कार्यात्मक DBMS

डाटाबेसको संसार लामो समयदेखि सम्बन्धित DBMSs द्वारा हावी भएको छ, जसले SQL भाषा प्रयोग गर्दछ। यति धेरै उदीयमान भेरियन्टहरूलाई NoSQL भनिन्छ। तिनीहरूले यस बजारमा आफ्नो लागि एक निश्चित ठाउँ बनाउन व्यवस्थित गरे, तर सम्बन्धगत DBMS हरू मर्ने छैनन्, र सक्रिय रूपमा तिनीहरूको उद्देश्यका लागि प्रयोग गरिन्छन्।

यस लेखमा म कार्यात्मक डाटाबेसको अवधारणा वर्णन गर्न चाहन्छु। राम्रो बुझ्नको लागि, म यसलाई शास्त्रीय रिलेशनल मोडेलसँग तुलना गरेर गर्नेछु। इन्टरनेटमा पाइने विभिन्न SQL परीक्षणहरूबाट समस्याहरू उदाहरणको रूपमा प्रयोग गरिनेछ।

परिचय

रिलेशनल डाटाबेसहरू टेबल र फिल्डहरूमा काम गर्छन्। कार्यात्मक डाटाबेसमा, कक्षा र प्रकार्यहरू क्रमशः यसको सट्टा प्रयोग गरिनेछ। N कुञ्जीहरू भएको तालिकामा रहेको फिल्डलाई N प्यारामिटरहरूको प्रकार्यको रूपमा प्रस्तुत गरिनेछ। तालिकाहरू बीचको सम्बन्धको सट्टा, प्रकार्यहरू प्रयोग गरिनेछ जसले जडान गरिएको वर्गका वस्तुहरू फर्काउँछ। JOIN को सट्टा प्रकार्य संरचना प्रयोग गरिनेछ।

सिधै कार्यहरूमा जानु अघि, म डोमेन तर्कको कार्य वर्णन गर्नेछु। DDL को लागि म PostgreSQL सिन्ट्याक्स प्रयोग गर्नेछु। कार्यात्मक को लागी यसको आफ्नै वाक्य रचना छ।

तालिका र क्षेत्रहरू

नाम र मूल्य क्षेत्रहरु संग एक साधारण Sku वस्तु:

सम्बन्धगत

CREATE TABLE Sku
(
    id bigint NOT NULL,
    name character varying(100),
    price numeric(10,5),
    CONSTRAINT id_pkey PRIMARY KEY (id)
)

कार्यात्मक

CLASS Sku;
name = DATA STRING[100] (Sku);
price = DATA NUMERIC[10,5] (Sku);


हामी दुई घोषणा गर्छौं कार्य, जसले इनपुटको रूपमा एक प्यारामिटर Sku लिन्छ र एक आदिम प्रकार फर्काउँछ।

यो मानिन्छ कि कार्यात्मक DBMS मा प्रत्येक वस्तुमा केहि आन्तरिक कोड हुनेछ जुन स्वचालित रूपमा उत्पन्न हुन्छ र आवश्यक भएमा पहुँच गर्न सकिन्छ।

उत्पादन/स्टोर/सप्लायरको लागि मूल्य सेट गरौं। यो समयसँगै परिवर्तन हुन सक्छ, त्यसैले तालिकामा समय क्षेत्र थपौं। म कोड छोटो बनाउनको लागि रिलेसनल डाटाबेसमा डाइरेक्टरीहरूको लागि तालिकाहरू घोषणा गर्न छोड्नेछु:

सम्बन्धगत

CREATE TABLE prices
(
    skuId bigint NOT NULL,
    storeId bigint NOT NULL,
    supplierId bigint NOT NULL,
    dateTime timestamp without time zone,
    price numeric(10,5),
    CONSTRAINT prices_pkey PRIMARY KEY (skuId, storeId, supplierId)
)

कार्यात्मक

CLASS Sku;
CLASS Store;
CLASS Supplier;
dateTime = DATA DATETIME (Sku, Store, Supplier);
price = DATA NUMERIC[10,5] (Sku, Store, Supplier);


अनुक्रमणिका

अन्तिम उदाहरणको लागि, हामी सबै कुञ्जीहरू र मितिहरूमा एक अनुक्रमणिका निर्माण गर्नेछौं ताकि हामीले एक निश्चित समयको लागि द्रुत रूपमा मूल्य पत्ता लगाउन सकौं।

सम्बन्धगत

CREATE INDEX prices_date
    ON prices
    (skuId, storeId, supplierId, dateTime)

कार्यात्मक

INDEX Sku sk, Store st, Supplier sp, dateTime(sk, st, sp);


कार्यहरू

संगतबाट लिइएको अपेक्षाकृत सरल समस्याहरूसँग सुरु गरौं लेख Habr मा।

पहिले, डोमेन तर्क घोषणा गरौं (सम्बन्धित डाटाबेसको लागि यो माथिको लेखमा सीधा गरिएको छ)।

CLASS Department;
name = DATA STRING[100] (Department);

CLASS Employee;
department = DATA Department (Employee);
chief = DATA Employee (Employee);
name = DATA STRING[100] (Employee);
salary = DATA NUMERIC[14,2] (Employee);


कार्य २

आफ्नो तत्काल पर्यवेक्षकको भन्दा बढी तलब प्राप्त गर्ने कर्मचारीहरूको सूची देखाउनुहोस्।

सम्बन्धगत

select a.*
from   employee a, employee b
where  b.id = a.chief_id
and    a.salary > b.salary

कार्यात्मक

SELECT name(Employee a) WHERE salary(a) > salary(chief(a));


कार्य २

आफ्नो विभागमा अधिकतम तलब पाउने कर्मचारीहरूको सूची बनाउनुहोस्

सम्बन्धगत

select a.*
from   employee a
where  a.salary = ( select max(salary) from employee b
                    where  b.department_id = a.department_id )

कार्यात्मक

maxSalary 'Максимальная зарплата' (Department s) = 
    GROUP MAX salary(Employee e) IF department(e) = s;
SELECT name(Employee a) WHERE salary(a) = maxSalary(department(a));

// или если "заинлайнить"
SELECT name(Employee a) WHERE 
    salary(a) = maxSalary(GROUP MAX salary(Employee e) IF department(e) = department(a));


दुवै कार्यान्वयन समान छन्। पहिलो केसको लागि, रिलेशनल डाटाबेसमा तपाईंले CREATE VIEW प्रयोग गर्न सक्नुहुन्छ, जसले पहिले त्यसमा कुनै विशेष विभागको लागि अधिकतम तलब गणना गर्नेछ। निम्नमा, स्पष्टताको लागि, म पहिलो केस प्रयोग गर्नेछु, किनकि यसले समाधानलाई राम्रोसँग प्रतिबिम्बित गर्दछ।

कार्य २

विभाग आईडीहरूको सूची प्रदर्शन गर्नुहोस्, कर्मचारीहरूको संख्या जसमा 3 जना भन्दा बढी छैन।

सम्बन्धगत

select department_id
from   employee
group  by department_id
having count(*) <= 3

कार्यात्मक

countEmployees 'Количество сотрудников' (Department d) = 
    GROUP SUM 1 IF department(Employee e) = d;
SELECT Department d WHERE countEmployees(d) <= 3;


कार्य २

एउटै विभागमा काम गर्ने तोकिएको प्रबन्धक नभएका कर्मचारीहरूको सूची देखाउनुहोस्।

सम्बन्धगत

select a.*
from   employee a
left   join employee b on (b.id = a.chief_id and b.department_id = a.department_id)
where  b.id is null

कार्यात्मक

SELECT name(Employee a) WHERE NOT (department(chief(a)) = department(a));


कार्य २

अधिकतम कुल कर्मचारी वेतन संग विभाग आईडी को एक सूची खोज्नुहोस्।

सम्बन्धगत

with sum_salary as
  ( select department_id, sum(salary) salary
    from   employee
    group  by department_id )
select department_id
from   sum_salary a       
where  a.salary = ( select max(salary) from sum_salary )

कार्यात्मक

salarySum 'Максимальная зарплата' (Department d) = 
    GROUP SUM salary(Employee e) IF department(e) = d;
maxSalarySum 'Максимальная зарплата отделов' () = 
    GROUP MAX salarySum(Department d);
SELECT Department d WHERE salarySum(d) = maxSalarySum();


अर्कोबाट थप जटिल कार्यहरूमा जाऔं लेख। यसले MS SQL मा यो कार्य कसरी कार्यान्वयन गर्ने भन्ने विस्तृत विश्लेषण समावेश गर्दछ।

कार्य २

कुन बिक्रेताले सन् १९९७ मा उत्पादन नम्बर १ को ३० भन्दा बढी युनिट बेचेका थिए?

डोमेन तर्क (RDBMS मा पहिले जस्तै हामी घोषणा छोड्छौं):

CLASS Employee 'Продавец';
lastName 'Фамилия' = DATA STRING[100] (Employee);

CLASS Product 'Продукт';
id = DATA INTEGER (Product);
name = DATA STRING[100] (Product);

CLASS Order 'Заказ';
date = DATA DATE (Order);
employee = DATA Employee (Order);

CLASS Detail 'Строка заказа';

order = DATA Order (Detail);
product = DATA Product (Detail);
quantity = DATA NUMERIC[10,5] (Detail);


सम्बन्धगत

select LastName
from Employees as e
where (
  select sum(od.Quantity)
  from [Order Details] as od
  where od.ProductID = 1 and od.OrderID in (
    select o.OrderID
    from Orders as o
    where year(o.OrderDate) = 1997 and e.EmployeeID = o.EmployeeID)
) > 30

कार्यात्मक

sold (Employee e, INTEGER productId, INTEGER year) = 
    GROUP SUM quantity(OrderDetail d) IF 
        employee(order(d)) = e AND 
        id(product(d)) = productId AND 
        extractYear(date(order(d))) = year;
SELECT lastName(Employee e) WHERE sold(e, 1, 1997) > 30;


कार्य २

प्रत्येक खरिदकर्ताको लागि (नाम, थर), दुई सामानहरू (नाम) फेला पार्नुहोस् जसमा खरिदकर्ताले 1997 मा सबैभन्दा धेरै पैसा खर्च गर्यो।

हामीले अघिल्लो उदाहरणबाट डोमेन तर्क विस्तार गर्छौं:

CLASS Customer 'Клиент';
contactName 'ФИО' = DATA STRING[100] (Customer);

customer = DATA Customer (Order);

unitPrice = DATA NUMERIC[14,2] (Detail);
discount = DATA NUMERIC[6,2] (Detail);


सम्बन्धगत

SELECT ContactName, ProductName FROM (
SELECT c.ContactName, p.ProductName
, ROW_NUMBER() OVER (
    PARTITION BY c.ContactName
    ORDER BY SUM(od.Quantity * od.UnitPrice * (1 - od.Discount)) DESC
) AS RatingByAmt
FROM Customers c
JOIN Orders o ON o.CustomerID = c.CustomerID
JOIN [Order Details] od ON od.OrderID = o.OrderID
JOIN Products p ON p.ProductID = od.ProductID
WHERE YEAR(o.OrderDate) = 1997
GROUP BY c.ContactName, p.ProductName
) t
WHERE RatingByAmt < 3

कार्यात्मक

sum (Detail d) = quantity(d) * unitPrice(d) * (1 - discount(d));
bought 'Купил' (Customer c, Product p, INTEGER y) = 
    GROUP SUM sum(Detail d) IF 
        customer(order(d)) = c AND 
        product(d) = p AND 
        extractYear(date(order(d))) = y;
rating 'Рейтинг' (Customer c, Product p, INTEGER y) = 
    PARTITION SUM 1 ORDER DESC bought(c, p, y), p BY c, y;
SELECT contactName(Customer c), name(Product p) WHERE rating(c, p, 1997) < 3;


PARTITION अपरेटरले निम्न सिद्धान्तमा काम गर्दछ: यसले SUM (यहाँ 1) पछि निर्दिष्ट गरिएको अभिव्यक्तिको योग गर्दछ, निर्दिष्ट समूहहरू भित्र (यहाँ ग्राहक र वर्ष, तर कुनै पनि अभिव्यक्ति हुन सक्छ), ORDER मा निर्दिष्ट अभिव्यक्तिहरूद्वारा समूहहरू भित्र क्रमबद्ध गर्दै। यहाँ खरिद गरिएको छ, र यदि बराबर छ भने, आन्तरिक उत्पादन कोड अनुसार)।

कार्य २

हालको अर्डरहरू पूरा गर्न आपूर्तिकर्ताहरूबाट कति सामानहरू अर्डर गर्न आवश्यक छ।

फेरि डोमेन तर्क विस्तार गरौं:

CLASS Supplier 'Поставщик';
companyName = DATA STRING[100] (Supplier);

supplier = DATA Supplier (Product);

unitsInStock 'Остаток на складе' = DATA NUMERIC[10,3] (Product);
reorderLevel 'Норма продажи' = DATA NUMERIC[10,3] (Product);


सम्बन्धगत

select s.CompanyName, p.ProductName, sum(od.Quantity) + p.ReorderLevel — p.UnitsInStock as ToOrder
from Orders o
join [Order Details] od on o.OrderID = od.OrderID
join Products p on od.ProductID = p.ProductID
join Suppliers s on p.SupplierID = s.SupplierID
where o.ShippedDate is null
group by s.CompanyName, p.ProductName, p.UnitsInStock, p.ReorderLevel
having p.UnitsInStock < sum(od.Quantity) + p.ReorderLevel

कार्यात्मक

orderedNotShipped 'Заказано, но не отгружено' (Product p) = 
    GROUP SUM quantity(OrderDetail d) IF product(d) = p;
toOrder 'К заказу' (Product p) = orderedNotShipped(p) + reorderLevel(p) - unitsInStock(p);
SELECT companyName(supplier(Product p)), name(p), toOrder(p) WHERE toOrder(p) > 0;


तारा चिन्हको साथ समस्या

र अन्तिम उदाहरण व्यक्तिगत रूपमा मेरो हो। सामाजिक सञ्जालको तर्क छ। मानिसहरू एकअर्काको साथी र एकअर्कालाई मन पराउन सक्छन्। कार्यात्मक डाटाबेस परिप्रेक्ष्यबाट यो यस्तो देखिन्छ:

CLASS Person;
likes = DATA BOOLEAN (Person, Person);
friends = DATA BOOLEAN (Person, Person);


मित्रताको लागि सम्भावित उम्मेदवारहरू खोज्न आवश्यक छ। थप औपचारिक रूपमा, तपाईंले A, B, C सबै मानिसहरूलाई खोज्नु पर्छ कि A B सँग साथी हो, र B C को साथी हो, A ले C लाई मनपर्छ, तर A ले C सँग साथी होइन।
कार्यात्मक डाटाबेस परिप्रेक्ष्यबाट, क्वेरी यस्तो देखिन्छ:

SELECT Person a, Person b, Person c WHERE 
    likes(a, c) AND NOT friends(a, c) AND 
    friends(a, b) AND friends(b, c);


पाठकलाई SQL मा यो समस्या आफैं समाधान गर्न प्रोत्साहित गरिन्छ। यो मानिन्छ कि तपाईलाई मनपर्ने मान्छे भन्दा धेरै कम साथीहरू छन्। त्यसैले तिनीहरू अलग तालिकामा छन्। यदि सफल भएमा, त्यहाँ दुई तारा सहितको कार्य पनि छ। यसमा, मित्रता सममित छैन। कार्यात्मक डाटाबेसमा यो यस्तो देखिन्छ:

SELECT Person a, Person b, Person c WHERE 
    likes(a, c) AND NOT friends(a, c) AND 
    (friends(a, b) OR friends(b, a)) AND 
    (friends(b, c) OR friends(c, b));


UPD: पहिलो र दोस्रो तारा बाट समस्याको समाधान dss_कालिका:

SELECT 
   pl.PersonAID
  ,pf.PersonAID
  ,pff.PersonAID
FROM Persons                 AS p
--Лайки                      
JOIN PersonRelationShip      AS pl ON pl.PersonAID = p.PersonID
                                  AND pl.Relation  = 'Like'
--Друзья                     
JOIN PersonRelationShip      AS pf ON pf.PersonAID = p.PersonID 
                                  AND pf.Relation = 'Friend'
--Друзья Друзей              
JOIN PersonRelationShip      AS pff ON pff.PersonAID = pf.PersonBID
                                   AND pff.PersonBID = pl.PersonBID
                                   AND pff.Relation = 'Friend'
--Ещё не дружат         
LEFT JOIN PersonRelationShip AS pnf ON pnf.PersonAID = p.PersonID
                                   AND pnf.PersonBID = pff.PersonBID
                                   AND pnf.Relation = 'Friend'
WHERE pnf.PersonAID IS NULL 

;WITH PersonRelationShipCollapsed AS (
  SELECT pl.PersonAID
        ,pl.PersonBID
        ,pl.Relation 
  FROM #PersonRelationShip      AS pl 
  
  UNION 

  SELECT pl.PersonBID AS PersonAID
        ,pl.PersonAID AS PersonBID
        ,pl.Relation
  FROM #PersonRelationShip      AS pl 
)
SELECT 
   pl.PersonAID
  ,pf.PersonBID
  ,pff.PersonBID
FROM #Persons                      AS p
--Лайки                      
JOIN PersonRelationShipCollapsed  AS pl ON pl.PersonAID = p.PersonID
                                 AND pl.Relation  = 'Like'                                  
--Друзья                          
JOIN PersonRelationShipCollapsed  AS pf ON pf.PersonAID = p.PersonID 
                                 AND pf.Relation = 'Friend'
--Друзья Друзей                   
JOIN PersonRelationShipCollapsed  AS pff ON pff.PersonAID = pf.PersonBID
                                 AND pff.PersonBID = pl.PersonBID
                                 AND pff.Relation = 'Friend'
--Ещё не дружат                   
LEFT JOIN PersonRelationShipCollapsed AS pnf ON pnf.PersonAID = p.PersonID
                                   AND pnf.PersonBID = pff.PersonBID
                                   AND pnf.Relation = 'Friend'
WHERE pnf.[PersonAID] IS NULL 

निष्कर्षमा

यो ध्यान दिनुपर्छ कि दिइएको भाषा सिन्ट्याक्स दिइएको अवधारणा कार्यान्वयन गर्न विकल्पहरू मध्ये एक मात्र हो। SQL लाई आधारको रूपमा लिइएको थियो, र लक्ष्य यो सम्भव भएसम्म समान हुनको लागि थियो। निस्सन्देह, कसैलाई कुञ्जी शब्दहरू, शब्द दर्ताहरू, आदिका नामहरू मनपर्दैन। यहाँ मुख्य कुरा अवधारणा आफै हो। यदि चाहियो भने, तपाइँ दुबै C++ र पाइथन समान वाक्य रचना बनाउन सक्नुहुन्छ।

वर्णन गरिएको डाटाबेस अवधारणा, मेरो विचारमा, निम्न फाइदाहरू छन्:

• सरलता। यो एक अपेक्षाकृत व्यक्तिपरक सूचक हो जुन साधारण अवस्थामा स्पष्ट छैन। तर यदि तपाइँ अधिक जटिल केसहरू हेर्नुहुन्छ (उदाहरणका लागि, ताराहरूसँग समस्याहरू), त्यसपछि, मेरो विचारमा, यस्ता प्रश्नहरू लेख्न धेरै सजिलो छ।
• Encapsulation। केही उदाहरणहरूमा मैले मध्यवर्ती कार्यहरू घोषणा गरें (उदाहरणका लागि, बेचे, खरिद गर्यो आदि), जसबाट पछिका कार्यहरू निर्माण गरिएका थिए। यसले तपाईंलाई केही प्रकार्यहरूको तर्क परिवर्तन गर्न अनुमति दिन्छ, यदि आवश्यक भएमा, तिनीहरूमा निर्भर हुनेहरूको तर्क परिवर्तन नगरी। उदाहरणका लागि, तपाईं बिक्री गर्न सक्नुहुन्छ बेचे पूर्ण रूपमा फरक वस्तुहरूबाट गणना गरिएको थियो, जबकि बाँकी तर्क परिवर्तन हुनेछैन। हो, यो RDBMS मा CREATE VIEW प्रयोग गरेर कार्यान्वयन गर्न सकिन्छ। तर यदि सबै तर्क यसरी लेखिएको छ भने, यो धेरै पढ्न योग्य देखिने छैन।
• कुनै सिमेन्टिक ग्याप छैन। यस्तो डाटाबेस प्रकार्य र वर्गहरूमा काम गर्दछ (टेबल र क्षेत्रहरूको सट्टा)। जस्तै क्लासिकल प्रोग्रामिङमा (यदि हामी मान्दछौं कि विधि पहिलो प्यारामिटरको साथ क्लासको रूपमा सम्बन्धित छ)। तदनुसार, विश्वव्यापी प्रोग्रामिङ भाषाहरूसँग "साथी बनाउन" धेरै सजिलो हुनुपर्छ। थप रूपमा, यो अवधारणाले धेरै जटिल कार्यक्षमता कार्यान्वयन गर्न अनुमति दिन्छ। उदाहरणका लागि, तपाईले अपरेटरहरूलाई इम्बेड गर्न सक्नुहुन्छ जस्तै:

  CONSTRAINT sold(Employee e, 1, 2019) > 100 IF name(e) = 'Петя' MESSAGE  'Что-то Петя продает слишком много одного товара в 2019 году';


• विरासत र बहुरूपता। कार्यात्मक डाटाबेसमा, तपाईंले CLASS ClassP: Class1, Class2 ले बहुविध बहुरूपता निर्माण र कार्यान्वयन मार्फत बहु विरासत परिचय गर्न सक्नुहुन्छ। म सायद भविष्यका लेखहरूमा कसरी ठीक लेख्छु।

यद्यपि यो केवल एक अवधारणा हो, हामीसँग पहिले नै Java मा केहि कार्यान्वयन छ जसले सबै कार्यात्मक तर्कलाई रिलेशनल तर्कमा अनुवाद गर्दछ। साथै, प्रतिनिधित्वको तर्क र अन्य धेरै चीजहरू यसमा राम्ररी संलग्न छन्, जसको लागि हामी पूर्ण रूपमा प्राप्त गर्छौं। प्लेटफर्म। अनिवार्य रूपमा, हामी RDBMS (अहिलेको लागि मात्र PostgreSQL) "भर्चुअल मेसिन" को रूपमा प्रयोग गर्छौं। यस अनुवादमा कहिलेकाहीं समस्याहरू उत्पन्न हुन्छन् किनभने RDBMS क्वेरी अप्टिमाइजरले FDBMS लाई थाहा भएको निश्चित तथ्याङ्कहरू थाहा छैन। सिद्धान्तमा, डाटाबेस व्यवस्थापन प्रणाली लागू गर्न सम्भव छ जसले भण्डारणको रूपमा निश्चित संरचना प्रयोग गर्दछ, विशेष रूपमा कार्यात्मक तर्कको लागि अनुकूलित।

स्रोत: www.habr.com