Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 2.46 Mb.
|
5. Обеспечение целостности БД. Декларативное и процедурное ограничения целостности БД. Операторы языка определения данных с заданием ограничений целостности. Ограничение на столбец, ограничение на таблицу. Ключи как ограничение целостности БД. Концепция трехзначной логики. Правило сохранения целостности сущности. Ограничение ссылочной целостности.целостность данных обеспечивается набором специальных предложений, называемых ограничениями целостности. Ограничения целостности представляют собой утверждения о допустимых значениях отдельных информационных единиц и связях между ними. Ограничения целостности могут относиться к разным информационным объектам: атрибутам, кортежам, отношениям, связям между ними и тому подобное. Для полей (атрибутов) используются следующие виды ограничений: • Тип и формат поля . • Задание диапазона значений. • Недопустимость пустого поля. • Задание домена. • Проверка на уникальность значения какого-либо поля. Ограничение позволяет избежать записей-дубликатов. Ограничения, используемые только при проверке допустимости корректировки, называют ограничениями перехода . Ограничения целостности, относящиеся к кортежам: здесь имеется в виду либо ограничение на значение всей строки, рассматриваемой как единое целое (естественным ограничением является требование уникальности каждой строки таблицы), либо ограничения на соотношения значений отдельных полей в пределах одной строки (например, значение поля «стаж» не должно превышать «возраст»). Ограничения, проверяющие соотношения между записями одной таблицы, например, «год рождения матери» должен быть меньше, чем «год рождения ребенка»; нельзя быть родителем и ребенком одного и того же человека. В качестве примера ограничений, относящихся ко всей таблице можно привести следующий. Предположим, что фонд заработной платы формируется исходя из величины средней заработной платы одного сотрудника, которая составляет 10 000 р. Тогда в качестве ограничения целостности таблицы может быть задано выражение, указывающее, что среднее значение поля «оклад» должно быть не больше 10 000. Имеются ограничения, относящиеся к нескольким взаимосвязанным таблицам, например, ограничение целостности связи , которое выражается в том, что значение атрибута, отражающего связь между объектами и являющегося внешним ключом отношения, обязательно должно совпадать с одним из значений атрибута, являющегося ключом отношения, описывающего соответствующий объект. Например, в БД имеются три таблицы: «Преподаватели», «Дисциплины» и таблица, отражающая связь между преподавателями и дисциплинами: код преподавателя в последней из трех таблиц должен соответствовать одному их кодов в таблице «Преподаватели», а код дисциплины – значению соответствующего поля в таблице «Дисциплины». Своеобразным видом ограничения является запрет на обновление . Он может относиться и к отдельному полю, и ко всей записи, и к целой таблице. Ограничения целостности разделяют по моменту контроля за соблюдением ограничения – на одномоментные и отложенные. Отложенные ограничения целостности могут не соблюдаться в процессе выполнения какой-либо группы операций, но обязаны быть соблюдены по завершению выполнения этой группы операций. Если какая-либо из операций транзакции не выполнена, то все выполненные ранее операции отменяются, и данные возвращаются к тому состоянию, которое они имели до начала выполнения транзакции. Примером может служить перевод денег с одного банковского счета на другой, состоящий из двух операций: удаление денег с одного счета и добавление такой же суммы денег на другой счет. Ограничения целостности разделяют по способу задания – на явные и неявные. Неявные ограничения определяются спецификой модели данных и проверяются СУБД автоматически. Неявные ограничения обычно относятся к классу синтаксических ограничений в отличие от семантических ограничений целостности, обусловленных спецификой предметной области. Понятие же целостности может относиться и к служебной информации. Наряду с понятием целостности БД может быть введено понятие информационной целостности БнД, заключающееся в обеспечении правильности взаимосвязи всех его информационных компонентов. Каждая система обладает своими средствами поддержки ограничений целостности. Различают два способа реализации:
Определение 4. Декларативная поддержка ограничений целостности заключается в определении ограничений средствами языка определения данных (DDL - Data Definition Language). Обычно средства декларативной поддержки целостности (если они имеются в СУБД) определяют ограничения на значения доменов и атрибутов, целостность сущностей (потенциальные ключи отношений) и ссылочную целостность (целостность внешних ключей). Декларативные ограничения целостности можно использовать при создании и модификации таблиц средствами языка DDL или в виде отдельных утверждений (ASSERTION). Например, следующий оператор создает таблицу PERSON и определяет для нее некоторые ограничения целостности: CREATE TABLE PERSON (Pers_Id INTEGER PRIMARY KEY, Pers_Name CHAR(30) NOT NULL, Dept_Id REFERENCES DEPART(Dept_Id) ON UPDATE CASCADE ON DELETE CASCADE); После выполнения оператора для таблицы PERSON будут объявлены следующие ограничения целостности:
Средства декларативной поддержки ограничений описаны в стандарте SQL и более подробно рассматриваются ниже. Определение 5. Процедурная поддержка ограничений целостности заключается в использовании триггеров и хранимых процедур. Не все ограничения целостности можно реализовать декларативно. Примером такого ограничения может служить требование из примера 1, утверждающее, что поле Dept_Kol таблицы DEPART должно содержать количество сотрудников, реально числящихся в подразделении. Для реализации этого ограничения необходимо создать триггер, запускающийся при вставке, модификации и удалении записей в таблице PERSON, который корректно изменяет значение поля Dept_Kol. Например, при вставке в таблицу PERSON новой строки, триггер увеличивает на единицу значение поля Dept_Kol, а при удалении строки - уменьшает. Заметим, что при модификации записей в таблице PERSON могут потребоваться даже более сложные действия. Действительно, модификация записи в таблице PERSON может заключаться в том, что мы переводим сотрудника из одного отдела в другой, меняя значение в поле Dept_Id. При этом необходимо в старом подразделении уменьшить количество сотрудников, а в новом - увеличить. Кроме того, необходимо защититься от неправильной модификации строк таблицы DEPART. Действительно, пользователь может попытаться модифицировать запись об отделе, введя неверное значение поля Dept_Kol. Для предотвращения подобных действий необходимо создать также триггеры, запускающиеся при вставке и модификации записей в таблице DEPART. Триггер, запускающийся при удалении записей из таблицы DEPART не нужен, т.к. уже имеется ограничение ссылочной целостности, каскадно удаляющее записи из таблицы PERSON при удалении записи из таблицы DEPART. По сути, наличие ограничения целостности (как декларативного, так и процедурного характера) всегда приводит к созданию или использованию некоторого программного кода, реализующего это ограничение. Разница заключается в том, где такой код хранится и как он создается. Если ограничение целостности реализовано в виде триггеров, то этот программный код является просто телом триггера. Если используется декларативное ограничение целостности, то возможны два подхода:
Примером использования функций ядра для проверки декларативных ограничений является автоматическая проверка уникальности индексов, соответствующих потенциальным ключам отношений. В качестве другого примера можно привести поддержку ссылочной целостности средствами СУБД ORACLE. Ограничение ссылочной целостности является в ORACLE объектом базы данных, хранящим формулировку этого ограничения. Проверка ограничения выполняется функциями ядра ORACLE со ссылкой на этот объект. Ограничение целостности в этом случае нельзя модифицировать иначе, как используя декларативные операторы создания и модификации ограничений. Примером генерации новых триггеров для реализации декларативных ограничений, может служить система Visual FoxPro. Триггеры, автоматически сгенерированные Visual FoxPro при объявлении ограничений ссылочной целостности можно посмотреть и даже внести в них изменения, так чтобы они могли выполнять некоторые дополнительные действия. Если система не поддерживает ни декларативную поддержку ссылочной целостности, ни триггеры (как, например, FoxPro 2.5), то программный код, следящий за корректностью базы данных, приходится размещать в пользовательском приложении (такой ведь код все равно необходим!). Это сильно затрудняет разработку программ и не защищает от попыток пользователей напрямую внести некорректные данные в базу данных. Особенно сложно становится в том случае, когда имеется сложная база данных и множество различных приложений, работающих с ней (например, к базе данных торгового предприятия может обращаться несколько приложений, таких как "Складской учет", "Прием заказов", "Главный бухгалтер" и т.п.). Каждое из таких приложений должно содержать один и тот же код, отвечающий за поддержание целостности базы данных. Особенно весело становится разработчику, когда необходимо внести изменения в логику поддержания целостности. Приходится заменять во всех программах одни и те же места, перекомпилировать все приложения и распространять по рабочим местам новые версии. Синтаксис ограничений стандарта SQLПонятие ограничения используется во многих операторах определения данных (DDL). Ограничение check::= CHECK Предикат Ограничения таблицы ::= [CONSTRAINT Имя ограничения] { {PRIMARY KEY (Имя столбца.,..)} | {UNIQUE (Имя столбца.,..)} | {FOREIGN KEY (Имя столбца.,..) REFERENCES Имя таблицы [(Имя столбца.,..)] [Ссылочная спецификация]} | { Ограничение check } } [Атрибуты ограничения] Ограничения столбца::= [CONSTRAINT Имя ограничения] { {NOT NULL} | {PRIMARY KEY} | {UNIQUE} | {REFERENCES Имя таблицы [(Имя столбца)] [Ссылочная спецификация]} | { Ограничение check } } [Атрибуты ограничения] Ссылочная спецификация::= [MATCH {FULL | PARTIAL}] [ON UPDATE {CASCADE | SET NULL | SET DEFAULT | NO ACTION}] [ON DELETE {CASCADE | SET NULL | SET DEFAULT | NO ACTION}] Атрибуты ограничения::= {DEFERRABLE [INITIALLY DEFERRED | INITIALLY IMMEDIATE]} | {NOT DEFERRABLE} Ограничение типа CHECK. Ограничение типа CHECK содержит предикат, могущий принимать значения TRUE, FALSE и UNKNOWN (NULL). Примеры предикатов различного вида приведены в главе 5. Ограничение типа CHECK может быть использовано как часть описания домена, таблицы, столбца таблицы или отдельного ограничения целостности - ASSERTION. Ограничение считается нарушенным, если предикат ограничения принимает значение FALSE. Ограничения таблицы и ограничения столбца. Ограничения таблицы и ограничения столбца таблицы входят как часть описания соответственно таблицы или столбца таблицы. Ограничение таблицы может относиться к нескольким столбцам таблицы. Ограничение столбца относится только к одному столбцу таблицы. Любое ограничение столбца можно описать как ограничение таблицы, но не наоборот. Ограничения таблицы или столбца могут иметь наименования, при помощи которого в дальнейшем можно отменять это ограничение или менять время его проверки. Ограничение PRIMARY KEY. Ограничение PRIMARY KEY для таблицы или столбца означает, что группа из одного или нескольких столбцов образуют потенциальный ключ таблицы. Это означает, что комбинация значений в PRIMARY KEY должна быть уникальной для каждой строки таблицы. Дублированные значения или значения, содержащие NULL, будут отвергнуты. Для одной таблицы может быть определено единственное ограничение PRIMARY KEY. В терминах стандарта SQL это называется первичным ключом таблицы. Ограничение UNIQUE. Ограничение UNIQUE для таблицы или столбца означает, что группа из одного или нескольких столбцов образуют потенциальный ключ таблицы, в котором допускаются значения NULL. Это означает, что две строки, содержащие одинаковые и не равные NULL-значения, считаются нарушающими уникальность и не допускаются. Две строки, содержащие NULL-значения считаются различными и допускаются. Для одной таблицы может быть определено несколько ограничений UNIQUE. Замечание. С точки зрения реляционной модели данных (см. главу 3, замечание к правилам целостности сущностей и внешних ключей), ограничение типа UNIQUE не определяет потенциальный ключ, т.к. потенциальный ключ не должен содержать NULL-значений. Ограничения FOREIGN KEY и REFERENCES. Ограничение FOREIGN KEY… REFERENCES… для таблицы и ограничение REFERENCES… для столбца определяют внешний ключ таблицы. Ограничение REFERENCES… для столбца определяет простой внешний ключ, т.е. ключ, состоящий из одной колонки. Ограничение FOREIGN KEY… REFERENCES… для таблицы может определять как простой, так и сложный внешний ключ, т.е. ключ, состоящий из нескольких колонок таблицы. Столбец или группа столбцов таблицы, на которую ссылается внешний ключ, должна иметь ограничения PRIMARY KEY или UNIQUE. Столбцы, на которые ссылается внешний ключ, должны иметь тот же тип данных, что и столбцы, входящие в состав внешнего ключа. Таблица может иметь ссылку на себя. Ограничение внешнего ключа нарушается, если значения, присутствующие во внешнем ключе, не совпадают со значениями соответствующего ключа родительской таблицы ни для одной строки из родительской таблицы. Операции, приводящие к нарушению ограничения внешнего ключа, отвергаются. Как должны совпадать значения внешнего ключа и ключа родительской таблицы, а также, какие действия необходимо выполнить при изменениях ключей в родительской таблице, описаны ниже в ссылочной спецификации. Ограничение NOT NULL. Ограничение NOT NULL столбца не допускает появления в столбце NULL-значений. оичная логика (трёхзначная логика) — один из видов многозначной логики, использующий три истинностных значения:
0 — неизвестно 1 — ложь Если не использовать значение «неизвестно», троичная логика сводится к обычной двоичной логике. Свойства троичной логики [править] Логические операции [править] Логическое умножение В роли связки и употребляется знак конъюнкции (совместности) ∧ , который, подобно знаку умножения в числовой алгебре, обычно умалчивают (опускают) — вместо x ∧ y пишут xy. Нередко конъюнкцию называют логическим умножением, хотя как раз умножения в ней нет — в отличие от умножения x * x  она идемпотентна: x ∧ x  x. Впрочем, следуя Булю, можно рассматривать ее как умножение чисел, допускающих только два значения: 1 — «дано», 0 — «исключено».Вычисляется min(x, y); x ∧ y:
[править] Логическое сложение Знак ∨ символизирует дизъюнкцию — взаимосвязь, двойственную конъюнкции, в русском языке представленную союзом или. Двойственность понимается в том смысле, что произвольное выражение булевой алгебры, если в нем заменить конъюнкции дизъюнкциями, а дизъюнкции конъюнкциями, будет представлять ту же взаимосвязь при условии, что значение 1 истолковывается как 0, а значение 0 — как 1. Так, xy = 1 означает совмещение двух: x = 1 и y = 1, а x ∨ y = 0 соответственно x = 0 и y = 0, то есть конъюнкция отображает совместность единиц, а дизъюнкция — совместность нулей. y =1 термины x, yС другой стороны, при x ∨ несоисключимы, не могут вместе принять значение 0, а при xy = 0 они несовместимы, исключена совместность 1. Вычисляется max(x, y); x ∨ y:
[править] Логическое отрицаниеВ булевой алгебре вместо не-x пишут ¬x, либо надчеркнутое  , либо x' Применительно к несоставному, не детализируемому в рамках проводимого рассмотрения, термину эти символы тождественны друг другу, синонимы. Однако в общем случае, когда буква обозначает произвольное булево выражение, их следует различать либо вводить какие-то иные знаки для представления возникающего многообразия взаимосвязей. Условимся, что постфикс ' обозначает инверсию выражения, префикс ¬ — дополнение в универсуме терминов-критериев, а надчеркивание употреблять не будем.Применительно к двучленной конъюнкции xy это значит:  Вычисляется x':
Заметим, что дополнение булева выражения двойственно его инверсии: в приведенном примере дополнительное выражение x' ∨ y' отличается от инверсного x' ∧ y' тем, что в нем заменен двойственным (перевернут, «инвертирован») знак ∧. Взаимосвязь операций инверсии, дополнения и получения двойственного («дуалирования») δ (διπλoη — двойственное) булева выражения e представима тождествами:  Странно, что это фундаментальное соотношение выявлено не логиками и не математиками, а психологом Жаном Пиаже. Впрочем, не странно, ибо логики и математики приучены к булевой алгебре с единственной одноместной операцией отрицания-дополнения, которую иногда называют также инверсией, либо полагают, что инверсия — операция не булева, а теоретико-множественная, множественное дополнение. [править] ИмпликацияИмпликация — (от лат. implicatio — сплетение, от implico — тесно связываю) — логическая связка, соответствующая грамматической конструкции «если ..., то ...», с помощью которой из двух простых высказываний образуется сложное высказывание. В импликативном высказывании различают антецедент (основание) — высказывание, идущее после слова «если», и консеквент (следствие) — высказывание, идущее за словом «то». Импликативное высказывание представляет в языке логики условное высказывание обычного языка. Последнее играет особую роль как в повседневных, так и в научных рассуждениях, основной его функцией является обоснование одного путем ссылки на нечто другое. В современной логике имеется большое число импликаций, различающихся своими формальными свойствами:
[править] Импликация материальнаяМатериальная импликация — одна из основных связок классической логики. Определяется она т.о.: Импликация ложна только в случае истинности основание(антецедента) и ложности следствия(консеквента) и истинна во всех остальных случаях. Условное высказывание «Если x, то y» предполагает некоторую реальную связь между тем, о чем говорится в x и y; выражение «x материально имплицирует y» такой связи не предполагает. Вычисляется импликация материальная max(−x, y);  ; x' ∨ y :
или x ^ | 1 | 1 0 1 0 | 0 0 1 1 | 1 1 1 ---+----------> y | 1 0 1 [править] Импликация ЛукасевичаЭто часть модальной логики. x ^ | 1 | 1 0 1 0 | 0 1 1 1 | 1 1 1 ---+----------> y | 1 0 1 [править] Импликация ГейтингаЭто часть многозначной логики. Логика Гейтинга охватывала лишь часть классической формальной логики. Импликацию (если р, то q) можно утверждать, только если имеется такое построение, которое, будучи объединено с построением р, автоматически даёт построение q. Например, из истинности высказывания p следует: неверно, что p ложно. Но из утверждения "неверно, что p ложно" ещё не следует, что p истинно, так как высказывание p может оказаться неконструктивным. x ^ | 1 | 1 0 1 0 | 1 1 1 1 | 1 1 1 ---+----------> y | 1 0 1 [править] Троичная функция следования (Брусенцова)Вычисляется :
или x ^ | 1 | 1 0 1 0 | 0 0 0 1 | 1 0 0 ---+----------> y | 1 0 1 |
