vmesni rezultat je sestavljen iz nizov, ki predstavljajo različice iz leta 1996.

Zato so potrebne samo vrstice, ki pokrivajo to obdobje. Za njihovo ekstrakcijo morate uporabiti izbor. Zdaj so potrebni avtomobili in pregledi. Nizi se nato povežejo z operacijo povezovanja. Združiti jih je treba s skupno registrsko številko, ker je to edini skupni stolpec, se uporablja naravni spoj.

Če želite ugotoviti, ali so bile med pregledi težave, morate s čekom povezati vrstice težav. Po povezovanju kontrolnih vrstic z avtomobili lahko ta rezultat povežete s tabelo napak. Pripadnost mora temeljiti na skupni registrski številki in preverjenem datumu. To so edini pogosti stolpci v tabelah, zato je uporabljen naravni spoj.

Možnosti izračuna brez vmesnih rezultatov

Primer 2.

Zahtevani podatki: Ime voznika za modelno leto 1995 ali starejša vozila, ki niso bila testirana za leto 2000. Ime je v tabeli "Voznik". Organi pregona so opisani v tabeli "Inšpekcijski pregled in avtomobili v kantini". TorejZato so te tri tabele potrebne. Najprej morate poiskati avtomobile, ki niso bili pregledani za leto 2000. Tega problema ni mogoče rešiti samo s pregledi, navedenimi v tabeli, saj vsebuje podatke o tistih pregledih, ki so bili opravljeni, in ne tistih, ki niso bili izvedeni. Ta problem se rešuje z iskanjem komplementarnih avtomobilov, ki so pregledani pred letom 2000. Pravzaprav so potrebne le njihove registrske številke.

Poleg zgornjih so še drugi primeri, ki kažejo, kako spremeniti ali poiskati informacije. Različice poizvedbe je mogoče optimizirati s posebnimi operacijami. Pravzaprav, da bi bilo iskanje in iskanje podatkov čim bolj enostavno in preprosto, obstaja model relacijskega računa.

Kje so informacije zavarovane in zaščitene

Relacijski podatkovni model relacijske algebre je shranjen v formatih datotek, ki vsebujejo zapise. Na fizični ravni so dejanske informacije fiksirane v elektromagnetni obliki na neki napravi. Te naprave za shranjevanje lahko razdelimo v tri kategorije:

1. Primarno. Ta kategorija vključuje pomnilnik, ki je neposredno dostopen CPU. Registri, hitri pomnilnik (cache) in glavni pomnilnik (RAM) so neposredno dostopni centrali, saj so vsi nameščeni na matični plošči ali naboru čipov. Ta shramba je običajno zelo majhna, izjemno hitra in nestabilna. Za vzdrževanje stanja je potrebno stalno napajanje. Če ne uspe, so vsi podatki izgubljeni.
2. Sekundarno. Uporablja se za shranjevanje informacij za prihodnostuporabo ali varnostno kopiranje. Vključuje pomnilniške naprave, ki niso del nabora čipov procesorja ali matične plošče, kot so magnetni diski, optični diski (DVD-ji, CD-ji itd.), trdi diski, bliskovni pogoni in magnetni trakovi.
3. terciarni. Uporablja se za shranjevanje velikih količin podatkov. Ker so takšne naprave za shranjevanje zunaj računalniškega sistema, so po hitrosti najpočasnejše. Ti pripomočki za shranjevanje se uporabljajo predvsem za varnostno kopiranje celotnega sistema. Optični diski in magnetni trakovi se pogosto uporabljajo kot terciarni prostor za shranjevanje.

Posebne operacije relacijske algebre so pomembne za učinkovitost poizvedbe.

Struktura shranjevanja

Računalniški sistem ima dobro opredeljeno pomnilniško hierarhijo. CPU ima neposreden dostop do glavnega sistema in vgrajenih registrov. Čas dostopa do glavnega pomnilnika je očitno krajši od hitrosti procesorja. Da bi zmanjšali to neskladje, je uveden predpomnilnik. Predpomnilnik zagotavlja najhitrejši čas dostopa in vsebuje podatke, do katerih CPE najpogosteje dostopa.

Pomnilnik z najhitrejšim dostopom je najdražji. Velike naprave za shranjevanje zagotavljajo malo hitrosti in so cenejše, vendar lahko shranijo ogromne količine podatkov v primerjavi z registrom procesorja ali predpomnilnikom.

Magnetni in trdi diski so najpogostejše sekundarne naprave za shranjevanje v današnjih računalniških sistemih. Imenujejo se magnetnikovinsko podlago. Ti diski so nameščeni navpično na vreteno. Bralna/pisalna glava se premika med njimi in se uporablja za magnetiziranje ali odstranjevanje takšnega mesta pod njim. Lahko se prepozna kot 0 (nič) ali 1 (ena).

Trdi diski so formatirani v dobro določenem vrstnem redu za učinkovito shranjevanje podatkov. Ima veliko koncentričnih krogov, imenovanih poti. Vsaka skladba je nadalje razdeljena na sektorje, ki običajno shranijo 512 bajtov podatkov.

Datotečne operacije

Operacije na jezikovnem sistemu relacijske algebre in njegovi bazi podatkov lahko na splošno razvrstimo v dve kategoriji:

• posodobitev;
• iskanje.

Prva kategorija spreminja vrednosti podatkov z vstavljanjem, brisanjem ali posodabljanjem. Po drugi strani pa iskalne operacije ne urejajo informacij, ampak jih ekstrahirajo po neobveznem pogojnem filtriranju. Pri obeh vrstah operacij ima selekcija pomembno vlogo. Poleg ustvarjanja in brisanja datoteke je lahko na njej mogoče izvesti več operacij:

1. Odprto - obstaja v enem od dveh načinov branja ali pisanja. V prvem primeru operacijski sistem nikomur ne dovoljuje spreminjanja podatkov. Z drugimi besedami, podatki se samo berejo. Datoteke, odprte v načinu branja, je mogoče deliti med več predmeti. Način pisanja vam omogoča spreminjanje podatkov. Datoteke je mogoče brati, vendar jih ni mogoče deliti.
2. Zapri je najpomembnejša operacija z vidika operacijskega sistema, saj odstrani vse ključavnice(če je v skupnem načinu), shrani podatke (če so spremenjeni) na sekundarni medij in sprosti vse medpomnilnike in upravljalnike, povezane z datoteko.
3. Indeksiranje je metoda informacijske strukture za učinkovito ekstrahiranje zapisov iz datotek sistema na podlagi nekaterih atributov, kjer je bil sistem implementiran. Določeno na podlagi atributov.

Indeksiranje je lahko naslednje vrste:

1. Primarni je definiran v urejeni podatkovni datoteki. Informacijska datoteka je organizirana v ključnem polju.
2. Sekundarni indeks, ustvarjen iz polja, ki je kandidatni ključ in ima edinstveno vrednost v vsakem zapisu ali ne ključa s podvojenimi vrednostmi.
3. Združevanje v skupine je definirano v urejeni podatkovni datoteki, v polju brez ključa.

Sistem za upravljanje baz podatkov ali DBMS se nanaša na tehnologijo za shranjevanje in pridobivanje uporabniških informacij z največjo učinkovitostjo skupaj z ustreznimi varnostnimi ukrepi. Podrobnejši pregled tega vprašanja vodi do zaključka, da je relacijska algebra jezik operaterjev, ki relacije jemljejo kot argumente in jih kot rezultat vrnejo.