11 - Postrelační SŘBD (definice, vymezení problematiky a specifik pro O-R, prostorové, temporální, XML a deduktivní DB) Flashcards
SŘBD
systém řízení báze dat, softwarové vybavení, které zajišťuje práci s databází, tzn. tvoří rozhraní mezi aplikačními programy a uloženými daty
Relační databáze (definice, relační databázový model, relace)
Relační databáze je databáze založená na relačním modelu.
Relační databázový model sdružuje data do tzv. relací (tabulek), které obsahují n-tice (řádky). Tabulky (relace) tvoří základ relační databáze.
Tabulka je struktura záznamů s pevně stanovenými položkami (sloupci - atributy). Každý sloupec má definován jednoznačný název, typ a rozsah, neboli doménu.
Záznam se stává n-ticí (řádkem) tabulky. Pokud jsou v různých tabulkách sloupce stejného typu, pak tyto sloupce mohou vytvářet vazby mezi jednotlivými tabulkami. Tabulky se poté naplňují vlastním obsahem - konkrétními daty. Kolekce více tabulek, jejich funkčních vztahů, indexů a dalších součástí tvoří relační databázi.
Relace
Relace na doménách D1, D2, … ,Dn je dvojice R = (R, R), kde R=R(A1:D1, A2:D2, … An:Dn) je schéma relace a R ⊆ D1 x D2 x … x Dn je tělo relace. Schéma relace zapisujeme často zjednodušeně ve tvaru
R(A1, A2, … ,An). Počet atributů n relace se označuje stupeň (řád) relace, kardinalita těla relace m = |R*| se označuje kardinalita relace (počet řádků).
Normální formy
0NF - tabulka obsahuje alespoň jeden sloupec (atribut)
1NF - všechna data v relaci musí být atomická
2NF - data(atributy) jsou závislé na celém klíči (řešíme pouze pokud primární klíč tvoří více než jedna položka)
3NF - neklíčová data jsou závislá jen na klíči, né mezi sebou (žádné závislosti mezi neklíčovými atributy (sloupci))
4NF - sloupce (atributy) popisují pouze jeden fakt nebo souvislost (PK nesmí být tvořen z nezávislých dat)
5NF - přidáním libovolného nového sloupce by se rozpadla na více tabulek
Postrelační DB
Databázový systém, který už nevystačí se základním relačním schématem a bez přímé podpory na implementační úrovni pro uvažovanou specializaci je zpracování jiných dat velmi neefektivní
• Mezi postrelační databáze nelze řadit systémy, které sice z uživatelského hlediska umožňují zpracovávat specializované údaje, ale podpora je pouze na aplikační úrovni (není na straně databáze).
Dnes se používají víceméně už jen postrelační DB. Využívají rozšíření oproti relačnímu schématu např. o Triggery
Prostorové databáze (spatial), d-simplexy, deskriptory
- Požadavek spravovat data vztahující se k určitému prostoru
- Pracuje s prostorovými datovými typy
• Využití: GIS, CAD, 3D modelovací nástroje, chemie, molekulární biologie, VLSI (Very-large-scale integration souvisí s mírou integrace polovodičových prvků na jednom čipu)
Problémem je diskrétní povaha prostoru reprezentovaného v počítači pomocí floating point čísel – např. máme li dvě analyticky zadané úsečky, jejich průsečík pravděpodobně nebude ležet přesně na mřížce prostoru. Toto se řeší použitím:
○ d-simplexů – d-simplex je nejmenší objekt rozměru d (0 – bod, 1 – úsečka, 2 – trojúhelník, ...). Složitější objekty se skládají ze simplexů. (d+1 simplexů úrovně d-1) ○ deskriptorů (tzv. úplný popis) – deskriptor popisuje danou entitu tak, že: 1. Každý bod nebo koncový bod útvaru (např. úsečky) je bodem sítě prostoru. 2. Žádný vnitřní bod útvaru (např. úsečky) není bodem sítě. (Zadáme-li úsečku, která prochází bodem sítě, pak se rozdělí na dvě.) 3. Žádné dva útvary (např. úsečky) nemají průsečík ani se nepřekrývají. (Zadáme-li dvě úsečky s průsečíkem, opět se rozdělí, avšak průsečík nemusí být bodem sítě - vybere se pro něj nejbližší bod. Tímto vznikají nepřesnosti, které se řeší např. pomocí obálek.)
V prostorových DB existují formální algebry pro manipulaci oddílů (regionů). Tato algebra zahrnuje operace jako např. projekce (obdoba SELECT v SQL) nebo selekce (obdoba WHERE v SQL) apod. Příkladem takové algebry je např. algebra ROSE (robust spatial extension). Ta umožňuje např. zjišťovat míru vnoření oddílů, míru disjunkce apod. K reprezentaci regionů používá R-plochy (matematická definice bodů a hran takových, že tvoří region).
Temporální databáze (temporal)
- Databáze s časovou dimenzí
- platnosti – časový interval, během něhož je fakt pravdivý v reálném světě
- transakce – čas, v němž byl fakt zaznamenán v DB
- Záznamy, monitorování, historie dat, čas platnosti, čas transakce
- Využití: bankovnictví, pojišťovnictví, účetnictví, medicína, územní správa
XML databáze
- Databázové systémy s podporou XML
- dovoluje data specifikovat, a někdy i ukládat, v XML formátu
- XML DB patří mezi DB zaměřené na dokumenty, které patří mezi NoSQL DB
- Datový typ XML – XML hodnoty
- Podpora již v SQL 2003
Deduktivní databáze (deductive)
• Umí vyvozovat nová fakta z fakt uložených v DB.
• Typicky se zde jako dotazovací jazyk používá datalog, což je deklarativní jazyk založený na prologu (využívá predikátovou logiku, tzn. vyžívají se inferenční pravidla - modus ponens a zobecnění).
• DB obsahuje jak samotná fakta, tak i odvozovací pravidla.
• Způsob dedukce faktů může být buď sémantický nebo syntaktický (aplikuje inferenční pravidla všemi možnými způsoby – zespoda-nahoru, shora-dolů).
• Deduktivní DB se používají např. v burzovních aplikacích, molekulární biologii (DNA) apod.
• Některé rozdíly oproti klasickému logickému programování v prologu jsou:
○ Deduktivní DB jsou méně expresivní (avšak pořád více expresivní než relační model).
○ V deduktivních DB nezáleží na pořadí pravidel.
• Příkladem dotazu v deduktivní DB může být (J = jméno, P = plat):
zamestnanci_s_vysokym_platem(J) :- zamestnanci(J,P), P > 30K
Objektové a Objektově-relační DB
Objektové DB
• jsou DB umožňující modelovat perzistentní objekty ve smyslu OOP. Neexistuje zde jasný standard jako je SQL u relačních DB, často se používají klasické OO jazyky. Vyskytují se zde třídy, atributy, zapouzdření, polymorfismus apod., každý objekt má jednoznačné OID (object ID). Snadno se zde vytváří vztahy typu M:M (na rozdíl od relačních DB)
Objektově-relační DB
· jsou DB propojující relační a objektové DB. DB se skládá z tabulek, které se ale chovají více jako objekty, mohou mít operace, mají obdobu OID. O-R jazykem je např. SQL 1999.
· Relační DB s podporou pro ukládání a práci s objekty -> Objektově relační databáze
· Relační datové úložiště a nad ním rozhraní tvářící se jako objektově orientovaná DB -> Objektově- relační mapování
- SQL-1999 - LOB typy, predikát SIMILAR, SAVEPOINT, TRIGGER, rekurzivní dotazy,..
- SQL-2003 - podpory multimnožin (SET, UNION, INTERSECTION,..), array, multiset; UDT - FINAL, NOT FINAL (dědění), podpora pro XML (XMLType a funkce)
Multimediální (multimedial)
Multimediální databáze vznikly v poslední době kvůli potřebě práce s multimediálními daty, které vyžadují speciální funkce pro indexaci, dotazování, extrakci dat a prezentaci. Systém také musí poskytovat možnost heterogenních dotazů (např. najdi všechny adresy osob na této fotografii).
Vývoj DB
• Na zelené louce
○ vše se vyvine od začátku
○ dnes již nemá smysl
• Od programovacího jazyka
○ Základ: existující programovací jazyk – C++, algoritmy
○ Přidává se: perzistence datových položek, DDL a DML, algoritmy
• Od existujícího schématu
○ Základ: existující DB systém (známé schéma), pokulhávající aplikace,
○ Přidává se: nové obraty do schématu/SŘBD, algoritmy, Změna, DDL a DML
