الوحدة 8: نمذجة الكيان العلاقي

8.1 التصميم العلاقي (Relational Design)

التصميم العلاقي (Relational Design) هو عملية هيكلة قواعد البيانات العلائقية لضمان أن تكون البيانات مُخزنة ومنظمة بطريقة فعالة وموثوقة. الهدف الأساسي هو تحقيق أفضل أداء، مرونة، وتقليل التكرار.

• تعريف:

  عملية إنشاء قاعدة بيانات علائقية بحيث يتم تخزين البيانات في جداول مترابطة (Tables) باستخدام المفاتيح الرئيسية (Primary Keys) والمفاتيح الخارجية (Foreign Keys). هذا يضمن التكامل المرجعي (Referential Integrity) ويُقلل من التكرار (Redundancy).

• أهداف التصميم العلاقي:
  • تقليل التكرار (Reduce Redundancy): تجنب تخزين نفس قطعة البيانات في أماكن متعددة. هذا يُقلل من مساحة التخزين ويُسهل إدارة البيانات.
  • الحفاظ على سلامة البيانات (Maintain Data Integrity): ضمان أن تكون البيانات دقيقة، متسقة، وصالحة عبر قاعدة البيانات.
  • تسهيل عمليات الإدخال، التحديث، والحذف: تصميم يُجنّب المشاكل التي قد تنشأ عند إضافة، تعديل، أو حذف البيانات.
  • تحسين أداء الاستعلامات: تنظيم البيانات يسهل على نظام إدارة قواعد البيانات (DBMS) استرجاع المعلومات بفعالية.

8.2 حالة الإدخال الشاذة (Insertion Anomaly)

تحدث هذه الحالة عندما لا يمكن إدخال بيانات جديدة بالكامل في قاعدة البيانات لأن جزءًا من تلك البيانات يعتمد على جزء آخر غير موجود بعد، أو عندما يتطلب إدخال معلومة واحدة إدخال معلومات أخرى لا تزال غير متوفرة.

• تعريف:

  تحدث عندما يتعذر إدخال بيانات جديدة بشكل كامل بسبب تصميم قاعدة البيانات بطريقة غير صحيحة، أو عندما يكون جدول واحد يجمع معلومات عن كيانات مختلفة، مما يؤدي إلى عدم القدرة على إدخال نوع واحد من البيانات دون توفر النوع الآخر.

8.3 حالة التحديث الشاذة (Update Anomaly)

تحدث حالة التحديث الشاذة عندما تتسبب تغييرات في جزء واحد من البيانات المتكررة في تعارض أو عدم تناسق، مما يؤدي إلى الحاجة لتحديث نفس المعلومة في عدة أماكن مختلفة.

• تعريف:

  تحدث عندما تكون نفس المعلومة مخزنة في عدة أماكن داخل نفس الجدول (أو جداول مرتبطة بشكل غير صحيح)، ويتطلب تغيير هذه المعلومة تحديثها في جميع تلك الأماكن. إذا نسيت تحديث أحد التكرارات، سيحدث عدم تناسق البيانات.

-- تحديث موقع القسم في الجدول المنفصل
UPDATE Departments
SET DepartmentLocation = 'الدمام'
WHERE DepartmentName = 'الموارد البشرية';
                        

8.4 حالة الحذف الشاذة (Deletion Anomaly)

تحدث حالة الحذف الشاذة عندما يؤدي حذف سجل معين إلى فقدان بيانات أخرى مهمة لا تتعلق مباشرة بالسجل الذي تم حذفه، وذلك بسبب تخزين معلومات متعددة في نفس السجل.

• تعريف:

  تحدث عندما يؤدي حذف صف واحد من الجدول إلى فقدان معلومات أخرى قيمة لم تكن هي الهدف من عملية الحذف، وذلك نتيجة لتضمين بيانات كيانات مختلفة في جدول واحد بشكل غير صحيح.

DELETE FROM Student_Course
WHERE StudentID = 104;
                        

8.5 كيفية تجنب الحالات الشاذة (Avoiding Anomalies)

تجنب حالات الشذوذ (Anomalies) هو هدف أساسي في تصميم قواعد البيانات العلائقية الجيدة. يتم تحقيق ذلك من خلال مجموعة من الممارسات المنهجية:

• التقليل من التكرار (Reduce Redundancy):

  هذا هو المبدأ التوجيهي الرئيسي. يجب ألا تُخزن نفس المعلومة أكثر من مرة واحدة في قاعدة البيانات. إذا كان يجب تكرارها (مثل المفاتيح الخارجية)، فيجب أن يكون ذلك لغرض واضح (مثل الربط بين الجداول) وليس لتخزين نفس البيانات الوصفية بشكل متكرر.

  مثال: بدلاً من تكرار اسم القسم في كل سجل موظف، نقوم بتخزين اسم القسم مرة واحدة في جدول Departments وربطه بـ Employees باستخدام DepartmentID (مفتاح خارجي).
• استخدام المفاتيح الأساسية والخارجية (Use Primary and Foreign Keys):

  المفاتيح هي أساس ضمان التكامل والربط الصحيح بين الجداول. تضمن المفاتيح الرئيسية فرادة كل سجل، بينما تضمن المفاتيح الخارجية صحة العلاقات بين الجداول المختلفة.

• تطبيق التطبيع (Apply Normalization):

  التطبيع هو عملية منهجية لتحليل وتصميم الجداول في قاعدة البيانات لتقليل التكرار وحالات الشذوذ. يتم ذلك عن طريق تحويل الجداول إلى أشكال طبيعية (Normal Forms) محددة، مثل:

  • النموذج الطبيعي الأول (1NF): يضمن أن كل خلية تحتوي على قيمة ذرية واحدة، وألا تتكرر المجموعات داخل الصفوف.
  • النموذج الطبيعي الثاني (2NF): يُبنى على 1NF ويضمن أن كل عمود غير رئيسي يعتمد بشكل كامل على المفتاح الرئيسي (وليس فقط جزء منه).
  • النموذج الطبيعي الثالث (3NF): يُبنى على 2NF ويضمن عدم وجود اعتماديات متعدية (Transitive Dependencies)، أي أن الأعمدة غير الرئيسية لا تعتمد على أعمدة غير رئيسية أخرى.
  • وهناك أشكال طبيعية أعلى (مثل BCNF، 4NF، 5NF) تُستخدم لمعالجة حالات شاذة أكثر تعقيدًا.
• التحقق من القيود (Implement Constraints):

  بالإضافة إلى المفاتيح، يمكن استخدام قيود أخرى لفرض قواعد عمل وضمان سلامة البيانات:

  • NOT NULL: يضمن عدم ترك حقل فارغ.
  • UNIQUE: يضمن فرادة القيم في عمود معين (مثل رقم الجوال الفريد).
  • CHECK: يفرض شرطًا على قيم العمود (مثل العمر بين 18 و 60).
  • DEFAULT: يُحدد قيمة افتراضية للعمود إذا لم تُدخل قيمة.
• إنشاء واجهات عرض (Create Views):

  الـ Views هي جداول افتراضية (Virtual Tables) مبنية على استعلامات SQL. تُستخدم لتقديم بيانات مجمعة أو مُبسطة للمستخدمين دون الحاجة إلى تعديل الجداول الأساسية. هي لا تُجنب حالات الشذوذ في التصميم، ولكنها تُخفي تعقيد البيانات الأساسية وتُقدم رؤية مخصصة للمستخدمين.

8.6 مصطلحات أساسية (Key Terms)

8.7 تمارين مقترحة (Suggested Exercises)

اختبر فهمك لمفاهيم هذه الوحدة بالإجابة على الأسئلة التالية:

1. صمّم قاعدة بيانات بسيطة للطلاب والمقررات، مع جدول منفصل لكل منهما وجدول وسيط للتسجيل، بحيث تتجنب حالات الإدخال، التحديث، والحذف الشاذة التي ناقشناها في هذه الوحدة. اذكر المفاتيح في كل جدول.
2. قدم مثالًا على جدول واحد غير مُطبع (Non-normalized) يحتوي على بيانات الموظفين والأقسام، ثم حدد بوضوح حالات الإدخال الشاذة والتحديث الشاذة والحذف الشاذة التي يمكن أن تحدث في هذا الجدول.
3. اشرح بإيجاز ما هي عملية التطبيع (Normalization)، ولماذا هي مهمة في تصميم قواعد البيانات العلائقية. اذكر الأشكال الطبيعية الثلاثة الأولى (1NF, 2NF, 3NF).
4. باستخدام مثال جدول `Student_Project` (الطالب والمشروع) حيث يمكن للطالب أن يعمل على عدة مشاريع، والمشروع يمكن أن يشارك فيه عدة طلاب، صمّم جدول وسيط مناسب لهذه العلاقة متعدد إلى متعدد (M:N) مع تحديد المفاتيح الرئيسية والخارجية.
5. ما هي الفوائد الرئيسية لاستخدام المفاتيح الرئيسية والمفاتيح الخارجية في التصميم العلائقي؟ وكيف تساهم في تجنب حالات الشذوذ؟