Logical foundations of database transformations for complex-value databases

Wang, Qing

Database transformations consist of queries and updates which are two fundamental types of computations in any databases - the first provides the capability to retrieve data and the second is used to maintain databases in light of ever-changing application domains. With the rising popularity of web-based applications and service-oriented architectures, the development of database transformations must address new challenges, which frequently call for establishing a theoretical framework that unifies both queries and updates over complex-value databases. This dissertation aims to lay down the foundations for establishing a theoretical framework of database transformations in the context of complex-value databases. We shall use an approach that has successfully been used for the characterisation of sequential algorithms. The sequential Abstract State Machine (ASM) thesis captures semantics and behaviour of sequential algorithms. The thesis uses the similarity of general computations and database transformations for characterisation of the later by five postulates: sequential time postulate, abstract state postulate, bounded exploration postulate, background postulate, and the bounded non-determinism postulate. The last two postulates reflect the specific form of transformations for databases. The five postulates exactly capture database transformations. Furthermore, we provide a logical proof system for database transformations that is sound and complete.

Datenbanktransformationen sind Anfragen an ein Datenbanksystem oder Modifikationen der Daten des Datenbanksystemes. Diese beiden grundlegenden Arten von Berechnungen auf Datenbanksystemen erlauben zum einem den Zugriff auf Daten und zum anderen die Pflege der Datenbank. Eine theoretische Fundierung von Datenbanktransformationen muss so flexibel sein, dass auch neue web-basierten Anwendungen und den neuen serviceorientierte Architekturen reflektiert sind, sowie auch die komplexeren Datenstrukturen. Diese Dissertation legt die Grundlagen für eine Theoriefundierung durch Datenbanktransformationen, die auch komplexe Datenstrukturen unterstützen. Wir greifen dabei auf einen Zugang zurück, der eine Theorie der sequentiellen Algorithmen bietet. Die sequentielle ASM-These (abstrakte Zustandsmaschinen) beschreibt die Semantik und das Verhalten sequentieller Algorithmen. Die Dissertation nutzt dabei die Gleichartigkeit von allgemeinen Berechnungen und Datenbanktransformationen zur Charakterisierung durch fünf Postulate bzw. Axiome: das Axiom der sequentiellen Ausführung, das Axiom einer abstrakten Charakterisierbarkeit von Zuständen, das Axiom der Begrenzbarkeit von Zustandsänderungen und Zustandssicht, das Axiom der Strukturierung von Datenbanken und das Axiom der Begrenzbarkeit des Nichtdeterminismus. Die letzten beiden Axiome reflektieren die spezifische Seite der Datenbankberechnungen. Die fünf Axiome beschreiben vollständig das Verhalten von Datenbanktransformationen. Weiterhin wird eine Beweiskalkül für Datenbanktransformationen entwickelt, der vollständig und korrekt ist.

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Wang, Qing: Logical foundations of database transformations for complex-value databases. 2010.

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