Реляционная база данных

Учебниковая опора

• Кадиркулов Р. А., Нурмуханбетова Г. К. «Информатика. Учебник для 10 классов ЕМН», 10 класс, Алматыкітап баспасы, 2019, с. 96–115 (§§ 15–17)
• Кадыркулов Р., Нурмуханбетова Г. «Информатика. 9 класс», 9 класс, Алматыкітап, 2019, с. 37–45

Главное

• База данных (БД) — структурированная совокупность взаимосвязанных данных для хранения, поиска и обработки. СУБД — программы для работы с БД (MySQL, PostgreSQL, Oracle, SQLite, MS Access).
• Модели БД: реляционная (табличная), иерархическая (один главный элемент, остальные подчинены), сетевая (любой элемент связан с любым).
• Реляционную модель предложил Эдгар Кодд в 1970 г.; relation — «отношение».
• Поле — столбец (свойство объекта), запись — строка (данные об одном объекте).
• Первичный ключ — уникален и не может быть пустым (NOT NULL). Внешний ключ — ссылка на первичный ключ другой таблицы.
• Индекс ускоряет поиск и сортировку, но замедляет вставку и обновление.

Теория

Свойства реляционной таблицы

1. Именованные столбцы (атрибуты, поля) и строки (кортежи, записи).
2. На пересечении строки и столбца — одно неделимое значение.
3. Порядок строк не важен.
4. Все строки уникальны.
5. Значения одного столбца — одного типа (домена).

Преимущества: минимум избыточности (нормализация), целостность данных, единый язык запросов SQL, надёжность транзакций (ACID).

Термины

Термин	Синонимы	Смысл
Поле	столбец, атрибут	одно свойство объекта; имеет имя, тип, размер
Запись	строка, кортеж	полный набор данных об одном объекте
Ключевое поле	первичный ключ	однозначно определяет запись
Индекс	—	вспомогательная структура (B-дерево, хеш) для быстрого поиска, как алфавитный указатель в книге

Виды ключей

• Естественный — реальное свойство объекта: ИИН, VIN, ISBN.
• Суррогатный — искусственный счётчик ID с AUTO_INCREMENT; самый распространённый.
• Составной — комбинация нескольких полей (ID_студента + ID_предмета).
• Внешний (FK) — первичный ключ родительской таблицы в дочерней; обеспечивает ссылочную целостность.

Классификация БД (9 кл.): по хранимым данным — фактографические и документальные; по организации — реляционные, иерархические, сетевые. Программы: однопользовательские (Access, dBase, Visual FoxPro, Paradox), многопользовательские (Oracle, Informix).

БД в электронной таблице. Строки — записи, столбцы — поля; первая строка — неповторяющиеся заголовки полей, без пустых строк (пустая строка воспринимается как конец БД); в поле — однотипные данные. Для ввода записей в Excel — окно Форма; импорт — Данные → Получение внешних данных.

Big Data — огромные и разнообразные массивы данных, обрабатываемые распределёнными средствами (Hadoop, Spark). Модель «V»: Volume (объём), Velocity (скорость), Variety (разнообразие), Veracity (достоверность), Value (ценность). Плюсы: прогнозирование, персонализация, «умный город», антифрод в банках. Минусы: угроза частной жизни, утечки, дорогая инфраструктура, нехватка специалистов, алгоритмическая предвзятость.

Примеры

1. Таблица «Студенты» (ID, Фамилия, Имя, Группа). Что здесь запись, а что поле? Поля — ID, Фамилия, Имя, Группа; запись — строка 101 | Ахметов | Арман | 10-А.
2. Какое поле выбрать первичным ключом в таблице «Сотрудники»? Не фамилию (однофамильцы) и не телефон (может смениться) — ИИН или суррогатный Employee_ID.
3. Таблица «Ученики» содержит class_id из таблицы «Классы». Чем является это поле? Внешним ключом.
4. Почему не создают индекс на каждое поле? Индексы занимают место и замедляют INSERT и UPDATE.

# запись таблицы как словарь, поиск по первичному ключу
students = {
    101: {"surname": "Ахметов", "group": "10-А"},
    102: {"surname": "Серикова", "group": "10-Б"},
}
print(students[102]["surname"])   # Серикова — ключ уникален

Типичные ошибки на ЕНТ

• Путают поле (столбец) и запись (строку).
• Считают, что первичный ключ может повторяться или быть пустым.
• Думают, что порядок строк в реляционной таблице имеет значение.
• Путают иерархическую модель (дерево: один главный) и сетевую (связи «каждый с каждым»).
• Считают, что индекс ускоряет все операции — он ускоряет поиск, но замедляет изменения.

Самопроверка

1. Кто и когда предложил реляционную модель? — Эдгар Кодд, 1970.
2. Два обязательных свойства первичного ключа? — Уникальность и отсутствие пустых значений (NOT NULL).
3. Как называется строка реляционной таблицы? — Запись (кортеж).
4. Пример естественного ключа? — ИИН (также ISBN, VIN).
5. Что означает Volume в модели Big Data? — Огромный объём данных.