Модуль 1. Математические основы баз данных и знаний 1. - презентация

1 Модуль 1. Математические основы баз данных и знаний 1

2 Лекция 5 Базисные средства манипулирования реляционными данными: алгебра A Дейта и Дарвена 1. Базовые операции Алгебры A 2. Полнота и избыточность Алгебры A 2

3 1. Базовые операции Алгебры A Базис Алгебры A реляционное отрицание (дополнение) реляционная конъюнкция (или дизъюнкция) проекция (удаления атрибута) 3

4 Реляционные аналоги логических операций позволяют выражать напрямую: операции пересечения декартова произведения естественного соединения объединения отношений и т. д. 1. Базовые операции Алгебры A 4

5 Путем комбинирования базовых операций выражаются операции : переименования атрибутов соединения общего вида взятия разности отношений 1. Базовые операции Алгебры A 5

6 Условные обозначения r – отношение A – имя атрибута отношения r T – имя соответствующего типа (типа или домена) v – значение типа T. заголовок Hr отношения r - множество атрибутов (упорядоченных пар вида ) 1. Базовые операции Алгебры A 6

7 Условные обозначения никакие два атрибута в этом множестве не могут содержать одинаковое имя атрибута A; кортеж tr, соответствующий заголовку Hr, – множество упорядоченных триплетов вида тело Br отношения r – это множество кортежей tr. 7

8 Условные обозначения еxists - квантор существования exists tr означает «существует такой tr, что» Символ « » означает принадлежность одного множества другому; tr Br означает, что элемент tr принадлежит множеству Br. tr Br означает, что элемент tr не принадлежит множеству Br 1. Базовые операции Алгебры A 8

9 Условные обозначения имена реляционных операций берутся в угловые скобки:,, и т. д. 9

10 1. Базовые операции Алгебры A Операция реляционного дополнения Пусть s обозначает результат операции r. Тогда: Hs = Hr (заголовок результата совпадает с заголовком операнда); Bs = {ts : exists tr (tr Br and ts = tr) } (в тело результата входят все кортежи, соответствующие заголовку и не входящие в тело операнда). 10

11 1. Базовые операции Алгебры A Операция реляционного дополнения Операция производит дополнение s заданного отношения r Заголовком s является заголовок r Тело s включает все кортежи, соответствующие этому заголовку и не входящие в тело r. 11

12 1. Базовые операции Алгебры A Операция реляционного дополнения Пусть в состав домена ДОПУСТИМЫЕ_НОМЕРА_ПРОЕКТОВ входит всего пять значений {1, 2, 3, 4, 5} 12

13 1.Базовые операции Алгебры A Операция удаления атрибута Пусть s - результат операции r A. Для обеспечения возможности выполнения операции требуется, чтобы существовал некоторый тип (или домен) T такой, что Hr (т. е. в состав заголовка отношения r должен входить атрибут A). 13

14 1.Базовые операции Алгебры A Операция удаления атрибута Тогда: Hs = Hr minus { } заголовок результата получается из заголовка операнда изъятием атрибута A; Bs = {ts : exists tr exists v (tr Br and v T and tr and ts = tr minus { })} в тело результата входят все кортежи операнда, из которых удалено значение атрибута A. 14

15 15 1.Базовые операции Алгебры A Операция удаления атрибута СЛУЖАЩИЕ REMOVE ПРО_НОМ (получить данные о служащих, участвующих в проектах).

16 16 1.Базовые операции Алгебры A Операция переименования Пусть s - результат операции r (A, B) Для выполнения операции требуется, чтобы существовал некоторый тип T, такой, что Hr, и чтобы не существовал такой тип T, что Hr (в схеме отношения r должен присутствовать атрибут A и не должен присутствовать атрибут B.)

17 17 1.Базовые операции Алгебры A Операция переименования Тогда: Hs = (Hr minus { }) union { } в схеме результата B заменяет A Bs = {ts : exists tr exists v (tr Br and v T and tr and ts = (tr minus { }) union { })} в кортежах тела результата имя значений атрибута A меняется на B.

18 18 1.Базовые операции Алгебры A Операция реляционной конъюнкции Пусть s - результат операции r1 r2 Для выполнения операции требуется, чтобы если Hr1 и Hr2, то T1=T2 (если в двух отношениях-операндах имеются одноименные атрибуты, то они должны быть определены на одном и том же типе (домене).)

19 19 1.Базовые операции Алгебры A Операция реляционной конъюнкции Тогда: Hs = Hr1 union Hr2 заголовок результата получается путем объединения заголовков отношений Bs = { ts : exists tr1 exists tr2 ((tr1 Br1 and tr2 Br2) and ts = tr1 union tr2)} кортеж результата определяется как объединение кортежей операндов

20 20 1.Базовые операции Алгебры A Операция реляционной конъюнкции если схемы отношений-операндов имеют непустое пересечение, то операция работает как естественное соединение если пересечение схем операндов пусто, то работает как расширенное декартово произведение если схемы отношений полностью совпадают, то результатом операции является пересечение двух отношений

21 21 1.Базовые операции Алгебры A Операция реляционной дизъюнкции Пусть s обозначает результат операции r1 r2 Для обеспечения операции требуется, чтобы если Hr1 и Hr2, то T1 = T2 одноименные атрибуты должны быть определены на одном и том же типе

22 22 1.Базовые операции Алгебры A Операция реляционной дизъюнкции Тогда: Hs = Hr1 union Hr2 из схемы результата удаляются атрибуты- дубликаты Bs = { ts : exists tr1 exists tr2 ((tr1 Br1 or tr2 Br2) and ts = tr1 union tr2)}

23 23 1.Базовые операции Алгебры A Операция реляционной дизъюнкции при этом: если у операндов нет общих атрибутов, то в тело результата входят все ts, которые являются объединением tr1 и tr2, и хотя бы один из этих кортежей принадлежит телу одного из операндов; если у операндов есть общие атрибуты, то в тело результата входят все ts, которые являются объединением кортежей tr1 и tr2, если хотя бы один из этих кортежей принадлежит телу одного из операндов, и значения общих атрибутов tr1 и tr2 совпадают; если же схемы операндов совпадают, то тело результата является объединением тел операндов.

24 2. Полнота и избыточность Алгебры A 24 в состав базовых операций Алгебры A входят операция в качестве аналога операции PROJECT, и операция переименования атрибутов. UNION является частным случаем операции, TIMES, INTERSECT и NATURAL JOIN – частные случаи операции. Покажем, что через операции Алгебры A выражаются операции взятия разности MINUS, ограничения (WHERE), соединения общего вида (JOIN) и реляционного деления (DIVIDE BY).

25 Исходные отношения Полнота и избыточность Алгебры A Выводимость операции взятия разности

26 Результат операции MINUS Полнота и избыточность Алгебры A Выводимость операции взятия разности

27 27 2. Полнота и избыточность Алгебры A Выводимость операции взятия разности

28 28 2. Полнота и избыточность Алгебры A Выводимость операции взятия разности

29 29 2. Полнота и избыточность Алгебры A Интерпретация операции ограничения операция ограничения r WHERE comp где r – отношение, comp – простое условие ограничения

30 30 2. Полнота и избыточность Алгебры A Интерпретация операции ограничения Выражение WHERE (a = const) через