โมเดล ฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์

แบบฝึกหัดหน่วยที่ 3

1.      Dr.E.F. Coddได้กำหนดส่วนประกอบของโมเดลเชิงสัมพันธ์ไว้กี่ส่วน  อะไรบ้าง

ตอบ 3 ส่วน

1)     ส่วนที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้าง

2)     ส่วนที่เกี่ยวกับการควบคุมตวามถูกต้องให้กับข้อมูล

3)     ส่วนในการจัดการข้อมูล

2.      ลักษณะโครงสร้างของรีเลชันในฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์มีลักษณะอย่างไร

ตอบ   มีลักษณะของตาราง  2  มิติประกอบด้วยทางด้านแถวและคอลัมน์  ซึ่งจะเรียกว่า  รีเลชัน

3.      ทูเพิล และแอตทริบิวส์คืออะไร

ตอบ   ข้อมูลเพียงค่า หรือ เพียงความหมายเดียวเท่านั้น

4.      เหตุใดจึงไม่กำหนดลำดับที่ให้กับแอตทริบิวส์หรือทูเพิล

                   ตอบ   1 คือ  SID, ลำดับที่ 2 คือ เป็นต้น  เนื่องจากการทำลำดับที่ให้กับแอตทริบิวส์

5.      คีย์ มีกี่ประเภท อะไรบ้าง

ตอบ   4 ประเภท

1)     คีย์ คู่แข่ง

2)     คีย์หลัก

3)     Alternat

4)     คีย์นอก

6.      ความสัมพันธ์ของจ้อมูลมีกี่แบบอะไรบ้าง

ตอบ   3  แบบ

1)     หนึ่งต่อหนึ่ง

2)     หนึ่งต่อกลุ่ม

3)     กลุ่มต่อกลุ่ม

7.      กฎที่ใช้ในการควบคุมความถูกต้องของข้อมูล  มีกี่กฎ อะไรบ้าง

ตอบ   2 กฎ

1)     กฎความบูรณภาพของเอนทิตี้

2)     กฎความบูรณภาพของการอ้างอิง

8.      การกระทำแบบ Project และ Restrict มีลักษณะอย่างไร

ตอบProject   แสดงข้อมูลแอตทริบิวส์ที่กำหนดโดยแสดงข้อมูลทุกทูเพิล

Restrict         การแสดงข้อมูลในทูเพิล ซึ่งมีข้อมูลตรงตามเงื่อนไขที่ระบุ

     โมเดลฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์

   ระบบฐานขอ้มลู เชิงสัมพัทธ์มีอยู่ในปัจุบนัจะถกู สร้างโดยอ้างอิงตามทษฏีพื้นฐานของโมเดลขอ้มลู เชิง สัมพันธ์(Relaruinal Data Model) ซึ่งผู้คิดค้นโมเดลเชิงสัมพัทธ์คือ Dr.E.F.Code โดยใชห้ลกัพ้ืนฐานทางคณิตศาสตร์ซึ่ง Dr.EF.coddได้ได้ กำหนดส่วนประกอบของโมเดลเชิงสัมพัทธ์นี้แบ่งเป็น 3 ส่วน ได้แก่

1 ส่วนที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างของข้อมูล

 2 ส่วนที่เกี่ยวกับการควบคุมความถูกให้กับข้อมูล

 3 ส่วนในการจัดการกับข้อมูล

2. โครงสร้างของข้อมูล (Data Stucture)

 2.1 Relation

โครงสร้างของฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์จะอยู่ในลักษณะของตาราง 2 มิติประกอบด้วยทางด้านแถว และคอลัมน์ซึ่งจะเรียกว่ารีเลชัน(Relation) มีลักษณะแสดงดังรูปที่ 3.1

รูปที่ 3.1 โครงสร้างของฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์

 จากรูป 3.1 ตารางข้อมูลทั้งหมด จะเรียกว่า Relation แต่โดยส่วนใหญ่นิยมเรียก “Table” หรือ “ตาราง” เนื่องจากโครงสร้างการจัดเก็บเป็นแบบตาราง ส่วนข้อมูลในแต่ละแถว จะเรียกว่า ทูเพิล (Tuple) ส่วนข้อมูลในแต่ละคอลัมน์ จะเรียกว่า แอตทริบิวส์ (Attribute)ดังตัวอย่างมี 4 แอตทริบิวส์ คือ SID, Sname, GPA, Major

2.2 คุณสมบัติของรีเลชัน

คุณสมบัติของรีเลชั่นมีหลายข้อด้วยกันซึ่งแต่ละข้อที่กำหนดขึ้นล้วนมีความสำคัญทั้งสิ้น ได้แก่

1.ข้อมูลในแต่ละแอตทิบิวส์ของทูเพิลเดียวกัน จะต้องมีค่าข้อมูลเพียงค่าเดียวหรือเพียง ความหมายเดียวเท่านั้น

2.ข้อมูลของแต่ละทูเพิลจะต้องมีข้อมูลที่แตกต่างกันอย่างน้อย1 แอตทิบิวส์ ซึ่งส่วนใหญ่แอตทริบิวส์ ดังกล่าวมักจะถูกกำหนดให้เป็นค่าคีย์หลักเนื่องจากจะเป็นการบังคับไม่ใหข้อมูลซ้ำกัน

 3.ในรีเลชั่นเดียวกัน ชื่อของแอตทริบิวส์จะซ้ำกันไม่ได้เนื่องจากการระบุข้อมูลในแต่ละแอตทริบิวส์ของฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์จะใช้ชื่อของ แอตทิบิวส์ในการอ้างถึงถ้าหากอนุญาติให้ตั้งชื่อของแอตทิบิวส์ซ้ำกันได้จะทำให้เวลาระบุข้อมูลใน แอตทริบิวส์ระบบจะไม่ทราบว่าจะนำข้อมูลมาจากแอตทริบิวส์ใด เนื่องจากชื่อของแอตทริบิวส์ซ้ำกัน

4.ไม่มีการกำหนดลำดับที่ให้กับแอตทริบิวส์เช่นดังตัวอย่างที่3.1 จะไม่มีการกำหนดลำดับที่1 คือ SID,ลำดับที่2 คือ Sname เป็นต้น เนื่องจากการกำหนดลำดับที่ให้กับแอตทริบิวส์จะทำให้เกิดความไม่เป็น อิสระทางโครงสร้างของรีเลชั่นเนื่องจากหากมีการเพิ่มหรือลบแอตทริบิวส์จะทำให้ลำดับ ที่ของแอตทริบิวส์เปลี่ยนไป ซึ่งทำ ให้โปรแกรมหรือการทา งานอื่น ๆ ผิดพลาดไปด้วยดังนั้น จึงไม่มีการกำหนดลำดับที่ ให้กับแอตทริบิวส์และสัมพันธ์การระบุข้อมูลคือจะระบุชื่อของแอตทริบิวส์ดังนั้นหากมีการเพิ่ม หรือ ลบ แอตทริบิวส์ก็ไม่มีผลกับแอตทริบิวส์ที่มีอยู่เดิม

 5.ไม่มีการกำหนดระดับที่ให้กับข้อมูลแต่ละทูเพิลเช่นดังตัวอย่างรูปที่3.1 จะไม่มีการกำหนด ระดับของทูเพิลลำดับที่1,ทูเพิลลำดับที่2เนื่องจากจะเกิดความไม่เป็น อิสระของข้อมูลเช่น หากมีการกำหนดลำดับ ที่ เมื่อมีการเพิ่มข้อมูล ทูเพิล หรือ ทำการลบข้อมูลบางทูเพิลก็จะทำให้ที่ของทูเพิลเปลี่ยนไป ก็จะทำให้โปรแกรมที่เรียกใช้งานข้อมูลดังกล่าวเกิดความผิดพลาดึ้นดังนั้นระบุข้อมูลในแต่ละทูเพิลจึงใช้การระบุถึงแอตทริบิวส์ที่ข้อมูลขอองแต่ละทูเพิงแตกต่างกันซึ่งก็คือ แอตทริบิวส์ที่ทำหน้าที่เป็นคีย์นั้น เอง(รายละเอียดของคีย์จะกล่าวถึงในหัวข้อต่อไป)

 2.3 Domain

โดเมน(Domain)คือการก าหนดของเขตและชนิดของข้อมูลเพื่อป้องกันไม่ให้ข้อมูลที่ผู้ใช้จัดเก็บ มีความผิดพลาดไปจากความเป็นจริงที่ควรจะเป็น ตัวอย่างดังรูปที่ 3.1

รูปที่ 3.2 โดเมนของข้อมูล

จากรูปที่ 3.2 เป็นการกำหนดโดเมนเนมให้กับแอตทริบิวส์ข้อมูล GPA ซึ่งเป็นค่าเกรดเฉลี่ยของนักศึกษา ซึ่งค่าเกรดเฉลี่ยจะต้องมีค่าอยู่ระหว่าง 0-4  ดังนั้นจึงต้องกำหนดโดเมนเนมให้กับแอตทริบิวส์ GPA เพื่อไม่ให้ข้อมูลผิดพลาดไปจากนี้

2.4 คีย์ (Key)

คีย์ คือแอตทริบิวส์หรือกลุ่มของแอตทริบิวส์ที่สามารถแยกความแตกต่างของข้อมูลในแต่ละทูเพิล ได้หรือแอตทริบิวส์ที่ข้อมูล ในแอตทริบิวส์นั้นต้องมีข้อมูลที่ไม่ซ้ำกันซึ่งคีย์มีอยู่หลายชนิดด้วยกัน ได้แก่

1. คีย์คู่แข่ง (Candidate Key)คือคีย์ที่เล็กที่สุด ที่แยกความแตกต่างของข้อมูลแต่ละทูเพิลได้ ยกตวัอย่าง เช่น ในรีเลชั่นStudent มีข้อมูลที่สามารถเป็นคีย์คู่แข่ง หรือแอตทริบิวส์รหัสนักศึกษาและการใช้ แอตทริบิวส์ชื่อรวมกับ นามสกุล ซึ่งทั้งสองแบบสามารถระบุความแตกต่างของข้อมูลแต่ละทูเพิลได้

 2.คีย์หลัก (Primary Key)คือคีย์คู่แข่งซึ่งได้เลือกออกมาเพื่อใช้กำหนดให้เป็นคีย์หลักของรีเลชั่น ซึ่งข้อมูล ที่เป็นคีย์หลักนั้นจะต้องมีข้อมูล ที่ไม่ซ้ำกันและมักจะเลือกคีย์คู่แข่งที่มีขนาดเล็กมาเป็นคีย์หลัก ตัวอย่างเช่น การเลือกแอตทริบิวส์รหัสนักศึกษา มาเป็นค่าคีย์หลักเนื่องจากทีขนาดเล็กกว่าแอตทริบิวส์ ชื่อ รวมกับ นามสกุล ซึ่งจะทำให้การทำงานเร็วกว่า เนื่องจากมีขนาดเล็กกว่า

3.Alternate keyคือ คีย์คู่ แข่งอื่นๆ ที่ไม่ได้ถูกเลือกมาใช้งาน ยกตัวอย่าง เช่น แอตทริบิวส์ ชื่อ รวมกับนามสกุล ซึ่งไม่ได้ถูกเลือกให้เป็นคีย์หลัก ของรีเลชั่น ก็จะกลายเป็น Alternate key

 4.คีย์ยอก (Foreign key) เป็นคีย์ที่ใช้เชื่อมความสัมพันธ์ของรีเลชั่น ตัวอย่างแสดงดังรูป 3.3

                                                         รูปที่ 3.3 คีย์หลักและคีย์นอก                                                                         

จากรูปที่ 3.3 รีเลชัน Student มีค่าคีย์หลักคือ SID ซึ่งเป็นรหัสนักศึกษา โดยข้อมูลของรหัสนักศึกษาจะต้องมีข้อมูลที่ไม่ซ้ำกัน และมีคีย์นอกของตาราง คือ แอตทริบิวส์ Major  ซึ่งเชื่อมโยงความสัมพันธ์ไปยังแอตทริบิวส์ Majorของรีเลชั่น Major ซึ่งข้อมูลทุกตัวของแอตทริบิวส์ Major ในรีเลชั่น Student จะต้องมีอยู่ในแอตทริบิวส์ Major ของรีเลชั่น Major ส่วนตาราง Major มีคีย์หลักคือแอตทริบิวส์ Major

 2.5 Cadinality

คาดินัลลิตี้ คือ การอธิบายถึงลกัษณะความสัมพันธ์ข้อมูลของรีเลชั่น กับอีกรีเลชั่นหนึ่งว่ามีลักษณะ อย่างไร ซึ่งมีอยู่ 3 เเบบ คือ

 1. ความสัมพันธ์ของข้อมูลแบบหนึ่งต่อหนึ่ง ( one to one ) คือ ข้อมูลแต่ละทูเพิลของรีเลชั่นทางด้าน 1 จะต้องมีความสัมพันธ์กับข้อมูลของอีก รีเลชั่นหนึ่งได้เพียง ทูเพิลเดียวเท่าน้นั เช่น สมมุติข้อมูลนักศึกษากับหัวห้าห้องนักศึกษา1คนจะเป็นหัวหน้า ห้องได้ห้องเดียวเท่านั้นและแต่ละห้องจะมีหัวหน้าห้องได้เพียงคนเดียว

2.ความสัมพันธ์ของข้อมูลแบบหนึ่งต่อกลุ่ม (one to many) คือข้อมูล1ทูเพิลของรีเลชั่นทางด้าน1 สามารถมีความสัมพันธ์กับ ข้อมูล ในอีกรีเลชั่น ทางด้านกลุ่มได้หลายๆทูเพิลแต่ข้อมูลของแต่ละทูเพิลของรีเลชั่น ทางด้านกลุ่ม จะต้องมี ความสัมพันธ์กับข้อมูลของรีเลชั่น ทางด้านหนึ่งเพียงทูเพิลเดียวเท่านั้น เช่น ข้อมูลนักศึกษากับสาขาวิชา สาขาวิชา1 สาขา สามารถมีนักศึกษา สังกัดอยู่ได้หลายคน แต่นักศึกษาแต่ละคนจะสามารถ สังกัดได้เพียงสาขาวิชาเดียวเท่านั้น

3.ความสัมพันธ์ของข้อมูลแบบกลุ่มต่อกลุ่ม (many to many)  คือ ข้อมูล ในแต่ละทูเพิลของรีเลชั่น ที่มี ความสัมพันธ์กัน สามารถมีความสัมพันธ์กับข้อมูล ในอีกรีเลชั่น 1ได้หลายๆทูเพิลเช่นข้อมูลนักศึกษากับการลงทะเบียนรายวิชา นักศึกษา1คน ลงทะเบียนเรียน ได้หลายวิชาและแต่ละวิชาสามารถมีนักศึกษาลงทะเบียน เรียนได้หลายคน

2.6 ประเภทของรีเลชัน

รีเลชั่นในฐานข้อมูลมีอยู่หลายประเภท แต่จะกล่าวถึงเฉพาะที่สำคัญ 2ประเภท คือ

 1.รีเลชั่นหลัก(Base Relation) เป็นรีเลชั่นจริงที่ถูก สร้างขึ้นมาเพื่อใช้เก็บข้อมูล เช่นรีเลชั่น  Studentb เพื่อใช้เก็บข้อมูลนักศึกษา

2.วิว(View) เป็นรีเลชั่นเสมือนที่ถูก สร้างตามความต้องการของผู้ใช้ซึ่งวันนี้จะเป็นรีเลชั่นที่ได้จาก การนำข้อมูลแอตทริบิวส์ที่ต้องกา รของรีเลชั่น หลักมาแสดงผลโดยสามารถเลือกนา ข้อมูล มาจากรีเลชั่น เดียว หรือสามารถนา ข้อมูล มาจากรี เลชั่นหลักหลายๆรีเลชั่น ได้

             3. กฎที่เก่ยวข้องกับการรักษาความถูกต้อง

กฎที่ใช้สำหรับรักษาความถูกต้องของข้อมูลแบ่งออกเป็ น2กฎ คือกฎที่เกี่ยวขอ้งกบั เอนทิต้ีและกฏที่ เกี่ยวขอ้งกบัการเชื่อมโยงความสมั พนัธข์องเอนทิต้ี

 3.1 กฎความบูรณภาพของเอนทิตี้ (Entity Integrity Rule)

                  กฎความบูรณภาพของเอนทิตี้เป็นกฏที่ใชก้า หนดเพื่อให้ข้อมูลของเอนทิตี้มีความถูกต้องซึ่งกล่าว ไว้ว่า"แอตทริบิวส์ที่ทำหน้าที่เป็ นคีย์หลังของ รีเลชั่น ไม่สามารถมีค่าเป็นค่าว่างได้ ( Null Value ) และจะต้องมีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์(Identity) คือ สามารถระบุข้อมูลแอตทริบิวส์อื่นๆ ที่อยู่ใน

ทูเพิลเดียวกันได้

   3.2 กฎความสมบูรภาพของกาารอ้างอิง (Referential Integrity Rule)

                   กฎความบูรณภาพของการอ้างอิงคือกฎที่ใช้รักษาความถูกต้องของข้อมูลที่มีความสัมพันธ์กันของ เอนทิตี้ซึ่งได้กล่าวไว้ว่า"ค่าของคียน์อกในรีเลชั่น จะต้องมีข้อมูลในอีกรีเลชั่น หนึ่งที่คีย์นอกของรีเลชั่น นั้นอ้างอิงถึง"

                   ในบางกรณีคีย์นอกอาจเป็นค่าว่างได้ ถ้านโยบายขององค์กรอนุญาตให้ค่าคีย์นอกเป็นค่าว่างได้ กรณี หากมีการลบหรือแก้ไขข้อมูลในรีเลชั่น ที่ถูกอ้างอิงถึง ซึ่งจะทำให้สูญเสียความบูรณะภาพของข้อมูลดังตัวอย่างที่ 2.4 หากมีการแก้ไข้หรือลบข้อมูลของรีเลชั่น Major ในแอตทริบิวส์ Major ซึ่งมีความสัมพันธ์อยู่กับรีเลชั่น  Student จะทำให้ความสัมพันธ์ของข้อมูลเสียหายดังนั้นจึงต้องเลือกการกระทำ เพื่อนไม่ให้ความสัมพันธ์ของข้อมูล เสียไป ดังนี้ 

กรณีการแก้ไขข้อมูล

 1.ห้ามทำการแก้ไขข้อมูล ในรีเลชั่น ที่ถูกอ้างถึงนั้น เนื่องจากจะทำ ให้ข้อมูล ในรีเลชั่นที่อ้างอิงมาไม่สามารถอ้างอิงได้

2.อนุญาติให้ทำการแก้ไขข้อมูลในรีเลชั่น ที่ถกูอ้างอิงได้แต่จะต้องตามไปแก้ไขข้อมูล ในรีเลชั่น ที่ อ้างอิงมาให้ตรงกับข้อมูลที่แก้ไขใหม่ทั้งหมด

3.อนุญาติให้ทำการแก้ไข้ข้อมูลในรีเลชั่นที่ถกูอ้างอิงถึงได้โดยการแก้ไขข้อมูล ในรีเลชั่นที่อ้างอิงมา ให้มีค่าเป็นค่าว่าง

รูปที่ 3.4 รีเลชั่นมีความสัมพันธ์กัน

กรณีการลบข้อมูล

1.ห้ามทำการลบข้อมูลในรีเลชั่นที่ถูกอ้างอิงนั้นเนื่องจากจะทำ ให้ข้อมูลในรีเลชั่นที่อ้างอิงมาไม่ สามารถอ้างอิงข้อมูลได้

 2.อนุญาตให้ทำการลบข้อมูลในรีเลชั่นที่ถูกอ้างอิงถึงได้แต่จะต้องตามไปลบข้อมูลในรีเลชั่นที่อ้างอิง มาทั้งหมด

3.อนุญาตให้ทำการลบข้อมูล ในรีเลชั่นที่ถูกอ้างอิงถึงได้โดยการแก้ไขข้อมูล ในรีเลชั่นที่อ้างอิงมาให้มี ค่าเป็นค่าว่าง

 4. การจัดการกับข้อมูล (Data manipulation)

Dr.E.F. Codd ได้นำทฤษฎีของเซทซึ่งเป็นทฤษฎีทางคณิตศาสตร์มาใช้ใ นการจัดการกับข้อมูลของ ฐานเชิงสัมพันธ์ซึ่งมีอยู่หลายการกระทำด้วยกันในบทนี้จะกล่าวโดยย่อๆเท่านั้นเนื่องจากเป็นเนื้อหาทาง ทฤษฎีซึ่งการนำไปใช้งานจริงนั้นจะพูดถึงในบทที่เกี่ยวกับคำสั่งที่ใช้จัดการฐานข้อมูลซึ้งเนื้อหาจะมีความ ใกล้เคียงกัน การกระทำเหล่านี้ได้แก่

 4.1 Product

Product หรือ Cartesian Productเป็นการกระทำเพื่อแสดงข้อมูลที่เป็นไปได้ทุกกรณีของการจับคู่กัน ระหว่าง2รีเลชั่น 

รูปที่ 3.5 การกระทำ Produc

4.2 Union

คือการแสดงข้อมูลตามลักษณะทฤษฎีการ Union ของเซต คือ ส่วนของข้อมูลทูเพิลที่ต่างกันของ รีเลชั่นจะนำมาทั้งหมด ส่วนข้อมูล ทูเพิลที่เหมือนกันของรีเลชั่นจะนำมาจากรีเลชั่นเดียวดังตัวอย่างรูปที่3.6ข้อมูลส่วนที่แรเงาคือข้อมูลผลลัพธ์ของการท าUnion รูปที่3.6 การกระทำ Union

รูปที่ 3.6 การกระทำ Union

 คือการแสดงข้อมูลตามลักษณะทฤษฎีการIntersection ของเซต คือนำเฉพาะส่วนของข้อมูลทูเพิลที่ ต่างกัน ของรีเลชั่นมาดังตัวอย่างรูปที่3.7 ข้อมูลส่วนที่แรเงา คือข้อมูลผลลัพธ์ของการทำ Intersection

รูปที่3.7 การกระทำ Intersection

 คือการแสดงข้อมูล ทูเพิลของรีเลชั่นซึ่งไม่มีอยู่ในอีกอีรีเลชั่นหนึ่งตามทฤษฎีการ Differenceของเซตเช่น ถ้านำข้อมูลรีเลชั่น A-รีเลชั่น B ข้อมูลที่ได้คือข้อมูลของรีเลชั่น A ที่ไม่มีในรีเลชั่น B ซึ่งจะให้ผลลัพธ์ที่ แตกต่างกันกับรีเลชั่น B-รีเลชั่น Aดังตัวอย่างรูปที่3.8 ซึ่งผลลัพธ์ของการทำ Difference คือส่วนที่แรเงา

รูปที่ 3.8 การกระทำ Difference

4.5 Restrict

คือการแสดงข้อมูลในทูเพิล ซึ่งมีข้อมูลตรงตามเงื่อนไขที่ระบุเช่นการเลือกข้อมูลของนักศึกษาที่มี รหัสนักศึกษาเท่ากับค่าที่รดังรูปที่3.9 เป็นข้อมูลของนักศึกษารหัส420001

                                                                                    รูปที่ 3.9 การกระทำ Restrict

คือการแสดงข้อมูลแอตทริบิวส์ที่กำหนดโดยแสดงข้อมูลทุกทูเพิลเช่นการเลือกข้อมูลแกรดของ นักศึกษาทุกคน ดังรูปที่3.10 รูปที