§ 7. Проектирование базы данных

Определения и обозначения

База данных — организованная совокупность сведений, которую создают для хранения и поиска информации. Её структуру продумывают заранее, чтобы собирать именно нужные данные и затем быстро получать ответы на вопросы. Если не решить заранее, как сведения будут связаны и найдены, информация может оказаться неполной или неудобной для обработки.

Таблица базы данных — способ представить сведения об однотипных объектах в строках и столбцах. Например, в таблице книг каждая строка может описывать одну книгу, а столбцы — её свойства. Такая форма помогает хранить объекты по общему порядку и сравнивать их данные.

Поле — столбец таблицы, содержащий значения одного свойства объектов. Название поля подсказывает, какие сведения должны находиться в столбце: в поле «Автор» указывают имена авторов, а не названия книг. Разделение свойств по полям облегчает поиск, сортировку и обработку данных.

Первичный ключ — поле или набор полей, по значениям которых можно однозначно определить запись таблицы. Например, если названия книг повторяются, одного названия недостаточно, чтобы понять, о какой книге идёт речь. Подходящий ключ помогает отличить каждую запись от остальных.

Как это устроено

Проектирование начинается с определения цели базы данных и вопросов, на которые она должна помогать отвечать. Причина проста: сведения, нужные для учёта книг, отличаются от данных для расписания кружков. Если заранее представить будущие запросы, станет понятнее, какую информацию собирать, а какую можно не включать.

После этого выделяют типы объектов, о которых будут храниться сведения, и выбирают свойства каждого объекта. Например, если база описывает книги, объектом учёта будет книга, а возможными свойствами — название, автор и год издания. Такой шаг нужен, чтобы таблицы не смешивали данные о разных предметах и давали достаточно сведений для поставленной цели.

Для каждого свойства создают отдельное поле, выбирают ему понятное название и подходящий тип данных. Тип данных задаёт, какие значения можно хранить: год издания удобно записывать как число, а название — как текст. Это помогает сохранять значения в едином виде и уменьшает риск ошибок, например случайной записи слова в поле для числа.

Затем решают, какие значения образуют одну запись, и выбирают ключ. Запись должна описывать один объект, а ключ — позволять отличить его от других, даже если часть сведений совпадает. Если ключевые значения повторяются, поиск может вернуть несколько записей, поэтому поле или сочетание полей выбирают с учётом реальных данных.

Готовую структуру проверяют на примерах будущих запросов: можно ли найти нужную книгу, узнать её автора или отобрать записи по году. Такая проверка показывает, хватает ли полей и не записано ли одно и то же без необходимости. Если важный вопрос остаётся без ответа, структуру стоит исправить до заполнения базы.

Элементы таблицы базы данных и их роль

Пользуясь таблицей, сначала различайте строки и столбцы: строка описывает объект, столбец — его свойство. Затем проверьте, что выбранный ключ действительно различает все записи. Пример в последнем столбце показывает, как общий термин применить к данным о книгах.

Разбор задач

Задача 1. База данных «Школьная библиотека»

Условие: спроектировать структуру небольшой базы о книгах в фонде и их авторах. Нужно понять, какие данные необходимы, чтобы увидеть перечень книг и установить, кто написал каждую из них. Начинаем не с добавления всех возможных сведений, а с цели учёта.

1. Определяем объект учёта: это книга, поскольку базу составляют для сведений о библиотечном фонде.
2. Выбираем свойства, нужные по условию: название и автор. Для них создаём отдельные поля «Название» и «Автор», чтобы их можно было независимо искать.
3. Проверяем, достаточно ли этого для поставленной задачи. Если требуется только список названий и авторов, эти поля покрывают её; если нужно различать экземпляры, потребуется дополнительный уникальный идентификатор.

Ответ: таблица «Книги» с полями «Название» и «Автор» подходит для указанной цели. Для учёта отдельных экземпляров стоит добавить поле-ключ, например уникальный номер книги. Добавлять его полезно, если один и тот же экземпляр нужно находить отдельно от других.

Задача 2. База данных «Кружки»

Условие: хранить название кружка, кабинет и сведения о преподавателе, предложив поля и типы данных. Сначала каждое свойство превращаем в отдельное поле, а затем решаем, какие значения в нём будут записываться. Так мы не смешиваем в одной ячейке сведения разного назначения.

1. Объект учёта — кружок. Создаём поля «Название кружка», «Кабинет» и «Преподаватель».
2. Для названия кружка и преподавателя выбираем текстовый тип: это слова и имена. Для кабинета также подойдёт текстовый тип, поскольку номер кабинета может включать буквы, например «А12».
3. Проверяем примеры значений: «Шахматы», «А12», «Иванова». Каждый пример подходит своему полю и не требует помещать в него сведения из другого поля.

Ответ: таблица «Кружки» содержит поля «Название кружка» (текст), «Кабинет» (текст) и «Преподаватель» (текст). Если база должна различать кружки с одинаковым названием, нужно добавить подходящее поле-ключ. Тип данных выбирают не только по внешнему виду значения, но и по тому, как его предполагается использовать.

Задача 3. Ключ для таблицы «Книги»

Условие: в таблице есть названия, авторы и годы издания, причём названия могут совпадать. Нужно предложить ключ и проверить, можно ли найти книгу по автору и году. Совпадение названий означает, что название само по себе не всегда указывает на одну запись.

1. Проверяем поле «Название»: оно может повторяться, поэтому не годится как первичный ключ.
2. Оцениваем сочетание «Автор» и «Год издания». Оно может помочь найти нужную книгу, но без дополнительного условия нельзя гарантировать, что у одного автора в одном году вышла только одна книга.
3. Для надёжной идентификации добавляем уникальный номер книги и используем его как ключ. Автор и год остаются полезными полями для поиска, но не заменяют ключ без проверки уникальности.

Ответ: надёжный вариант — отдельный уникальный номер. По автору и году можно искать книгу, но такая комбинация не обязательно однозначна; структуру следует проверить на возможных совпадениях. Если по условиям базы сочетание этих значений гарантированно уникально, его тоже можно рассматривать как ключ.

Типичные ошибки

Составлять поля, не выяснив цель базы, — значит рисковать пропустить нужные сведения или накопить ненужные. Так поступают, когда начинают проектирование со списка любых известных фактов об объектах. Проверьте себя: перечислите вопросы, ради которых создаётся база, и убедитесь, что для каждого ответа предусмотрены данные.

Записывать разные свойства в одно поле, например автора вместе с названием книги, неудобно для поиска и сортировки. Ошибку допускают, когда стремятся уместить все сведения в одну ячейку. Проверьте, можно ли отдельно отобрать книги по автору или по названию: если нет, разделите значения на самостоятельные поля.

Выбирать ключ, значения которого могут повторяться, — значит не иметь возможности однозначно найти запись. Название кажется удобным ключом, пока в таблице нет одноимённых объектов. Для проверки найдите возможные совпадения или добавьте уникальный идентификатор, если повторения возможны.

Считать, что каждая строка может содержать произвольный набор данных, — ошибка: записи одной таблицы соответствуют одной структуре полей. Она возникает, если воспринимать таблицу как свободный список заметок. Проверьте несколько строк: в каждой должны быть предусмотрены одни и те же поля, даже если отдельное значение пока неизвестно.

Связь с другими темами

Чтобы проектировать таблицу, нужно понимать, как в ней организованы данные: столбцы соответствуют полям, строки — записям. Это помогает перейти от описания объектов к конкретной структуре, в которой значения занимают понятные места. Различение строк и столбцов также необходимо при чтении таблиц.

Проектирование связано с поиском, сортировкой и обработкой информации в базах данных. Например, чтобы отсортировать книги по году, поле с годом должно содержать значения подходящего типа, а чтобы найти одну запись — структура должна включать нужные данные и ключ. Поэтому удобство дальнейшей работы зависит от того, насколько продуманно выбраны поля и их типы.

Что запомнить

• Структуру базы данных выбирают в соответствии с её целью.
• Каждое поле описывает одно свойство объектов.
• Записи одной таблицы имеют одинаковый набор полей.
• Тип данных поля должен соответствовать хранимым значениям.
• Ключ помогает однозначно отличать записи.
• Структуру полезно проверить на примерах будущих запросов.