Relational Model & Keys

วิดีโอที่อาจารย์ให้ดูก่อนเรียนบทนี้:

2.1Relational Model คืออะไร

Relational model คือกรอบทฤษฎีสำหรับแทนและจัดการข้อมูล เสนอโดย E.F. Codd ในปี 1970 และเป็นรากฐานของฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ทุกตัวที่เราใช้ทุกวันนี้

• ข้อมูลถูกจัดเป็น relations (ตาราง)
• แต่ละ relation ประกอบด้วย tuples (แถว) และ attributes (คอลัมน์)
• ความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลถูกแทนด้วย attribute ที่ใช้ร่วมกัน — ไม่ใช่ pointer หรือลิงก์แบบโมเดลรุ่นเก่า

กายวิภาคของ relation

ในนิยามเชิงคณิตศาสตร์: ให้เซต D₁, D₂, …, Dₙ · relation r คือ สับเซตของ D₁ × D₂ × … × Dₙ (เครื่องหมาย × ตรงนี้คือ Cartesian product = การจับคู่ทุกค่าจากทุก domain เข้าด้วยกัน ไม่ใช่การคูณเลข — เรียนเต็ม ๆ ในบทที่ 3) ดังนั้น relation จึงเป็น เซตของ n-tuple (a₁, a₂, …, aₙ) โดยที่ aᵢ ∈ Dᵢ

2.2Keys — หัวใจของบทนี้

เราต้องมีวิธีระบุว่า tuple แต่ละแถวใน relation ต่างกันอย่างไร ซึ่งแสดงออกผ่านค่าของ attribute ค่าเหล่านั้นต้องระบุ tuple ได้เฉพาะตัว และตามกฎข้อ 3 ด้านบน จะไม่มี tuple สองแถวที่มีค่าเหมือนกันทั้งหมด

Superkey

Superkey คือ เซตของ attribute ตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปที่เมื่อรวมกันแล้วสามารถระบุ tuple ได้เฉพาะตัว

ตัวอย่าง: ID เพียงตัวเดียวก็แยกอาจารย์แต่ละคนได้แล้ว → ID เป็น superkey · ส่วน name ไม่ใช่ superkey เพราะอาจารย์หลายคนอาจชื่อเหมือนกัน

Candidate key

superkey อาจมี attribute ส่วนเกิน ติดมาด้วย เช่น {ID, name} ก็เป็น superkey ของ instructor เพราะถ้า K เป็น superkey แล้ว ทุก superset ของ K ก็เป็น superkey ด้วย

Candidate key = superkey ที่ minimal คือ superkey ที่ไม่มีสับเซตแท้ตัวใดเป็น superkey ได้อีก

Primary key

Primary key คือ candidate key ที่ผู้ออกแบบฐานข้อมูลเลือก ให้เป็นวิธีหลักในการระบุ tuple

• ควรเลือกตัวที่ค่าไม่เคยเปลี่ยน หรือเปลี่ยนน้อยมาก
• เช่น ไม่ควรเอา address มาเป็นส่วนหนึ่งของ primary key เพราะมีโอกาสเปลี่ยนสูง
• ทำไมการเปลี่ยนค่า PK ถึงแย่ — ทุก foreign key ในตารางอื่นที่ชี้มาที่ค่านี้ ต้องถูกแก้ตามให้ครบในคราวเดียว ถ้าแก้ไม่ครบ แถวที่ชี้มาจะกลายเป็น orphan (ชี้ไปยังค่าที่ไม่มีอยู่แล้ว) ซึ่งละเมิด referential integrity
• ธรรมเนียม: เขียน attribute ของ primary key ไว้หน้าสุด และขีดเส้นใต้

ตัวอย่างจากสไลด์

2.3Foreign Key และ Referential Integrity

relation r₁ อาจมี attribute ที่เป็น primary key ของอีก relation หนึ่ง คือ r₂ attribute นั้นเรียกว่า foreign key จาก r₁ อ้างอิงไปยัง r₂

• r₁ = referencing relation (ตารางที่อ้างอิงคนอื่น — ที่ FK อยู่)
• r₂ = referenced relation (ตารางที่ถูกอ้างถึง — ที่ PK อยู่)

ตัวอย่างในสไลด์: attribute dept_name ใน instructor เป็น foreign key อ้างอิง department เพราะ dept_name เป็น primary key ของ department

ตัวอย่างต่อไปใช้ตาราง Enrollment ซึ่งมีหน้าตาแบบนี้ (จะอธิบายเรื่อง composite key ในหัวข้อ 2.4):

CREATE TABLE Enrollment (
    student_id  CHAR(10)  NOT NULL,
    course_id   CHAR(8)   NOT NULL,
    semester    CHAR(1)   NOT NULL,
    year        YEAR      NOT NULL,
    grade       CHAR(2),
    PRIMARY KEY (student_id, course_id, semester, year),
    FOREIGN KEY (student_id) REFERENCES Student(student_id),
    FOREIGN KEY (course_id)  REFERENCES Course(course_id)
);
-- ค่าที่ใส่ใน INSERT เรียงตามลำดับคอลัมน์นี้:
--   student_id, course_id, semester, year, grade

ก่อนจะทดลอง insert ต้องรู้ก่อนว่าตารางแม่ทั้งสองมีแถวอะไรอยู่บ้าง เพราะ FK จะเช็คกับแถวเหล่านี้:

-- ผิด: student_id 9999999999 ไม่มีอยู่ในตาราง Student
INSERT INTO Enrollment VALUES ('9999999999', 'EN813304', '1', 2026, 'A');
-- ERROR 1452: Cannot add or update a child row:
--             a foreign key constraint fails

-- ถูก: student_id 6401001001 มีอยู่จริง → ผ่าน constraint
INSERT INTO Enrollment VALUES ('6401001001', 'EN813304', '1', 2026, 'B');
-- (แต่ถ้าคีย์ชุดนี้ซ้ำกับแถวเดิม จะติด PRIMARY KEY แทน)

CREATE TABLE Departments (
    dept_id   INT PRIMARY KEY,
    dept_name VARCHAR(50) NOT NULL
);
CREATE TABLE Employees (
    emp_id   INT PRIMARY KEY,
    emp_name VARCHAR(50) NOT NULL,
    dept_id  INT,
    FOREIGN KEY (dept_id) REFERENCES Departments(dept_id)
);
-- ใน Departments มีอยู่แค่ 2 แถว:  (1, 'HR')  และ  (2, 'IT')

กรณีที่ประกาศ foreign key ไม่ได้ — ตัวอย่าง section / teaches

ก่อนอื่นต้องรู้จักสองตารางนี้ก่อน (จะใช้ต่อในบทที่ 3 และ 9 ด้วย):

ทีนี้สมมติเราอยากบังคับว่า “ถ้ามี section ของรายวิชาหนึ่งอยู่ ต้องมีอาจารย์สอนอย่างน้อยหนึ่งคน” แต่ก็เป็นไปได้ที่จะมีอาจารย์สอนมากกว่าหนึ่งคน

เพื่อบังคับข้อนี้ เราจะต้องกำหนดว่า ถ้าชุดค่า (course_id, sec_id, semester, year) ปรากฏใน section ชุดเดียวกันนั้นต้องปรากฏใน teaches ด้วย แต่ชุดค่านี้ไม่ได้เป็น primary key ของ teaches (เพราะอาจารย์หลายคนสอน section เดียวกันได้ ค่าจึงซ้ำได้)

ตัวอย่างชุด FK จากสไลด์

Customers(CustomerID, FirstName, LastName, Email, Address)
Books(BookID, Title, Author, ISBN, Price)
Orders(OrderID, CustomerID, OrderDate, TotalAmount)
OrderItems(OrderItemID, OrderID, BookID, Quantity, Price)

Insurance(InsuranceID, ProviderName, PolicyNumber)
Patients(PatientID, FirstName, LastName, DOB, InsuranceID)
Doctors(DoctorID, FirstName, LastName, Specialization)
Appointments(AppointmentID, PatientID, DoctorID,
             AppointmentDate, AppointmentTime)

2.4Composite Primary Key

บางตารางต้องใช้หลาย attribute รวมกันจึงจะระบุแถวได้เฉพาะตัว — จากแบบฝึกหัดในคาบ:

CREATE TABLE Enrollment (
    student_id  CHAR(10)  NOT NULL,
    course_id   CHAR(8)   NOT NULL,
    semester    CHAR(1)   NOT NULL,
    year        YEAR      NOT NULL,
    grade       CHAR(2),
    PRIMARY KEY (student_id, course_id, semester, year),
    FOREIGN KEY (student_id) REFERENCES Student(student_id),
    FOREIGN KEY (course_id)  REFERENCES Course(course_id)
);

2.5Schema Diagram

Schema diagram คือภาพแสดง schema ของฐานข้อมูล ที่บอกว่ามี relation อะไรบ้าง แต่ละ relation มี attribute อะไร อะไรเป็น primary key และ foreign key เชื่อมไปที่ไหน

สีเหลือง ขีดเส้นใต้ = primary key · สีน้ำเงิน = foreign key · ลูกศรชี้ไปยัง relation ที่ถูกอ้างถึง
คอลัมน์หนึ่งเป็นได้ทั้ง PK และ FK พร้อมกัน — เช่น section.course_id เป็นส่วนหนึ่งของ PK ของ section และเป็น FK ชี้ไป course ด้วย · เช่นเดียวกับ 4 คอลัมน์แรกของ takes ที่เป็นทั้ง PK และ FK ชี้ไป section

2.6Relational Query Language

Relational query language คือภาษาระดับสูงที่ใช้โต้ตอบกับฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์ ให้เรานิยาม จัดการ และดึงข้อมูลจาก relation ได้

• SQL — ภาษาที่ใช้แพร่หลายที่สุด · QUEL — อีกตัวที่พบน้อยกว่า
• Declarative — บอกว่าต้องการข้อมูลอะไร ไม่ใช่ต้องไปเอามายังไง
• ตั้งอยู่บน relational algebra และ relational calculus
• ครอบคลุมทั้ง data definition, manipulation และ control

2.7สรุปบทนี้