บทท 3 ระบบฐานขอมลเชงสมพนธ

หวขอเรอง

3.1 ความหมายของฐานขอมลเชงสมพนธ 3.2 โครงสรางของขอมล (Data Structure) 3.3 กฎทเกยวของกบการรกษาความถกตอง 3.4 การจดการกบขอมล (Data manipulation)

จดประสงคทวไป

เพอใหมความรความเขาใจเกยวกบระบบฐานขอมลเชงสมพนธ

จดประสงคเชงพฤตกรรม

เมอศกษาหนวยท 3 จบแลว ผเรยนสามารถ

1. อธบายความหมายและประโยชนของฐานขอมลเชงสมพนธได 2. บอกลกษณะโครงสรางของระบบฐานขอมลเชงสมพนธได 3. บอกความหมายของค าศพทตางๆ ทใชในฐานขอมลเชงสมพนธได 4. อธบายเกยวกบคยแบบตางๆได 5. อธบายกฎทเกยวของกบการรกษาความถกตองของขอมลได 6. อธบายการกระท าตางๆ กบขอมลในฐานขอมลได

3.1. ความหมายของฐานขอมลเชงสมพนธ

ระบบฐานขอมลเชงสมพนธ (Relational Database) เปนฐานขอมลทใชโมเดลเชงสมพนธ (Relational Database Model) ซงผคดคนโมเดลเชงสมพนธนคอ Dr. E.F. Codd โดยใชหลกพนฐานทางคณตศาสตร เนองดวยแนวคดของแบบจ าลองแบบนมลกษณะทคนใชกนทวกลาวคอมการ เกบเปนตาราง ท าใหงายตอการเขาใจและการประยกตใชงาน ดวยเหตน ระบบฐานขอมลแบบนจงทไดรบความนยมมากทสด ในแงของ entity แบบจ าลองแบบนคอ แฟมขอมลในรปตาราง และ attribute กเปรยบเหมอนเขตขอมล สวนความสมพนธคอความสมพนธระหวาง entity

ฐานขอมลเชงสมพนธ คอ การเกบขอมลในรปของตาราง (Table) หลายๆตารางทมความสมพนธกน ในแตละตารางแบงออกเปนแถวๆ และในแตละแถวจะแบงเปนคอลมน (Column) ในทางทฤษฎจะมค าศพทเฉพาะแตกตางออกไป เนองจากแบบจ าลองแบบนเกดจากทฤษฎทางคณตศาสตรเรองเซท (Set) ดงนน เราจะมค าศพทเฉพาะดงตารางท 3.1น

ตารางท 3.1 ค าศพทเฉพาะทใชในระบบฐานขอมลเชงสมพนธ

ศพทเฉพาะ ศพททวไป รเลชน (Relation) ตาราง (Table) ทเปล (Tuple) แถว (Row) หรอ เรคคอรด (Record) หรอ ระเบยน แอททรบวท (Attribute) คอลมน (Column) หรอฟลด (Field) คารดนลลต (Cardinality) จ านวนแถว (Number of rows) ดกร (Degree) จ านวนแอททรบวท (Number of attribute) คยหลก (Primary key) คาเอกลกษณ (Unique identifier) โดเมน (Domain) ขอบขายของคาของขอมล (Pool of legal values)

รปท 3.1 แสดงรายละเอยดของสวนประกอบตาง ๆ ของโมเดลแบบความสมพนธ

อาจจะเขยนในรปสมการดงตอไปน R(รหสประจ าตวประชาชน,ชอ,นามสกล,วนเกด) เนองจากแตละตารางสามารถมความสมพนธกนไดดงทกวาไวในขางตน ท าใหการเกบขอมลในรปแบบน มความคลองตวสงเพราะเราสามารถแยกเกบขอมลใน หลายตารางโดยอาศยความสมพนธดงกลาว และสามารถสบคนไดจากรหสพเศษทเรยกวา กญแจ(key) ดงรปท 3.2

รปท 3.2 แสดงตวอยางการสบคนขอมลโดยอาศยความสมพนธ

Dr.E.F.Codd ไดก าหนดสวนประกอบของโมเดลเชงสมพนธน แบงเปน 3 สวนไดแก

1. สวนทเกยวของกบโครงสรางของขอมล 2. สวนทเกยวกบการควบคมความถกตองใหกบขอมล 3. สวนในการจดการกบขอมล

3.2. โครงสรางของขอมล (Data Structure)

3.2.1. Relation โครงสรางของฐานขอมลเชงสมพนธ จะอยในลกษณะของตาราง 2 มต ประกอบดวยทางดานแถว และคอลมน ซงจะเรยกวา รเลชน (Relation) โดยทว ๆ ไป Relation หนง ๆ จะมคณสมบตตาง ๆ ดงน 1) ไมม Tuples คใด ๆ เลยทซ ากน (No duplicate tuples) 2) ล าดบทของ Tuples ไมมความส าคญ 3) ล าดบทของ Attributes ไมมความส าคญ 4) คาของ Attribute จะเปนคาเดยว ๆ (Atomic) นนคอ คาของขอมลทปรากฏอยในตารางจะเปนคา ๆ เดยว เปนลสตของคาหลาย ๆ คาไมได ซง Relation ทมคณสมบตขอนจะถกเรยกวาเปน Relation ทอยในรปแบบ Normal form 5) คาของขอมลในแตละ Attribute จะบรรจคาของขอมลประเภทเดยวกน ชนดของ Relations ในระบบจดการฐานขอมลทว ๆ ไป Relation อาจจ าแนกออกไดเปน 2 ประเภท ดงนคอ

1) Relation หลก (Base Relation) เปน Relation ทถกก าหนดขนเพอเกบขอมลและเพอน าขอมลไปใชเมอมการสราง Relation โดยใช Data Definition

Language เชน ใน SQL ค าสง CREATE TABLE เปนการสราง Relation หลก หลงจากนนกจะท าการเกบขอมลเพอการเรยกใชขอมลในภายหลง Relation หลกจะเปนตารางทจดเกบขอมลจรงไว

2) วว (View) หรออาจเรยกอกอยางหนงวา Relation สมมต (Virtual Relation) เปน Relation ทถกสรางขนตามความตองการใชขอมลของผใชแตละคน เนองจาก ผใชแตละคนอาจตองการใชขอมลในลกษณะทแตกตางกน จงท าการก าหนดววของตวเองขนมาจาก Relation หลก เพอความสะดวกในการใชขอมล และชวยใหการรกษาความปลอดภยของฐานขอมลท าไดงายขน Relation ทถกสมมตขนมานจะไมมการเกบขอมลจรง ๆ ในระบบฐานขอมล

ลกษณะของรเลชนแสดงดงรปท 3.3

รปท 3.3 โครงสรางของฐานขอมลเชงสมพนธ

จากรปท 3.3 ตารางขอมลทงหมด จะเรยกวา Relation แตโดยสวนใหญนยมเรยกวา Table หรอ ตาราง เนองจากโครงสรางการจดเกบเปนแบบตาราง สวนขอมลในแตละแถว จะเรยกวา ทเพล (Tuple) สวนขอมลในแตละคอลมน จะเรยกวา แอตทรบวส (Attribute) ดงตวอยางม 4 แอตทรบวส คอ SID, Sname, GPA, Major เขยนเปนสมการไดดงน Student(SID,Sname,GPA,Major)

3.2.2. Domain โดเมน (Domain) คอการก าหนดขอบเขตและชนดของขอมลเพอปองกนไมใหขอมลทผใชจด เกบ มความผดพลาดไปจากความเปนจรงทควรจะเปน ตวอยางดงรปท 3.4

รปท 3.4 โดเมนของขอมล

จากรปท 3.4 เปนการก าหนดโดเมนใหกบแอตทรบวสขอมล GPA ซงเปนคาเกรดเฉลย ของนกศกษา ซงคาเกรดเฉลยจะตองมคาอยระหวาง 0 - 4 ดงนนจงตองก าหนดโดเมนใหกบแอตทรบวส GPA เพอไมใหขอมลผดพลาดไปจากน

3.2.3. คย (Key) คย คอ แอตทรบวส หรอ กลมของแอตทรบวสทสามารถแยกความแตกตางของขอมล ในแตละทเพลได หรอแอตทรบวสทขอมลในแอตทรบวสนนตองมขอมลทไมซ ากน ซงคย มอยหลายชนดดวยกน ไดแก

3.2.3.1. คยอยางงาย (Simple key) หมายถง key ทประกอบดวย attribute เดยว 3.2.3.2. คยประกอบ (Combine key หรอ Composite key) หมายถง key ท ประกอบดวย attribute มากกวา 1 attribute 3.2.3.3. คยคแขง (Candidate Key) คอคยทเลกทสด ทแยกความแตกตางของขอมล แตละทเพลได ยกตวอยางเชน ในรเลชน Student มขอมลทสามารถเปนคยคแขง คอแอตทรบวส รหสนกศกษา และการใชแอตทรบวส ชอรวมกบนามสกล ซงทงสองแบบสามารถระบความแตกตาง ของขอมล แตละทเพลได 3.2.3.4. คยหลก (Primary Key) คอคยคแขงซงไดเลอกมาเพอใชก าหนดใหเปนคาคย หลกของ รเลชน ซงขอมลทเปนคยหลกนนจะตองมขอมลทไมซ ากน และมกจะเลอกคยคแขง ทมขนาดเลกมาเปนคยหลก ตวอยางเชน การเลอกแอตทรบวสรหสนกศกษา มาเปนคาคยหลก เนองจาก มขนาดเลกกวาแอตทรบวส ชอ รวมกบ นามสกล ซงจะท าใหการท างานเรวกวา เนองจากมขนาดเลกกวา 3.2.3.5. คยรอง (Alternate Key หรอ Secondary key) คอคยคแขงอนๆ ทไมได ถกเลอกมาใชงาน ยกตวอยางเชน แอตทรบวส ชอรวมกบนามสกล ซงไมไดถกเลอกใหเปนคยหลกของรเลชน กจะกลายเปน Alternate Key 3.2.3.6. คยนอก (Foreign Key)เปนคยทใชเชอมความสมพนธของรเลชน ตวอยางแสดงดงรปท 3.5

รปท 3.5 คยหลกและคยนอก

จากรปท 3.5 รเลชน Student มคาคยหลกคอ SID ซงเปนรหสนกศกษา โดยขอมลของรหสนกศกษาจะตองมขอมลทไมซ ากน และมคยนอกของตารางคอแอตทรบวส Major ซงเชอมโยงความสมพนธไปยงแอตทรบวส Major ของรเลชน Major ซงขอมลทกตวของแอตทรบวส Major ในรเลชน Student จะตองมอยในแอตทรบวส Major ของรเลชน Major สวนตาราง Major มคยหลกคอแอตทรบวส Major 3.2.3.7. ซปเปอรคย (Super key) หมายถง attribute หรอ เซทของ attribute ท สามารถบงบอกวาแตละแถว (Tuple) แตกตางกน ในทก ๆ ความสมพนธ จะตองมอยางนอย หนง super key ในเซทของ attributes

3.3. กฎทเกยวของกบการรกษาความถกตอง

กฎทใชส าหรบรกษาความถกตองของขอมล แบงออกเปน 2 กฎคอ กฎทเกยวของกบเอนทต และกฎทเกยวของกบการเชอมโยงความสมพนธของเอนทต )

3.3.1. กฎความบรณภาพของเอนทต (Entity Integrity Rule) กฎความบรณภาพของเอนทต เปนกฎทใชก าหนดเพอใหขอมลของเอนทต มความถกตอง ซงกลาวไววา "แอตทรบวสทท าหนาทเปนคยหลกของรเลชน ไมสามารถมคาเปนคาวางได (Null Value)" และจะตองมคณสมบตทเปนเอกลกษณ (Identity) คอสามารถระบขอมลแอตทรบวสอนๆ ทอยในทเพลเดยวกนได

3.3.2. กฎความบรณภาพของการอางอง (Referential Integrity Rule) กฎความบรณภาพของการอางอง คอกฎทใชรกษาความถกตองของขอมลทมความสมพนธกนของเอนทต ซงไดกลาวไววา "คาของคยนอกในรเลชน จะตองมขอมลอยในอก รเลชนหนง ทคยนอกของรเลชนนนอางองถง" ในบางกรณคยนอกอาจเปนคาวางได ถานโยบายขององคกร อนญาตใหคาคยนอกเปน คาวางได กรณหากมการลบ หรอแกไขขอมล ในรเลชนทถกอางองถง ซงจะท าใหสญเสยความบรณภาพของขอมล ดงตวอยางรปท 3.6 หากมการแกไขหรอลบขอมลของรเลชน Major ในแอตทรบวส Major ซงมความสมพนธอยกบรเลชน Student จะท าใหความสมพนธของขอมลเสยหาย ดงนนจงตองเลอก การกระท าเพอไมใหความสมพนธของขอมลสญเสยไปดงน

กรณการแกไขขอมล

1. หามท าการแกไขขอมลในรเลชนทถกอางถงนน เนองจากจะท าใหขอมลในรเลชนทอางองมา ไมสามารถอางองขอมลได 2. อนญาตใหท าการแกไขขอมลในรเลชนทถกอางองถงได แตจะตองตามไปแกไขขอมล ในรเลชนทอางองมาใหตรงกบขอมลทแกไขใหมทงหมด 3. อนญาตใหท าการแกไขขอมลในรเลชนทถกอางองถงได โดยการแกไขขอมลในรเลชน ทอางองมาใหมคาเปน คาวาง

รปท 3.6 รเลชนทมความสมพนธกน

กรณการลบขอมล

1. หามท าการลบขอมลในรเลชนทถกอางถงนน เนองจากจะท าใหขอมลใน รเลชนทอางองมา ไมสามารถอางองขอมลได 2. อนญาตใหท าการลบขอมลในรเลชนทถกอางองถงได แตจะตอง ตามไปลบขอมลในรเลชน ทอางองมาทงหมด 3. อนญาตใหท าการลบขอมลในรเลชนทถกอางองถงได โดยการแกไขขอมลในรเลชน ทอางองมาใหมคาเปน คาวาง (Null value)

คาวาง (Null Values) คาของ Attribute อาจจะเปนคาวาง (Null) คอ ไมมคาหรอยงไมทราบคาได ตวอยางเชน จ านวนไขของนกกระจอกเทศ จะสามารถบอกไดเมอนกกระจอกเทศออกไขแลว แตยงไมทราบคา ในขณะทจ านวนไขของชางนนไมมคา เปนตน

3.4. การจดการกบขอมล (Data manipulation)

Dr. E.F. Codd ไดน าทฤษฎของเซท ซงเปนทฤษฎทางคณตศาสตรมาใชในการจดการกบ ขอมลของฐานเชงสมพนธ ซงมอยหลายการกระท าดวยกน ในบทนจะกลาวโดยยอๆ เทานน เนองจากเปนเนอหาทางทฤษฎ ซงการน าไปใชงานจรงนน จะพดถงในบททเกยวกบค าสงทใช จดการฐานขอมล ซงเนอหาจะมความใกลเคยงกน การกระท าเหลานไดแก

3.4.1. Restrict ค าวา Restrict เปนโอเปอเรเตอรทางคณตศาสตรทใชในการเลอกขอมลจากรเลชนหนง ๆ ทมเงอนไขตรงตามทระบไว กลาวอกนยหนงคอ ใชในการแสดงขอมลของทเพลทเปนไปตามเงอนไขทระบไว

รปแบบ

ชอรเลชน WHERE <COMPARISION> COMPARISION ในทน หมายถงเงอนไขของขอมลทตองการเรยกด ซงจะระบชอแอททรบวต และคาเฉพาะทตองการดขอมล โดยมเครองหมายทประกอบการระบเงอนไข เชน = (เทากบ) < (นอยกวา) > (มากกวา) <> (ไมเทากบ) เปนตน ในกรณทมเงอนไขมากกวาหนงเงอนไขอาจใชค าวา OR (หรอ) AND (และ) ประกอบกนเปนเงอนไขทตองการได ตวอยาง จากตารางใหแสดงรายละเอยดของนกศกษาทอย นครราชสมา

นกศกษา

รหส ชอ จงหวด B001 แดง นครราชสมา B002 ด า กรงเทพฯ B003 เขยว สระบร B004 ขาว นครราชสมา

นกศกษา WHERE จงหวด = 'นครราชสมา'

ผลทได ดงน นกศกษา รหส ชอ จงหวด B001 แดง นครราชสมา B004 ขาว นครราชสมา

3.4.2. Project ค าวา Project เปนโอเปอเรเตอรทางคณตศาสตรทใชในการแสดงขอมลเพยงบางแอททรบวต จากรเลชนหนง ๆ ซงการแสดงขอมลอาจจะเปนแบบมเงอนไขหรอไมมกได

รปแบบ

ชอรเลชน [ชอแอตทรบวต 1, ชอแอตทรบวต 2, ...]

หรอ

ชอรเลชน WHERE <COMPARISION> [ชอแอตทรบวต 1, ...]

ตวอยาง จากตารางนกศกษาทผานมา ใหแสดงชอจงหวดทนกศกษาอย

นกศกษา [จงหวด] ผลทได ดงน

จงหวด นครราชสมา กรงเทพฯ สระบร นครราชสมา

ตวอยาง จากตารางนกศกษาทผานมา ใหแสดงชอนกศกษาและชอจงหวดเฉพาะนครราชสมา (นกศกษา WHERE จงหวด = 'นครราชสมา' [ชอ,จงหวด] ผลทได ดงน

ชอ จงหวด แดง นครราชสมา ขาว นครราชสมา

3.4.3. Product Product หรอ Cartesian Product เปนการกระท าเพอแสดงขอมลทเปนไปไดทกกรณของการ จบคกนระหวาง 2 รเลชน ดงตวอยางรปท 3.7

รปแบบ

ชอรเลชนแรก TIMES ชอรเลชนสอง] จากตารางตอไปน

นกศกษา TIMES วชา ผลทไดคอ

หรอแสดงสมการตามรปท 3.7

รปท 3.7 การกระท า Product

3.4.4. Union คอ การแสดงขอมลตามลกษณะทฤษฎการ Union ของเซต คอสวนของขอมลทเพลทตางกน ของรเลชน จะน ามาทงหมด สวนขอมลทเพลทเหมอนกนของรเลชนจะน ามาจากรเลชนเดยว โดยรเลชนทจะมา Union กน ตองเปนรเลชนทไปกนได (Compatible Relation) นนคอ จะตองมจ านวนและชอแอททรบวตทเหมอนกนและจดเรยงแอททรบวตในตาราง ทเหมอนกน (จากซายไปขวา) ดงตวอยางรปท 3.8 ขอมลสวนทแรเงาคอขอมลผลลพธของการท า Union

รปท 3.8 การกระท า Union

รปแบบ

ชอรเลชนแรก UNION ชอรเลชนสอง

ตวอยาง จากตาราง A และ B เปนดงน คอ

A

รหส ชอ จงหวด B001 แดง นครราชสมา B002 ด า กรงเทพฯ B003 เขยว สระบร B004 ขาว นครราชสมา

B

รหส ชอ จงหวด B001 แดง นครราชสมา B005 ฝน กรงเทพฯ

A UNION B ผลทไดคอ

รหส ชอ จงหวด<>/th> B001 แดง นครราชสมา B002 ด า กรงเทพฯ B003 เขยว สระบร B004 ขาว นครราชสมา B005 ฝน กรงเทพ

3.4.5. Intersection ค าวา Intersection เปนโอเปอเรเตอรทางคณตศาสตรทใชในการแสดงขอมลทมอยในทงสองรเลชน หรอมากกวา โดยรเลชนทจะมา Intersection กนจะเปนรเลชนทไปกนได (Compatible Relation) ดงตวอยางรปท 3.9 ขอมลสวนทแรเงาคอขอมลผลลพธของการท า Intersection

รปท 3.9 การกระท า Intersection

รปแบบ

ชอรเลชนแรก INTERSECT ชอรเลชนสอง

จากตวอยางตาราง A และ B ทผานมา A INTERSECT B ผลทไดคอ

รหส ชอ จงหวด<>/th> B001 แดง นครราชสมา

3.4.6. Difference คอการแสดงขอมลทเพลของรเลชน ซงไมมอยในอกรเลชนหนง ตามทฤษฎการ Difference ของเซต เชนถาน าขอมล รเลชน A - รเลชน B ขอมลทไดคอขอมลของรเลชน A ทไมมในรเลชน B ซงจะใหผลลพธทแตกตางกนกบ รเลชน B - รเลชน A โดยทรเลชนทงสองเปนรเลชนทไปกนได (Compatible Relation) ดงตวอยางรปท 3.10 ซงผลลพธของการท า Difference คอสวนทแรเงา

รปท 3.10 การกระท า Difference

รปแบบ

ชอรเลชนแรก MINUS ชอรเลชนสอง

จากตวอยางตาราง A และ B ทผานมา

A MINUS B

ผลทไดคอ

รหส ชอ จงหวด<>/th> B002 ด า กรงเทพฯ B003 เขยว สระบร B004 ขาว นครราชสมา

3.4.7. Join เปนการกระท าเพอแสดงขอมลทเปนไปไดทงหมดทเกดจากการเชอมโยง ขอมลของ 2 รเลชน ทมคาของขอมลใน Attribute ทก าหนดเหมอนกนโดย Attribute นอาจเปนเพยง Attribute เดยวหรอมากกวากได แตทส าคญ Attribute น จะตองมชอทเหมอนกน และม Domain ของขอมลเดยวกน

รปแบบ

ชอรเลชน JOIN ชอรเลชน

ตวอยางจาก ตาราง X และ Y ทก าหนดใหตอไปน

X JOIN Y ผลทไดคอ

เมอท าค าสง X JOIN Y เนองจากมคาของแอททรบวต "City" ทเหมอนกน จงใช Attribute น เชอมโยงขอมล เชนถาพจารณาเฉพาะทเพลของ "B001" ของรเลชน X ซงมคาแอททรบวต "City" เทากบ "Korat" มา Join กบทเพลตาง ๆ ในรเลชน Y ผลทได ไดแกทก ๆ ทเพลในรเลชน Y ทมคาแอททรบวต "City" เทากบ "Korat"

ในการ Join ระหวางรเลชนใด ๆ นน ล าดบในการ Join จะไมมผลตอผลลพธทเกดจากการ Join นน ดงนน ไมวาจะใชค าสง X JOIN Y หรอ Y JOIN X ยอมใหผลลพธเชนเดยวกน

3.4.8. Division เปนการแสดงขอมลจากสองรเลชน โดยทรเลชนทงสองมแอททรบวตอยางนอยหนงแอททรบวตทเหมอนกน ผลลพธทได จะเปนคาของแอททรบวตจากรเลชนทมจ านวนแอททรบวตมากกวา ซงเปนคาของแอททรบวตหนงทมคาหนงทจบคตรงกบทกคาของแอ ททรบวตทเหมอนกนนในอกรเลชนทมแอททรบวตนอยกวา รปแบบ

ชอรเลชน DIVIDEBY ชอรเลชน

ตวอยาง จากตาราง O และ P

ตวอยาง ถารเลชน P คอ

ตวอยาง ถารเลชน P คอ