Разработка клиентского приложения для салона красоты "Redken Loft 5th Avenue"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи

Хабаровский институт инфокоммуникаций (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

(ХИИК СибГУТИ)

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Разработка клиентского приложения для салона красоты «REDKEN LOFT 5^th Avenue»

Руководитель

О.Л. Петрова

Студент

С.В. Дударева

Хабаровск 2017 год



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Теоретическая основа для разработки приложения

1.1 Язык SQL. Синтаксис

1.2 Реляционная модель данных. ER-модель. Связи между таблицами

1.3 Нормализация таблиц. Ключи индексы

1.4 Среда быстрой разработки Embarcadero RAD Studio 10 Seattle

2. Разработка клиентского приложения

2.1 Интерфейс приложения

2.2 Таблицы, ключи и связи

2.3 Листинг

3. Охрана труда и техника безопасности

3.1 Общее понятие охраны труда

3.2 Общие положения техники безопасности

3.3 Техника безопасности программистов

3.4 Рациональное планирование рабочего места программиста

Заключение

Список использованных источников



ВВЕДЕНИЕ

В наше время в течение своей жизни любой человек ежедневно сталкивается с колоссальным объёмом информации, которую в свою очередь необходимо запоминать и использовать. Это и личная информация о людях, и назначенные встречи или приёмы, и картотеки об оборудовании на предприятиях и т.д. Чтобы облегчить себе процесс запоминания, люди стараются записывать важную информацию на различные, будь то бумажные или цифровые, носители. Записные книжки, картотеки, каталоги, списки штата, журнал оценок и т.д. - всё это примеры баз данных. Если обобщить, то база данных - это упорядоченный и организованный специальным образом набор сведений или информации какой-либо предметной области.

Однако, запись и поиск необходимых данных в несистематизированных источниках отнимает не менее колоссальный объём времени и сил. Поэтому в настоящее время практически на любом предприятии существуют компьютерные базы данных. Существенным преимуществом баз данных является их систематизированность. Это значит, что информация в базе данных расположена таким образом, что необходимые данные находит и обрабатывает ЭВМ. Так как объект работы, - базы данных и приложение для работы с БД, - являются неотъемлемой частью практически любого производственного процесса, можно с уверенностью утверждать, что тема выпускной квалификационной работы является актуальной.

Целью работы являлась разработка клиентского приложения для работы с базой данных клиентов, посещений и каталога услуг для салона красоты «REDKEN LOFT 5^th Avenue». Субъект работы, т.е. салон красоты, относится к сфере услуг и имеет ряд особенностей производственного характера. Прежде всего, потребитель услуг, он же заказчик, непосредственно участвует в производственном процессе, т.е. при получении услуги, а это значит, что необходим более тесный контакт с клиентом. Во-вторых, хотя каждая услуга и имеет определённые стандарты и техники, нарушать которые нельзя, особенности и пожелания каждого конкретного клиента учитываться должны обязательно. Это говорит о том, что в сфере оказания услуг степень индивидуального подхода к каждому клиенту на порядок выше, чем в других сферах, когда потребитель не участвует в производственном процессе. Чтобы обеспечить эти две особенности, необходим качественный и тщательный сбор не только формальной информации о клиенте, например, ФИО, телефон, оказываемая услуга, но и так называемых неформальных данных. К неформальным данным о клиенте салона красоты можно отнести, например, наличие домашнего питомца, чтобы при следующем визите клиента мастер мог поддержать разговор, т.е. это может быть любая личная информация о клиенте, о которой мастер узнал из разговора. Именно эта информация поможет обеспечить личный контакт с конкретным клиентом и индивидуальный подход к каждому. Но вести данные вручную и впоследствии их искать - занятие очень трудоёмкое и при этом отнимающее много времени.

В ходе работы с заказчиком приложения были выявлены и оговорены несколько трудностей производственного процесса салона. Прежде всего, каждому мастеру требуется прилагать много усилий, чтобы, в частности, видеть историю визитов каждого конкретного клиента и осуществлять поиск слишком разбросанных результатов предыдущих посещений. Среди прочего клиентская база салона немаленькая. Поскольку держать информацию в деталях о каждом визите в уме очень сложно, а заметки в письменном виде занимают слишком много места, были сформулированы следующие задачи. Во-первых, свести в удобное и доступное место всю клиентскую базу. Во-вторых, обеспечить возможность ведения статистики посещений и учёт клиентов с возможностью видеть уровень прироста и оттока, а также осуществлять анализ посещаемости клиентов. В-третьих, реализовать возможность добавления данных о каждом визите, в том числе рецептуры, выполненные программы по уходу, рекомендованный домашний уход, рекомендации об использовании продукции салона (т.е. своего рода реклама). И в-четвёртых, осуществить быстрый доступ к истории посещений в наглядном формате.

Разработка базы данных состоит из двух этапов:

- проектирование базы данных. Под проектированием базы данных понимается процесс создания схемы базы данных и определения необходимых ограничений целостности;

- создание базы данных. Под создание базы данных понимается непосредственно сам процесс создания связанных между собой таблиц и использование прикладных программ для разработки интерфейса.

Проектирование базы данных включает в себя следующие два этапа:

- системный анализ предметной области. Под анализом предметной области понимается выявление требований заказчика и определение набора решаемых задач;

- анализ данных и построение модели данных. В ходе данного этапа проектируются необходимые таблицы и связи между ними.

Создание базы данных происходит в среде определённой СУБД и состоит из:

- создания структуры базы данных - это процесс создания в среде ранее разработанных таблиц;

- заполнения базы данными.

В качестве СУБД использована реляционная СУБД MySQL, а администрирование осуществлено с помощью web-приложения phpMyAdmin. Для реализации приложения для работы с базой данных использована среда разработки Embarcadero RAD Studio 10 Seattle, которая располагает широким спектром возможностей и средств для реализации поставленных задач.



1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ БАЗА ДЛЯ РАЗРАБОТКИ КЛИЕНТСКОГО ПРИЛОЖЕНИЯ

реляционный интерфейс синтаксис листинг

1.1 Язык SQL. синтаксис

Структурированный язык запросов SQL (Structured Query Language) является наиболее распространённым непроцедурным языком манипулирования данными, позволяющий управлять базами данными и реализовывать операции реляционной алгебры.

Первый прототип SQL появился в 1970-х годах в компании IBM. Этот специальный язык назывался «SEQUEL» («Structured English QUEry Language» - структурный язык английских запросов) и позволял относительно просто управлять данными в СУБД. Позднее «SEQUEL» был переименован в «SQL». А в 1989 году «SQL» стал международным стандартом языка баз данных. Изначально стандарт «SQL» определялся «ANSI» («Американский Национальный Институт Стандартов»), но в данное время он также принимается «ISO» («Международная Организация по Стандартизации»).

Язык SQL относится к языкам высокого уровня (high-level programming language). Это значит, что пользователю помимо указания необходимых для получения данных нет необходимости уточнять процедуру их получения. Другими словами, программист выражает только свою потребность, переведённую в машинный код (machine code), а не возможности ЭВМ. В отличие от языков высокого уровня языки низкого уровня близки к машинным командам, но в то же время программы, написанные на таких языках, работают быстрее.

Главное преимущество языка SQL в том, что он ориентирован на операции с данными, которые представлены совокупностью логически связанных таблиц, а не записей файлов. Благодаря этому пользователю нет необходимости детального знания структуры хранения данных и ручного указания, что, где и как получить для выполнения запроса. В этом отношении язык SQL можно назвать «самостоятельным», потому что он самостоятельно устанавливает, где находятся данные, в какой последовательности эффективнее выполнять операцию и т.д., т.е. все эти детали и подробности не нужно указывать в самом запросе к базе данных.

Относительно функционального назначения команд язык SQL состоит из следующих четырех частей, которые не являются самостоятельными отдельными языками:

- язык определения данных (Data Definition Language, DDL);

- язык манипулирования данными (Data Manipulation Language, DML);

- язык определения доступа к данным (Data Control Language, DCL);

- язык управления транзакциями (Тгаnsасtiоn Соntrol Language, TCL).

Язык определения данных (DDL) предназначен для описания структуры баз данных. Этот язык позволяет создавать, изменять и удалять различные составные части структуры данных, или объекты в БД, например, таблицы, представления, процедуры, триггеры, табличных области, пользователи, роли и т.д. Назначение команды определяется первым словом в предложении, называемое также запросом, которое может быть одним из следующих:

- запрос «CREATE» означает «создать». Запрос «CREATE» применяется для создания нового объекта в БД. Например, запрос «CREATE TABLE» означает «создать таблицу», запрос «CREATE VIEW» - «создать представление» и т.д.;

- запрос «ALTER» означает «изменить». Запрос «ALTER» применяется для изменения ранее созданного, т.е. уже имеющегося, объекта базы данных. Например, запрос «ALTER TABLE» означает «изменить таблицу», запрос «ALTER VIEW» - «изменить представление» и т.д.;

- запрос «DROP» означает «удалить». Запрос «DROP» применяется для удаления уже существующего объекта. Например, запрос «DROP TABLE» означает «удалить таблицу», «DROP INDEX» - «удалить индекс» и т.д.

Детальная структура синтаксиса запроса «CREATE» зависит от объекта, который создаётся, но в целом сводится к следующему:

CREATE тип_нового_объекта имя_нового_объекта.

В этом предложении «тип_нового_объекта» определяет, что мы создаём (например, DATABASE, TABLE, VIEW, SEQUENCE, INDEX, SYNONYM и так далее), а «имя_нового_объекта» присваивает индивидуальное имя этому объекту, по которому в дальнейшем при работе с базой данных пользователи будут обращаться.

К примеру, синтаксис команды создания новой таблицы сводится к следующему:

CREATE TABLE имя_таблицы

(

имя_столбца тип_данных [(длина)] [DEFAULT выражение], …

).

В этой команде выражениями «имя_таблицы» и «имя_столбца» задаются имена таблицы и столбца (-ов) соответственно. Ко всем именам, присваиваемым таблицам и столбцам, применяются следующие обязательные правила:

- имя должно начинаться только с буквы;

- может включать в себя до 30 символов;

- может содержать прописные и строчные латинские буквы (A-Z, a-z), арабские цифры (0-9), знаки нижнего подчеркивания «_», доллара «$» и решётки «#».

Выражением «тип_данных» задаётся тип данных для каждого создаваемого столбца и устанавливаются правила для данных столбца создаваемой таблицы. К основным типам данных SQL можно отнести следующие:

- тип VARCHAR2 (n) задаёт символьные данные переменной длины, определяемой параметром n;

- тип NUMBER (p, s) определяет числовые данные с точностью и масштабом, задаваемыми параметрами p и s соответственно (параметры p и s не являются обязательными);

- тип DATE хранит данные, связанные с датой и временем;

- LOB-типы позволяют хранить большие объекты, будь то графика, звуковые файлы, фотографии, видео или большие символьные объекты, например, главы книг или большие документы. К этим типам относятся BLOB и CLOB, предоставляющие возможность хранения до 128 терабайт.

«DEFAULT выражение» устанавливает значение по умолчанию, оно используется в случае, если пользователь при заполнении таблицы данными или внесении изменений явно не задаст значение этого столбца. В качестве значения этого выражения могут использоваться строка, число и функция и не допускается использование имени другого столбца или псевдостолбца. Тип данных значения по умолчанию должен в обязательном порядке совпадать с типом данных этого столбца.

Благодаря средствам языка DDL (определения данных) обеспечивается динамичность структуры базы данных, - это значит, что база данных может изменять свои размеры, будь то расти или уменьшаться, а также модифицировать хранимые в ней данные.

Язык манипулирования данными (DML) по-другому также называется языком управления данными. Запросы этого языка позволяют получать (извлечение данных), добавлять новые данные (вставка данных), вносить изменения и удалять уже имеющиеся в таблицах данные (обновление и удаление данных соответственно). Так же как и язык DDL, функция команды, или запроса, определяется первым словом в предложении и в большинстве случаев выражено глаголом. Запросы могут быть следующие:

- запрос «SELECT» означает «выбрать» и производит выборку данных из таблицы согласно предложению запроса;

- запрос «INSERT» означает «вставить» и производит вставку новой строки в таблицу;

- запрос «UPDATE» означает «обновить» и производит модификацию данных поля (-ей) таблицы;

- запрос «DELETE» означает «удалить» и производит удаление строки (-к) из таблицы согласно условию.

Команда «SELECT» является одной из простейших команд языка SQL и наиболее часто используемой оператором DML. Предложение «SELECT» извлекает строки, столбцы и вычисляемые произвольные значения из одной или нескольких таблиц в пределах одной базы данных. В предложении «SELECT» пользователь явно указывает необходимые выходные данные, но не определяет способ получения этих данных, т.е. набор необходимых операций. Детальный синтаксис предложения «SELECT» достаточно сложный, но его можно свести к следующему:

SELECT {[ALL DISTINCT]} отбираемый_элемент [ AS псевдоним] [, …]

FROM { имя_таблицы [ [AS] псевдоним] имя_представления [ [AS] псевдоним] }

[ [тип_соединения] JOIN условие_соединения ]

[WHERE имя_столбца оператор_сравнения {имя_столбца константа список сравнений}]

[GROUP BY выражение_группировки [HAVING условие_поиска ] ]

[ORDER BY {выражение_для_сортировки [ASC DESC] } ];

Предложение FROM указывает на таблицу (-ы), из которых производится извлечение указанных данных. Выражение «AS псевдоним» позволяет заменить длинные имена таблиц на более приемлемые, так называемые псевдонимы. Такие псевдонимы упрощают запросы и повышают производительность. Квадратные скобки, в которые заключено это выражение, указывают на то, что данная фраза не является обязательной и её можно опустить. Для выборки данных из нескольких таблиц требуется условие объединения. Строки одной таблицы соединяются со строками другой таблицы с помощью общих значений в соответствующих столбцах. Для выборки данных из двух и более таблиц язык SQL предоставляет два варианта решения: с помощью фразы «WHERE» и с помощью фразы «JOIN». Использование предложения «WHERE» является «старым» способ и в настоящее время используется редко. Синтаксис такого запроса сводится к следующему:

SELECT имя_таблицы_1.столбец, имя_таблицы_2.столбец

FROM имя_таблицы_1, имя_таблицы_2

WHERE имя_таблицы_1.столбец = имя_таблицы_2.столбец.

Другой способ соединения - использование фразы «JOIN». Преимущество этого способа заключается в том, что условие соединения таблиц вносится внутрь предложения «FROM», а во фразе «WHERE» находятся только условия отбора строк из таблиц. Синтаксис запрос из двух таблиц с использованием фразы «JOIN» имеет следующий общий вид:

SELECT псевдоним_таблицы_1.столбец, псевдоним_таблицы_2.столбец

FROM имя_таблицы_1 AS псевдоним_таблицы_1

[тип_соединения] JOIN имя_таблицы_1 AS псевдоним_таблицы_1 ON условие_соединения_1 [{AND OR} условие_соединения_2].

В качестве типов соединения могут использоваться следующие:

- CROSS JOIN - полное перекрёстное соединение, также называемое декартовым произведением таблиц;

- INNER JOIN - объединение только пересекающихся по условию строк. Другими словами, выбираются только совпадающие данные из таблиц;

- LEFT [OUTER] JOIN - такое объединение таблиц, в котором строки будут возвращаться из левой таблицы. Это значит, что левая таблица будет являться внешней;

- RIGHT [OUTER] JOIN - такое объединение таблиц, в котором строки будут возвращаться из правой таблицы. Это значит, что правая таблица будет являться внешней;

- FULL [OUTER] JOIN - такое объединение, при котором возвращаются все строки из обеих таблиц вне зависимости от их пересечения;

- UNION JOIN - объединение, при котором происходит возврат всех столбцов и всех строк каждой из таблиц.

В случае, если нет соответствий для значений строк одной таблицы из другой, в качестве значений будут установлены NULL-значения.

Благодаря предложению WHERE в запросе SELECT можно ограничить количество выходных строк с помощью одного или нескольких условий поиска, соединенных необязательными выражениями «AND», «OR», «NOT», означающими «И», «ИЛИ» и «НЕТ» соответственно.

Предложение GROUP BY группирует выводимые строки таблиц по логическим группам с одинаковыми значениями, к которым были применены агрегатные функции. По каждой группе предложение GROUP BY формирует результирующее значение, соответствующее агрегатной функции. Под агрегированием данных понимается процесс объединения строк по заданному принципу. К основным агрегатным функциям можно отнести следующие:

- COUNT - количество значений строк в столбце;

- SUM - сумма значений в столбце;

- AVG - среднее арифметическое значений в столбце;

- MIN - минимальное значение в столбце;

- MAX - максимальное значение в столбце.

Ограничивающее условие в предложение HAVING позволяет выводить только определённые группы значений, сформированные в логические группы фразой GROUP BY и удовлетворяющие заданному условию.

Отсортировать результирующую последовательность выходных строк позволяет предложение GROUP BY. Для изменения порядка сортировки после названия столбца указывается ключевое слово DESC, означающее обратный порядок сортировки (например, от большего к меньшему). По умолчанию для предложения ORDER BY задан параметр ASC, означающий упорядочивание строк в порядке возрастания.

С помощью средств языка определения доступа к данным (DCL) осуществляется административное управление доступом пользователей к базе данных, назначение и отмена их прав использовать и работать с базой данных, таблицами и другими имеющимися объектами, в том числе выполнять операторы SQL. Подмножество этого языка включает в себя два предложения:

- предложение «GRANT» означает «назначить или присвоить одну или несколько привилегий на один или несколько объектов базы данных»;

- предложение «REVOKE» означает «отменить назначенную раннее привилегию»;

- предложение «SET ROLE» означать «разрешить или запретить роли для текущего сеанса работы базы данных».

Синтаксис данных команд очень прост. Например, для назначения роли или присвоения привилегии применяется следующий синтаксис:

GRANT наименоание_привилегии_1, наименование_привелегии_2, …

ON имя_объекта

TO пользователь.

В качестве привилегий может назначаться право выполнять указанные операции с указанным объектов базы данных. Например, изменение, удаление, вставка строк в таблицу.

Следующая составляющая языкаSQL - язык управления транзакциями (TCL), - применяется, чтобы обрабатывать транзакции. Транзакция - это некоторая неделимая последовательность ряда команд или операций, которые производятся над базой данных и переводят данную из одного непротиворечивого состояния в другое так же непротиворечивое состояние. В соответствие с определением транзакцию можно также назвать логической единицей работы. Для работы с транзакцией в языке SQL предназначены три следующие команды:

- команда «COMMIT» фиксирует изменения состояния базы данных, безвозвратно уничтожая прежнее состояние и точки сохранения. Другими словами, COMMIT закрывает открытую транзакцию, а последние незафиксированные изменения в базе данных делает постоянными;

- команда «ROLLBACK» производит откат изменений состояния базы данных и отменяет все незафиксированные действия, применённые в ходе текущей транзакции, или до определённой точки сохранения, или до исходного состояния;

- команда «SAVEPOINT» создаёт точку сохранения транзакции, которая делит транзакцию на части. Однако, стоит заметить, что создание такой точки не фиксирует произведённые изменения.

Синтаксис этих команд достаточно прост и понятен интуитивно. Синтаксис команды фиксации изменений следующий:

COMMIT [WORK].

Синтаксис команды отмены изменений следующий:

ROLLBACK [TO имя_точки_сохранения].

В этом предложении выражение «TO имя_точки_сохранения» позволяет произвести откат к определённой ранее созданной точке сохранения транзакции. В противном случае база данных будет возвращена в исходное состояние.

Синтаксис команды создания точки сохранения следующий:

SAVEPOINT имя_точки_сохранения.

Таким образом, SQL заслуженно можно считать полнофункциональным мощным средством работы с базами данных. Среди главных и существенных преимуществ этого языка являются высокая производительность, лёгкость понимания и удобный синтаксис. SQL позволяет работать широкому спектру баз данных разнообразных предприятий. Этот язык используется во многих средах для разработки клиентских приложений для работы с базами данных.



1.2 Реляционная модель данных. ER-модель. Связи между таблицами

Реляционная модель данных была впервые описана и предложена американским специалистом в области баз данных Эдгаром Коддом в 1969 году и опубликована им в 1970 году. Он утверждал, что любую совокупность данных можно представить в виде двумерных таблиц. Данный способ представления информации является привычным и естественным способом представления информации, что в свою очередь является целью инфологического моделирования.

Название реляционная происходит от англ. relation - отношение. Отношением в теории множеств называется таблица. Благодаря такому подходу организации данных к управлению БД были применены математические принципы и точность, которых отсутствовали в ранних системах управления БД.

Таким образом, реляционной моделью данных определённой предметной области называется набор динамических отношений, т.е. плоских таблиц. Динамичность отношений означает, что они изменяются во времени (добавление, модификация, удаление данных).

Самой маленькой единицей реляционной модели является атомарное, т.е. неделимое значение данных. Множество таких атомарных значений одинакового типа называется доменом. Понятие доменов необходимо для существования смысла сравнения атрибутов отношения.

Для описания свойств отношения в реляционной модели данных необходимо ввести такие определения, как:

- сущность;

- атрибут;

- кортеж;

- заголовок отношения;

- тело отношения;

- степень отношения;

- мощность отношения.

Сущностью называется данные (факт, явление, объект, событие и т.д.), о которых необходимо иметь информацию и хранить её в БД. Другими словами, сущность - это объект любой предметной области, данные (или свойства) о котором хранятся в базе.

Атрибутом отношения называется характеристика или так называемое свойство сущности, которое необходимо для выражения состояния этой сущности. В отношении атрибут представлен поименованным столбцов. Неформальным эквивалентным понятием «атрибут» является «столбец» или «поле». Фиксированное множество атрибутов отношения представляет собой заголовок отношения. В некоторых случаях заголовок называется интерпретацией. Число атрибутов отношения называется его степенью. Так, унарным отношением называется отношение степени один, бинарным - степени два и т.д.

Кортежем отношения называется строка отношения со значениями атрибутов. Множество кортежей отношения составляет тело отношения, а их число - мощностью, или кардинальностью отношения. В отличие от степени отношение, которое не изменяется во времени, мощность отношения является динамической структурой, а значит, изменяется во времени. Неформальным эквивалентом понятия «кортеж» является «строка», «запись» или «экземпляр записи».

Реляционные отношения обладают следующими обязательными свойствами.

Во-первых, каждое отношение базы должно иметь уникальное имя и должно состоять из однотипных строк, а количество отношений - минимальным

Во-вторых, каждый кортеж отношения должен иметь определенное количество полей, или столбцов, и значений атрибутов. Это значит, что в реляционных таблицах не допускаются поля со множественными значениями, т.е. с нарушением условия атомарности единицы отношения. Другими словами, на пересечении строки и столбца должно находиться или строго одно значение, или ничего, т.е. NULL-значение.

В-третьих, два кортежа не могут полностью дублировать друг друга, т.е. содержать идентичные значения для всех полей. В любом случае, хотя бы одно из значений должно быть уникальным и однозначно идентифицировать строку в отношении. Порядок строк в таблице не существенен.

В-четвертых, каждому столбцу таблицы присваивается уникальное, индивидуальное имя, т.е. не допускается наличие двух и более столбцов с абсолютно идентичными именами. В каждом из столбцов могут храниться значения только однородного типа данных (или числа, или даты, или символы) и одинаковой длины. Порядок столбцов в таблице не существенен.

В-пятых, операции над строками и столбцами могут производиться в произвольном порядке не зависимо от их информационного наполнения.

Также к основным элементам реляционной модели данных относятся понятия «схема данных» и «ключ». Понятие «ключ» более подробно описывается в вопросе 1.3.

Операции с данными реляционной модели данных делятся на:

- операции над отношениями. Такие операции бывают унарными и бинарными. Унарные операции над отношениями - это операции преобразования одного отношения в другое, которое является подмножеством первого. Бинарные операции над отношениями - это такие операции, которые могут быть применены к двум отношениям с одинаковой схемой;

- операции над строками - это операции манипулирования кортежами в отношении.

Операции над отношениями реляционной модели данных были созданы Эдгаром Коддом для удобной работы и получили название «реляционная алгебра». Каждая операция реляционной алгебры использует в качестве операнда одну или несколько таблиц. Результатом каждой операций является новая временная таблица, с которой можно работать на уровне строк.

Для осуществления всех операций реляционной алгебры были созданы так называемые «языки манипулирования данными». Такие языки являются языками высокого уровня. Это значит, что нет необходимости пользователю, помимо самих данных, указывать конкретную процедуру их получения. Например, к там языкам относятся SQL (Structured Query Language) - структурированный язык запросов и QBE (Quere-By-Example) - запросы по образцу.

К операциям над отношениями, которые также называются операциями обработки, относятся следующие:

- объединение - операция реляционной алгебры, выполняющаяся над двумя логически связанными отношениями с целью получения нового отношения с тем же составом атрибутов и совокупностью кортежей исходных отношений. Другими словами, объединение двух отношений содержит строки, которые есть или в первом отношении, или во втором, или в обоих;

- пересечение - это операция реляционной алгебры, выполняющаяся над двумя отношениями с одинаковым множеством атрибутов с целью получения множества кортежей, имеющихся одновременно и в первом отношении, и во втором;

- вычитание - это операция реляционной алгебры, выполняющаяся над двумя отношениями с одинаковым множеством атрибутов с целью получения множества кортежей, имеющихся в первом отношении, но отсутствующих во втором. Данная операция также имеет название «разность»;

- декартово произведение - это операция реляционной алгебры, выполняющаяся над двумя отношениями, имеющими разную совокупность атрибутов, с целью получения всех возможных сочетаний кортежей исходных отношений. Пары кортежей формируются путём сцепления кортежа из первого отношения, что является началом новой строки, с кортежем второго отношения. Количество кортежей (число строк) нового отношения равно произведению количества кортежей исходных отношений, а длина каждого кортежа - сумме длин кортежей этих отношений. Эта операция также имеет название «умножение»;

- выбор - это унарная операция реляционной алгебры, осуществляющая выборку подмножества кортежей из одного отношения по заданному условию, называемому предикатом. Такое условие состоит из имени столбца этого подмножества, одного из операторов сравнения (к ним относятся: <, <=, =, <>, >, >=) и константы или другого столбца этого подмножества. Несколько условий соединяются логическими операторами (AND, OR). Структура результирующего отношения является идентичной исходного, но количество кортежей будет меньше. Данная операция также имеет название «селекция» или «горизонтальное подмножество»;

- проекция - это унарная операция реляционной алгебры, которая выполняется над одним отношением, в результате которой формируется новое отношение с некоторым заданным подмножеством атрибутов исходного отношения. Порядок следования атрибутов может отличаться от порядка их следования в исходном отношении. Из результирующего отношения избыточные дублирующиеся кортежи исключаются вручную, т.е. путём применения дополнительных функций. Данная операция также имеет название «вертикальное подмножество»;

- соединение - это операция реляционной алгебры, выполняющаяся для заданного условия соединения над двумя логически связанными отношениями, имеющими в целом разные структуры, но одинаковые атрибуты (внешние ключи), в результате которой формируется новое отношение, структура которого является совокупностью всех атрибутов обоих исходных отношений. Каждый результирующий картеж является следствием объединения каждого картежа первого отношения с каждым кортежем второго отношения. Обязательным условием для выполнения служит наличие общего атрибута в обоих отношениях;

- деление - это операция реляционной алгебры, выполняющаяся над двумя отношениями, имеющими в целом разные структуры, но в то же время некоторые одинаковые атрибуты. В результате выполнения данной операции создаётся новое отношение, структура которого является результатом исключения из совокупности (или множества) атрибутов первого отношениях атрибутов второго отношения. Результирующие строки не содержат дубликатов.

Операции над строками отношения также называются операциями обновления базы данных. Кортежи отношения могут дополняться, удаляться или изменяться.

Для выполнения операции добавления нового кортежа необходимо задать имя отношения, указать значения атрибутов и ключа новой строки. Также эта операция может называться включением. Для успешного выполнения новый кортеж должен соответствовать следующим обязательным требованиям:

- добавляемая строка должна соответствовать схеме заданного отношения;

- значения атрибутов новой строки должны принадлежать соответствующим доменам. Например, если по описанию значение атрибута должно быть символьным, значит, в операции не может быть указано никакой другой тип данных кроме символьного;

- описанная строка должна иметь свой уникальный ключ, несовпадающий с уже находящимися в отношении.

Операция удаления не требует указания значения каждого атрибута. Вместо этого необходимо задать имя отношения и указать значение первичного ключа. Данный приём позволяет однозначно определить кортеж, который необходимо удалить. Из отношения не может быть удалён только отсутствующий кортеж. Удаление последнего кортежа из отношения не вызовет ошибки, т.к. пустое отношение допускается.

Операция изменения, также называемая обновлением или редактированием, изменяет лишь часть кортежа. Данной операцией можно заменить последовательность удаление-добавление. Поэтому к ошибкам операции изменения относятся ошибки операции добавления и операции удаления, а именно:

- неправильный формат, т.е. нарушение схемы отношения;

- некорректное значение, т.е. значение, не принадлежащее домену;

- повторение ключа уже существующей в отношении строки;

- отсутствие указанного кортежа в заданном отношении.

Среди преимуществ использования реляционных баз данных можно выделить следующие:

- таблица является упрощенным и привычным для восприятия вариантом представления данных;

- инструментальные средства поддержки реляционной модели данных являются достаточно простыми в использовании;

- оптимизированный доступ в базе данных;

- благодаря использованию языка высокого уровня реляционная модель данных позволяет улучшить требования целостности данных и их защиты;

- неограниченная область применения и уровень специалистов, работающих с данными в базе.

К основным же недостаткам использования реляционной модели относятся жёсткость структуры данных, т.е. пользователь не имеет возможности задать произвольно, вручную длину строки отношения, а также трудность работы с иерархической и сетевой связями.

Существует множество моделей представления реляционных таблиц на практике. Одной из самых распространённых является ER-модель.

При проектировании структуры базы данных используется семантическое моделирование. Семантическим моделированием называют моделирование структуры данных, опираясь на смысл этих данных. Инструментом для такого моделирования служит диаграмма «сущность-связь».

Для описания схем предметной области применяется язык ER-диаграмм, предложенный в 1976 году Питером Ченом, на тот момент являющимся сотрудником IBM. «ER-диаграмма» от англ. «Entity-Relationship» означает «сущность-связь». Суть идеи Чена сводится к графическому, т.е. наглядному представлению сущностей и связей между ними. Данный язык используется при проектировании баз данных для выделения сущностей и обозначения связей между ними.

Под сущностью понимается класс однородных объектов, данные о которых должны быть учтены в модели и храниться в базе.

Суть связывания сущностей друг с другом состоит в установлении соответствия полей связи основной и дополнительной таблиц. Характеристику отношений между двумя или более сущностями называют связью. Связи позволяют по одной сущности находить другие сущности, связанные с нею. В целом между двумя сущностями возможны три вида связей:

- связь «один-к-одному»;

- связь «один-ко-многим»;

- связь «многие-ко-многим».

При построении схем принято пользоваться сокращениями. Цифра «1» заменяет слово «один», буква «М» - слово «много».

Связь «один-к-одному» обозначается (1:1). Эта связь означается, что в данный момент времени одной записи (экземпляру) родительной таблицы соответствует ни одной (0) или одна (1) запись дочерней.

Связь «один-ко-многим» обозначается (1:М). Эта связь означает, что в данный момент времени одной записи основной таблицы соответствует ни одной (0), одна (1) или несколько (М) записей вспомогательной таблицы.

Связь «многие-ко-многим» обозначается (М:М). Эта связь означает, что в данный момент времени нескольким записям основной таблицы соответствует несколько записей дополнительной таблицы. Однако данный тип связи влечёт за собой сложность схемы и ослабление контроля целостности связей.

Согласно нотации Чена для представления сущностей в ER-модели используются помеченные прямоугольники, для представления связи - помеченные ромбы, для представления атрибутов - помеченные овалы. Над линиями, которые соединяют прямоугольники, т.е. сущности, указывается степень связи.

Однако данный способ иллюстрирования сущностей усложняет диаграмму и затрудняет её понимание. Поэтому в настоящее время разработано множество более удобных графических нотаций ER-диаграмм. В большинстве своём они сводятся к следующему.

Сущность представляется в виде четырёхугольника с закруглёнными углами. В верхней части такого четырёхугольника указывается уникальное имя сущности в единственном числе заглавными буквами. Синонимы, т.е. необязательные поясняющие имена, указываются заглавными буквами в круглых скобках. Атрибутом сущности называется именованная характеристика, которая представляет собой свойство данной сущности. Для представления атрибутов используются уникальные имена, которые пишутся в прямоугольнике строчными буквами. Ключевые атрибуты располагаются сверху и отделяются горизонтальной линией, слева от имени они помечаются знаком «#» (решётка). Обязательные атрибуты, значения которых обязательно должны быть известны и не могут принимать неопределенные значения, слева от имени помечаются символом «*» (звёздочка), необязательные атрибуты - символом «» (кружок). Для обозначения связей между сущностями используются три вида линий:

- пунктирная линия изображает связь между двумя сущностями. На концах линии указываются специальные условные обозначения - «», «» и « Размещено на http://www.allbest.ru/

», - обозначающие «один», «0 или необязательно» и «много» соответственно;

- сплошная линия обозначает связь между двумя сущностями, если в состав ключа первой входит ключ второй сущности;

- пунктирная линия с условными графическими обозначениями, характеризующая рекурсивную связь между атрибутами одной сущности.

1.3 Нормализация таблиц. Ключи и индексы

Реляционная БД характеризуется структурной и семантической информацией. К структурной информации относят число и вид содержащихся в ней отношений (т.е. таблиц), а также типом связей, существующих между кортежами, т.е. между записями этих отношений. Семантическая информация реляционной БД характеризует функциональные зависимости между атрибутами этих отношений.

Понятие нормализации тесно связано с такими понятиями как: простой и сложный атрибуты, функциональная зависимость, полная функциональная зависимость, избыточная функциональная зависимость, декомпозиция.

Простым атрибутом принято обозначать атрибут с атомарными, т.е. неделимыми значениями. Другими словами, это - такой атрибут, который имеет единственное значение. И наоборот, объединением нескольких простых атрибутов получается сложный, или составной атрибут. Сложный атрибут также называют вектор данных или агрегат данных.

Теория нормализации базируется на наличии одного из видов зависимостей между полями таблицы. Можно сказать, что одно поле таблицы функционально зависит от другого поля той же самой таблицы тогда и только тогда, когда в любой момент времени для каждого из значений первого поля обязательно существует строго (ровно) одно значение второго поля. В данном случае допускается, что оба эти поля могут иметь составной характер. Другими словами, функциональные зависимости являются связями типа "один-ко-многим", которые существуют внутри отношения, т.е. таблицы. Для представления функциональных зависимостей начального отношения используются внешние ключи.

Однако между атрибутами может существовать так называемая избыточная функциональная зависимость. Такая зависимость является нежелательной, т.к. содержит информацию, которая может быть получена в результате иных зависимостей, имеющихся в БД. Поэтому логично заключить, что только в случае полного отсутствия любой избыточной функциональной зависимости между кортежами отношения схему данных можно считать корректной.

В случае если первичный ключ отношения содержит в себе не один, а несколько атрибутов, т.е. является составным, к такому отношению применяется полная функциональная зависимость. Любое неключевое поле (атрибут) находится в полной функциональной зависимости от составного ключа, если это поле функционально зависит от составного в целом и в то же время функционально не зависит от любого подмножества составного поля, т.е. не зависит ни от одного из его атрибутов.

Помимо функциональной и полной функциональной зависимостей теория нормализации основывается на транзитивной и многозначной зависимостях.

Если один атрибут какого-либо отношения находится в функциональной зависимости от другого и этот второй атрибут так же функционально зависит от третьего, но обратное соответствие отсутствует, говорят, что третий атрибут находится в транзитивной зависимости с первым атрибутом через второй.

Поле таблицы находится в многозначной зависимости от другого поля той же самой таблицы в том случае, если для каждого значения первого поля существует строго определенное множество соответствующих значений второго поля. Являясь обобщение функциональной зависимости, многозначная зависимость рассматривается соответствия множеств значений атрибутов. Другими словами, такая зависимость имеет место при наличии повторяющихся наборов данных. Многозначные зависимости образуют связанные между собой пары атрибутов.

Под процессом декомпозиции понимается процесс разбиения одной большой таблицы на несколько меньших по объёму таблиц. Декомпозиция осуществляется с целью повышения эффективности работы с БД, т.к. чем больше объём таблицы, т.е. количество кортежей и атрибутов (т.е. строк и столбцов соответственно), и чем быстрее происходит рост их количества, тем меньше продуктивность работы с такой таблицей. Декомпозиция применяется для приведения начального отношения к отношению, соответствующему нормальной форме.

Рассмотрев все базовые понятия и определения, можно рассмотреть понятие нормализации.

Под нормализацией в языке SQL понимается процесс разбиения таблицы на две и более, обладающих лучшими свойствами для работы с данными (добавление, изменение, удаление). Другими словами, процесс нормализации - это обратимый процесс замены имеющегося множества отношений другой новой схемой с ликвидированием избыточных функциональных зависимостей.

Обратимость процесса означает, что декомпозиция, т.е. разбиение одного большого отношения на несколько меньших по размеру, не нарушала эквивалентность схем БД при смене одной схемы на другую. Таким образом, в конечных отношениях не должны появляться новые записи, т.е. ранее отсутствующие, и все функциональные зависимости исходного отношения должны выполняться на новой схеме.

Основной целью нормализации является исключение противоречивости хранимых данных. Таким образом, благодаря нормализации каждый факт появляется в одном и только одном месте БД. Другими словами, благодаря нормализации исключается избыточность хранимой информации.

В реляционных таблицах запрещается наличие полей с множеством значений, а значит, на пересечении каждой строки с каждым столбцом в полученных позициях не допускаются неатомарные, т.е. неоднозначные, значения. Из этого следует, что таблицу можно назвать нормализованной только в том случае, если на пересечении каждой строки и столбца этой таблицы в каждой полученной позиции всегда находится только одно единственное атомарное значение и никогда не встречается множество значений. Отсюда следует, что таблицы, включающие в себя повторяющиеся группы значений, т.е. ненормализованные таблицы, не допускаются в реляционной модели данных.

Существует пять основных так называемых нормальных форм. Каждая последующая (N+1)-ая нормальная форма является расширенным дополнением к предыдущей (N).

Любая нормализованная таблица реляционной модели данных находится в первой нормальной форме (1НФ). Иными словами, таблица находится в первой нормальной форме в том и только том случае, если все ее атрибуты является простыми и значение ни одного ключевого поля не имеет неопределенного значения, т.е. все ключевые поля не являются пустыми. Также можно сказать, что если все значения атрибутов данного отношения являются атомарными, то такое отношение находится в 1НФ. Исходное отношение всегда строится таким образом, чтобы оно было в 1НФ.

Теоретик реляционных БД Кодд описал алгоритм приведения отношения к первой нормальной форме следующим образом:

- начиная с отношения, находящегося на верху дерева, берется первичный ключ, и каждое непосредственно подчинённое отношение расширяется путём вставки домена или комбинации доменов этого первичного ключа. Под доменом в данном случае понимается множество допустимых значений атрибутов;

- первичный ключ каждого расширенного таким образом отношения состоит из собственного первичного ключа, имеющегося до расширения, и первичного ключа родительского отношения;

- после этого из родительского отношения исключаются все непростые домены, удаляется верхний узел дерева, и эта процедура повторяется для каждого из оставшихся поддеревьев.

Таблица находится во второй нормальной форме (2НФ), если она не противоречит определению 1НФ и все ее поля, не входящие в состав первичного ключа, т.е. неключевые атрибуты, функционально полно зависят от первичного ключа.

Таблица находится в третьей нормальной форме (3НФ) тогда и только тогда, когда она не противоречит определению 2НФ, т.е. находится во 2НФ, но в то же время ни одно из полей, не являющихся ключевыми, функционально не зависит от любого другого неключевого поля, а также нетранзитивно зависит от первичного ключа.

В дополнение к определению 3НФ британский учёный, работы которого заложили основы теории реляционных баз данных, Эдгар Кодд и американский информатик, известный по своим исследованиям в области реляционных баз данных, Рэймонд Бойс сформулировали и утвердили более строгое определение для 3НФ, дополнительно ограничивающее её. Таблица находится в нормальной форме Бойса-Кодда (НФБК), тогда и только тогда, когда любая функциональная зависимость между ее полями ограничивается полной функциональной зависимостью от возможного ключа и в то же время не существует зависимости атрибутов первичного ключа от неключевых. Таким образом, НФБК учитывает наличие в таблице возможных ключей. Нормальная форма Бойса-Кодда также называется усиленной третьей нормальной формой, поскольку она во всех отношениях строже ранее определённой 3НФ.

В четвёртой (4НФ) и пятой (5НФ) нормальных формах помимо функциональных зависимостей присутствуют и многозначные зависимости между полями таблицы. Эти нормальные формы являются высшими нормальными формами.

С определениями 4НФ и 5НФ тесно связано понятие полной декомпозиции таблицы. Совокупность произвольного количества проекций таблицы, соединение которых абсолютно совпадает с содержимым этой таблицы, называется полной декомпозицией таблицы.

Четвертая нормальная форма (4НФ) применяется к отношениям с повторяющимися наборами данных. И так как функциональные зависимости в данных случаях не исключают избыточность таких повторяющихся данных, применяется декомпозиция с многозначными зависимостями. Таблица находится в 4НФ тогда и только тогда, когда отношение находится в НФБК и в таком отношении нет не являющихся функциональными многозначные зависимости. В таком случае полная декомпозиция является соединением ровно двух проекций.

Для приведения отношения в 1НФ, 2НФ, 3НФ, НФБК и 4НФ применяется декомпозиция на две проекции. В этих случаях такой декомпозиции достаточно для устранения избыточности данных. Однако, в то же время существуют такие отношения, для которых результат декомпозиции на две проекции недопустим из-за потери данных. Для таких отношений применяется декомпозиция на три или более проекций. Только в данном случае декомпозиция происходит без потерь. Такие отношения получили название 3-декомпозируемых отношений, а такая зависимость - зависимостью по соединению. Зависимость по соединения является обобщением многозначной зависимости.

Таблица находится в пятой нормальной форме (5НФ) только в том случае, если в каждой ее полной декомпозиции все проекции содержат возможный ключ. В таком отношении любая зависимость по соединению определяется только возможными ключами этого отношения. Таблица также находится в 5НФ, если не имеет ни одной полной декомпозиции.

Ключ - это минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности - запись. Минимальность означает, что исключение из этого набора любого из атрибутов не позволяет идентифицировать сущность по оставшимся. Другими словами, ключ - это комбинация полей, данные которых однозначно определяют каждую запись в таблице. Условие уникальности также еще называют ограничением уникальности.

Для каждой сущности приветствуется наличие хотя бы одного возможного ключа. Хотя допускается одинаковые повторяющиеся значения некоторых полей от записи к записи, сочетание всех полей строки в обязательном порядке должно встречаться только единожды. Иными словами, никакие из двух записей таблицы не могут иметь одинаковых значений первичного ключа. Если данное правило не соблюдается, свойства одного объекта могут быть ошибочно применены к другому объекту.

По признаку общности ключи делятся на простые и составные. Простым ключом называется ключ, который сформирован из значений одного и не более полей, которое в свою очередь однозначно определяют каждую запись. Составным ключом называется ключ, сформированный из значений нескольких (двух и более) полей.

По способу возникновения ключи бывают естественными и суррогатными. Естественный ключ создаётся из состава атрибутов сущности, т.е. такой ключ основан на уже существующем поле сущности. Когда не удаётся создать естественный ключ, создают суррогатный. Суррогатный ключ - это автоматически сгенерированное искусственное значение, никак не связанное с информационным содержанием сущности. Таким образом это - дополнительное служебное поле, которое добавляется к уже имеющимся полям таблицы. Единственным предназначением суррогатного ключа является выполнение роли первичного ключа. Как правило, в качестве значения используется искусственно сгенерированное значение, которое не образуется на основе данных из БД. Чаще всего в качестве суррогатного ключа применяется индивидуальный идентификационный номер записи (id). Естественные ключи иногда называют логическими, а суррогатные - искусственными. Часто, чтобы облегчить работу с таблицами, даже при наличии в БД естественного первичного ключа, лучше использовать суррогатные ключи, поскольку их применение позволяет абстрагировать первичный ключ от реальных данных. К первичному ключу можно применить атрибут auto_increment, который позволяет автоматически генерировать уникальное значение ключа. При вставке записи в БД значение ключа задаётся равным нулю, но впоследствии автоматически вычисляется последний номер первичного ключа, увеличивается на единицу и это значение присваивается новой записи.

Каждый из этих типов ключей имеет свои достоинства и недостатки. Среди достоинств использования естественного ключа можно выделить относительно меньший объём данных. К основным недостаткам этого типа ключей относятся его изменяемость и невозможность гарантировать уникальность записи, что в большинстве случаев, особенно в случаях с большими БД с несколькими таблицами, приводит к нарушению целостности хранимых данных и ошибкам в работе.

К достоинствам использования суррогатных ключей можно отнести следующее:

...