BestProg
Реляционные базы данных. Понятие ключа. Виды ключей. Отношения. Главная и подчиненная таблицы
В данной теме, на примере двух таблиц, определяются основные понятия реляционных баз данных, а именно:
Содержание
Поиск на других ресурсах:
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.
Таблица «Работник». Содержит данные о работнике
Таблица «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:
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:
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:
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.
9) Ключи СУБД
Какие ключи?
Ключ СУБД — это атрибут или набор атрибутов, который помогает идентифицировать строку (кортеж) в отношении (таблице). Они позволяют найти связь между двумя таблицами. Клавиши помогают однозначно идентифицировать строку в таблице по комбинации одного или нескольких столбцов в этой таблице.
Пример:
| ID сотрудника | Имя | Фамилия |
| 11 | Эндрю | Джонсон |
| 22 | Том | Дерево |
| 33 | Alex | здоровый |
В приведенном выше примере идентификатор сотрудника является первичным ключом, поскольку он однозначно идентифицирует запись сотрудника. В этой таблице ни один другой сотрудник не может иметь такой же идентификатор сотрудника.
В этом уроке вы узнаете:
Зачем нам нужен ключ?
Вот причины использования ключей в системе СУБД.
Различные ключи в системе управления базами данных
СУБД имеет следующие семь типов ключей, каждый из которых имеет свои различные функции:
Что такое супер ключ?
Суперключ — это группа из одного или нескольких ключей, которая идентифицирует строки в таблице. Супер ключ может иметь дополнительные атрибуты, которые не нужны для уникальной идентификации.
Пример:
| EmpSSN | EmpNum | EmpName |
| 9812345098 | AB05 | показанный |
| 9876512345 | AB06 | Рослин |
| 199937890 | AB07 | Джеймс |
В приведенном выше примере имена EmpSSN и EmpNum являются суперключами.
Что такое первичный ключ?
PRIMARY KEY — это столбец или группа столбцов в таблице, которые уникально идентифицируют каждую строку в этой таблице. Первичный ключ не может быть дубликатом, то есть одно и то же значение не может появляться в таблице более одного раза. Таблица не может иметь более одного первичного ключа.
Правила определения первичного ключа:
Пример:
В следующем примере StudID является первичным ключом.
| StudID | Ролл № | Имя | Фамилия | Электронное письмо |
| 1 | 11 | Том | Цена | abc@gmail.com |
| 2 | 12 | Ник | Райт | xyz@gmail.com |
| 3 | 13 | Dana | Натана | mno@yahoo.com |
Что такое альтернативный ключ?
ALTERNATE KEYS — это столбец или группа столбцов в таблице, которые однозначно идентифицируют каждую строку в этой таблице. Таблица может иметь несколько вариантов выбора первичного ключа, но в качестве первичного ключа может быть задан только один. Все ключи, которые не являются первичными ключами, называются альтернативными ключами.
Пример:
В этой таблице StudID, Roll No, Email могут стать первичным ключом. Но поскольку StudID является первичным ключом, Roll No, Email становится альтернативным ключом.
| StudID | Ролл № | Имя | Фамилия | Электронное письмо |
| 1 | 11 | Том | Цена | abc@gmail.com |
| 2 | 12 | Ник | Райт | xyz@gmail.com |
| 3 | 13 | Dana | Натана | mno@yahoo.com |
Что такое ключ-кандидат?
CANDIDATE KEY — это набор атрибутов, которые однозначно идентифицируют кортежи в таблице. Ключ-кандидат — это супер-ключ без повторяющихся атрибутов. Первичный ключ должен быть выбран из возможных ключей. В каждой таблице должен быть хотя бы один ключ-кандидат. Таблица может иметь несколько ключей-кандидатов, но только один первичный ключ.
Свойства ключа-кандидата:
Пример: в данной таблице идентификатор студента, номер ролика и адрес электронной почты являются ключами-кандидатами, которые помогают нам однозначно идентифицировать запись студента в таблице.
| StudID | Ролл № | Имя | Фамилия | Электронное письмо |
| 1 | 11 | Том | Цена | abc@gmail.com |
| 2 | 12 | Ник | Райт | xyz@gmail.com |
| 3 | 13 | Dana | Натана | mno@yahoo.com |
Что такое внешний ключ?
FOREIGN KEY — это столбец, который создает связь между двумя таблицами. Назначение внешних ключей заключается в поддержании целостности данных и возможности навигации между двумя различными экземплярами объекта. Он действует как перекрестная ссылка между двумя таблицами, так как ссылается на первичный ключ другой таблицы.
Пример:
| DeptCode | DEPTNAME |
| 001 | Наука |
| 002 | английский |
| 005 | компьютер |
| ID учителя | Fname | Lname |
| B002 | Дэвид | сигнализатор |
| B017 | Сара | Джозеф |
| B009 | Майк | Брантон |
В этом примере у нас есть два стола, учить и отдел в школе. Тем не менее, нет способа узнать, какой поиск работает в каком отделе.
В этой таблице, добавив внешний ключ в Deptcode к имени учителя, мы можем создать связь между двумя таблицами.
| ID учителя | DeptCode | Fname | Lname |
| B002 | 002 | Дэвид | сигнализатор |
| B017 | 002 | Сара | Джозеф |
| B009 | 001 | Майк | Брантон |
Эта концепция также известна как ссылочная целостность.
Что такое составной ключ?
КЛАВИША СОЕДИНЕНИЯ имеет два или более атрибута, которые позволяют однозначно распознавать конкретную запись. Возможно, что каждый столбец не может быть уникальным сам по себе в базе данных. Однако при объединении с другим столбцом или столбцами комбинация составных ключей становится уникальной. Целью составного ключа является уникальная идентификация каждой записи в таблице.
Пример:
| № заказа | PorductID | наименование товара | Количество |
| B005 | JAP102459 | мышь | 5 |
| B005 | DKT321573 | USB | 10 |
| B005 | OMG446789 | ЖК монитор | 20 |
| B004 | DKT321573 | USB | 15 |
| B002 | OMG446789 | Лазерный принтер | 3 |
В этом примере OrderNo и ProductID не могут быть первичным ключом, поскольку они не уникально идентифицируют запись. Однако можно использовать составной ключ из идентификатора заказа и идентификатора продукта, поскольку он однозначно идентифицирует каждую запись.
Что такое композитный ключ?
КОМПОЗИЦИОННЫЙ КЛЮЧ — это комбинация двух или более столбцов, которые однозначно идентифицируют строки в таблице. Комбинация столбцов гарантирует уникальность, хотя индивидуальная уникальность не гарантируется. Следовательно, они объединены, чтобы однозначно идентифицировать записи в таблице.
Разница между составным и составным ключом заключается в том, что любая часть составного ключа может быть внешним ключом, но составной ключ может быть или не быть частью внешнего ключа.
Что такое суррогатный ключ?
Искусственный ключ, предназначенный для уникальной идентификации каждой записи, называется суррогатным ключом. Такие ключи уникальны, потому что они создаются, когда у вас нет естественного первичного ключа. Они не придают никакого значения данным в таблице. Суррогатный ключ обычно является целым числом.
| Fname | Фамилия | Время начала | Время окончания |
| Энн | кузнец | 9:00 | 18:00 |
| Джек | Фрэнсис | 8:00 | 17:00 |
| Анна | McLean | 11:00 | 20:00 |
| показанный | Willam | 14:00 | 23:00 |
Выше приведен пример, показывающий сроки смены разных сотрудников. В этом примере суррогатный ключ необходим для уникальной идентификации каждого сотрудника.
Суррогатные ключи разрешены, когда
Что может служить ключом в базе данных коллекция
Ключи играют огромную роль в реляционных базах данных. Они связывают множество разрозненных таблиц в единую систему, другими словами, с помощью ключей задаётся структура базы данных. Ключи делятся на независимые потенциальные и зависимые от потенциальных внешние. И те и другие ключи могут состоять из одной колонки ( простые ключи) и нескольких колонок ( составные ключи).
называется потенциальным ключом.
Потенциальный ключ играет роль адреса кортежа (строки) в отношении (таблице). В одной таблице может быть несколько потенциальных ключей.
Пример таблицы с несколькими потенциальными ключами
Есть очень маленькая вероятность того, что на одном заводе будут работать два человека с однинаковыми ФИО, родившиеся в одном месте одновременно. Пренебрежём этим событием.
Определение. Первичным ключом называется потенциальный ключ, выделенный особо и не содержащий значения NULL.
Остальные потенциальные ключи называются альтернативными.
Пример нарушения уникальности значеий атрибута из-за недостатока знаний о предметной области у разработчика базы данных. В брокерской конторе вёлся компьютерный учёт сделок на фондовой бирже. В таблице Сделки в качестве первичного ключа был выбран номер сделки. Таблица имела следующую структуру
Разработчиком не был учтён случай, когда сделку совершают между собой два клиента конторы. Тогда в таблице Сделки должны были бы появиться, но не появились, две строки с одинаковым значением ключевого поля:
Средства контроля уникальности первичного ключа блокировали попытку создать вторую строку с уже имеющимся в таблице номером сделки и выдали сообщение об ошибке. Для предотвращения подобных ситуаций в таблицу была добавлена колонка-счётчик с номерами строк, которая стала первичным ключом вместо номера сделки.
Такая дополнительная колонка называется суррогатным ключом. Она нужна только для идентификации строк таблицы.
Определение суррогатного ключа. Ключевая колонка в таблице, не соответствующая ни одному свойству отображаемой этой таблицей сущности, называется суррогатным ключом.
Внешний ключ в отличие от потенциального не обладает уникальностью. Он всегда связан с потенциальным ключом другой таблицы и принимает только те значения, которые есть в связанном с ним потенциальном ключе. Пара потенциальный ключ таблицы А и внешний ключ таблицы В служит для указания в базе данных связи типа один ко многим, между сущностями, отображаемыми таблицами А и В.
Пример. Сущности Факультет и Кафедра имеют связь типа один ко многим. Им соответствуют таблицы Fak и Kaf. Для отображения связи один ко многим служат первичный ключ ID в таблице Fak и внешний ключ IdFak в в таблице Kaf.
Все строки таблицы Kaf, в которых IdFak равен ID из таблицы IdFak, относятся к соответствующему факультету. Например, кафедры Органической химии и Общей химии описаны в строках с IdFak =2. В таблице Fak в строке с ID =2 описан факультет химии, к которому нужно отнести кафедры Органической химии и Общей химии.
Формальное определение внешнего ключа выглядит очень абстрактно.
Множество атрибутов FK, принимающее значения только из значений множества PK, называется внешним ключом.
Пример составных ключей для связи между таблицами.
В таблице Участок составной первичный ключ состоит из колонок Номер участка и Номер цеха. В таблице План из колонок с теми же названиями состоит внешний ключ. В данном случае ключ, состоящий из номеров цеха и участка внутри цеха, отображает действительную практику нумерации производственных участков.
Использование составных ключей для связи таблиц увеличивает вероятность нарушения целостности базы данных по сравнению с использованием простых ключей. В приведённом примере при изменении номера цеха придётся вносить изменения в две таблицы: Участок и План. Количество участков в цехе невелико, обычно меньше десяти, а в таблице План придётся изменить сотни строк. При использовании простых ключей вносить изменения в таблицу План не потребовалось бы.
ЦЕЛОСТНОСТЬ БАЗЫ ДАННЫХ
Любая реальная база данных содержит в себе огромное количество семантических и синтаксических связей. Нарушение хотя бы одной из них может привести к получению неверных результатов запросов пользователей. Лёгкость, с которой база данных может быть приведена в негодное для эксплуатации состояние отображается в термине целостность. Базу данных без принятия очень трудоёмких мер легко «разбить», привести в негодность. Точное определение целостности дать практически невозможно. Существует множество толкований этого понятия. Вот одно из таких толкований.
Под целостностью данных понимают точность, корректность, непротиворечивость, логическую согласованность данных хранящихся в базе.
В скобках приведены синонимы термина, используемого в теории реляционных баз данных.
Нарушение целостности атрибута
К этой группе нарушений целостности относится пример 1, в котором дата 43.25.2016 имеет недопустимые значения дня и месяца. Эта проблема легко устраняется правильным выбором типа данных. Но проблема контроля даты сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Например дата 03-25-12 в формате, принятом в США, читается так: 25-е марта 2012 года. Существует большое количество форматов дат. В разных СУБД форматы дат различны. Для текстовой информации очень важен выбор кодировки. При неправильном выборе кодировки на экране монитора вместо русских букв (кириллицы) появятся странные значки (крякозябры).
Эффективным средством предотвращения ошибок при вводе данных является предложение пользователю выбрать, если это возможно, значение из списка, т.е. домена атрибута. Примеры практически возможных доменов: все научные степени и звания преподавателя, все регионы России, все факультеты одного вуза (см. Лабораторная работа № 1. ).
В примере 2 (цена записана в графу Вес) нарушена целостность сразу двух атрибутов. Такое нарушение может произойти в таблице с большим количеством строк и столбцов, если при редактировании поля (клетки таблицы) на экране не видны шапка и крайний левый столбец. Для предотвращения такой ситуации нужно запретить при прокрутке двигать первые строки и столбцы. При разработке экранных форм нужно обязательно учитывать влияние формы на целостность данных.
Нарушения целостности кортежа не так очевидны, как нарушения целостности атрибута. Они часто носят семантический характер. Например, не может человек иметь возраст 1 год и состоять в браке. Сомнительно, чтобы лаборант имел учёное звание профессор. Для того чтобы предотвратить появление подобных ошибок разработчик должен очень хорошо изучить предметную область. Выявить такие ошибки можно только программным путём.
Самостоятельно постройте реляционную модель, соответствующую инфологической модели расписания, приведённой в лекции Модель сущность-связь
Нарушение целостности базы данных в целом наиболее сложно предугадать и предупредить. Случай «Студент числится в несуществующей группе» из примера 4 легко предотвратить, связав отношения Группа и Студент с помощью первичного ключа в отношении Группа и внешнего ключа в отношении Студент. Встретившаяся на практике взаимная зависимость семи таблиц потребовала для проверки целостности написания системы из нескольких программ.
Практические приёмы поддержания целостности данных
Любые средства контроля обязательно кроме положительного дают и отрицательный эффект. Введение средств контроля в базу данных приводит к усложнению её структуры, замедлению выполнения запросов. Проектировщик должен следить, чтобы сумма положительного и отрицательного эффектов оставалась положительной.
Рассмотрим три приема поддержания целостности данных.
1. Теоретический домен, в котором находятся все возможные значения атрибута, заменяется на таблицу-справочник.
Одним из источников ошибок являетсяя многократное повторение в базе данных одного и того же значения атрибута. В приведённой ниже таблице Численность населения приводятся данные за много лет и названия стран многократно повторяются.
Таблица Численность населения
Создадим таблицу Страна состоящую из двух столбцов: КодСтраны и Название, а в таблице Численность населения заменим название страны на её код из таблицы Страна. Теперь, если изменится название страны, его придётся менять только один раз в таблице Страна.
Таблица Численность населения
Таблицы, состоящие только из двух колонок (кода и значения атрибута) называют таблицами-справочниками. Таблицы-справочники позволяют уменьшить количество ошибок при добавлении и редактировании данных, но усложняют запросы на выборку.
2. Неудаляемые записи. Для устранения возникших по злому умыслу или случайно нарушений целостности даннных можно использовать такую организацию данных, при которой записи не удаляются, а лишь помечаются как удалённые и становятся невидимыми пользователю. Для этого в таблицу добавляются столбцы Ngr и priznak. Когда в таблице появляется новая запись, ей присваивается уникальный номер группы и признак d (действующая). При редактировании в этой записи меняется лишь признак на s (старая), а результаты редактирования помещаются в новую запись с тем же номером группы и признаком d (действующая). Запись которую пытается удалить пользователь, помечается признаком u (удалённая). При выборке все записи с признаками s и u игнорируются. При обнаружении искажения данных администратор базы данных читает все записи, в том числе и исправленные и удалённые. Чтобы установить виновного в ошибке, к таблице добавляются ещё два столбца: Кто и Когда, в которых фиксируется пользователь, внёсший запись, и дата внесения. В приведённом примере сделка с акциями эмитента Алмаз была создана, затем дважды отредактирована. Сделка с акциями змитента Сапфир удалена.
Пример таблицы с неудаляемыми записями
Триггер запускается автоматически при попытке выполнения соответствующей ему операции. Например,триггером проверяется структура почтового электронного адреса при его занесении или обновлении.