05-projektowanie

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Etapy projektowania baz danych:

Specyfikacja wymaga

ytkownika

- okre

lenie zjawisk,

dost

pno

ci i u

yteczno

ci danych, ich formatu i sposobów oblicze

cele, zakres i kontekst systemu

Projektowanie konceptualne

- projektowanie schematu E–R bazy.

ycie modelu E–R wpływa równie

na realizacj

pozostałych faz.

Specyfikacja wymaga

funkcjonalnych

- dokładny opis wymaga

klienta i wszystkich przyszłych u

ytkowników systemu

Projektowanie logiczne i fizyczne

Implementacja

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Projektowanie bazy danych:

Projektowanie logicznej struktury bazy:

•

Etap I:

okre

lenie encji i zdefiniowanie atrybutów opisuj

cych encje

–

przyporz

dkowanie encji do zjawisk

–

standaryzacja nazw i formatów

–

identyfikacja

ródeł danych

•

Etap II:

okre

lenie zwi

zków mi

dzy encjami

–

identyfikacja typu zwi

zków (relacji) (1-1, 1-M, N-M)

•

Etap III:

normalizacja relacji

–

obni

enie redundancji i wyeliminowanie anomalii (usuwania, wstawiania i

aktualizacji)

Projektowanie fizycznej struktury bazy:

•

nało

enie struktury logicznej na fizyczne urz

dzenia

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Projektowanie bazy danych:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

FAKTY W

WIECIE RZECZYWISTYM

PODZBIÓR J

ZYKA NATURALNEGO DO

FORMUŁOWANIA WYPOWIEDZI O

FAKTACH W

WIECIE RZECZYWISTYM

ABSTRAKCYJNY MODEL

WIATA RZECZYWISTEGO

KONCEPTUALNA BAZA DANYCH

LOGICZNA BAZA DANYCH

PRZEDSTAWIENIE

ABSTRAKCYJNEGO MODELU

ZA POMOC

DIAGRAMU E-R

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Wybór schematu relacji:

Projekt bazy danych polega na znalezieniu wła

ciwych schematów relacji

tworz

cych baz

danych

Niewła

ciwy projekt

(niewła

ciwe schematy) mog

prowadzi

•

Redundancji (powtarzania informacji).

•

Niemo

liwo

ci reprezentowania pewnych informacji.

•

Anomalii zwi

zanych z operowaniem danymi (głównie modyfikacj

danych)

Cele

•

Unikanie redundancji danych

•

Zapewnienie reprezentowania zwi

zków mi

dzy danymi

•

Zachowanie warunków integralno

ci (umo

liwienie kontroli warunków integralno

podczas modyfikacji danych).

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Modelowanie konceptualne:

Model poj

ciowy (konceptualny, podstawowy):

Zapis wymaga

w postaci sformalizowanej, abstrahuj

cy od

problemów implementacyjnych („co” a nie „jak”)

Zawiera

•

modele graficzne

•

tekstowe (ale te

sformalizowane) uzupełnienia modeli graficznych

Jest wa

ny, poniewa

•

reprezentuje istot

wymaga

•

nie zale

y od zmiennych mo

liwo

ci implementacji

•

jest dobr

podstaw

do projektowania systemów maj

cych funkcjonowa

przez

wiele lat

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Wymagania:

Spełnienie wymaga

ytkownika jest naszym celem działania

Wymagania musz

c by

dokładnie znane

Poprawne i kompletne sformułowanie wymaga

na ogół nie jest proste

Nale

y odró

nia

funkcje

systemu od

mechanizmów

, czyli sposobów

implementacji funkcji

Modelowa

dane niezale

nie od przyszłej implementacji -

modelowanie E/R

Tworz

c model poj

ciowy nie mo

na formułowa

zastrze

co do

realizowalno

ci wymaga

Zaprojektowa

dobry schemat -

normalizacja

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Cel modelowania E-R:

Model

E-R

słu

y do nieformalnego przedstawienia projektu bazy

danych.

Projekt ma posta

graficzn

zwan

diagramem

E-R

(entity-relationship

diagram), diagramem

jednostka-zwi

zek

lub diagramem

zwi

zków

encji

Istnieje procedura (pół)automatycznej transformacji diagramu

E-R

konkretnej implementacji, na przykład do relacyjnej bazy danych.

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Encja (zbiory encji):

Encja (entity)

- model rzeczy, osób, zjawisk, poj

ęć

itp., o których chcemy przechowywa

informacje,

które maj

samo

ść

rozró

nialne)

Np. konkretna osoba, firma, zdarzenie

Zbiór encji (entity set)

– zbiór (klasa) obiektów,

które s

tego samego typu (maj

wspólne

własno

ci), inaczej: zbiór wyst

pie

(instancji) tej

klasy

Np. zbiór osób, zbiór firm, zbiór okre

lonych zdarze

Sło

Adam

12347

Lis

Ewa

12346

Pies

Jan

12345

student

encja

zbiór encji

W diagramach E-R zbiory encji oznaczane s

prostok

tami

student

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Atrybuty:

Zbiór encji (i ka

da z nich) jest opisywany przez

zestaw atrybutów

które odpowiadaj

własno

ciom posiadanym przez wszystkie obiekty

reprezentowane przez ten zbiór. Np.:

student = (nr_albumu, imie, nazwisko)

Dziedzina atrybutu

– zbór dopuszczalnych warto

ci, jakie mo

przyjmowa

dany atrybut na danym zbiorze encji. Dziedzina

uzupełniona jest o warto

ść

NULL

oznaczaj

e encja nie posiada

warto

ci atrybutu lub jest on nieznany.

Atrybuty

•

proste vs. pochodne (mog

obliczone na podstawie innych informacji w bazie),

•

proste vs. zło

one.

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Atrybuty proste vs. zło

one (przykład):

W diagramach atrybuty oznaczane s

elipsami

Atrybuty zło

one

elipsami z podwójn

lini

Atrybuty pochodne

elipsami z przerywanej linii

nazwa

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Zbiory zwi

zków:

Zwi

zek

(relationship) reprezentuje relacj

pomi

dzy pewnymi encjami

(obiektami). Np.:

Jan Kowalski

encja:

pracownik

B3 Betatrex

encja:

oddzial

pracuje w

W diagramach E-R zbiory

zwi

zków oznaczane s

rombami

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Diagramy E-R – symbole podstawowe:

Prostok

– zbiory encji

Elipsy

– atrybuty

Elipsy

–

linia podwójna

– atrybuty zło

one

Elipsy

–

linia przerywana

– atrybuty pochodne

Romby

– zbiory zwi

zków

Linie

– ł

zbiory encji ze zbiorami zwi

zków oraz atrybuty ze

zbiorami encji i zwi

zków

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Stopie

zbioru zwi

zków:

Stopie

zbioru zwi

zków

(degree of a relationship set) okre

lony jest

przez liczb

zbiorów encji, które pozostaj

w danym zwi

zku.

Zwi

zek dwóch zbiorów encji nazywany jest

binarnym

(stopie

= 2).

kszo

ść

zwi

zków obserwowanych w

wiecie rzeczywistym to

zwi

zki binarne.

W zwi

zku mo

e uczestniczy

pewna, wi

ksza od 2 ilo

ść

zbiorów encji

–

zwi

zek

n-arny

(stopie

= n) – mówimy wtedy o zwi

zku

wieloargumentowym lub wieloczłonowym.

•

Np. zbiory encji:

przedmiot, prowadzacy

oraz

student

mog

poł

czone

zwi

zkiem o stopniu = 3.

prowadzacy

zaj

cia

przedmiot

student

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Stopie

przyporz

dkowania (krotno

ść

zwi

zków):

Stopie

przyporz

dkowania

zbiorów encji do zwi

zku (relacji)

okre

lony jest przez ilo

ść

encji z ka

dego zbioru, które s

ze sob

tym zwi

zku powi

zane.

Rodzaje zwi

zków binarnych

ze wzgl

du na stopie

przyporz

dkowania:

•

jeden do jeden

•

jeden do wielu

•

wiele do wielu

W diagramie E-R

rodzaje zwi

zków s

oznaczane w nast

puj

sposób:

→

(grot strzałki) oznacza stopie

przyporz

dkowania jeden

— (brak grotu) – wielu

lub:

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Stopie

uczestnictwa:

eli ka

da encja zbioru

musi

bra

udział w zwi

zku, wówczas jest

on całkowity (uczestnictwo obowi

zkowe); w przeciwnym razie –

ęś

ciowy (uczestnictwo opcjonalne).

W diagramie E-R linie podwójne

zbiory encji ze zbiorami

zwi

zków w przypadku całkowito

ci.

Wyst

powanie encji pewnego zbioru (istnienie obiektu w

rzeczywisto

ci) mo

e zale

od wyst

powania encji (obiektu) innego

zbioru.

eli wyst

powanie encji x zale

y od y (is existence dependent on),

to:

•

y jest encj

nadrz

(dominuj

) (dominant entity)

•

x jest encj

podrz

(subordinate entity)

Np. je

li encja dominuj

student

zostanie usuni

ta z bazy, to

wszystkie wyst

pienia zwi

zanych z ni

encji

oceny

tak

e musz

zosta

usuni

te.

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Role:

Zbiory encji pozostaj

ce w zwi

zku niekoniecznie musz

ró

ne,

wówczas encje takie wyst

puj

w ró

nych

rolach

, a zwi

zek taki

nazywamy

zwi

zkiem rekurencyjnym

W diagramie E-R

role oznaczane s

przez etykiety przy liniach

cych symbol encji (prostok

t) i zwi

zku (romb). Oznaczanie ról

nie jest obowi

zkowe, stosuje si

je dla podkre

lenia semantyki

zwi

zku.

prowadzacy

hierarchia

profesor

asystenci

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Decyzje projektowe:

Zbiory encji czy atrybuty

Wybór jest zale

ny od rodzaju modelowanego przedsi

wzi

cia (fragmentu

rzeczywisto

ci) oraz od znaczenia poszczególnych atrybutów.

Zbiory encji czy zbiory zwi

zków

liwa wskazówka: zwi

zek wyznacza pewn

akcj

(zdarzenie), która

zachodzi (zaszła) pomi

dzy encjami (obiektami).

Zwi

zki binarne czy zwi

zki o wy

szym stopniu

Zwi

zek o stopniu wi

kszym ni

2 zawsze mo

e by

zast

piony przez pewn

liczb

zwi

zków binarnych. Jednak zwi

zki n-arne mog

lepiej oddawa

semantyk

relacji (jawne okre

lenie,

e chodzi o zwi

zek wi

cej ni

obiektów).

Przykład:

1. Adres jako atrybut
Adres mo

e by

traktowany jako atrybut (na przykład encji

student

), wówczas jego warto

jest tekst, np: "Pozna

, ul. Kwiatowa 5 m. 12".

2. Adres jako jednostka
Adres mo

e by

traktowany jako niezale

na jednostka o atrybutach:

Miejscowo

ść

, Ulica,

Nr Domu, Nr Lokalu.

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Ograniczenia - warunki integralno

W ramach projektowania baz danych specyfikuje si

pewne

ograniczenia ilo

ciowe i zale

ci pomi

dzy encjami lub zwi

zkami,

które maj

zachodzi

zawsze.

Ograniczenia te i zale

ci okre

laj

warunki integralno

rozwa

nej bazy i s

nast

pnie sprawdzane i dotrzymywane.

Do najistotniejszych warunków ogólnych, specyfikowalnych w modelu
E-R nale

Ŝą

•

stopie

przyporz

dkowania zbiorów encji do zwi

zku,

•

zale

ść

wyst

powania encji z ró

nych zbiorów,

•

całkowito

ść

vs. cz

ęś

ciowo

ść

udziału zbioru encji w zbiorze zwi

zków.

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Klucze w zbiorze encji:

Nadkluczem

(super key) jest ka

dy zbiór atrybutów, którego warto

jednoznacznie identyfikuj

encj

w zbiorze encji.

Kluczem kandyduj

cym

(candidate key) nazywany jest nadklucz o

minimalnej liczbie atrybutów w zbiorze encji.

W danym zbiorze mo

e wyst

powa

kilka kluczy kandyduj

cych, jeden

z nich (dowolnie wybrany) nazywany jest

kluczem głównym

(primary

key).

W diagramie E-R

klucze główne s

oznaczane przez podkre

lenie

etykiety atrybutu.

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Klucze w zbiorze zwi

zków:

eli zbiór zwi

zków posiada atrybuty o odpowiednich własno

ciach,

na podstawie tych atrybutów mo

na zdefiniowa

dla niego

(jednoznacznie identyfikuj

ce)

klucze główne

tak, jak dla zbiorów

encji.

Zło

enie

kluczy głównych zbiorów encji bior

cych udział w zwi

zku

tworzy

nadklucz

dla zbioru zwi

zków.

Sposób zdefiniowania

klucza głównego

zale

y od stopnia zwi

zku

oraz stopnia przyporz

dkowania poszczególnych zbiorów encji.

•

Dla binarnego zwi

zku

jeden do jeden

dy z kluczy głównych (encji) mo

e by

kluczem głównym.

•

Dla binarnego zwi

zku

wielu do wielu

para kluczy głównych encji jest kluczem

głównym.

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Zbiory słabe encji:

Zbiór encji, który nie posiada klucza głównego (nie ma odpowiednich
atrybutów), jest nazywany

zbiorem słabym encji

(weak entity set) w

przeciwie

stwie do zbioru silnego - (strong entity set).

Informacyjno

ść

zbioru słabych encji jest uwarunkowana istnieniem

innego silnego zbioru encji, który pozostaje ze słabym w zwi

zku

jeden

do wielu

. Encje tego zbioru silnego dominuj

równie

nad encjami

słabego w sensie zale

ci wyst

powania.

W zbiorze słabych encji wyst

powa

musi wówczas

klucz cz

ęś

ciowy

(partial key), który pozwala na rozró

nienie (cz

ęś

ciowe) jego encji

wzgl

dem dominuj

cego zbioru silnego.

Kluczem głównym

zbioru słabego encji jest kompozycja klucza

głównego dominuj

cego zbioru silnego encji i klucza cz

ęś

ciowego

zbioru słabego.

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Zbiory słabe encji (c.d.):

W diagramie E-R

klucze cz

ęś

ciowe

oznaczane s

przez

podkre

lenie

etykiety atrybutu

lini

przerywan

Zwi

zki mi

dzy słab

jednostk

a jednostkami jej wła

cicieli

nazywamy

zwi

zkami identyfikuj

cymi

W notacji graficznej zbiory słabe encji oraz zbiory zwi

zków

identyfikuj

cych rysujemy

podwójn

lini

student

imie

nazwisko

nr_albumu

ocena

przedmiot

data

oceny

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Diagramy E-R

→

tabele

Opis bazy danych za pomoc

diagramu E-R mo

e by

przekształcony

w opis w postaci kolekcji tabel.

Istnienie kluczy głównych pozwala na jednoznaczne wyra

enie

zbiorów encji i zbiorów zwi

zków w formie tabel.

Zasady ogólne

•

demu zbiorowi encji odpowiada tabela (tabela przyjmuje nazw

zbioru encji).

•

demu zbiorowi zwi

zków (je

eli ten posiada atrybuty) odpowiada tabela (tabela

przyjmuje nazw

zbioru zwi

zków).

•

Kolumny tabel reprezentuj

atrybuty opisuj

ce odpowiednio encje lub zwi

zki.

•

Wiersze tabel odpowiadaj

encj

lub zwi

zkom

Zbiór silny encji

jest reprezentowany bezpo

rednio

Dla

zbioru słabego encji

tabela musi zawiera

dodatkowo atrybuty

stanowi

ce klucz główny tabeli nadrz

dnej.

Kraków, 2006

str.

K. Regulski, ZIP, v.1.0

Diagramy E-R

→

tabele (c.d.)

eli

zbiór zwi

zków

nie ma własnego klucza głównego, wówczas

tabela musi dodatkowo zawiera

odpowiedni

do własno

kombinacj

kluczy głównych swoich zbiorów encji.

•

Np. Zwi

zek

wielu do wielu

jest reprezentowany przy pomocy tabeli o dodatkowych

kolumnach odpowiadaj

cych kluczom głównym zbiorów encji bior

cych udział w

zwi

zku.

zaj

cia

przedmiot

student