ความหมายของระบบฐานข้อมุล

งานชิ้นที่ 1 อธิบายหัวข้อเหล่านี้ให้เข้าใจ

- ระบบฐานข้อมูลหมายความว่าอย่างไร

            ฐานข้อมูล (Database) หมายถึง กลุ่มของข้อมูลที่มีความสัมพันธ์กัน นำมาเก็บรวบรวมเข้าไว้ด้วยกันอย่างมีระบบและข้อมูลที่ประกอบกันเป็นฐานข้อมูลนั้น ต้องตรงตามวัตถุประสงค์การใช้งานขององค์กรด้วยเช่นกัน เช่น ในสำนักงานก็รวบรวมข้อมูล ตั้งแต่หมายเลขโทรศัพท์ของผู้ที่มาติดต่อจนถึงการเก็บเอกสารทุกอย่างของสำนักงาน ซึ่งข้อมูลส่วนนี้จะมีส่วนที่สัมพันธ์กันและเป็นที่ต้องการนำออกมาใช้ประโยชน์ต่อไปภายหลัง ข้อมูลนั้นอาจจะเกี่ยวกับบุคคล สิ่งของสถานที่ หรือเหตุการณ์ใด ๆ ก็ได้ที่เราสนใจศึกษา  หรืออาจได้มาจากการสังเกต การนับหรือการวัดก็เป็นได้ รวมทั้งข้อมูลที่เป็นตัวเลข  ข้อความ  และรูปภาพต่าง ๆ ก็สามารถนำมาจัดเก็บเป็นฐานข้อมูลได้ และที่สำคัญข้อมูลทุกอย่างต้องมีความสัมพันธ์กัน เพราะเราต้องการนำมาใช้ประโยชน์ต่อไปในอนาคต

                ตัวอย่าง

ชื่อฐานข้อมูล        

-          กลุ่ม ข้อมูล

-          บริษัท

-          พนักงาน

-          ลูกค้า

-          สินค้า

-          ใบสั่งสินค้า

 โรงเรียนหรือมหาวิทยาลัย

-          นักเรียน

-          อาจารย์

-          วิชา

-          การลงทะเบียน

 - Relational Database คืออะไร อธิบายยาวๆ

เป็นรูปแบบของฐานข้อมูลที่นิยมใช้ในปัจจุบัน โดยถูกคิดค้นและพัฒนาโดย E.F. Codd เป็นรูปแบบที่เข้าใจง่ายสำหรับผู้ใช้ ไม่ซับซ้อนมีเครื่องมือที่ช่วยในการเรียกดูข้อมูล โดยใช้คำสั่งง่าย เช่น SQL

โมเดลนี้ใช้ relation หรือตาราง 2 มิติ แทน entity

ศัพท์ที่เกี่ยวข้อง

 Relation = Table

Tuple = Row or Record

Attribute = Column or Field

Cardinality = Number of Rows

Primary = Unique Identifier

Domain = ขอบข่ายของค่าข้อมูล เช่น วันที่เริ่มทำงานให้แต่ละ column ของตารางแทน attribute ให้แต่ละ row แทนค่าจริงของ 1 record (เรียก tuple) ฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ เป็นการจัดเก็บรวบรวมข้อมูลเป็นแถวและคอลัมน์ในลักษณะตารางสองมิติ ที่ประกอบด้วย attribute ที่แสดงคุณสมบัติที่แสดงคุณสมบัติของ Relationship โดยผ่านกระบวนการทำให้เป็นบรรทัดฐาน (Normalized) ในระหว่างการออกแบบ เพื่อลดความซ้ำซ้อน และการจัดฐานข้อมูลอย่างมีประสิทธิภาพ เป็นฐานข้อมูลซึ่งให้ภาพของข้อมูล ทั้งในระดับภายนอก(External Level) และ ระดับแนวคิด (Conceptual Level) แก่ผู้ใช้ฐานข้อมูลได้เป็นอย่างดี

คุณลักษณะในการจัดเก็บข้อมูล

ในแต่ละ Relation ประกอบด้วยข้อมูลของ Attribyte ต่างๆที่จัดเก็บในรูปตาราง 2 มิติ คือ Row, Column ข้อมูลในแต่ละแถวจะไม่ซ้ำกัน

การจัดเรียงลำดับของข้อมูลในแต่ละแถวไม่เป็นสาระสำคัญ

การจัดเรียงลำดับของ Attribute จะเรียงลำดับก่อนหลังอย่างไรก็ได้

ค่าของข้อมูลในแต่ละ Attribute ของ Tuple หนึ่งๆ จะบรรจุได้เพียงค่าเดียว

ค่าของข้อมูลในแต่ละ Attribute จะบรรจุค่าของข้อมูลประเภทเดียวกัน

กฎที่เกี่ยวข้องกับคีย์ในฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์

1. กฎความบูรณภาพของเอนทิตี้ (The Entity Intergrity Rule)

กฎนี้ระบุไว้ว่าแอททริบิวต์ใดที่เป็นคีย์หลัก ข้อมูลในแอททริบิวต์นั้นจะเป็นค่าว่าง(Null) ไม่ได้ ความหมายของการเป็นค่าว่างไม่ได้(Not Null) หมายความถึง ข้อมูลของแอททริบิวต์ที่เป็นคีย์หลักจะไม่ทราบค่าที่แน่นอนหรือไม่มีค่าไม่ได้

2. กฎความบูรณภาพของการอ้างอิง (The Referential IntegrityRule)

การอ้างอิงข้อมูลระหว่างรีเลชั่นในฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์จะใช้คีย์นอกของรีเลชั่นหนึ่งไปตรวจสอบกับค่าของแอททริบิวต์ที่เป็นคีย์หลักของอีกรีเลชั่นหนึ่งเพื่อเรียกดูข้อมูลอื่นๆที่เกี่ยวข้องหรือค่าของคีย์นอกจะต้องอ้างอิงให้ตรงกับค่าของคีย์หลักได้จึงจะสามารถเชื่อมโยงข้อมูลระหว่างสองรีเลชั่นได้สำหรับคีย์นอกจะมีค่าว่างได้หรือไม่ขึ้นอยู่กับกฎเกณฑ์การออกแบบฐานข้อมูล เช่น ในกรณีที่รีเลชั่นพนักงานมี Depnoเป็นคีย์นอกอาจจะถูกระบุว่าต้องทราบค่าแต่ในกรณีพนักงานทดลองงานอาจยังไม่มีค่า Depno เพราะยังไม่ได้ถูกบรรจุในกรณีที่มีการลบหรือแก้ใขข้อมูลของแอททริบิวต์ที่เป็นคีย์หลักซึ่งมีคีย์นอก จากอีกรีเลชั่นหนึ่งอ้างอิงถึง จะทำการลบหรือแก้ใขข้อมูลได้หรือไม่ ขึ้นอยู่กับการออกแบบฐานข้อมูล ว่าได้ระบุให้แอททริบิวต์มีคุณสมบัติอย่างไร ซึ่งมีโอกาสเป็นไปได้ 4 ทางเลือก

การลบหรือแก้ใขข้อมูลแบบมีข้อจำกัด (Restrict) การลบหรือแก้ไขข้อมูลจะกระทำได้ เมื่อข้อมูลของคีย์หลักในรีเลชั่นหนึ่งไม่มีข้อมูลที่ถูกอ้างอิง โดยคีย์นอกของอีกรีเลชั่นหนึ่งเช่น รหัสแผนก Depno ในรีเลชั่น

Depจะถูกแก้ใขหรือลบทิ้งต่อเมื่อไม่มีพนักงานคนใดสังกัดอยู่ในแผนกนั้น การลบหรือแก้ไขข้อมูลแบบต่อเรียง (Cascade) การลบหรือการแก้ใขข้อมูล จะทำแบบเป็นลูกโซ่ คือ หากมีการแก้ไขหรือลบข้อมูลของคีย์หลักในรีเลชั่นหนึ่งระบบจะทำการลบหรือแก้ใขข้อมูลของคีย์นอกในอีกรีเลชั่นหนึ่งที่อ้างอิงถึงข้อมูลของคีย์หลักที่ถูกลบให้ด้วย เช่น ในกรณีที่ยกเลิกแผนก 9 ในEntityแผนก ข้อมูลของพนักงานที่อยู่แผนก 10 ในEntityพนักงานจะถูกลบออกไปด้วย การลบหรือแก้ไขข้อมูลโดยเปลี่ยนเป็นค่าว่าง (Nullify) การลบหรือแก้ใขข้อมูลจะทำได้เมื่อมีการเปลี่ยนค่าของคีย์นอกในข้อมูลที่ถูกอ้างอิงให้เป็นค่าว่างเสียก่อน เช่น พนักงานที่อยู่ในแผนกที่ 9 จะถูกเปลี่ยนค่าเป็นค่าว่างก่อนหลังจากนั้น การลบข้อมูลของแผนกที่มีรหัส 9 จะถูกลบทิ้งหรือแก้ไขทันที ภายใน Entity แผนก การลบหรือแก้ไขข้อมูลแบบใช้ค่าโดยปริยาย ( Default) การลบหรือแก้ไขข้อมูลของคีย์หลัก สามารถทำได้โดยถ้าหากมีคีย์นอกที่อ้างอิงถึงคีย์หลักที่ถูกลบหรือแก้ไข ก็จะทำการปรับค่าของคีย์นอกนั้นโดยปริยาย (Default Value) ที่ถูกกำหนดขึ้นเช่น ในกรณีที่ยกเลิกแผนก 9 ในEntity แผนก ข้อมูลของพนักงานที่อยู่แผนก 9 ใน Entity พนักงานจะถูกเปลี่ยนค่าเป็น 00 ซึ่งเป็นค่าโดยปริยาย ที่หมายความว่า ไม่ได้สังกัดแผนกใด

- ประเภทของ Key มีอะไรบ้าง และมีลักษณะอย่างไร

1. Primary Key (คีย์หลัก)

เป็น Attribute ที่มีคุณสมบัติของข้อมูลที่เป็นค่าเอกลักษณ์หรือมีค่าที่ไม่ซ้ำกัน คุณสมบัติดังกล่าวจะสามารถระบุว่าข้อมูลนั้นเป็นข้อมูลของ Tuple ใด เช่น รหัสพนักงาน เลขที่ 3001 สามารถระบุได้ว่าเป็นของพนักงานชื่อ ดวงพร Attribute ที่มีคุณสมบัติเป็น คีย์หลักอาจประกอบด้วยหลาย Attribute รวมกันเรียกว่า Composite Key (คีย์ผสม)นอกจากนี้ ใน Relation หนึ่งๆ อาจมี Attribute ที่มีคุณสมบัติเป็นคีย์หลักได้มากกว่า หนึ่งAttribute เรียก Attribute เหล่านี้ว่า Candidate Key (คีย์คู่แข่ง)ถ้า Attribute หนึ่งถูกกำหนดให้เป็นคีย์หลัก อีก Attribute หนึ่งที่มีคุณสมบัติเป็นคีย์หลัก แต่ไม่ได้ถูกเลือกให้เป็นคีย์หลักจะเรียกว่า คีย์สำรอง (Alternate Key)

2. Foreign Key (คีย์นอก)

เป็น Attribute ใน Relation หนึ่งที่ใช้อ้างอิงถึง Attribute เดียวกันนี้ในอีก Relation หนึ่ง โดยที่ Attribute นี้มีคุณสมบัติ เป็นคีย์หลักใน Relation ที่ถูกอ้างอิง การมี Attribute นี้ปรากฏอยู่ในRelation ทั้งสองก็เพื่อประโยชน์ ในการเชื่อมโยงข้อมูล

            - วัตถุประสงค์ของการทำให้เป็นบรรทัดฐานมีอะไรบ้างอธิบายมาทั้งหมด รวมทั้งรูปแบบบรรทัดฐานของ Boyce / Cod Normal form (BCNF)

เพื่อลดเนื้อที่ในการเก็บข้อมูลการทำให้เป็นบรรทัดฐานเป็นการลดความซ้ำซ้อนของข้อมูลในรีเลชั่น

เพื่อลดปัญหาที่ข้อมูลไม่ถูกต้อง(Inconsistency)เนื่องจากข้อมูลในรีเลชั่นหนึ่งจะมีข้อมูลไม่ซ้ำกัน เมื่อมีการปรับปรุงข้อมูลก็จะปรับปรุงทูเพิลนั้นๆครั้งเดียวไม่ต้องปรับปรุงหลายแห่ง เป็นการลดปัญหาที่เกิดจากการเพิ่ม ปรับปรุงและลบข้อมูล

รีเลชั่นหนึ่งๆจะอยู่ในรูปแบบบรรทัดฐานขั้นที่ 1

ก็ต่อเมื่อ "ค่าของแอททริบิวต์หนึ่งในแต่ละทูเพิลจะมีค่าของข้อมูลเพียงค่าเดียวหากรีเลชั่นใดไม่มีคุณสมบัติดังกล่าวข้างต้นจะต้องทำการปรับปรุงให้อยู่ในรูปแบบบรรทัดฐานขั้นที่หนึ่งโดยการแยกกลุ่มข้อมูลที่ซ้ำกันเป็นรีเลชั่นใหม่และกำหนดให้เป็นแอททริบิวต์ที่เป็นตัวกำหนดค่าของกลุ่มข้อมูลที่ซ้ำกันนี้( Multivalued Attribute) เป็นคีย์หลักของรีเลชั่นใหม่

อย่างไรก็ตาม อาจมีความผิดพลาดบางอย่างที่อาจเกิดขึ้นกับ ข้อมูลนี้อยู่ เช่น

1.ความผิดพลาดที่เกิดจากการเพิ่มข้อมูล (Insert Anomaly) จากรีเลชั่นนี้ จะเห็นว่าการที่เพิ่มข้อมูลของผู้ผลิตจะทำได้ต่อเมื่อผู้ผลิตรายนั้นได้มีการส่งสินค้าไปให้ผู้ซื้อรีเลชั่น แต่จะไม่ แสดงรายละเอียดของสินค้าของสินค้าผู้ผลิต s5 ที่อยู่ จ. เลย ถ้าไม่มีการส่งสินค้า ปัญหาคือ การกำหนด attribute ที่เป็นคีย์หลักของรีเลชั่นนี้ เป็นการกำหนดที่ไม่เหมาะสม จากกฏความบูรณภาพของเอนทิตี้ (The Entity Integrity Rule)โดยที่รหัสสินค้า(pno)จะเป็นค่าว่าง หากมีเพียงข้อมูลของผู้ผลิตแต่ไม่เคยสั่งสินค้า

2.ความผิดพลาดที่เกิดจากการลบข้อมูล (Delete Anomaly) ในการลบข้อมูลบางทูเพิลทิ้งไปจะลบทั้งข้อมูลผู้ผลิตและข้อมูล การส่งสินค้า เช่นการลบข้อมูลทูเพิลรหัสผู้ผลิต s3 และรหัสสินค้า p2 จะทำให้ข้อมูลของผู้ผลิต s3 หายจากฐานข้อมูล ปัญหาของรีเลชั่นนี้คือ รีเลชั่นนี้ประกอบด้วย attribute ที่เกินเงื่อนไขในการใช้งาน ( มี attribute มากเกินไปโดยที่ข้อมูลของบาง attribute อาจไม่จำเป็นใช้งานแต่มาผูกติดกับ attrbute ที่ต้องการใช้งาน )

3.ความผิดพลาดที่เกิดจากการปรับปรุงข้อมูล(Update Anomaly) การปรับปรุงข้อมูลของรีเลชั่น จะทำให้เกิดความความยุ่งยากและเสียเวลา  รวมถึงอาจก่อให้เกิดความผิดพลาดที่ข้อมูลไม่เหมือนกัน เช่น การปรับปรุงข้อมูลใน s1 โดยเปลื่ยนชื่อจังหวัดจาก Bangkok เป็น Ayudtaya ซึ่งการปรับเปลื่ยนข้อมูลนี้ จะต้องค้นหารหัสผู้ผลิต s1 ทุกทูเพิลมาปรับปรุง ทำให้เสียเวลาและอาจเกิดความผิดพลาดที่ผู้ผลิตรหัส S1 บางทูเพิลไม่ได้ถูกเปลื่ยนเป็นชื่อจังหวัดใหม่ปัญหาที่เกิดขึ้นของรีเลชั่น สามารถแก้ไขโดยการแตกรีเลชั่น(Decomposition) ออกเป็น 2 รีเลชั่น คือ  Supplier,OrderSupplier ประกอบด้วย Attribute Sno,Sname,City โดยมี Attribute Sno เป็น Primary keyOrder ประกอบด้วย Attribute Sno,Pno,City โดยมี Attribute SnoและPno  เป็น Primary key ร่วมกัน

รีเลชั่นหนึ่งๆ จะอยู่ในรูปแบบบรรทัดฐานขั้นที่ 2

 ก็ต่อเมื่อ "รีเลชั่นนั้นๆอยู่ในรูปแบบบรรทัดฐานขั้นที่ 1 และมีคุณสมบัติอีกประการหนึ่งคือแอทริบิวต์ทุกแอททริบิวต์ที่ไม่ได้เป็นคีย์หลักจะต้องมีความสัมพันธ์ระหว่างค่าของแอทริบิวต์แบบฟังก์ชั่นกับคีย์หลัก(Fully Functional Dependency) กล่าวอีกนัยหนึ่งคือค่าของแอททริบิวต์ที่ไม่ได้เป็นคีย์หลักจะสามารถระบุค่า โดยแอททริบิวต์ที่เป็นคีย์หลัก แอททริบิวต์ทั้งหมดที่ประกอบกันเป็นคีย์หลัก" ในกรณีที่คีย์หลักเป็นคีย์ผสม จากรีเลชั่น Supplier และ Order รีเลชั่นทั้งสองอยู่ในรูปแบบบรรทัดฐานขั้นที่ 2 แล้ว ในรีเลชั่น Supplier มีรหัสผู้ผลิตเป็นคีย์หลัก เช่น เมื่อทราบค่า รหัสผู้ผลิต S1 ก็จะสามารถทราบค่าของชื่อและจังหวัดของผู้ผลิตคือ Seri อยู่ที่จังหวัด Bangkok หรือในรีเลชั่น Order  จำนวนการส่งสินค้า (QTY) จะถูกระบุโดยรหัสผู้ผลิตและรหัสสินค้า ดังนั้น ค่าของแอททริบิวต์อื่นๆที่ไม่ได้เป็นคีย์หลักของรีเลชั่น Supplier และ Order สามารถระบุโดยค่าของแอททริบิวต์ที่เป็นคีย์หลัก