Introduzione. Il Modello Relazionale. Relazioni e Tabelle. Relazioni Matematiche - 1. Relazioni Matematiche - 2. Relazioni Matematiche - 3

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1 Università degli Studi di Udine Facoltà di Medicina e Chirurgia CORSO DI LAUREA IN TECNICHE DI RADIOLOGIA MEDICA PER IMMAGINI E RADIOTERAPIA Il Modello Relazionale Donatella Gubiani 10 marzo 2011 È un modello dei dati basato sui record e sui valori Proposto da E. F. Codd nel 1970 con l obiettivo di garantire l indipendenza fisica dei dati Disponibile in DBMS commerciali a partire dal 1981 (problema di combinare indipendenza fisica ed efficienza) Attualmente, la maggior parte dei DBMS commerciali si fonda sul modello relazionale Gubiani Il Modello Relazionale 1 Gubiani Il Modello Relazionale 2 Relazioni Matematiche - 1 Dalla teoria degli insiemi: Si basa sul concetto matematico di relazione Le relazioni hanno una naturale rappresentazione per mezzo di tabelle - dati D 1,...,D n (n insiemi, non necessariamente distinti) - il prodotto cartesiano D 1... D n è l insieme di tutte le n-uple (d 1,...,d n ) tali che d 1 D 1,...,d n D n - una relazione su D 1,...,D n è un sottoinsieme di D 1... D n - D 1,...,D n sono i domini della relazione Gubiani Il Modello Relazionale 3 Gubiani Il Modello Relazionale 4 Relazioni Matematiche - 2 Relazioni Matematiche - 3. Date due relazioni D 1 = {1,2} e D 2 = {a,b,c}. - il prodotto cartesiano D 1 D 2 è 1 a 1 b 1 c 2 a 2 b 2 c - un esempio di relazione r D 1 D 2 è 1 a 1 b 2 a Una relazione matematica è un insieme di ennuple (tuple) ordinate (d 1,...,d n ) tali che d 1 D 1,...,d n D n Una relazione è un insieme: - le ennuple sono tutte distinte - le ennuple non sono ordinate - ogni ennupla è ordinata Grado e cardinalità di una relazione - grado: il numero di componenti delle ennuple - cardinalità: il numero di ennuple della relazione Gubiani Il Modello Relazionale 5 Gubiani Il Modello Relazionale 6

2 Rappresentazione Posizionale Rappresentazione Non Posizionale. Juventus Lazio 1 0 Lazio Milan 1 3 Juventus Roma 2 2 Roma Milan 0 2 Stringa Stringa Intero Intero Ciascuno dei domini svolge due ruoli diversi, distinguibili attraverso la posizione A ciascun dominio viene associato un nome (attributo), che ne descrive il ruolo. SquadraCasa SquadraOspite RetiCasa RetiOspite Juventus Lazio 1 0 Lazio Milan 1 3 Juventus Roma 2 2 Roma Milan 0 2 Sia t la seconda ennupla. Si ha che t[squadraospite] = Milan Gubiani Il Modello Relazionale 7 Gubiani Il Modello Relazionale 8 Relazioni Modello Basato sui Valori - 1 Assumiamo una rappresentazione non posizionale. Una tabella rappresenta una relazione se - i valori di ogni colonna sono fra loro omogenei - le righe sono tutte diverse - i nomi delle colonne sono tutti diversi In una tabella che rappresenta una relazione, - l ordinamento delle righe è irrilevante - l ordinamento delle colonne è irrilevante Come modellare i legami fra i dati? Una base di dati relazionale è costituita da un insieme di relazioni. I legami tra tuple di relazioni diverse vengono stabiliti attraverso valori comuni Il modello relazionale è un modello basato su valori in quanto i legami fra dati appartenenti a relazioni diverse sono rappresentati per mezzo di valori (comuni) che compaiono nelle tuple Gubiani Il Modello Relazionale 9 Gubiani Il Modello Relazionale 10 Modello Basato sui Valori - 2 Definizioni - 1 Schema di una relazione e schema di una base di dati Lo schema di una relazione R con un insieme di attributi X = {A 1,...,A n } è indicato con R(X) = R(A 1,...,A n ) Lo schema di una base di dati è un insieme di schemi di relazione R = {R 1 (X 1 ),...,R k (X k )} Gubiani Il Modello Relazionale 11 Gubiani Il Modello Relazionale 12

3 Definizioni - 2 Definizioni - 3 Istanza di una relazione e istanza di una base di dati Un istanza di relazione (o relazione) su uno schema R(X) è un insieme r di tuple sull insieme di attributi X e si indica con r(r) o r R Un istanza di base di dati su uno schema R = {R 1 (X 1 ),...,R n (X n )} è un insieme di relazioni r = {r 1,...,r n }, con r i relazione su R i (X i ) per ogni i {1..n} Ennuple (di una relazione R(X)) Una ennuupla su un insieme di attributi X è una funzione che associa a ciascun attributo A in X un valore del dominio di A t[a] denota il valore della ennupla t sull attributo A Gubiani Il Modello Relazionale 13 Gubiani Il Modello Relazionale Ricevuta Numero Data Totale /10/ , /10/ ,00 Dettaglio Numero Quantità Descrizione Importo Coperti 3, Antipasti 6, Primi 12, Bistecche 18, Coperti 2, C è tutto? (C è troppo?) Gubiani Il Modello Relazionale 15 Gubiani Il Modello Relazionale Ricevuta Numero Data Totale /10/ , /10/ ,00 Dettaglio Numero Riga Quantità Descrizione Importo Coperti 3, Antipasti 6, Primi 12, Bistecche 18, Coperti 2, Ricevuta Numero Data /10/ /10/2000 Dettaglio Numero Riga Quantità Descrizione Importo Coperti 3, Antipasti 6, Primi 12, Bistecche 18, Coperti 2, Gubiani Il Modello Relazionale 17 Gubiani Il Modello Relazionale 18

4 Informazioni Incomplete Valore Nullo - 1 Il modello relazionale è semplice e potente, ma introduce un certo grado di rigidità Le informazioni contenute devono corrispondere allo schema della relazione. Se consideriamo lo schema di relazione Persone(Cognome,Nome,Indirizzo,Telefono), il valore dell attributo Telefono potrebbe non essere disponibile per tutte le tuple Non sarebbe corretto utilizzare un valore del dominio per indicare l assenza di informazione bisognerebbe poter disporre di un valore non significativo per ogni dominio (ad esempio, tale non è lo zero per il dominio degli interi) può generare confusione (è un valore significativo o denota l assenza di valore?) Si introduce la possibilità di assegnare ad un attributo un valore speciale, detto valore nullo, che denota l assenza di informazione Il valore nullo è indicato con il simbolo NULL Gubiani Il Modello Relazionale 19 Gubiani Il Modello Relazionale 20 Valore Nullo - 2 Persona Nome Cognome Indirizzo Telefono Marco Verdi Via Roma, 15 Udine Antonio Rossi NULL NULL Maria Bianchi Piazza S.Lorenzo, 5 Trieste NULL Esistono istanze di una base di dati che, pur sintatticamente corrette, non rappresentano scenari ammissibili per il dominio di interesse Il valore NULL può assumere tre significati: - il valore esiste, ma non è disponibile - il valore non esiste - non si sa se il valore esiste o meno, e, comunque, se esiste non è noto Gubiani Il Modello Relazionale 21 Gubiani Il Modello Relazionale 22 Tipi di I vincoli di integrità sono proprietà che devono essere soddisfatte dalle istanze che rappresentano scenari ammissibili per l applicazione Esistono diversi tipi di vincoli di integrità. A seconda degli elementi in essi coinvolti, distinguiamo tra: - vincoli intrarelazionali - vincoli interrelazionali I vincoli intrarelazionali sono definiti a livello di singole relazioni Si distinguono: - vincoli che coinvolgono una singola tupla (vincoli di tupla) - vincoli che coinvolgono più tuple Gubiani Il Modello Relazionale 23 Gubiani Il Modello Relazionale 24

5 Vincoli di tupla Vincolo di Chiave I vincoli di tupla sono vincoli che possono essere valutati all interno di ogni singola tupla, indipendentemente dalle altre tuple Possono essere relativi ad un singolo attributo - vincoli di dominio (Voto 18) AND (Voto 30) - vincolo NOT NULL Matricola IS NOT NULL Possono coinvolgere diversi attributi NOT(Lode="e lode") OR Voto=30 Il vincolo intrarelazionale fondamentale per il modello relazionale è il vincolo di chiave Intuitivamente, una chiave è un insieme di attributi i cui valori identificano univocamente le tuple di una relazione Formalmente, - un insieme di attributi K è superchiave di una relazione R se ogni istanza ammissibile r R non contiene due tuple distinte t 1 e t 2 con t 1 [K] = t 2 [K] - K è chiave di R se è una superchiave minimale di R, ossia se non esiste K K superchiave di R Gubiani Il Modello Relazionale 25 Gubiani Il Modello Relazionale 26 di Chiave Considerazioni sulle Chiavi Studente Matricola Cognome Nome DataNascita Corso 4323 Rossi Antonio 29/04/81 Informatica 4356 Rossi Marco 11/07/83 Informatica 4257 Neri Marco 11/07/83 Matematica 6566 Rossi Antonio 05/11/80 Ingegneria 7677 Rossi Marco 05/11/80 Matematica l insieme {Matricola} è superchiave ed è necessariamente minimale (chiave) l insieme {Matricola, Corso} è superchiave, ma non è minimale l insieme {Nome, Corso} non è superchiave l insieme {Cognome,Nome,DataNascita} è una superchiave (minimale)? Ogni relazione ha (deve avere) almeno una chiave Fra le possibili chiavi di una relazione deve essere selezionata la chiave primaria Per garantire che ogni tupla possa essere identificata univocamente, nessun attributo facente parte della chiave primaria può assumere il valore nullo Quando non è possibile trovare fra gli attributi naturali di una relazione una chiave, occorre introdurre un attributo aggiuntivo (un codice identificativo) che possa svolgere tale ruolo Gubiani Il Modello Relazionale 27 Gubiani Il Modello Relazionale 28 Referenziale - I vincoli interrelazionali coinvolgono più relazioni La più importante classe di vincoli interrelazionali sono i vincoli di integrità referenziali Informazioni codificate in relazioni diverse sono correlate attraverso l uso di valori comuni (modello basato sui valori) - valori delle chiavi primarie Infrazione Codice Data Vigile Provincia Targa inf01 10/12/2005 ag02 UD inf02 20/01/2006 ag01 PN inf03 05/10/2005 ag01 UD Auto Provincia Targa Nome Cognome UD Anna Gialli PN Marco Rossi UD Carlo Verdi Vigile Matricola Nome Cognome ag01 Mario Rossi ag02 Marco Verdi - l attributo Vigile della relazione Infrazione e la relazione Vigile - gli attributi Provincia e Targa della relazione Infrazione e la relazione Auto Gubiani Il Modello Relazionale 29 Gubiani Il Modello Relazionale 30

6 Referenziale Violazione di Referenziale - Un vincolo di integrità referenziale (o reference key) fra un insieme di attributi X di una relazione R 1 e una relazione R 2 (in taluni casi, le due relazioni possono coincidere) è soddisfatto da una coppia di istanze r 1 R 1 e r 2 R 2 se i valori su X di ciascuna tupla di r 1 compaiono come valori della chiave (primaria) di una tupla di r 2 Si noti che, fra le possibili chiavi candidate di una relazione, occorre identificare la chiave primaria (in verità, in SQL il vincolo di integrità referenziale può far riferimento ad un qualunque insieme di attributi della relazione R 2 che soddisfi il vincolo UNIQUE) Gubiani Il Modello Relazionale 31 Gubiani Il Modello Relazionale 32 Violazione di Referenziale La violazione di un vingolo di integrità referenziale può verificarsi in diverse situazioni - inserimento di una nuova tupla - eliminazione di una tupla - modifica di una tupla Diverse sono le soluzioni che possono essere adottate - rifiuto dell operazione - eliminazione in cascata - utilizzo di valori nulli (o dei valori di default) di Azione Compensativa - 1 Persona CodiceFiscale Nome Cognome RSSMRC67F78I816L Marco Rossi GLLNNA77G45K456I Anna Gialli VRDNTN56J66G878M Antonio Verdi GRGNTN81I71G987L Antonio Grigio Auto Targa Marca Modello Proprietario AG567TR Fiat Brava RSSMRC67F78I816L TR122YH Opel Vectra GLLNNA77G45K456I UD444RR Fiat Tipo VRDNTN56J66G878M PO667TR Renault Clio GLLNNA77G45K456I Se per qualche motivo la persona (GLLNNA77G45K456I, Anna, Gialli) viene eliminata dalla tabella Persona... Gubiani Il Modello Relazionale 33 Gubiani Il Modello Relazionale 34 di Azione Compensativa - 2 di Azione Compensativa può essere eseguita un eliminazione in cascata Persona CodiceFiscale Nome Cognome RSSMRC67F78I816L Marco Rossi VRDNTN56J66G878M Antonio Verdi GRGNTN81I71G987L Antonio Grigio - oppure può essere utilizzato il valore NULL Persona CodiceFiscale Nome Cognome RSSMRC67F78I816L Marco Rossi VRDNTN56J66G878M Antonio Verdi GRGNTN81I71G987L Antonio Grigio Auto Targa Marca Modello Proprietario AG567TR Fiat Brava RSSMRC67F78I816L UD444RR Fiat Tipo VRDNTN56J66G878M Auto Targa Marca Modello Proprietario AG567TR Fiat Brava RSSMRC67F78I816L TR122YH Opel Vectra NULL UD444RR Fiat Tipo VRDNTN56J66G878M PO667TR Renault Clio NULL Gubiani Il Modello Relazionale 35 Gubiani Il Modello Relazionale 36