Chapter 04 ฐานขอมลเชงสมพนธ Relational Database

ความหมายของฐานขอมลเชงสมพนธ

เปนการจดเกบรวบรวมขอมลเปนแถวและคอลมนในลกษณะตารางสองมต ทประกอบไปดวย Attribute ทแสดงคณสมบตของ Relation หนงๆ โดย Relation ตางๆ ไดผานกระบวนการท าให Relation เปนบรรทดฐาน (Normalized) ในระหวางการออกแบบเพอลดความซ าซอน และเพอใหการจดการฐานขอมลเปนไปอยางมประสทธภาพ

ความหมายของฐานขอมลเชงสมพนธ

เปนฐานขอมลซงใหภาพของขอมลในระดบภายนอก (External Level) และระดบแนวคด(Conceptual Level) Relations ตางๆ ในฐานขอมลจะประกอบดวย attributes ตางๆ ทถกออกแบบเพอลดความซ าซอนของขอมลและสามารถเรยกใชขอมลไดอยางมประสทธภาพ โดยมระบบจดการฐานขอมลเปนผจดการฐานขอมล (RDBMS) ตามทฐานขอมลไดออกแบบไว

Relation และ Table ทงสองค าสามารถใชรวมกนเพอใชแทน ความหมายเดยวกนไดในเรองของฐานขอมล

ความเปนมาของ Relational Database

ฐานขอมลเชงสมพนธเปนรปแบบของฐานขอมลทคดคนโดย อ เอฟ คอดด (E.F. Codd) เมอป 1970

Codd สราง Relational Model ขนโดยมทฤษฎเซต ทางคณตศาสตรมารองรบ

สามารถแกไขปญหา Data Redundancy, Data Inconsistency, Data Independence, Security

น าเสนอวธเรยกใชขอมลทงาย ไมจ าเปนตองรเลยวาขอมลถกเกบอยางไร

แนวคดของ Codd ถกน ามาพฒนาเปน DBMS ตวแรกคอ Oracle

ฐานขอมลเชงสมพนธ

ฐานขอมลเชงสมพนธเปนรปแบบฐานขอมลทเขาใจงายส าหรบผใช ไมซบซอน

เปนรปแบบฐานขอมลทมระบบจดการฐานขอมล (Database Management Systems: DBMS) สนบสนนในการจดการฐานขอมลมากมาย อาทเชน DB2, ORACLE, INFORMIX, Power-Builder, INGRES

ท าใหการจดการฐานขอมลเชงสมพนธ สามารถตอบสนองความตองการของผใชในเรองการจดการฐานขอมลของระบบไดอยางมประสทธภาพ

ขอดของระบบฐานขอมลเชงสมพนธ

1. เปนกลมของ Relation หรอตารางทถกจดเกบเปนแถวและคอลมนท าใหผใชงานมองเหนภาพของขอมลไดงาย

2. ผใชไมจ าเปนตองรวาขอมลถกจดเกบจรงอยางไร รวมถงวธการเรยกใชขอมล (Access Approach)

3. การเรยกใชหรอเชอมโยงขอมลสามารถท าไดงาย 4. ภาษาทใชในการเรยกดขอมลเปนลกษณะคลายภาษาองกฤษ และไมจ าเปนตองเขยนเปนล าดบขนตอน เชน ภาษา SQL

โครงสรางฐานขอมลเชงสมพนธ

ภาพท 3.1 โครงสรางของตาราง

มการใชโครงสรางขอมลในเชงตรรกะเพยงรปแบบเดยวเทานน คอ รเลชน โดยทรเลชนจะถกมองเหนในลกษณะของตาราง (table) ทมคณสมบต ดงน 1. แตละแถวใชแทน Tuple หรอ Record ใน Relation 2. ล าดบของ Tuple ไมส าคญ 3. ล าดบของ Column ไมมความส าคญ 4. ขอมลในแตละ Tuple ตองไมซ ากน

โครงสรางฐานขอมลเชงสมพนธ

เปนฐานขอมลทมโครงสรางขอมลแบบ Relational Model คอฐานขอมลจะประกอบดวยตาราง (Relation) ทมความสมพนธกน

ภาพท 3.1 โครงสรางของตาราง

โครงสรางฐานขอมลเชงสมพนธ

Relation เปนตารางสองมต ทประกอบดวย Tuple และ Attribute เพอจดเกบขอมลตาง ๆ รปแบบของ Relation สามารถเขยนแทนดวยสญลกษณดงน

Attribute หมายถง คณลกษณะเฉพาะของแตละ Entity เปนคอลมนใน Relation จากภาพประกอบดวย 4 Attribute

โครงสรางฐานขอมลเชงสมพนธ

Tuple เปนแถวในแตละ Relation จากภาพท 5 ประกอบดวย 5 Tuple

ประกอบดวยตวอยางขอมลดงน

โครงสรางฐานขอมลเชงสมพนธ

Domain เซตของคาทเปนไปไดในแอตทรบวตนน แตละโดเมนจะถกก าหนดดวย ชอ, ชนดขอมล(data type) และ รปแบบ (Format) ซงเปนการก าหนดขอบเขตคาขอมลและชนดขอมลของแตละ Attribute ทสามารถเปนไปได จากภาพ Domain ของ SEX คอกลมของเพศทงหมดทเปนไปไดคอ M และ F เทานน

โครงสรางฐานขอมลเชงสมพนธ

Degree เปนจ านวนของ Attribute (คอลมน) ใน Relation นน คาของดกรมกจะไมมการเปลยนแปลง จากภาพ ประกอบดวย 4 Degree

โครงสรางฐานขอมลเชงสมพนธ

Cardinality เปนจ านวน Tuple (แถว) ทบรรจอยใน Relation และมความสมพนธใน Tuple ของอก Relation หนง

โครงสรางฐานขอมลเชงสมพนธ

จากตาราง STAFF และ DEPARTMENT จะมความสมพนธระหวางกนกลาวคอ ในแตละแผนกจะประกอบดวยพนกงานหลายคน ดงนนความสมพนธระหวาง Relation ทงสองจะม Cardinality เทากบ 1:M

โครงสรางฐานขอมลเชงสมพนธ

ศพททางเทคนคในฐานขอมลจะมชอเรยกทแตกตางกน แตมความหมายเดยวกน ดงน

โครงสรางฐานขอมลเชงสมพนธ

เปรยบเทยบศพททเกยวของทวไป

ศพทเทคนค ศพททวไป รเลชน(Relation) ตาราง(Table)

ทเพล(Tuple) แถว(Row) หรอ เรคคอรด(Record)

แอททรบวต(Attribute) คอลมน(Column) หรอ ฟลด(Field)

คารดนาลลต(Cardinality) จ านวนแถว(Number of rows)

ดกร(Degree) จ านวนคอลมน(Number of columns)

โดเมน(Domain) ขอบเขตคาของขอมล

18

ประเภทของ Relation

1. รเลชนหลก (Base Relation) เปนตารางทใชในการเกบขอมลจรงเพอน าขอมลไปใช ถกสรางดวยภาษาส าหรบนยามขอมล(DDL) เชน ภาษา SQL ค าสง Create Table เปนการสราง Relation หลก

2. วว (View) เปนตารางทถกสรางขนตามความตองการของผใชแตละคน โดยท าการววจากรเลชนหลก ชวยใหการรกษาความปลอดภยของฐานขอมลท าไดโดยงาย เพราะฉะนนววจงเปนตารางสมมตหรอตารางทแปลคามา (Virtual Table หรอ Derives Table) จะไมถกจดเกบจรง ๆ ในระบบ

19

Relation Operators หมายถง Operators ทสามารถด าเนนการหรอใชไดในฐานขอมลเชงสมพนธ การใช Relational Operators จะใหผลลพธทไดเปน Relatioเสมอไมวาจะเปน Operators ทการกระท ากบ 1 หรอ 2 Relation และผลลพธดงกลาวสามารถใชเปนโอเปอแรนดของกจกรรมทจะเกดขนในภายหลงไดอกดวย

20

Relation Operators

ชนดของ Operator 1. โอเปอเรเตอรในการจดการขอมล (mainpulative operators) ไดแก Insert, Delete, Update

2. โอเปอเรเตอรพนฐาน (basic operators) เปนโอเปอเรเตอรทมาจากพชคณตเชงสมพนธ (Relational algebra) ไดแก Selection, Projection, Join, Division, Union, Intersection, Difference, Cartesian, Product

Relation Operators

กฎ 12 ขอของ Codd 1. กฎสารสนเทศ (The information rule) : สารสนเทศทงหมดในฐานขอมลตองแสดงอยในรปแบบเดยวเทานน คอ Relation ซงถอวาเปนหลกการพนฐานของแบบจ าลองเชงสมพนธ 2. กฎการรบประกนการเขาถง (The quaranteed access rule) : คาทกคาทถกจดเกบไวในฐานขอมล ตองสามารถอางองไดในทางตรรกะโดยการใช ชอตาราง ชอคอลมน และคาของคยหลก 3. การจดการคา Null อยางเปนระบบ (Systematic treatment of null values) ระบบจดการฐานขอมลตองมการใชคา Null แทน “สารสนเทศทขาดหายไป (missing information) หรอไมมคาสารสนเทศทเหมาะสม (in applicable information)” อยางเปนระบบ

22

Relation Operators

4. แอคทพออนไลนแคททาลอคทอยบนพนฐานของแบบจ าลองเชงสมพนธ (Active online catalog based on the relational model) ระบบตองสนบสนนRelationแบบOnlineทสามารถเขาถงไดโดยผใชทมสทธผานทางภาษาควร

5. กฎภาษาขอมล (The Comprehensive data sublanguage rule) ระบบตองสนบสนนภาษาทเปน Relation อยางนอย 1 ภาษา ทสามารถใชไดทงแบบโตตอบและผานทางโปรแกรมสนบสนนการนยามขอมลรวมทงการจดการขอมล ความมนคงและเงอนไข Integrity การจดการ Transaction

6. กฎการแกไขวว (The view update rule) ววทกววสามารถเปลยนแปลงแกไขไดทางทฤษฎตองสามารถเปลยนแปลงแกไขโดยระบบ

23

Relation Operators

7. การแทรก แกไข และลบในระดบสง (High-level insert, update and

delete) ระบบตองสนบสนนการแทรก แกไข และลบขอมลในลกษณะของเซต

8. ความเปนอสระของขอมลเชงกายภาพ (Physical data independence)

การเปลยนแปลงใดๆ ในระดบ Schema ทางกายภาพจะไมมผลกระทบตอ

Schema ทางตรรกะ

9. ความเปนอสระของขอมลเชงตรรกะ (Logical data independence) การ

เปลยนแปลงใดๆ ใน Schema ทางตรรกะจะไมมผลกระทบตอโปรแกรมประยกต

24

Relation Operators

10. ความเปนอสระของอนทกรต (Integrity independence) เงอนไขของ

Integrity ตองมการก าหนดแยกตางหากจากโปรแกรมประยกต และจดเกบไวใน

แคททาลอค ทงนท าใหเกดความเปนไปไดในการทจะเปลยนแปลงเงอนไขของ

Integrity โดยไมมผลกระทบตอโปรแกรมประยกตทมอย

11. ความเปนอสระของการกระจาย (Distribution independence) โปรแกรม

ทมอยแลวสามารถท างานตอไปได เมอ Version การกระจายเรมถกท ามาใช

12. กฎการไมมเวอรชนยอย (The nonsubversion rule) ถาระบบอนญาตใหม

การตดตอไดในระดบต าสด คอ ครงละ Record และการตดตอนตองไมถกใชเพอ

เปนทางลดโดยไมผานระบบความมนคงหรอเงอนไข Integrity

คณสมบตของ Relation (Properties of Relations)

1. Relation ตองมชอก ากบ แตละชอตองแตกตางกน ซ ากนไมได 2. Attribute ของ Relation มไดเพยงคาเดยว (Single Value) 3. ชอใน Attribute ตองแตกตางกน ซ ากนไมได 4. คาของขอมลใน Attribute เปนไปตามขอก าหนดของ Domain ใน

Attribute นน ๆ 5. การเรยงล าดบของ Attribute ไมมความส าคญใดๆ 6. Tuple ตองมความแตกตางกน จะไมม Tuple ทซ ากน 7. การเรยงล าดบของ Tuple ไมมความส าคญใด ๆ

คณลกษณะในการจดเกบขอมลของรเลชน

1. ขอมลในแตละแถวจะไมซ ากน

2. การเรยงล าดบของขอมลในแตละแถวไมเปนสาระส าคญ

คณลกษณะในการจดเกบขอมลของรเลชน

3. การเรยงล าดบของ Attribute จะเรยงล าดบกอนหลงอยางไรกได

คณลกษณะในการจดเกบขอมลของรเลชน

4. คาของขอมลในแตละ Attribute ของ Tuple หนงๆ จะบรรจขอมลไดเพยงคาเดยว (Single Value)

คณลกษณะในการจดเกบขอมลของรเลชน

5. คาของขอมลในแตละ Attribute จะบรรจคาของขอมลประเภทเดยวกน

คณลกษณะในการจดเกบขอมลของรเลชน

คย (Keys)

คอ สงทใชในการก าหนดความเปนเอกลกษณ (Uniqueness property) ของแถวในความสมพนธ

ท าใหการเขาถงขอมลบนฐานขอมลเปนไปไดอยางรวดเรว ท าใหสามารถแยกแยะขอมลในฐานขอมลใหเปนไปอยางถกตอง

คย (Keys)

คยหลก (Primary Key: PK) Key ทใชในการอางถง Entity ในฐานขอมล โดยท Key นนจะตองไดมาจาก

Attribute ทมคณสมบตของขอมลทเปนคาเอกลกษณ (Unique) หรอมคาทไมซ าซอนกน

Primary Key เปนขอมลส าคญทจะท าใหการเขาถงขอมลบนฐานขอมลเปนไปไดอยางรวดเรว ดงนนผใชจงควรก าหนด Primary Key ใหชดเจนตงแตข นตอนออกแบบฐานขอมล

คยรอง (Secondary Key) หมายถง Attribute ทไมใช Primary Key แตสามารถใชในการสบคนขอมล จดเรยงขอมล จาก Relation โดยท Secondary Key ไมจ าเปนตองมคาเปนเอกลกษณ

คย (Keys)

คยผสม (Composite Key) ใน Relation อาจประกอบดวย Attribute ทมคณสมบตเปน Primary

Key ไดมากกวา 1 Attribute ดงนนเมอน า Attribute มารวมกน จะท าให Attribute นนมคณสมบตทเปนเอกลกษณ

การน าฟลดตงแต 2 ฟลดขนไปมารวมกน เพอใหมคณสมบตเปน Primary Key

เนองจากหากใชฟลดใดฟลดหนงเปน PK จะสงผลใหขอมลในแตละเรคอรดซ าซอนได

คย (Keys)

คย (Keys) คยผสม (Composite Key)

คยคแขง (Candidate Key) หมายถง Attribute ทมคณสมบตทสามารถน ามาเปนคยหลกได ซงสามารถ

ประกอบดวย Attribute เดยว หรอมากกวา 1 Attribute กได แตถาประกอบดวย Attribute มากกวา 1 Attribute จะเรยกวา Composite

Key ดงนนจงไมอนญาตใหสวนประกอบของ Key เปนคาวางได (Null Value)

คย (Keys)

คยคแขง (Candidate Key) ในแตละ Relation อาจม Attribute ทท าหนาทเปนคยหลกไดมากกวาหนง

Attribute โดยเรยก Attribute เหลานวา คยคแขง (Candidate Key)

เชน นกศกษาแตละคน ม รหสประจ าตวนกศกษา รหสประจ าตวบตรประชาชน

โดยปกตแลวจะเลอก Candidates Key ทเลกทสดเปน Primary Key โดยเราจะเรยก Candidate Key ทถกเลอกมาใชเปนคยหลกในตารางวา

“Primary Key” และเรยก Candidate Key ทไมถกเลอกเปนคยหลกวา “คยส ารอง (Alternate Key)”

Candidate Key สามารถเปน Primary Key และ Alternate Key ได

คย (Keys)

รหส ชอ สกล บตรประชาชน

ชนเรยน สาขา

คยคแขง Candidate Key

คยหลก (Primary Key) คยส ารอง Alternate Key

คย (Keys)

คยนอก (Foreign Key) หมายถง Attribute ใน Relation หนงทใชอางองไปยง Attribute ทท าหนาทเปน Primary Key ของอก Relation หนงทมความสมพนธกน

คย (Keys)

คยนอก (Foreign Key) คอคยซงประกอบดวยแอทรบวตหรอกลมของแอตทรบวตในรเลชนหนงซงมคณสมบตเปนคยหลก และไปปรากฏอกรเลชนหนง เพอประโยชนในการเชอมโยงขอมลซงกนและกน

เปน Key ทใชในการเชอมโยงขอมลระหวางตารางเขาดวยกน เชน ฐานขอมลของธนาคารแหงหนงประกอบดวย 2 ตาราง คอ ตารางบญชทลกคาเปด (เลขประจ าตวลกคา, ชอ-นามสกล และ

ประเภทของบญช ) ตารางลกคา (เลขประจ าตวลกคา, ชอ-นามสกล และทอย)

หากตองการทราบวาลกคารายหนงเปดบญชใดบาง กเชอมโยงขอมล 2 ตารางเขาดวยกน โดยใชเลขประจ าตวลกคาเปน Foreign Key

คย (Keys)

ตวอยาง Key แบบตาง ๆ

เลขประจ าตวประชาชน

ชอ

นามสกล

อาย

3501552150054

สมชาย

แซตง

25

3210077565107

สมศร

แซอง

42

4110597520235

สมฤทย

แซตง

23

2156800512473

สมปอง

แซแต

16

7812350453784

สมชย

แซเอง

50

Primary Key ?

ID

ชอ

นามสกล

อาย

เพศ 1

สมชาย

แซตง

25

ชาย 2

สมศร

แซอง

42

หญง 3

สมฤทย

แซตง

23

ชาย 4

สมปอง

แซแต

16

ชาย 5

สมชย

แซเลง

50

ชาย

Primary Key ?

ID เพศ

รหสสนคา ชอสนคา จ านวน

รหสพนกงาน รหสสนคา ยอดขาย

Foreign Key ? ตารางสนคา

ตารางยอดขาย

กฎเกยวของกบคยในฐานขอมลเชงสมพนธ คอขอบงคบหรอเงอนไขในการอนญาตใหเกบเฉพาะขอมลทเหมาะสมลงในฐานขอมล

เพอใหการเลอกขอมลจากฐานขอมลมความถกตองประเภทของเงอนไข

Key constraint ม 2 รปแบบ คอ คยหลก คาจะไมเปน NULL Null ไมใชคาทเปน 0 (กรณเปนตวเลข) และไมใช space (ในกรณเปนขอความ)

Null หมายถงไมทราบคาหรอไมรคาแนชด

มคาเปน Null หมายถงอะไร ? Null เปนศพทเฉพาะใน Relational Database หมายถง ไมทราบคาขอมลทรแนชด เราสามารถก าหนดใหคาของคอลมนใดๆ เปน Null ได (ถาเปนไปไดควรใสใหครบจะดทสด ) ยกเวนคอลมนทเปน Primary Key เพราะจะไมสามารถน า Primary Key มาใชเขาถงขอมลในแตละแถวได

ตวอยางตารางทแสดงคา Null

รหสนกศกษา รหสวชา เกรดทได

4900222 E182

4900123 M117 C

4900125 P210 B+

4900236 E182 A

กฎการควบคมความถกตองของขอมล (Data Integrity) ฐานขอมลไมสามารถรไดเองวาขอมลทเกบอยนนสอดคลองกบความเปนจรงหรอไม เราจงตองบอกใหฐานขอมลรดวยสงทเรยกวา กฎการควบคมความถกตองของขอมล หรอ เปนกฎเกณฑทก าหนดขนเพอใชควบคมความถกตองใหกบขอมลในฐานขอมลใดฐานขอมลหนงโดยเฉพาะ

ตวอยางงานระบบทะเบยนนกศกษาจะม Integrity Rule ดงตอไปน นกศกษาทกคนตองสงกดคณะทมอยเทานน วชาทลงทะเบยนตองเปนวชาทเปดสอนเทานน เกรดเฉลยแตละเทอมจะอยระหวาง 0.00-4.00 เทานน เกรดทไดจะตองเปน A,B+,B,C+,C,D+,D หรอ F เทานน

เปนตน

กฎความคงสภาพ (Integrity Rule) หมายถงกฎเกณฑทก าหนดขนมาส าหรบรกษาคณสมบตของความเปนตาราง และความสมพนธระหวางตาราง แบงออกเปน 2 แบบคอ

1. กฎความคงสภาพของ Entity (Entity Integrity Rule) Attribute ใดทจะเปนคยหลก(PK) ขอมลใน Attribute นนจะเปนคาเอกลกษณ

และเปนคาวาง(Null) ไมได

กฎความคงสภาพ (Integrity Rule) 2. กฎความคงภาพของการอางอง (Referential Integrity Rule)

คาของคยหลก(PK)ได จงจะเชอมโยงหรออางองขอมลระหวาง 2 Relation ได Foreign Key จะตองสามารถอางองใหตรงกบคาของ Primary Key ได จงจะ

อางองขอมลระหวางสอง Relation ได คาของ Foreign Key ตองมาจากคาของ Primary Key จากตารางทเกยวของ

เทานน นนคอ ถา R1 เปน Relation ทม Foreign Key ทอางองถง Primary Key ใน

Relation R2 คาของ Foreign Key ใน R1 จะตองมคาเทากบ Primary Key ของ Tuple ใด Tuple หนงใน R2

กฎความคงสภาพ (Integrity Rule)

รหสสนคา ชอสนคา จ านวน

bk00198 เสอยด 100

cd00034 กางเกงขายาง 250

รหสพนกงาน รหสสนคา ยอดขาย

HY001 bk00198 80

HY002 cd00034 200

ตารางยอดขาย

ตารางสนคา

กฎความคงสภาพ (Integrity Rule)

การรกษากฎความคงสภาพ แบงออกเปน 3 ประเภทคอ 1. กระท าแบบเปนทอด ๆ (Cascade)

เปนการอนญาตให ลบ หรอแกไขขอมลของ Primary Key ในตารางทถกอางองจากตารางอน ซง DBMS จะอนญาตใหท าการลบ หรอแกไขขอมลนนได แต DBMS จะท าการแกไข หรอลบขอมลในตารางทมความสมพนธทงหมด

เชน ถารหสแผนกถกแกไขหรอลบ ขอมลพนกงานทกคนทสงกดแผนกนนจะถกลบหรอแกไขไปดวย

การรกษากฎความคงสภาพ

1. กระท าแบบเปนทอด ๆ (Cascade)

2. ยอมแบบมเงอนไข (Restricted) การอนญาตให ลบ หรอแกไขขอมลจะท าไดกตอเมอ ขอมลของ Primary Key ใน Relation หนงไมมขอมลทถกอางองในอก Relation หนง

เชน รหสแผนกจะถกแกไขหรอลบไดกตอเมอไมมพนกงานคนใดสงกดแผนกนน

การรกษากฎความคงสภาพ

3. เปลยนเปนคาวาง (Nullify) ถาตองการลบ หรอแกไขขอมลของ Primary Key ตว DBMS เปลยนแปลงคา

Foreign Key ของตารางทอางอง ใหกลายเปนคาวาง เชน พนกงานทสงกดแผนกขายจะถกเปลยนคาเปนคาวางกอน หลงจากนน

การลบขอมลของแผนกขายจงจะถกลบหรอแกไข

การรกษากฎความคงสภาพ

ค าถามทายบท 1. โครงสรางขอมลเชงสมพนธประกอบดวยอะไรบาง จงอธบาย 2. คณสมบตในการจดเกบขอมลของรเลชนมอะไรบาง 3. รเลชนประกอบดวยคยประเภทตางๆ อะไรบาง จงอธบายพรอมยกตวอยางประกอบประเภทคยดงกลาว 4. Null หมายถงอะไรใน Relational Database 5. เหตใดจงตองมการน า Integrity rule มาใชในฐานขอมล 6. ความสมพนธระหวางรเลชนมกประเภท อะไรบาง จงยกตวอยางประกอบ (หามยกตวอยางซ ากบสไลดประกอบการเรยน)