Lezione 2. Modello relazionale: concetti e definizioni

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1 Tecnologie dei sistemi informatici: Basi di Dati e Reti Lezione 2 Modello relazionale: concetti e definizioni Prof. Gabriella Carrozza ga.carrozza@unina.it Introduzione o Modello proposto nel 1970 da E.F. Codd o A relational model for large shared data banks o Comm. of the ACM,Vol. 13, n. 6, pagg o Prime apparizioni nel mercato solo nel 1981 o Alto livello di astrazione o Proposto per superare le limitazioni precedenti o Caratterizzato da una elevata indipendenza dei dati o Ha richiesto l individuazione di realizzazioni efficienti e di hardware adeguato 2 1

2 I fattori del successo o Il modello relazionale si fonda su due concetti: o La relazione o Definizione formale o Ereditata dalla teoria degli insiemi o Utile per completare il modello con una precisa teoria o La tabella o Semplice ed intuitiva o Rappresentazione grafica o Utile nella comunicazione con gli utenti 3 Relazione: definizione o PRODOTTO CARTESIANO o Operazione tra n insiemi non necessariamente distinti D1, D2, D3,..., Dn con n > 0 D1 x D2 x D3 x... x Dn= (v1, v2, v3,..., vn) vi Di 1 < i < n o RELAZIONE, R o Sottoinsieme del prodotto cartesiano R D1 x D2 x D3 x... x Dn o Gli insiemi Di sono detti i domini della relazione o Il numero n è detto grado del prodotto cartesiano e della relazione o Il numero di n-uple della relazione viene detto cardinalità della relazione 4 2

3 Relazione A A x B B 5 Diverse accezioni o Relazione matematica: o come nella teoria degli insiemi o Relazione (dall inglese relationship) che rappr esenta una classe di fatti, nel modello Entity- Relationship o tradotto anche con associazione o correlazione o Relazione secondo il modello relazionale dei dati 6 3

4 Esempio (Relazione) o Domini: CODICE = {001; 004; 005} NOME = {Mel; Pedro; Federico} COGNOME = {Almodovar; Gibson; Fellini}, NAZIONALITA = {Italia; Spagna; Australia}. Relazione su questi domini è: r CODICEx NOMEx COGNOMEx NAZIONALITA o Possibili relazioni: 7 r1 = {(001; PEDRO;ALMODOVAR; SPAGNA)} r2 = {(001; Pedro; Almodovar; Spagna); (004;Mel; Gibson; Australia)} r3 = { } Considerazioni o Il valore di n è finito o Rappresentazione finita delle informazioni o La cardinalità dei domini può essere considerata infinita o Es. Insieme dei cognomi delle persone o I domini possono essere o Tutti dello stesso tipo o Di tipo diverso 8 4

5 Proprietà di una relazione o Una relazione è un insieme, quindi: o P1 ORDINAMENTO o non c'è ordinamento fra le n-uple o P2 UNICITA o le n-uple sono distinte o POSIZIONE o Ciascuna n-upla è ordinata: o l i-esimo valore proviene dall i-esimo dominio o La struttura è posizionale! 9 La tupla In informatica si preferiscono notazioni non pos izionali. Associando a ciascun dominio un nome (attributo) che ne descrive il "ruolo", al concetto di n-pla si sos tituisce la tupla Dunque non esiste alcun ordinamento all intern o di una tupla 10 5

6 Rappresentazione di una relazione o Una relazione può essere rappresentata tramite tabelle, in cui o ogni riga è una tupla o ogni colonna è data da un valore relativo ad un attrib uto o Non tutte le tabelle sono delle relazioni 11 Tabelle e Relazioni o Una tabella rappresenta una relazione se o i valori di ogni colonna sono fra loro omogenei o le righe sono diverse fra loro o le intestazioni delle colonne sono diverse tra loro o In una tabella che rappresenta una relazione o l ordinamento tra le righe è irrilevante o l ordinamento tra le colonne è irrilevante 12 6

7 Tabelle e Relazioni o Dalla relazione dell esempio precedente otten iamo la seguente tabella: 13 Schema di Relazione o Dato un insieme di nomi di attributi X ={A1,A2,,An}, si definisce schema di relazione di nome R, seguito da un insieme di nomi di attributi X: R(X) = R(A1,A2,,An) 14 7

8 Esempi di Schema di Relazione o R1 = AUTORI (CODICE,NOME,COGNOME,NAZIONALITA) o R2 = FILM(AUTORE, TITOLO, ATTORE) o R3 =RISTORANTE (NOME, INDIRIZZO, CUCINA, VOTO) o R4. 15 Relazione su uno schema o Si definisce relazione R una istanza di uno sch ema di relazione R(X). Schema di relazione Istanza dello schema 16 8

9 Informazioni incomplete o Il modello relazionale impone strutture rigide al le informazioni: o Per alcune tuple può accadere che non sia definito il valore di alcuni campi Come gestire l assenza di informazione? Riempiendo i campi con valori opportuni? E come sceglierli? 17 Informazioni incomplete o Si estendono i domini delle relazioni con un valor e speciale o Di = Di U NULL. o Con il valore NULL si indica assenza di informazio ne dovuta a: o il dato c è ma non lo conosco (valore sconosciuto) o il dato non può esserci, in quanto non è applicabile ad una tupla (valore inesistente) non so dire nulla, il dato è sconosciuto o inesistente. 18 9

10 Esempio o Ipotesi: ogni studente è dotato di un cellulare, mentre il professore è dotato di un cellulare e di un telefono di ufficio 19 Vincoli di Integrità o Esistono istanze di basi di dati che, pur sintatticamente corrette, non rappresentano informazioni possibili per l applicazione di interesse 20 10

11 Vincoli di integrità o Esistono istanze di basi di dati che, pur sintatticamente co rrette, non rappresentano informazioni possibili per l appl icazione di interesse Esami Studente Voto Lode Corso e lode e lode Studenti Matricola Cognome Nome Rossi Neri Piero Bianchi Luca Basi di Dati Basi di Dati e vincoli di integrità o Un vincolo di integrità o Integrity Constraint, è una regola (relazione booleana o predicato) che ogni istanza della base di dati deve soddisfare affinché i suoi dati siano corrispondenti al mod ello della realtà. o L insieme di queste regole è chiamato IC

12 Definizioni o Schema Basi di Dati: o Uno schema di base di dati BD è dato dal nome della base di dati BD seguito dall insieme di schemi di relaz ione R 1 (X 1 ),R 2 (X 2 ),., R n (X n ), più un insieme di regole IC. o Basi di Dati Relazionale: o Si definisce base di dati relazionale una istanza di un o schema di basi di dati che soddisfa le regole conte nute in IC. 23 Legalità di un istanza o Istanza legale della base di dati o istanza che soddisfa tutti i vincoli di integrità speci ficati nello schema della base di dati 24 12

13 Tipi Di Vincoli o Vincoli intrarelazionali (una sola relazione) o Vincoli di dominio: sui singoli valori dei campi o Vincoli di tupla: su più elementi della tupla o sull inte ra tupla o Vincoli di chiave (vedi seguito) o Vincoli interrelazionali (più relazioni) 25 Esempio: condizione di vincolo 18 < voto < 30 (voto > 18) AND (voto < 30) La lode è ammissibile se voto è uguale a 30 NOT ((lode = SI ) AND (voto <> 30)) Valore Tupla Esami Studente Voto Lode Corso e lode e lode

14 Notazione Importante o Sia t una tupla definita su un insieme di attributi X. o ti[a] indica il valore della i-esima tupla t relativamente all attributo A. o Se Y è un sottoinsieme X : o ti[y] indica il valore dell i-esima tupla t ristretta ai soli attributi Y. t 2 [NomeStudente] = Paolo T 2 :[NomeStudente, Voto] = (Paolo, 28). 27 Identificazione delle tuple o Non ci sono due tuple con lo stesso valore sull attributo Matricola o Non ci sono due tuple uguali su tutti e tre gli a ttributi Cognome, Nome e Data di Nascita Matricola Cognome Rossi Rossi Neri Neri Rossi Nome Piero Piero Corso Ing Inf Ing Inf Ing Mecc Ing Inf Ing Mecc Nascita 5/12/78 3/11/76 10/7/79 3/11/76 5/12/

15 Superchiave o Sia dato uno schema di relazione R(X), e sia SK un sottinsieme di attributi di X. o SK è una superchiave di R sullo schema R(X) se R non contiene due ennuple distinte t i e t j con t i [SK] = t j [SK] t i,t j R, t i [SK] t j [SK] i j 29 Chiave o Un sottoinsieme K di attributi X è chiave per R se è una superchiave minimale di R, cioè togliendo un qualsiasi attributo da K, Knon è più superchiave 30 15

16 Esempi 1/2 o Matricola è una chiave: o è superchiave o contiene un solo attributo e quindi è minimale Matricola Cognome Rossi Rossi Neri Neri Rossi Nome Piero Piero Corso Ing Inf Ing Inf Ing Mecc Ing Inf Ing Mecc Nascita 5/12/78 3/11/76 10/7/79 3/11/76 5/12/78 31 Esempi 2/2 o Cognome, Nome, Nascita è un altra chiave: o è superchiave o Minimale o La scelta della chiave è legata ai domini degli attributi e non alla singola istanza. o Il vincolo di chiave deve essere soddisfatto per ogn istanza. Matricola Nome Corso Ing Inf Nascita 5/12/78 Ing Inf 3/11/76 Piero Ing Mecc Ing Inf 10/7/79 3/11/76 Piero Ing Mecc 5/12/ Cognome Rossi Rossi Neri Neri Rossi 16

17 Chiave primaria o In presenza di valori nulli,i valori della chiave non permettono o di identificare le ennuple o di realizzare facilmente i riferimenti da altre relazioni o La presenza di valori nulli nelle chiavi va limitata Matricola NULL NULL Cognome Nome Corso Nascita NULL Ing Inf 5/12/78 Rossi Ing Civile 3/11/76 Neri Piero Ing Mecc 10/7/79 Neri Ing Inf NULL Neri NULL 5/12/78 33 Chiave primaria o Primary Key: o chiave su cui non sono ammessi nulli o Notazione: sottolineatura Matricola Cognome Nome Rossi Neri Neri Neri Piero Corso Ing Civile Ing Mecc Ing Inf NULL Nascita NULL Ing Inf 5/12/78 3/11/76 10/7/79 NULL 5/12/78 34 Basi di Dati 17

18 Chiave Primaria o In una generica relazione esiste sempre almeno una superchiave la tupla è sicuramente una superchiave per la propri età di unicità delle tuple; o In una relazione è possibile individuare chiavi dif ferenti o si sceglie sempre una chiave detta chiave primaria o La chiave primaria deve essere non nulla o INTEGRITA DELL ENTITA 35 Vincoli Interrelazionali o In una base di dati solitamente si distribuisce l i nformazione su relazioni differenti, in modo da evitare ridondanze dei dati o La distribuzione delle informazioni richiede un meccanismo semplice che permetta di mettere in relazione i dati o In maniera coerente e consistente 36 18

19 Esempio matstudentee codicecorso sono chiavi esterne codicecorsoè definito sullo stesso dominio dell attributo codice (chiave primaria di CORSI). matstudenteè definito sullo stesso dominio dell attributo matricola (chiave primaria di STUDENTI) 37 Integrità referenziale o Un vincolo di integrità referenziale ( foreign key ) fra gli attributi X di una relazione R1 e un altra relazion e R2 impone ai valori su X (FK) in R1 di comparire c ome valori della chiave primaria di R2 o Vincolo di integrità referenziale se o Ogni occorrenza di FK in t1 appartenente a r1 o è NULL oppure o esiste una tupla 38 19

20 Integrità referenziale o Per ogni occorrenza non nulla della chiave ester na nella tabella referente è presente un valore di chiave (primaria) nella tabella riferita. Infrazioni Codice Data 1/2/95 4/3/95 5/4/96 5/2/98 Vigile Prov MI TO PR PR Numero 39548K E Auto Prov Numero Cognome MI E39568 Rossi TO PR F34268 E Rossi Neri Nome Luca ESEMPIO BASE DI DATI RELAZIONALE 40 20

21 Esempio di Base di Dati Relazionale 41 Esempio di Base di Dati Relazionale o Seconda Tupla NON VALIDA (valore di ruolo) o Seconda Tupla NON VALIDA (valore di età) 42 21

22 Esempio di Base di Dati Relazionale o Seconda Tupla NON VALIDA (valore di NOME) o Seconda Tupla NON VALIDA (valore di Anno di Fondazione) 43 Scelta della chiavi o CHIAVI: o CODTESSERA (Primaria) o NOME,COGNOME Giocatore o CHIAVE ESTERNA: o campo Squadra della relazione Giocatore e il campo Nome d ella relazione Squadra. Squadra 44 22

23 SQL STRUCTURED QUERY LANGUAGE 45 SQL o "Structured Query Language"; ora nome proprio o E un linguaggio con varie funzionalità: o contiene sia il DDL sia il DML o Linguaggio dichiarativo, non procedurale: o si specifica su quali dati si vuole operare, non come operare; o E un modo standard per interrogare i DBMS 46 Basi di Dati 23

24 Tipi di Dato o Numerico o numeri interi (integer, int, smallint) o numeri reali a precisione differente in virgola fissa e in virgola mobile (real, float, double precision). o Stringhe o stringhe di caratteri di lunghezza fissa (char(n)) o lunghezza variabile (varchar(n)) o stringhe di bit a o Data e Ora o lunghezza fissa (bit(n)) o variabile (bitvarying(n)). o Ha dieci posizioni aventi per componenti YEAR, MONTH e DAY in vari formati o Il tipo time ha otto posizioni con i componenti HOUR, MINUTE e SECOND. o Il tipo interval permette, invece, di stabilire un valore temporale relativo 47 DDL in SQL : CREATE TABLE o CREATE TABLE crea una nuova relazione o definisce uno schema di relazione e ne crea un ist anza vuota o Specifica: o il nome della relazione o il nome ed il tipo dei suoi attributi o i vincoli intra e inter-relazionali 48 24

25 SINTASSI CREATE TABLE nometabella ( nomeattributo Dominio [Default][Vincoli] {,nomeattributo Dominio Default][Vincoli]} [,altrivincoli] ) 49 Vincoli o NOT NULL o il valore dell attributo deve essere diverso da NULL. o UNIQUE o il valore (o i valori) dell attributo (o degli attributi) specificati in una tu pla deve essere unico (vincolo generico di chiave). o PRIMARY KEY o uno o più attributi sono chiave primaria di una relazione: o per default, è not NULL e unique. o FOREIGN KEY o Permette di specificare un vincolo di integrità referenziale

26 CREATE TABLE ESEMPIO 1 CREATE TABLE Impiegato( Matricola CHAR(6) PRIMARY KEY, Nome CHAR(20) NOT NULL, Cognome CHAR(20) NOT NULL, Dipart CHAR(15), Stipendio NUMERIC(9) DEFAULT 0, FOREIGN KEY(Dipart) REFERENCES Dipartimento(NomeDip), UNIQUE (Cognome,Nome) ) Vincolo interrelazionale Vincoli intrarelazionali 51 CREATE TABLE ESEMPIO 2 CREATE TABLE ESAMI ( matstudente char(10), codicecorso char(10), voto numeric(2), data date, primary key(matstudente,codicecorso), foreign key(matstudente) references STUDENTI(matricola), foreign key(codicecorso) references CORSI(codice) ) 52 26