الجبر العلائقي في قواعد البيانات: العمليات ، الأمثلة

2024 مؤلف: Angel Austin | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 05:16

بشكل عام ، تم تجهيز أنظمة قواعد البيانات بلغة استعلام يمكن أن تساعد مستخدميها في الاستعلام عن مثيلاتها. هناك نوعان من هذه الأنواع - الجبر العلائقي وحساب التفاضل والتكامل. الأولى هي لغة استعلام إجرائية تأخذ مثيلات العلاقة كمدخلات ومخرجات مثل العلاقات كإخراج. يستخدم حساب التفاضل والتكامل أحادي أو ثنائي لهذا الغرض. يتم تنفيذ الجبر العلائقي بشكل متكرر ويتم التعامل مع النتائج الوسيطة كعلاقات.

المنتج الديكارتي (Χ)

يجمع المعلومات من علاقتين مختلفتين في علاقة واحدة.

تدوين - r Χ s،

حيث r و s نسبتان وسيتم تعريف ناتجهما على أنه

r Χ s={qt | q ∈ r و t ∈ s}.

الخلاصة. يحدد علاقة تعرض جميع الكتب والمقالات المكتوبة في البرنامج التعليمي.

إعادة تسمية العملية (ρ).

علاقة الجبر العلائقي هي النتائج ولكن بدون اسم. تتيح لك عملية إعادة التسمية تغيير قيمة الإخراج ، التي يُشار إليها بالحرف اليوناني الصغير ρ.

التعيين - ρ_x(E) ،

حيث يتم تخزين نتيجة التعبير E بالاسمس

عمليات إضافية:

• تعيين تقاطع ؛
• مهمة ؛
• اتصال طبيعي.

حساب التفاضل والتكامل

هذه لغة استعلام غير إجرائية ، مما يعني أنها تخبرك بما يجب عليك فعله ولكنها لا تشرح كيفية تنفيذها. حساب التفاضل والتكامل موجود في شكلين:

• حساب الارتباط من مجموعة ؛
• تصفية النطاقات المتغيرة.

تدوين - T / State: إرجاع جميع مجموعات T التي تفي بشرط. نتيجة. ترجع مجموعات ذات اسم. يمكن قياس TRC. يمكنك استخدام المحددات الوجودية (∃) والعالمية (∀). خاتمة. سوف يعطي الاستعلام أعلاه نفس نتيجة الاستعلام السابق.

حساب التفاضل والتكامل العلائقي المجال DRC

يستخدم متغير المرشح مجال السمة بدلاً من قيم العدد الصحيح للصف (كما حدث في TRC المذكور أعلاه).

تدوين - {a₁ ، a₂ ، a₃ ،…، a | P (a₁ ، a₂ ، a₃ ،…، a )}

حيث a1 ، a2 هي سمات و P تشير إلى الصيغ المبنية بقيم داخلية.

الخلاصة. يعين المقالة والصفحة والموضوع من علاقة TutorialsPoint ، حيث يكون الموضوع هو قاعدة البيانات.

مثل TRC ، يمكن أيضًا كتابة جمهورية الكونغو الديمقراطية باستخدام محددات الكم الوجودية والعالمية. تتضمن جمهورية الكونغو الديمقراطية أيضًا معاملات الجبر العلائقي. قوة التعبير عن الحساب وحساب التفاضل والتكامل وربط العلاقات بين النقاط متكافئة.

الاختلافات ومخططات حساب التفاضل والتكامل والجبر العلائقية

نموذج ER ، عندما يتم تصوره في الرسوم البيانية ، يوفر نظرة عامة جيدة للعلاقات الأساسية التي يسهل فهمها. يمكن تعيين التمثيلات التخطيطية إلى مخطط علائقي ، أي يمكن إنشاؤها مع بعضها البعض. لا يمكن استيراد جميع قيود التقارير الإلكترونية إلى نموذج علائقي ، ولكن يمكن إنشاء بنية تقريبية. هناك العديد من العمليات والخوارزميات المتاحة لتحويل المخططات إلى هذا النظام. بعضها مؤتمت ، بينما يتم إنشاء البعض الآخر يدويًا. تتكون مخططات ER بشكل أساسي من المعايير التالية:

• الكيان وصفاته ؛
• رابط ، وهو ارتباط بين القيم المذكورة أعلاه.

تحدث المقارنة بين الأشياء والعلاقات بطرق ومخططات مختلفة. على سبيل المثال ، الكيان هو كائن في العالم الحقيقي مع بعض السمات. عملية المطابقة الخوارزمية كالتالي:

• إنشاء جدول لكل كائن ؛
• يجب أن تصبح السمات حقول جدول مع أنواع البيانات المقابلة ؛
• إعلان مفتاح أساسي.

العلاقة هي ارتباط بين الكيانات. عملية التجميع كالتالي:

• إنشاء جدول للعلاقات ؛
• إضافة مفاتيح أساسية لجميع الكيانات المشاركة كحقول جدول مع أنواع البيانات المناسبة ؛
• إذا كانت العلاقة لها أي سمة ، فقم بتعيين كل سمة كحقل جدول ؛
• دمج المفتاح الأساسي الذي يتكون من كل شيءالباقي للأشياء المشاركة ؛
• تحديد كافة قيود المفتاح الخارجي.

عرض المجموعات الضعيفة والأشياء الهرمية يحدث وفقًا لنظام معين. بادئ ذي بدء ، من الضروري فهم الأسس والتعريفات الأساسية لهذه القيم. مجموعة الميزات الضعيفة هي المجموعة التي لا تحتوي على أي مفتاح أساسي مرتبط بها. عملية العرض كالتالي:

• إنشاء جدول لمجموعة ضعيفة من الكائنات ؛
• أضف جميع السمات إلى المخطط كحقل ؛
• حدد المفتاح الأساسي لتحديد الهوية ؛
• تعيين كافة قيود المفتاح الخارجي.

عرض الكائنات الهرمية على أساس التخصص أو التعميم للغة الجبر العلائقي يحدث في شكل كيانات متسلسلة. الخوارزمية كالتالي:

• إنشاء جداول لجميع كائنات المستوى الأدنى الأعلى ؛
• إضافة المفاتيح الأساسية ؛
• عند مستوى منخفض ، قم بتنفيذ جميع السمات الأخرى لكائنات المستوى الأدنى ؛
• التصريح عن المفاتيح الأساسية للجدول ؛
• تعيين قيود المفتاح الخارجي.

الخيارات الموجودة لوصف المعلومات وتخزينها وتغييرها

SQL هي لغة برمجة لقواعد البيانات العلائقية. تم تطويره على حساب الجبر والارتباط بين الصفوف. يأتي SQL كحزمة مع جميع توزيعات DBMS الرئيسية. يحتوي على كل من البيانات واللغات للتلاعب بها. باستخدام خصائص تعريف بيانات SQL للجبر العلائقي ، يمكنك تصميم وتعديل مخطط قاعدة البيانات ،بينما تسمح لك خصائص الإدارة والضبط ، وكذلك تغييرات البيانات ، بتخزين واسترداد المعلومات المثبتة في النظام. يستخدم مجموعة الأوامر التالية لتحديد الهيكل والنظام:

• ينشئ قواعد بيانات وجداول وطرق عرض جديدة من DBMS.
• يرمي الأوامر
• يغير مخطط قاعدة البيانات.
• يضيف هذا الأمر سمة إلى كائن سلسلة.

تم تجهيز SQL بلغة معالجة البيانات (DML). يقوم بتعديل طبعة قاعدة البيانات عن طريق إدراج المعلومات وتحديثها وحذفها. DML مسؤول عن تغيير جميع البيانات. يحتوي SQL على مجموعة الأوامر التالية في قسم DML:

1. SELECT هو أحد أوامر الاستعلام الأساسية. إنه مشابه لعملية إسقاط الجبر العلائقي. يختار السمات بناءً على الشرط الموضح في جملة WHERE.
2. FROM - يأخذ هذا القسم اسمًا كوسيطة يتم من خلالها تحديد / عرض السمات. في حالة ذكر أكثر من اسم ، يتوافق هذا العنصر مع المنتج الديكارتي.
3. WHERE - يحدد هذا القسم المسند أو الشروط التي يجب الوفاء بها من أجل تأهيل السمة المتوقعة.

هناك أيضًا أوامر:

• إدراج ؛
• تغيير القيم
• حذف.

إنشاء استعلامات الجبر العلائقية

عند إنشاء بحث ، تتمثل المهمة في العثور على هيكل للعمليات التي ستؤدي إلى الإخراج الصحيح. العمليات الأساسية للجبر العلائقي بسيطةالعمليات مع واحد أو اثنين من العلاقات كمعاملين. تحدد التأثيرات المجمعة للتسلسل النتيجة النهائية. نظرًا لأن نظام الجبر العلائقي في قواعد البيانات بسيط جدًا ، يمكن الحصول على العديد من النتائج الوسيطة قبل الوصول إلى الناتج النهائي ، كما يتم استخدامها أيضًا كمعامِلات تنتج بيانات جديدة مستلمة.

بالنسبة لمعظم المشغلين ، لا يهم ترتيب الاستعلامات وتنفيذها ، مما يعني أنه يمكن تحقيق نفس المخرجات من خلال تشكيل ودمج البيانات الوسيطة بطرق مختلفة. من الناحية العملية ، عمليات البحث في قاعدة البيانات سهلة إلى حد ما. يتم تحديد نظام إجراء العمليات والنتائج الوسيطة بواسطة مُحسِّن الاستعلام. عند تكوين الأسئلة والمتطلبات ، تحتاج إلى

أولاً اختيار العلاقات الضرورية لتحقيق إجابة ، ثم تحديد العمليات والنتائج الوسيطة. يمكن تمثيل بنية استعلام الجبر العلائقي في قاعدة بيانات النتائج كرسم تخطيطي. يحاول محسنوا المتطلبات تنظيم التنفيذ بأكبر قدر ممكن من الكفاءة. من الناحية العملية ، يعني هذا عادةً أنهم يحاولون تقليل النتائج الوسيطة في أسرع وقت ممكن. ستساعد الأمثلة الشائعة للجبر العلائقي في هذا.

مثال 1.

الحاجة إلى المعلومات: معلومات عن سيارات موديل 1996 حيث تم العثور على أوجه قصور أثناء التفتيش لعام 1999.

أولاً ، يتم عرض معلومات حول السيارات لفهم قيم جميع سمات العلاقة. يتم تخزين المعلومات حول عمليات التفتيش في جدول "الفحص" ، وإذا تم الكشف عنهايتم تسجيلها في جدول "المشكلة". وبالتالي ، فإن هذه الجداول الثلاثة ضرورية للحصول على المعلومات المطلوبة.

فقط 1996 سيارة مثيرة للاهتمام. يتم تمثيل نطاق طراز السيارة كقيمة السمة المحددة في صف جدول معلومات السيارة. تتكون النتيجة الوسيطة الأولى من مجموعات تمثل متغيرات عام 1996.

لذلك هناك حاجة إلى الصفوف التي تغطي هذه الفترة فقط. تحتاج إلى استخدام التحديد لاستخراجها. الآن هناك سيارات وعمليات تفتيش مطلوبة. يتم بعد ذلك ربط السلاسل باستخدام عملية التسلسل. يجب أن يتم ضمهم برقم تسجيل مشترك ، لأنه العمود المشترك الوحيد ، يتم استخدام صلة طبيعية.

لمعرفة ما إذا كانت هناك مشاكل أثناء عمليات الفحص ، تحتاج إلى ربط سطور المشكلة بالشيك. بعد توصيل صفوف التحكم بالسيارات ، يمكنك توصيل هذه النتيجة بجدول الأعطال. يجب أن يستند الانتساب إلى رقم التسجيل المشترك وتاريخ التحقق. هذه هي الأعمدة المشتركة الوحيدة في الجداول ، لذلك يتم استخدام صلة طبيعية.

خيارات الحساب بدون نتائج وسيطة

مثال 2.

المعلومات المطلوبة: اسم السائق لطراز عام 1995 أو المركبات الأقدم التي لم يتم اختبارها لعام 2000. الاسم موجود في جدول "برنامج التشغيل". تم وصف وكالات إنفاذ القانون في الجدول "التفتيش والسيارات في المقصف". لذاوبالتالي ، هناك حاجة إلى هذه الجداول الثلاثة. أولا عليك أن تعرف السيارات التي لم يتم فحصها لعام 2000. لا يمكن حل هذه المشكلة باستخدام عمليات التفتيش المذكورة في الجدول فقط ، حيث إنها تحتوي على بيانات حول عمليات التفتيش التي تم إجراؤها ، وليس تلك التي لم يتم تنفيذها. يتم حل هذه المشكلة بالبحث عن سيارات تكميلية يتم فحصها قبل عام 2000. في الواقع ، لا يلزم سوى أرقام التسجيل الخاصة بهم.

هناك أمثلة أخرى إلى جانب الأمثلة المذكورة أعلاه توضح كيفية تغيير المعلومات أو العثور عليها. يمكن تحسين متغيرات الاستعلام باستخدام عمليات خاصة. في الواقع ، لجعل البحث عن البيانات والعثور عليها سهلاً وبسيطًا قدر الإمكان ، هناك نموذج حساب التفاضل والتكامل.

حيث يتم تأمين المعلومات وحمايتها

يتم تخزين نموذج البيانات العلائقية للجبر العلائقي في تنسيقات ملفات تحتوي على سجلات. على المستوى المادي ، يتم إصلاح المعلومات الفعلية بتنسيق كهرومغناطيسي على بعض الأجهزة. يمكن تقسيم أجهزة التخزين هذه إلى ثلاث فئات:

1. الابتدائية. تتضمن هذه الفئة الذاكرة التي يمكن الوصول إليها مباشرة من وحدة المعالجة المركزية. يمكن الوصول إلى السجلات والذاكرة السريعة (ذاكرة التخزين المؤقت) والذاكرة الرئيسية (RAM) مباشرة إلى الجهاز المركزي ، نظرًا لأنها موجودة جميعًا على اللوحة الأم أو مجموعة الشرائح. عادةً ما يكون هذا التخزين صغيرًا جدًا وسريعًا للغاية وغير مستقر. مطلوب مصدر طاقة ثابت للحفاظ على الحالة. إذا فشل ، يتم فقد جميع بياناته.
2. ثانوي. تستخدم لتخزين المعلومات للمستقبلاستخدام أو النسخ الاحتياطي. يتضمن أجهزة ذاكرة ليست جزءًا من مجموعة شرائح المعالج أو اللوحة الأم ، مثل الأقراص الممغنطة والأقراص الضوئية (أقراص DVD والأقراص المضغوطة وما إلى ذلك) ومحركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص المحمولة والأشرطة الممغنطة.
3. التعليم العالي. تستخدم لتخزين كميات هائلة من البيانات. نظرًا لأن أجهزة التخزين هذه خارجية لنظام الكمبيوتر ، فهي الأبطأ من حيث السرعة. تُستخدم أدوات التخزين هذه بشكل أساسي لإجراء نسخ احتياطي للنظام بأكمله. تستخدم الأقراص الضوئية والأشرطة المغناطيسية على نطاق واسع كمخزن ثلاثي.

عمليات الجبر العلائقية الخاصة مهمة لتحقيق كفاءة الاستعلام.

هيكل التخزين

يحتوي نظام الكمبيوتر على تسلسل هرمي للذاكرة محدد جيدًا. تتمتع وحدة المعالجة المركزية بوصول مباشر إلى النظام الرئيسي بالإضافة إلى السجلات المضمنة. من الواضح أن وقت الوصول إلى الذاكرة الرئيسية أقل من سرعة المعالج. لتقليل هذا التناقض ، يتم تقديم ذاكرة تخزين مؤقت. توفر ذاكرة التخزين المؤقت أسرع أوقات الوصول وتحتوي على البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر بواسطة وحدة المعالجة المركزية.

الذاكرة ذات الوصول الأسرع هي الأغلى. توفر أجهزة التخزين الكبيرة سرعة قليلة وأرخص سعرًا ، لكن يمكنها تخزين كميات هائلة من البيانات مقارنة بسجل المعالج أو ذاكرة التخزين المؤقت.

محركات الأقراص الصلبة والمغناطيسية هي أكثر أجهزة التخزين الثانوية شيوعًا في أنظمة الكمبيوتر اليوم. يطلق عليهم المغناطيسيةمعادن عادية. يتم وضع هذه الأقراص عموديًا على المغزل. يتحرك رأس القراءة / الكتابة بينهما ويستخدم لمغنطة أو إزالة مثل هذه البقعة الموجودة تحتها. يمكن التعرف عليه على أنه 0 (صفر) أو 1 (واحد).

يتم تنسيق محركات الأقراص الثابتة بترتيب محدد جيدًا لتخزين البيانات بكفاءة. لديها العديد من الدوائر متحدة المركز تسمى المسارات. يتم تقسيم كل مسار كذلك إلى قطاعات ، وعادة ما يتم تخزين 512 بايت من البيانات.

ملف العمليات

يمكن تصنيف العمليات على نظام لغة الجبر العلائقي وقاعدة بياناته على نطاق واسع إلى فئتين:

• تحديث ؛
• بحث.

الفئة الأولى تغير قيم البيانات عن طريق الإدراج أو الحذف أو التحديث. من ناحية أخرى ، لا تقوم عمليات البحث بتحرير المعلومات ، بل تستخرجها بعد التصفية الشرطية الاختيارية. في كلا النوعين من العمليات ، يلعب الاختيار دورًا مهمًا. بالإضافة إلى إنشاء ملف وحذفه ، قد يكون هناك العديد من العمليات التي يمكن إجراؤها عليها:

1. Open - موجود في أحد وضعي القراءة أو الكتابة. في الحالة الأولى ، لا يسمح نظام التشغيل لأي شخص بتغيير البيانات. بمعنى آخر ، تتم قراءة البيانات فقط. يمكن مشاركة الملفات المفتوحة في وضع القراءة بين كائنات متعددة. يسمح لك وضع الكتابة بتغيير البيانات. يمكن قراءة الملفات ولكن لا يمكن مشاركتها.
2. الإغلاق هو أهم عملية من وجهة نظر نظام التشغيل لأنه يزيل جميع الأقفال(إذا كان في الوضع المشترك) ، يحفظ البيانات (إذا تم تعديلها) إلى الوسائط الثانوية ، ويطلق جميع المخازن المؤقتة والمعالجات المرتبطة بالملف.
3. الفهرسة هي طريقة هيكل معلومات لاستخراج السجلات بكفاءة من ملفات النظام بناءً على بعض السمات التي تم فيها تنفيذ النظام. معرف على أساس السمات.

يمكن أن تكون الفهرسة من النوع التالي:

1. الأساسي محدد في ملف البيانات المرتب. ملف المعلومات منظم في حقل المفتاح
2. فهرس ثانوي تم إنشاؤه من حقل هو مفتاح مرشح وله قيمة فريدة في كل سجل أو ليس مفتاحًا بقيم مكررة.
3. يتم تعريف التجميع في ملف بيانات مرتب ، في حقل غير مفتاح.

يشير نظام إدارة قاعدة البيانات أو DBMS إلى تقنية لتخزين واسترجاع معلومات المستخدم بأقصى قدر من الكفاءة إلى جانب تدابير الأمان المناسبة. يؤدي الفحص الدقيق لهذه المشكلة إلى استنتاج مفاده أن الجبر العلائقي هي لغة المشغلين الذين يأخذون العلاقات كحجج ويعيدونها كنتيجة.