Реляционное представление данных
По-существу, этот раздел статьи Кодда посвящен тому, что позже стали называть структурной частью реляционной модели; т.е. в нем обсуждаются отношения как таковые (и кратко упоминаются ключи), но вообще не рассматриваются реляционные операции (то, что позже стали называть манипуляционной частью модели). Краткого рассмотрения заслуживает приведенное в статье определение отношения. Определение выглядит примерно так: "Для данных множеств S1, S2, ..., Sn (не обязательно различных) R является отношением над этими множества, если является множество n-арных кортежей, первый элемент каждого из которых принадлежит S1, второй - S2 и т.д. Мы будем называть Sj j-м доменом R ... Будем говорить, что R имеет степень n." (И в статье 1970-го года добавлено: "Более точно, R является подмножеством декартова произведения своих доменов.")
Являясь приемлемым с математической точки зрения, это определение может быть подвергнуто критики с точки зрения баз данных -- здесь вступает в действие уравновешенный взгляд в прошлое! -- в нескольких отношениях. Во-первых, не проводится ясное различение между доменами, с одной стороны, и атрибутами или столбцами, с другой стороны. Правда, в статье позже вводится термин "атрибут", но отсутствуют его формальное определение и согласованное использование. (В статье 1970-го года вводится термин "активный домен" для обозначения множества значений данного домена, действительно появляющихся в базе данных в любой заданный момент времени, но и это понятие не является тем же самым, что понятие атрибута.) В результате, в индустрии существовала большая путаница вокруг различий доменов и атрибутов, и эта путаница сохраняется и по сей день. (Для справедливости я должен добавить, что в первой редакции моей книги "An Introduction to Database Systems", Addison-Wesley, 1975 различие между доменами и атрибутами тоже было не слишком ясным.)
Далее в статье 1969-го года приводится пример, который -- по крайней мере, на интуитивном уровне -- наталкивается на эту путаницу.
В примере используется отношение PART с двумя (помимо других) столбцами QUANTITY_ON_HAND и QUANTITY_ON_ORDER. Кажется очевидным, что эти два столбца должны были бы определены на одном и том же домене, но пример ясно говорит - нет. (Автор относится к ним как к разным доменам, а потом говорит, что эти домены "соответствуют тому, что обычно называют ... атрибутами".)
Заметим также, что определение отношения указывает, что домены (а следовательно, и атрибуты) отношения упорядочены слева направо. Правда, в статье 1970-го года говорится, что пользователи должны иметь дело не с "отношениями с упорядоченными доменами", а с "их двойниками без упорядоченности доменов" (которые в статье называются связями - relationship), но это уточнение, по всей видимости, не привлекло внимание некоторых членов сообщества баз данных -- включая, очень неформально, разработчиков языка SQL, в котором столбцы таблицы явно упорядочены слева направо.
Затем Кодд переходит к определению "банка данных" (который мы теперь, конечно, обычно называем базой данных) как "коллекции изменяемых во времени отношений ... разной степени" и устанавливает, что "каждое [такое] отношение может быть предметом занесения дополнительных кортежей степени n, удаления существующих кортежей и изменения компонентов любого из его существующих кортежей степени n". Здесь, к сожалению, мы с треском попадаем в историческую путаницу между значениями отношений и переменными отношений. В математике (и в собственном определении Кодда) отношение - это просто значение, и нет никакого способа изменять его во времени; отсутствует такая вещь как "отношение, изменяемое во времени". Но, конечно, мы можем иметь переменные -- т.е переменные отношений -- значениями которых являются отношения (разные значения в разные моменты времени), и в действительности это то, что Кодд называет "отношениями, изменяемыми во времени".
Неудача в четком различении этих двух разных понятий была еще одним источником последующей путаницы.
По этой причине я предпочел бы далее в этой серии заметок проводить обсуждение явно в терминах значений отношений и переменных отношений, а не использовать только термин "отношение" -- изменяемое и не изменяемое во времени. Однако, к сожалению, для этого потребовалось бы слишком много переписать и (что хуже) реструктуризовать в материале из статей Кодда, который мне нужно цитировать и исследовать, поэтому я с неохотой отказался от этой идеи. Я серьезно надеюсь, что это решение не приведет к еще большей путанице.
Вернемся к статье 1969-го года. Следующая вводимая концепция является критической -- конечно, очень хорошо знакомой теперь -- это концепция ключа (в смысле уникального идентификатора). Ключ называется неизбыточным, если каждый содержащийся в нем атрибут является необходимым для целей уникальной идентификации; т.е. при удалении любого атрибута оставшиеся не смогут больше служить уникальным идентификатором. (Здесь под термином "ключ" понимается то, что мы теперь называем суперключом, а термин "неизбыточный ключ" соответствует тому, что мы теперь называем возможным ключом -- возможные ключи "неизбыточны" или несократимы по определению.)
Между прочим, в статье 1970-го года термин "первичный ключ" используется вместо просто "ключа". Поэтому обратите внимание, что "первичный ключ" в статье 1970-го года используется не в том смысле, в каком обычно понимается сегодня, потому что:
- он не обязан быть неизбыточным и
- у одного отношения может иметься произвольное число первичных ключей. Однако затем в статье говорится, что если у данного отношения имеется "два или более неизбыточных первичных ключа, то произвольно выбирается один из них и называется первичным ключом".
В статье 1970-го года также вводится термин "внешний ключ". (На самом деле, и в статье 1969-го года содержится краткое упоминание об этой концепции, но сам термин не используется.) Однако определение является слишком ограничительным в том смысле, что -- по какой-то причине -- не допускает использования в качестве внешнего ключа первичного ключа (или возможного ключа? или суперключа?).В реляционной модели в ее сегодняшнем понимании такое ограничение отсутствует.
На этом выделенный мне на этот месяц объем исчерпывается. Я заложил некоторую основу для того, что будет дальше, но вклад Кодда настолько значителен и многообразен, что для меня нет никакой возможности адекватно отразить его в одной или двух статьях. Видимо, это будет достаточно долгое путешествие.
