جبر رابطه‌ای در پایگاه‌های داده: عملیات، مثال‌ها

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

به طور کلی، سیستم های پایگاه داده مجهز به یک زبان پرس و جو هستند که می تواند به کاربران خود در جستجوی نمونه ها کمک کند. دو نوع وجود دارد - جبر رابطه ای و حساب رابطه ای. اولی یک زبان پرس و جو رویه ای است که نمونه های رابطه را به عنوان ورودی می گیرد و روابط نمونه را به عنوان خروجی خروجی می گیرد. برای این کار از حساب تکی یا باینری استفاده می کند. جبر رابطه ای به صورت بازگشتی انجام می شود و نتایج میانی به عنوان روابط تلقی می شوند.

محصول دکارتی (Χ)

اطلاعات را از دو رابطه مختلف در یک رابطه ترکیب می کند.

نشان - r Χ s،

که در آن r و s نسبت هستند و خروجی آنها به عنوان

تعریف می شود

r Χ s={qt | q ∈ r و t ∈ s}.

نتیجه گیری. رابطه‌ای تنظیم می‌کند که همه کتاب‌ها و مقالات نوشته شده با آموزش را نشان می‌دهد.

تغییر نام عملیات (ρ).

رابطه جبر رابطه ای نتایج است، اما بدون نام. عملیات تغییر نام به شما امکان می دهد مقدار خروجی را که با حرف کوچک یونانی ρ نشان داده می شود تغییر دهید.

تعیین - ρ _x (E)،

جایی که نتیجه عبارت E با نام ذخیره می شودx.

عملیات اضافی:

• تقاطع تنظیم؛
• تکالیف;
• اتصال طبیعی.

حساب رابطه ای

این یک زبان پرس و جو غیر رویه ای است، به این معنی که به شما می گوید چه کاری انجام دهید اما نحوه پیاده سازی آن را توضیح نمی دهد. حساب رابطه ای به دو صورت وجود دارد:

• حساب همبستگی یک تاپل؛
• فیلتر کردن محدوده متغیر.

Notation - T/State: همه T تاپل هایی را که یک شرط را برآورده می کنند، برمی گرداند. نتیجه تاپل ها را با نام برمی گرداند. TRC را می توان کمی سازی کرد. می توانید از کمیت سازهای وجودی (∃) و جهانی (∀) استفاده کنید. نتیجه. پرس و جوی بالا همان نتیجه قبلی را خواهد داد.

حساب ارتباطی دامنه DRC

متغیر فیلتر از دامنه ویژگی به جای مقادیر عدد صحیح چندگانه استفاده می کند (همانطور که در TRC ذکر شده در بالا انجام شد).

Notation – {a ₁، یک ₂، یک ₃، …، یک | P (یک ₁، یک ₂، یک ₃، …، یک )}،

که در آن a1، a2 ویژگی‌ها هستند و P فرمول‌هایی را نشان می‌دهد که با مقادیر داخلی ساخته شده‌اند.

نتیجه گیری. مقاله، صفحه و موضوع را از رابطه TutorialsPoint، جایی که موضوع پایگاه داده است، تنظیم می کند.

مانند TRC، DRC نیز می تواند با استفاده از کمیت سازهای وجودی و جهانی نوشته شود. DRC همچنین شامل عملگرهای جبر رابطه ای است. قدرت بیان محاسبه، حساب دیفرانسیل و انتگرال و همبستگی روابط بین نقاط معادل است.

تغییرها و طرح‌های حساب رابطه‌ای و جبر

مدل ER، هنگامی که در نمودارها مفهوم سازی می شود، نمای کلی خوبی از روابط ضروری ارائه می دهد که درک آن آسان تر است. نمایش های شماتیک را می توان به یک طرح واره رابطه ای نگاشت، یعنی می توان آنها را با یکدیگر ایجاد کرد. وارد کردن تمام محدودیت های ER در یک مدل رابطه ای ممکن نیست، اما می توان یک ساختار تقریبی ایجاد کرد. چندین فرآیند و الگوریتم برای تبدیل نمودارها به این سیستم وجود دارد. برخی از آنها خودکار هستند، در حالی که برخی دیگر به صورت دستی ایجاد می شوند. نمودارهای ER عمدتاً از معیارهای زیر تشکیل شده است:

• نهاد و ویژگی های آن؛

پیوند

• ، که ارتباطی بین مقادیر بالا است.

مقایسه اشیاء و روابط به روش ها و طرح های متفاوتی اتفاق می افتد. به عنوان مثال، یک موجودیت یک شی دنیای واقعی با برخی ویژگی ها است. روند تطبیق، الگوریتم به شرح زیر است:

• ایجاد جدول برای هر شی;

ویژگی های

• باید به فیلدهای جدول با انواع داده های مربوطه تبدیل شوند؛
• کلید اصلی را اعلام کنید.

یک رابطه ارتباط بین موجودیت ها است. فرآیند گردآوری به شرح زیر است:

• ایجاد جدول برای روابط؛
• کلیدهای اصلی همه نهادهای شرکت کننده را به عنوان فیلدهای جدول با انواع داده های مناسب اضافه کنید؛
• اگر رابطه دارای ویژگی است، هر ویژگی را به عنوان فیلد جدول تنظیم کنید؛
• کلید اصلی را که همه چیز را تشکیل می دهد ترکیب کنیدبقیه برای اشیاء شرکت کننده؛
• تمام محدودیت‌های کلید خارجی را مشخص کنید.

نمایش مجموعه های ضعیف و اشیاء سلسله مراتبی طبق یک سیستم خاص رخ می دهد. قبل از هر چیز، لازم است مبانی و تعاریف اساسی این ارزش ها را درک کنیم. مجموعه ویژگی های ضعیف، مجموعه ای است که هیچ کلید اصلی مرتبط با آن نداشته باشد. روند نمایش به شرح زیر است:

• ایجاد جدول برای مجموعه ای ضعیف از اشیاء؛
• اضافه کردن تمام صفات به طرحواره به عنوان یک فیلد؛
• کلید اصلی را برای شناسایی مشخص کنید؛
• تنظیم همه محدودیت‌های کلید خارجی.

نمایش اشیاء سلسله مراتبی بر اساس تخصصی یا تعمیم زبان جبر رابطه ای به شکل موجودیت های متوالی رخ می دهد. الگوریتم به شرح زیر است:

• ایجاد جداول برای همه اشیاء سطح پایین تر؛
• افزودن کلیدهای اصلی؛
• در سطح پایین همه ویژگی های دیگر اشیاء سطح پایین را پیاده سازی کنید؛
• کلیدهای اصلی جدول را اعلام کنید؛
• تنظیم محدودیت های کلید خارجی.

گزینه های موجود برای توصیف، ذخیره، تغییر اطلاعات

SQL یک زبان برنامه نویسی برای پایگاه داده های رابطه ای است. بر روی جبر و حساب همبستگی تاپل ها توسعه یافته است. SQL به عنوان یک بسته با تمام توزیع های اصلی DBMS ارائه می شود. هم شامل داده ها و هم زبان هایی برای دستکاری آنهاست. با استفاده از ویژگی های تعریف داده های جبر رابطه ای SQL، می توانید طرح واره پایگاه داده را طراحی و اصلاح کنید.در حالی که ویژگی های مدیریت و تنظیم و همچنین تغییرات داده ها به شما امکان ذخیره و بازیابی اطلاعات نصب شده در سیستم را می دهد. از مجموعه دستورات زیر برای تعریف ساختار و سیستم استفاده می کند:

• پایگاه داده، جداول و نماهای جدید را از DBMS ایجاد می کند.
• دستورات را پرتاب می کند.
• شمای پایگاه داده را تغییر می دهد.
• این دستور یک ویژگی به یک شی رشته اضافه می کند.

SQL به زبان دستکاری داده ها (DML) مجهز شده است. با درج، به روز رسانی و حذف اطلاعات، نمونه پایگاه داده را اصلاح می کند. DML مسئول تغییر تمام داده ها است. SQL شامل مجموعه دستورات زیر در بخش DML است:

1. SELECT یکی از دستورات اولیه پرس و جو است. این شبیه به عملیات طرح ریزی جبر رابطه ای است. ویژگی ها را بر اساس شرایط توصیف شده در عبارت WHERE انتخاب می کند.
2. FROM - این بخش نامی را به عنوان آرگومان می گیرد که از آن ویژگی ها باید انتخاب/پروژه شوند. در صورتی که بیش از یک نام داده شود، این مورد با محصول دکارتی مطابقت دارد.
3. WHERE - این بخش گزاره یا شرایطی را مشخص می کند که برای واجد شرایط بودن ویژگی پیش بینی شده باید رعایت شوند.

همچنین دستوراتی وجود دارد:

• درج;
• تغییر مقادیر؛
• حذف.

ایجاد پرس و جوهای جبر رابطه ای

هنگام ساختن یک جستجو، وظیفه یافتن ساختاری از عملیات است که به خروجی صحیح منجر شود. عملیات اصلی جبر رابطه ای ساده استعملیات با یک یا دو رابطه به عنوان عملوند. اثرات ترکیبی دنباله نتیجه نهایی را تعیین می کند. از آنجایی که سیستم جبر رابطه‌ای در پایگاه‌های داده بسیار ساده است، بسیاری از نتایج میانی را می‌توان قبل از رسیدن به خروجی نهایی به‌دست آورد، همچنین از آنها به عنوان عملوندهایی استفاده می‌شود که داده‌های دریافتی جدید را تولید می‌کنند.

برای اکثر اپراتورها، ترتیب کوئری ها و اجرای آنها مهم نیست، به این معنی که با شکل دادن و ترکیب داده های میانی به روش های مختلف می توان به خروجی یکسانی دست یافت. در عمل، جستجو در پایگاه داده نسبتاً آسان است. سیستم انجام عملیات و نتایج میانی توسط بهینه ساز پرس و جو تعیین می شود. هنگام تشکیل سؤالات، الزامات، باید ابتدا

را انتخاب کنید که برای رسیدن به پاسخ کدام روابط لازم است و سپس عملیات و نتایج میانی را مشخص کنید. ساختار یک جبر رابطه ای در پایگاه داده نتایج را می توان به صورت نمودار نشان داد. بهینه‌سازهای نیازمندی‌ها سعی می‌کنند تا حد ممکن اجرا را سازماندهی کنند. در عمل، این معمولاً به این معنی است که آنها سعی می کنند نتایج متوسط را در سریع ترین زمان ممکن به حداقل برسانند. مثال‌های رایج جبر رابطه‌ای به این امر کمک می‌کند.

مثال 1.

نیاز به اطلاعات: اطلاعات مربوط به خودروهای سال مدل 1996 که در آن نقص در بازرسی برای سال 1999 یافت شد.

ابتدا، اطلاعات مربوط به خودروها به منظور درک مقادیر تمام ویژگی های رابطه نمایش داده می شود. اطلاعات مربوط به بازرسی ها در جدول "بازرسی" و در صورت شناسایی ذخیره می شودخطاها در جدول "مشکل" ثبت می شوند. بنابراین، این سه جدول برای دریافت اطلاعات مورد نیاز مورد نیاز است.

فقط ماشین های 1996 جالب هستند. محدوده مدل وسیله نقلیه به عنوان مقدار ویژگی مجموعه در ردیف جدول اطلاعات خودرو نشان داده می شود. اولین نتیجه میانی شامل تاپل هایی است که انواع 1996 را نشان می دهد.

بنابراین فقط ردیف هایی لازم است که این دوره را پوشش دهند. برای استخراج آنها باید از یک انتخاب استفاده کنید. اکنون خودروها و بازرسی هایی وجود دارد که لازم بود. سپس رشته ها با استفاده از عملیات الحاق به هم متصل می شوند. آنها باید با یک شماره ثبت مشترک به هم بپیوندند، زیرا این تنها ستون مشترک است و از یک اتصال طبیعی استفاده می شود.

برای اینکه متوجه شوید در جریان بررسی ها مشکلی وجود داشته است، باید خطوط مشکل را با چک مرتبط کنید. پس از اتصال ردیف های کنترل به خودروها، می توانید این نتیجه را به جدول خطا متصل کنید. وابستگی باید بر اساس شماره ثبت مشترک و تاریخ تایید شده باشد. اینها تنها ستون های رایج در جداول هستند، بنابراین از یک اتصال طبیعی استفاده می شود.

گزینه های محاسبه بدون نتایج متوسط

مثال 2.

اطلاعات مورد نیاز: نام راننده برای مدل سال 1995 یا خودروهای قدیمی تر که برای سال 2000 آزمایش نشده اند. نام در جدول "راننده" است. سازمان های مجری قانون در جدول "بازرسی و خودروها در ماشین سفره خانه" توضیح داده شده است. بنابراینبنابراین، این سه جدول مورد نیاز است. ابتدا باید خودروهایی را که برای سال 2000 معاینه نشده اند، پیدا کنید. حل این مشکل فقط با استفاده از بازرسی های ذکر شده در جدول امکان پذیر نیست، زیرا حاوی داده هایی در مورد بازرسی هایی است که انجام شده است و نه مواردی که اجرا نشده اند. این مشکل با جستجوی خودروهای مکمل که قبل از سال 2000 بررسی شده اند حل می شود. در واقع، فقط شماره ثبت آنها مورد نیاز است.

مثالهای دیگری به جز موارد بالا وجود دارد که نحوه تغییر یا یافتن اطلاعات را نشان می دهد. انواع پرس و جو را می توان با استفاده از عملیات ویژه بهینه کرد. در واقع، برای اینکه جستجو و یافتن داده تا حد امکان آسان و ساده شود، یک مدل حساب رابطه ای وجود دارد.

جایی که اطلاعات ایمن و محافظت می شود

مدل داده های رابطه ای جبر رابطه ای در قالب های فایل حاوی رکوردها ذخیره می شود. در سطح فیزیکی، اطلاعات واقعی در قالب الکترومغناطیسی در برخی از دستگاه‌ها ثابت می‌شوند. این دستگاه های ذخیره سازی را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

1. ابتدایی. این دسته شامل حافظه هایی است که مستقیماً در دسترس CPU است. رجیسترها، حافظه سریع (کش) و حافظه اصلی (RAM) مستقیماً در دسترس هستند، زیرا همه آنها روی مادربرد یا چیپ ست قرار دارند. این ذخیره سازی معمولاً بسیار کوچک، فوق العاده سریع و ناپایدار است. یک منبع تغذیه ثابت برای حفظ وضعیت مورد نیاز است. اگر خراب شود، تمام داده های آن از بین می رود.
2. ثانویه. برای ذخیره اطلاعات برای آینده استفاده می شوداستفاده یا پشتیبان گیری شامل دستگاه‌های حافظه‌ای که بخشی از چیپست پردازنده یا مادربرد نیستند، مانند دیسک‌های مغناطیسی، دیسک‌های نوری (DVD، CD، و غیره)، هارد دیسک‌ها، درایوهای فلش، و نوارهای مغناطیسی.
3. دوره سوم. برای ذخیره حجم عظیمی از داده ها استفاده می شود. از آنجایی که چنین دستگاه های ذخیره سازی خارج از سیستم کامپیوتری هستند، از نظر سرعت کندترین آنها هستند. این ابزارهای ذخیره سازی عمدتاً برای پشتیبان گیری از کل سیستم استفاده می شوند. دیسک های نوری و نوارهای مغناطیسی به طور گسترده به عنوان ذخیره سازی سوم استفاده می شوند.

عملیات جبر رابطه ای ویژه برای کارایی پرس و جو مهم هستند.

ساختار ذخیره‌سازی

سیستم رایانه دارای سلسله مراتب حافظه کاملاً مشخصی است. CPU دسترسی مستقیم به سیستم اصلی و همچنین رجیسترهای داخلی دارد. زمان دسترسی به حافظه اصلی آشکارا کمتر از سرعت پردازنده است. برای به حداقل رساندن این اختلاف، یک کش معرفی شده است. حافظه پنهان سریع ترین زمان دسترسی را ارائه می دهد و حاوی داده هایی است که اغلب توسط CPU به آنها دسترسی پیدا می کند.

حافظه ای که سریع ترین دسترسی را داشته باشد گران ترین است. دستگاه‌های ذخیره‌سازی بزرگ سرعت کمی دارند و ارزان‌تر هستند، اما می‌توانند حجم عظیمی از داده‌ها را در مقایسه با ثبت پردازنده یا حافظه پنهان ذخیره کنند.

درایوهای مغناطیسی و هارددیسک رایج‌ترین دستگاه‌های ذخیره‌سازی ثانویه در سیستم‌های رایانه‌ای امروزی هستند. آنها مغناطیسی نامیده می شوندپایه فلزی این دیسک ها به صورت عمودی روی اسپیندل قرار می گیرند. سر خواندن/نوشتن بین آنها حرکت می کند و برای مغناطیس کردن یا حذف چنین نقطه ای از زیر استفاده می شود. می توان آن را به عنوان 0 (صفر) یا 1 (یک) تشخیص داد.

هارد دیسک ها برای ذخیره سازی کارآمد داده ها به ترتیبی کاملاً تعریف شده فرمت می شوند. دایره های متحدالمرکز زیادی دارد که مسیرها نامیده می شوند. هر آهنگ بیشتر به بخش‌هایی تقسیم می‌شود که معمولاً 512 بایت داده را ذخیره می‌کند.

عملیات فایل

عملیات روی سیستم زبان جبر رابطه ای و پایگاه داده آن را می توان به طور کلی به دو دسته طبقه بندی کرد:

• به روز رسانی;
• جستجو.

دسته اول مقادیر داده ها را با درج، حذف یا به روز رسانی تغییر می دهد. از سوی دیگر، عملیات جستجو اطلاعات را ویرایش نمی‌کنند، بلکه پس از فیلتر کردن شرطی اختیاری، آن‌ها را استخراج می‌کنند. در هر دو نوع عملیات، انتخاب نقش بسزایی دارد. علاوه بر ایجاد و حذف یک فایل، ممکن است چندین عملیات روی آنها انجام شود:

1. باز - در یکی از دو حالت خواندن یا نوشتن وجود دارد. در حالت اول، سیستم عامل به کسی اجازه تغییر داده را نمی دهد. به عبارت دیگر، داده ها فقط خوانده می شوند. فایل هایی که در حالت خواندن باز می شوند را می توان بین چندین شی به اشتراک گذاشت. حالت نوشتن به شما امکان می دهد داده ها را تغییر دهید. فایل ها را می توان خواند اما نمی توان آنها را به اشتراک گذاشت.
2. Close مهمترین عملیات از نظر سیستم عامل است زیرا همه قفل ها را حذف می کند.(اگر در حالت اشتراک‌گذاری شده باشد)، داده‌ها را (در صورت اصلاح) در رسانه ثانویه ذخیره می‌کند، و همه بافرها و کنترل‌کننده‌های مرتبط با فایل را آزاد می‌کند.
3. Indexing یک روش ساختار اطلاعاتی برای استخراج کارآمد رکوردها از فایل های یک سیستم بر اساس برخی از ویژگی هایی است که در آن سیستم پیاده سازی شده است. بر اساس ویژگی ها تعریف شده است.

نمایه سازی می تواند از نوع زیر باشد:

1. Primary در فایل داده های مرتب شده تعریف شده است. فایل اطلاعات در فیلد کلید سازماندهی شده است.
2. شاخص ثانویه تولید شده از فیلدی که یک کلید کاندید است و دارای یک مقدار منحصر به فرد در هر رکورد است یا کلیدی با مقادیر تکراری ندارد.
3. خوشه‌بندی در یک فایل داده مرتب، در یک فیلد غیرکلیدی تعریف می‌شود.

سیستم مدیریت پایگاه داده یا DBMS به فناوری ذخیره و بازیابی اطلاعات کاربر با حداکثر کارایی همراه با اقدامات امنیتی مناسب اشاره دارد. بررسی دقیق تر این موضوع به این نتیجه می رسد که جبر رابطه ای زبان عملگرهایی است که روابط را به عنوان آرگومان در نظر گرفته و در نتیجه آنها را برمی گرداند.