Basi di dati. Gabriella Trucco

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1 Basi di dati Gabriella Trucco

2 Esempio Quando si pensa ad un database, generalmente si immagina una tabella contenente grandi quantità di informazioni, sulla quale è possibile fare una certa serie di operazioni Operazioni semplici: registrazione dei ticket Operazioni complesse: Importo complessivo, per giorno, cassa, fascia oraria,... Correlazioni di ricette

3 DBMS Un DBMS (DataBase Management System) è un applicativo software: in grado di gestire grandi quantità di dati (Giga-Tera byte e oltre) in grado di garantirne la persistenza anche a fronte di guasti in grado di condividere i propri dati garantendo privatezza con una disciplina di controllo degli accessi efficienza utilizzando al meglio le risorse di spazio e di tempo del sistema efficacia rendendo produttive le attività dei suoi utilizzatori integrità dei dati mantenendoli tra loro sempre consistenti

4 Integrità I problemi di integrità sono tipicamente dovuti alla mancanza di una adeguata progettazione del DB Esempi di problema di integrità: Di un paziente, memorizzo sia il CAP che il Comune di residenza. Nella base di dati trovo un paziente con CAP non corrispondente al comune di residenza In una tabella, ho che un certo paziente X è celibe e un'altra paziente Y che è moglie di X In una tabella ho l'elenco dei pazienti con indicato il codice della sua patologia, ma tale codice non è nell'elenco delle malattie (elenco presente in un'altra tabella)

5 Limiti dei DBMS Presentazione grafica limitata Funzionalità statistiche di base Il trattamento statistico dei dati deve essere fatto con software ad-hoc

6 Progettazione di una base di dati 1. Raccolta ed analisi dei requisiti 2. Specifiche sui dati Modello concettuale (schema E/R) Modello logico (schema relazionale) Implementazione fisica 3. Specifiche sulle funzioni Interrogazioni sulla base di dati Implementazione delle transazioni

7 Modello concettuale Insieme di costrutti utilizzati per organizzare i dati e descriverne la struttura Il modello Entità/Relazione (E/R) adotta un formalismo grafico e semplice si basa su due concetti (entità e relazione)

8 Entità Rappresenta una classe di oggetti del mondo reale (e.g., persone, cose, eventi,...) con proprietà comuni ed esistenza autonoma Esempio Paziente: entità astratta Pierpaolo: istanza (e.g.) dell entità paziente; è il paziente vero e proprio

9 Attributi Entità sono composte da attributi Esempio: l'entità paziente è composta dagli attributi: CF, Nome, Cognome, Sesso e Indirizzo CF: chiave primaria, ovvero l'attributo che permette di identificare univocamente l'istanza

10 Attributi A volte, gli attributi possono essere compositi Ad esempio, l'attributo Generalità è composto dal Nome e dal Cognome

11 Relazione Legame esistente fra differenti entità La relazione permette di esplicitare i collegamenti logici esistenti fra le varie entità che compongono le informazioni da trattare Esempio: un medico cura un paziente

12 Relazione Ad esempio: l'entità medico cura (relazione) l'entità paziente I numeri rappresentano la cardinalità (minima e massima) della relazione Un medico cura da un minimo di 0 ad un massimo di n pazienti Un paziente è curato da un minimo di 1 ad un massimo di n medici

13 Cardinalità delle relazioni La cardinalità di una relazione identifica quante istanze di una certa entità si collegano ad una istanza di un'altra entità Relazione uno-a-uno Relazione uno-a-molti o molti-a-uno Relazione molti-a-molti

14 Entità debole Facciamo l'esempio delle entità studente e università, tra loro legate dalla relazione studia_in Qual è la chiave primaria di studente?

15 Entità debole E la matricola, a seconda dell'università, i.e. possono esserci studenti con lo stesso numero di matricola in differenti università, ma non con la stessa matricola nella stessa università Una chiave primaria che dipende anche dalla relazione dà origine ad una entità debole

16 Relazioni n-arie Esiste anche la possibilità di dover utilizzare relazioni fra più di due entità In tale caso, si parla di relazioni n-arie

17 Attributi Gli attributi possono anche essere posizionati sulle relazioni

18 Schema E/R semplice Costruiamo lo schema E/R di una base di dati per memorizzare le risposte date ad un questionario Questionario composto da 9 domande a risposta multipla Di ogni studente ci interessa la matricola, l'età ed il sesso

19 Entità e relazioni Identificazione delle entità Questionario Studente Identificazione delle relazioni Lo studente riempie il questionario

20 Schema E/R complesso Costruiamo lo schema E/R di una base di dati per il seguente studio: Analisi geografica di morbilità di malattie neoplastiche, con disaggregazione per sede elettorale, a seguito dell'installazione di una industria chimica che prevede, nel ciclo di lavorazione, l'emissione di gas in aria

21 Entità e relazioni Identificazione delle entità Sede elettorale Paziente Patologia Identificazione delle relazioni Il paziente risiede in una sede elettorale Il paziente soffre di una certa patologia

22 Sede elettorale Gli attributi dell'entità sede elettorale Numero della sede (chiave primaria) Distanza dall'industria chimica Numero di votanti

23 Paziente Gli attributi dell'entità paziente Identificatore numerico Sesso Età

24 Patologia Gli attributi dell'entità patologia Codice DRG Diagnosi principale

25 Relazione risiede La relazione risiede fra il paziente e la sede elettorale Il paziente risiede in 1 sede elettorale In una sede elettorale risiedono n pazienti

26 Relazione soffre La relazione soffre fra il paziente e la patologia Un paziente può soffrire di n patologie Di una patologia soffrono n pazienti

27 Schema E/R completo

28 Il modello relazionale Il modello relazionale fu introdotto da Codd (1970) e si basa su una semplice ed uniforme struttura dati chiamata relazione, ed ha una solida base teorica La relazione del modello relazionale NON è la relazione degli schemi E/R Si introduce tale modello in quanto la maggior parte dei DBMS sono relazionali (e.g. Oracle, Access, MySQL)

29 Concetti fondamentali Il modello relazionale rappresenta una base di dati come un insieme di relazioni Informalmente, una relazione è una tabella ciascuna riga della relazione è detta tupla l'intestazione di una colonna della tabella è chiamata attributo il tipo di dato che mi specifica ciò che può apparire in ciascuna colonna è detto dominio Per semplicità useremo il termine (improprio) tabella al posto del termine (corretto) relazione

30 Da schema E/R a schema relazionale A partire dallo schema E/R, è possibile costruire la base di dati sotto forma di tabelle Dallo schema E/R, si creano gruppi di entità e/o relazioni come segue: A partire da una entità o relazione dello schema E/R, si aggregano nel gruppo tutte le relazioni/entità legate con cardinalità unaria massima Ogni entità o relazione non aggregata deve diventare un nuovo gruppo I gruppi individuati corrispondono alle tabelle da creare Gli attributi di ciascuna tabella variano a seconda del contenuto del gruppo

31 Esempio1: questionario Partiamo da una qualunque entità e incorporiamo le relazioni e/o entità quando la loro cardinalità massima è 1

32 Esempio1: questionario L'altra entità e la relazione stessa è stata inglobata ottenendo un'unica tabella questionari studenti(matricola; sesso; età; r1; r2; r3; r4; r5; r6; r7; r8; r9) Per completare questo passo, è inoltre importante specificare il tipo di dato usato per memorizzare le istanze dei vari attributi questionari studenti(matricola; sesso; età; r1; r2; r3; r4; r5; r6; r7; r8; r9) matricola: int sesso: char[1] età: int r1... r9: int

33 Esempio2: analisi geografica Partiamo dall'entità paziente e procediamo con le relazioni...

34 Esempio2: analisi geografica La relazione risiede è stata aggregata all'entità paziente in un gruppo

35 Conversione delle entità singole Per le entità singole patologia e sede elettorale, si creano due tabelle 1. patologie(codice; drg; diagnosi principale) 2. sedi elettorali (numero; distanza; votanti)

36 Conversione dei gruppi Per l'entità paziente e la relazione risiede, si crea una tabella pazienti(numero; sesso; età; numero sede elettorale) dove numero sede elettorale è una chiave esterna

37 Conversione delle relazioni singole Per la relazione singola soffre, si crea una tabella soffre(codice patologia; numero paziente) dove la coppia codice patologia e numero paziente è la chiave primaria

38 Schema relazionale Abbiamo identificato quindi quattro tabelle: patologie(codice; drg; diagnosi principale) codice: int drg: char[3] diagnosi principale: char[50] sedi elettorali (numero; distanza; votanti) numero: int distanza: float votanti: int pazienti(numero; sesso; età; numero sede elettorale) numero: int sesso: char[1] età: int numero sede elettorale: int (stesso tipo di sedi elettorali.numero) soffre(codice patologia; numero paziente) codice patologia: int (stesso tipo di patologie.codice) numero paziente: int (stesso tipo di pazienti.numero)

39 Primo blocco Entità patologia Tabella patologie(codice; drg; diagnosi principale)

40 Secondo blocco Entità sede elettorale Tabella sedi elettorali (numero; distanza; votanti)

41 Terzo blocco Entità paziente + relazione risiede Tabella pazienti(numero; sesso; eta; numero sede elettorale)

42 Relazione soffre Relazione soffre Tabella soffre(codice patologia; numero paziente)

43 Definizioni formali Un dominio D è un insieme di valori atomici non ulteriormente suddivisibili, e.g. Il dominio Z+ è l'insieme dei numeri interi positivi [0;1) Il dominio CF è l'insieme delle stringhe alfanumeriche lunghe 16 caratteri Il dominio S è l'insieme dei due caratteri {f ;m} Un attributo A è un nome che fa riferimento ad un dominio D = dom(a), e.g. L'attributo età Z+ identifica l'età L'attributo CF CF identifica il codice fiscale L'attributo sesso S identifica il sesso

44 Definizioni formali Uno schema di relazione R(A1; A2; ;An) è composto da un nome R e da un insieme di attributi {A1; A2; ;An}, e.g. Lo schema di relazione soggetto(cf; età; sesso) indica che di un soggetto consideriamo il codice fiscale, l'età e il sesso Dato l'insieme di attributi {A1;A2; ;An} dello schema di relazione R, una tupla t = (v1; v2; ; vn) è una lista ordinata di valori tali che vi dom(ai ), e.g. La tupla (ABCXYZ98X76A345X; 34;m) identifica una istanza di un soggetto con codice scale ABCXYZ98X76A345X, età 34 anni, e di sesso maschile

45 Definizioni formali Una relazione r R è un insieme di tuple {t1; t2; ; tn}, e.g. La relazione {(ABCXYZ98X76A345X; 34;m) ; (DEFTUV76W54B678A; 35; f )} identica i soggetti nella nostra base di dati La relazione differisce quindi da una tabella per il fatto di non avere un ordinamento sulle righe