1.2 Concepte utilizate în organizarea datelor
Cele trei concepte de bază utilizate sunt: entitate, atribut, valoare. Ele au fost introduse în literatura de specialitate odată cu apariţia bazelor de date. Aceste concepte sunt legate între ele: o entitate are mai multe atribute, iar atributelor li se asociază o mulţime de valori.
Prin entitate se înţelege un obiect concret sau abstract reprezentat prin proprietăţile sale.
Orice proprietate a unui obiect poate fi exprimată printr-o pereche (ATRIBUT, VALOARE). Exemplu: “masa X are culoarea albă”, unde “culoare” reprezintă atributul, iar “albă” valoarea.
Aşadar, o entitate se poate exprima prin mai multe proprietăţi, deci mai multe perechi de forma (ATRIBUT, VALOARE).
De exemplu o persoană X poate fi rerezentată prin mulţimea de perechi: (NUME, POPESCU); (VÂRSTA, 25); (SEX, MASCULIN); (PROFESIE, ECONOMIST); (SALARIU, 90000).
În realitate, mulţimea atributelor NUME, VÂRSTĂ, SEX, PROFESIE, SALARIU poate fi asociată mai multor PERSOANE. Rezultă că atributul nu caracterizează doar o entitate, ci poate caracteriza o clasă de entităţi numită entitate grup. În exemplul de mai sus, entitatea grup se caracterizează prin aceeaşi mulţime de atribute, se poate spune că entităţile din cadrul unei entităţi grup sunt de acelaşi tip. În acest sens, se utilizează termenul de “tip de entitate” pentru o clasă de entităţi.
Noţiunea de atribut este cunoscută şi sub denumirea de câmp, caracteristică.
Fiecare atribut e caracterizat de natura valorilor pe care le poate lua. Astfel, un atribut este de tip numeric dacă valorile sale sunt numerice, alfanumeric dacă valorile sale sunt şiruri de caractere, etc. În general, un atribut are valori elementare, dar pot exista şi situaţii de atribute compuse (formate prin concatenarea mai multor atribute). Pot exista atribute ce identifică în mod unic o entitate, ele numindu-se atribute cheie sau pot exista atribute ce nu identifică unic o entitate şi se numesc atribute non-cheie.
Un alt concept utilizat este cel de dată. Data este un model de reprezentare a informaţiei. Accesibil unui anumit procesor (om, program, calculator); cu acest model se opereză pentru a obţine noi informaţii despre fenomenele şi procesele lumii reale.
O dată care este indivizibilă în raport cu informaţia pe care o reprezintă, dar şi în raport cu modul de prelucrare se numeşte dată elementară sau scalară. Mai multe date elementare formează o dată compusă.
Din punct de vedere logic, o dată se defineşte prin: identificator, atribut şi valoare.
Exemplu: PROF -identificator PROFESIA -atribut ECONOMIST -valoare
Din punct de vedere fizic, unei date îi corespunde o zonă de memorie de o
anumită mărime, situată la o adresă absolută.
1.3 Relaţii între date
Între date există diverse legături, relaţii. Între datele ce aparţin unor tipuri de entităţi pot exista două categorii de legături:
- prima se defineşte prin însăşi apartenenţa detelor la entiate;
- a doua categorie o constituie legăturile dintre entităţile de acelaşi tip sau de tipuri diferite.
Exemple:
1. Fie A mulţimea persoanelor ce lucrează într-o societate comercialş. Între datele acestei mulţimi se pot stabili relaţii de tipul:
- x are aceeaşi profesie cu y;
- x este soţia lui y;
- x are salariul mai mare sau egal cu al persoanei y;
- x este mai în vârstă decât y;
- x a absolvit aceeaşi şcoală ca şi y; etc.
2. Fie B mulţimea judeţelor ţării. Între datele acestei mulţimi pot exista relaţii de tipul:
- x este vecin cu y şi y este vecin cu x;
- x are suprafaţa mai mare decât y;
- x are mai multe oraşe decât y etc.
3. Fie C mulţimea produselor finite ale unei societăţi. Între datele ce caracterizează aceste produse există relaţia de tipul:
- x intră în componenţa lui y;
- x este mai ieftin decât y;
- x este mai util decât y etc.
4. Fie două clase de entităţi: PRODUSE şi BENEFICIARI. Între datele acestor două clase de entităţi pot exista următoarele relaţii:
- o mulţime de legături R1 între entităţile clase PRODUSE, date de faptul că un produs poate intra în alcătuirea altui produs;
- o mulţime de legături R2 între clasele de entităţi PRODUSE şi BENEFICIARI, date de faptul că un produs poate fi livrat la unul sau mai mulţi beneficiari iar un beneficiar poate primi unul sau mai multe produse.
1.4 Structuri de date
Tipurile de structuri de date întâlnite în sistemele informatice se diferenţiază în funcţie de sistemul informaţional şi de tehnologiile de prelucrare a datelor utilizate.
Definiţie Structura de date este definită ca o colecţie de date între care s-au stabilit o serie de relaţii care conduc la un anumit mecanism de selecţie şi identificare a componentelor.
Mulţimea de date asociată structurii poate fi alcătuită din datele unui tip sau mai multor tipuri de entităţi. Componentele structurii pot fi individualizate şi identificate prin nume (identificator) sau prin poziţia pe care o ocupă în structură (în raport cu ordinea specificată).
Dacă localizarea unei componente se face prin parcurgerea tuturor componentelor se face prin parcurgerea tuturor componentelor care se află înaintea sa în ordinea specificată, atunci structura are un acces secvenţial.
Dacă o componentă din structură poate fi selectată fără a ţine seama de celelalte componente, atunci structura are un acces direct.
Componentele unei structuri de date pot fi date elementare sau pot fi ele însele structuri de date.
Asupra unei structuri de date se pot efectua o multitudine de operaţii care se referă la valori şi/sau la structură. Dintre acestea, cele mai frecvente sunt:
- crearea (memorarea datelor în forma iniţială pe suport de memorie);
- consultarea (accesul la componentele structurii în vederea prelucrării valorilor);
- actualizarea (schimbarea stării structurii prin adăugarea, ştergerea unor elemente, modificarea valorii unor elemente, modificarea relaţiilor dintre elemente);
- sortarea (aranjarea elementelor unei structuri după anumite criterii);
- ventilarea (spargerea structurii în două sau mai multe structuri);
- fuzionarea (formarea unei noi structuri din două sau mai multe structuri);
- copierea;
- interclasarea etc.
Operaţiile la care poate fi supusă o structură de date şi eficienţa cu care acestea pot fi realizate, depind în mare măsură de relaţiile între datele materializate pe suport de memorie.
Toate structurile de date care au acceaşi organizare şi sunt supuse aceloraşi operaţii formează un anumit tip de structură de date.
Definiţie Un tip de structură de date este o mulţime ordonată de date între care s-au stabilit anumite releţii şi pentru realizarea operaţiilor se foloseşte un grup de operatori de bază cu o anumită semantică.
1.5 Clasificarea structurilor de date
După tipul componentelor, structurile se clasifică în:
- structuri omogene, în care componentele sunt de acelaşi tip;
- structuri eterogene, în care componentele aparţin unor tipuri diferite.
Dacă o structură se poate descompune în structuri de acelaşi tip, atunci structura este recursivă.
După posibilitatea de modificare a valorilor şi/sau structurii, avem:
- structuri statice, care pe tot parcursul existenţei lor au acelaşi număr de componente în aceeaşi ordine;
- structuri dinamice, care permit modificarea valorilor şi/sau structurii prin aplicarea operatorilor. Aceste structuri pot avea, teoretic, un număr nelimitat de componente şi de aceea se mai numesc structuri cu cardinalitate infinită.
Structura statică se consideră, similar cu cardinalitatea finită.
Din punct de vedere al nivelului de structurare al datelor avem:
- structură logică, ce se referă la modul de ordonare al datelor, operatorii de tratare a detelor;
- structura fizică, ce se referă la modul de implementare, de reprezentare efectivă pe suporţii informaţionali.
Clasificarea în structuri fizice şi dinamice se referă, în principal la structurile fizice de date. Din acest punct de vedere, alocarea memoriei pentru o structură statică este o alocare statică, atât pentru componente cât şi pentru structură. Pentru o structură dinamică, alocarea este dinamică atât la nivelul întregii structuri cât şi la nivelul componentelor.
O structură logică poate fi implementată şi ca structură statică şi ca structură dinamică. Există structuri logice care nu pot fi implementate static.
În organizarea datelor trebuie definită atât structura logică cât şi structura fizică, cele două nivele condiţionându-se reciproc.
Tipuri de structuri de date
Principalele tipuri de structuri (logice) de date sunt:
- structura punctuală;
- structura liniară;
- structura arborescentă;
- structura reţea;
- structura relaţională.
Dintre acestea, structurile de bază sunt: cea liniară şi arborescentă. Prin combinarea lor se pot construi structuri oricât de complexe.
Structura punctuală este reprezentată de o entitate grup izolată. De exemplu, tipul de entitate PERSOANA. Considerând că nu există relaţii explicite între realizările de entitate, acest tip de entitate luat singur reprezintă structura punctuală.
Structra liniară. Dacă între elementele unei colecţii de date există o relaţie de ordine totală, spunem că structura definită este liniară.
Structura punctuală este reprezentată de o entitate grup izolată. De exemplu, tipul de entitate PERSOANA. Considerând că nu există relaţii explicite între realizările de entitate, acest tip de entitate luat singur reprezintă structura punctuală.
Structura liniară. Dacă între elementele unei colecţii de date există o relaţie de ordine totală, spunem că structura definită este liniară.
Acest tip de structură are următoarele proprietăţi (fig.1.1.a):
1) Cardinalul mulţimii elementelor iniţiale (maximale) este egal cu 1.
2) Cardinalul mulţimii elementelor terminale (minimale) este egal cu 1.
Card (m(D))=1;
3) Orice element neterminal are un succesor imediat unic;
4) Primul element nu are predecesor;
5) Ultimul element nu are succesor;
6) Dacă există un cuplu în relaţie(u,p) format din ultimul element u şi primul element p, structura liniară este inelară sau circulară (fig.1.1.b).
7) Relaţiile stabilite între date sunt de tipul 1 la 1;
8) Dacă componentele unei structuri liniare sunt la rândul lor, structuri arborescente, spunem că avem structură liniară cu elemente structurate arborescent;
9) Dacă componentele unei structuri liniare sunt structuri reţea, atunci spunem că avem structură liniară cu elemente structurate reţea.
a) structura liniară simplă
b) structura inelară
Structura arborescentă (ierarhică sau descendentă). Dacă între elementele unei colecţii de date există o relaţie de ordine, spunem că structura acestei colecţii de date este o structură arborescentă.
Acest tip de structură are următoarele proprietăţi:
1) Există un element unic, numit rădăcina arborelui.
2) Orice nod diferit de rădăcină are un predecesor imediat unic.
3) Orice nod neterminal are un număr finit de succesori imediaţi.
4) Relaţiile stabilite între noduri sunt de tipul 1 la m.
O succesiune de noduri (ai1,ai2,…,ain) în care pentru orice aik, k≠n, ai,k+1
Este un succesor imediat al lui aik, se numeşte drum de lungime n-1 de la nodul ai1 la nodul ain.
Drumul de lungime maximă constituie înălţimea arborelui. Un arbore ordonat de gradul 2 se numeşte arbore binar (fig.1.2.a). Un arbore care are ordinul superior lui 2 se numeşte multicăi (fig.1.2.b). Un arbore este echilibrat dacă diferenţa dintre drumurile de la rădăcină la orice nod terminal este cel mult 1.
O structură arborescentă care are elemente structurale arborescent formează o structură arborescentă cu elementele structurate arborescent. O structură arborescentă care are elementele structurate în reţea formează o structură (listă) arborescentă cu elementele structurate în reţea. Există şi o structură arborescentă cu elementele structurate liniar.
CUPRINS
Cap.1. Elemente de teoria bazelor de date
1.1. Activităţile şi obiectivele organizarii datelor
1.2. Concepte utilizate în organizarea datelor
1.3. Relaţii între date
1.4. Structuri de date
1.5. Clasificarea structurilor de date
1.6. Modele de date
1.7. Baze de date
1.8. Sisteme de gestiune a bazelor de date
1.9. Maşini baze de date. Arhitectura maşinilor baze de date
Cap.2. Proiectarea bazelor de date
2.1. Etapele de realizare a bazelor de date
2.2. Analiza sitemelor economice şi a cerinţelor informaţionale datelor
2.3. Proiectarea structurii bazelor de date
2.4. Încărcarea date
2.5. Exploatarea şi întreţinerea bazelor de date
Cap.3. Modelele bazelor de date
3.1. Modelul ierarhic şi baze de date ierarhice
3.2. Modelul reţea şi baze de date reţea
3.3. Modelul relaţional şi baze de date relaţionale
3.4. Modelul de date orientat pe obiecte
3.5. Modelul funcţional al datelor
3.6. Modelul bazelor de date deductive
3.7. Modelul bazelor de date distribuite
Cap.4. Protecţia bazelor de date
4.1. Integritatea datelor
4.2. Securitatea bazelor de date
Cap.5. Descrierea aplicaţiei
5.1. Etapele de realizare a unei aplicaţii
5.2. Enunţul problemei
5.3. Structura bazei de date
