12. Xml e basi di dati internet
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- Marta Lorenzi
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1 12. Xml e basi di dati internet Nonostante l'html (HyperText Markup Language) è ampiamente usato per la formattazione e la strutturazione dei documenti Web, non è idoneo per specificare dati strutturati che sono estratti dal db. Le applicazioni Internet forniscono interfacce Web per l'accesso ad informazioni memorizzate in uno o più db (sorgenti di dati). Un nuovo linguaggio XML (extended Markup Language) sta emergendo come standard per la strutturazione e lo scambio di dati attraverso in Web. XML invece di limitarsi a specificare solamente il modo in cui le pagine Web sono formattate per la visualizzazione sullo schermo, può essere usato per fornire informazioni riguardanti la struttura ed il significato dei dati in essi contenuti. I linguaggi per la specifica della struttura dei documenti XML sono chiamati XML DTD (Document Type Definition). Gli aspetti di formattazione sono specificati separatamente usando un linguaggio di formattazione come XSL (extended Stylesheet Language). Le informazioni memorizzate nei db sono conosciute come dati strutturati perché sono rappresentate in un formato rigido. Il DMBS si occupa di effettuare i controlli necessari affinché tutti i dati rispettino la struttura e i vincoli specificati nel db. In alcune applicazioni i dati sono raccolto con modalità ad-hoc prima ancora di sapere come dovranno essere memorizzati e gestiti. Questi dati possono avere una struttura che però può essere non identica per tutte le informazioni raccolte. Questi tipi di dati sono conosciuti come dati semi strutturati. (Esempio: i riferimenti bibliografici di libri, report tecnici, pubblicazioni su conferenze o riviste..) Nei dati semi strutturati le informazioni sullo schema sono mischiate ai dati, poiché ogni oggetto ha diversi attributi non noti in anticipo. Questi tipi di dati spesso sono detti dati auto descrittivi. Una terza categoria è conosciuta come dati non strutturati. Sono caratterizzati da una presenza molto limitata di informazioni relative ai tipi di dati. (Es: un documento di testo che contiene informazioni embedded. Le pagine Web in HTML che contengono qualche dato sono considerate come dati non strutturati). I dati semi strutturati possono essere rappresentati come grafi diretti. Le etichette (o tag) sugli archi orientati rappresentano i nomi dello schema: i nomi degli attributi, i tipi degli oggetti (o i tipi delle entità o classi), e le relazioni. I nodi interni rappresentano gli oggetti individuali o gli attributi composti. I nodi foglia rappresentano i valori effettivi degli attributi di tipo semplice (atomico). Basi di dati Unisa 12.1
2 Documento HTML e dati non strutturati <html> <head>... </head> <body> <h1>elenco dei progetti aziendali...</h1> <h2>il progetto Prodotto1:</h2> <table width= 80% border= 0 > <tr> <td>john Smith</td> <td>33 ore settimanali</td> </tr> <tr> <td>james English</td> <td>12 ore settimanali</td> </tr>... </table>... </body> </html> HTML utilizza un numero elevato di tag predefiniti che specificano dei comandi per la formattazione dei documenti Web: Tag di delimitazione del documento <html>... Intestazione del documento <head>... Corpo <body>... Stili di intestazione <h1>... Tabelle <table>...<tr>...<td>... Attributi width...border... In XML l'oggetto base è il documento XML. Due concetti fondamentali vengono usati per costruire un documento XML: elementi ed attributi. In XML gli attributi forniscono informazioni aggiuntive per descrivere gli elementi rispetto l'html. Vi sono ulteriori concetti come: entità, gli identificatori, e i riferimenti. Come per l'html, gli elementi sono identificati dai loro tag di inizio e tag di fine. I nomi dei tag sono racchiusi tra <...>, mentre i tag di fine sono caratterizzati da uno slash </...>. Gli elementi complessi vengono costruiti in modo gerarchico, mentre gli elementi semplici contengono solamente valori. È facile notare la corrispondenza tra la rappresentazione testuale dell'xml e la struttura ad albero. Nella rappresentazione ad albero: i nodi interni rappresentano gli elementi complessi, i nodi foglia rappresentano gli elementi semplici. Per questo motivo il modello XML è chiamato modello ad albero o modello gerarchico. I documenti XML possono essere classificati in tre tipi principali: 1. Documenti XML incentrati sui dati: questi documenti possiedono molti dati di dimensioni ridotte che seguono una struttura specifica e possono provenire da un db strutturato. Sono formattati come documenti XML in modo da essere scambiati e visualizzati sul Web. 2. Documenti XML incentrati sul documento: questi sono documenti con grandi quantità di testo (libri ed articoli). Possono esser presenti pochi dati strutturati. 3. Documenti XML ibridi: Questi documenti possono possedere parti contenenti dati strutturati Basi di dati Unisa 12.2
3 e altri costituiti principalmente da testo o da dati non strutturati. Un documento XML ben formato (Well-Formed) deve iniziare con la dichiarazione XML per indicare la versione XML utilizzata ed ogni altro attributo rilevante, deve seguire le linee-guida sintattiche del modello ad albero. Deve esserci un unico elemento radice, ed ogni elemento deve contenere una coppia dei tag di inizio e fine correlati tra loro, contenuta tra i tag dell'elemento padre. Un documento XML well-formed è sintatticamente corretto. Questo gli permette di essere elaborato da processori generici che attraversano il documento e creano una rappresentazione interna ad albero. Esistono due tipi di parser: DOM (Document Object Model): Permette ai programmi di manipolare la rappresentazione ad albero risultante dall'elaborazione di un documento XML ben formato. L'intero documento deve essere parsato completamente per poter essere usato. SAX: Permette di processare il documento XML al volo notificando al programma che esegue il processo l'individuazione di ogni tag di inizio e di fine. Invece, un documento XML valido ha caratteristiche più stringenti. In questo caso il documento deve essere well-formed, e in più i nomi degli elementi usati nelle coppie di tag di inizio e di fine devono seguire la struttura specificata in un file DTD (Document Type Definition) o XML schema. relazioni tra XML e DTD Senza DTD : <?XML version="1.0" standalone= yes?> <NEWSPAPER>.. </NEWSPAPER> DTD esterno: <?XML version="1.0" standalone= no?> <!DOCTYPE NEWSPAPER SYSTEM newspaper.dtd > <NEWSPAPER>.. </NEWSPAPER> DTD interno: <?XML version="1.0" standalone="no"?> <!DOCTYPE NEWSPAPER [ <!ELEMENT NEWSPAPER(...)>... ]> <NEWSPAPER>... </NEWSPAPER> Un * che segue il nome dell"elemento significa che l'elemento può essere ripetuto zero o più volte nel documento. Questo può essere chiamato elemento a valore multiplo (ripetuto) opzionale. Un + che segue il nome dell"elemento significa che l'elemento può essere ripetuto una o più volte nel documento. Questo può essere chiamato elemento obbligatorio a valore multiplo (ripetuto). Un? che segue il nome dell"elemento significa che l'elemento può essere ripetuto zero o una volta. Questo può essere chiamato elemento a valore singolo (non ripetuto) opzionale. Un elemento presente senza nessuno dei tre simboli precedenti deve comparire esattamente una volta all'interno del documento. Questo sono elementi a valore singolo (non ripetuti) necessari. Il tipo di un elemento viene specificato tra parentesi di seguito all'elemento stesso. Se le parentesi comprendono nomi di altri elementi, questi ultimi sono i figli dell'elemento nella struttura ad albero. Se le parentesi includono la parola chiave #PCDATA o uno degli altri tipi di dati disponibili in un Basi di dati Unisa 12.3
4 DTD XML, l'elemento è un nodo foglia. PCDATA (Parsed Character DATA) è analogo al tipo di dati stringa. Le parentesi (, ) possono essere annidate nella specifica degli elementi. Un simbolo barra ( e1 e2 ) specifica che nel documento può comparire l'elemento e1 o e2. Occorrenze di un sottoelemento : 1 volta <!ELEMENT PRODOTTO (DESCRIZIONE)> 1 o più volte <!ELEMENT LISTA (PRODOTTO+)> 0 o più volte <!ELEMENT LISTA (PRODOTTO*)> 0 o 1 volta <!ELEMENT PRODOTTO (DESCRIZIONE?)> Modelli di contenuto: Elementi con un elemento figlio: <!ELEMENT PRODOTTO (DESCRIZIONE)> Es: <PRODOTTO> <DESCRIZIONE>...</DESCRIZIONE> </PRODOTTO> Elementi con una sequenza di elementi figli: <!ELEMENT MAIL (TO, FROM, TITLE, BODY)> Es: <MAIL> <TO>...</TO> <FROM>...</FROM> <TITLE>...</TITLE> <BODY>...</BODY> </MAIL> Elementi con contenuto di tipo PCDATA: <!ELEMENT DESCRIZIONE (#PCDATA)> Es: <DESCRIZIONE> Un testo qualsiasi </DESCRIZIONE> Contenuto alternativo: <!ELEMENT ARTICOLO (TESTO FOTO)> Es: <ARTICOLO><TESTO>.. </TESTO></ARTICOLO> <ARTICOLO><FOTO>.. </FOTO><ARTICOLO> Contenuto misto: <!ELEMENT ARTICOLO (#PCDATA FOTO)*> Es: <ARTICOLO> testo </ARTICOLO> <ARTICOLO><FOTO>.. <FOTO><ARTICOLO> Elementi vuoti: <!ELEMENT ARTICOLO EMPTY)> Es: <ARTICOLO/> Contenuto arbitrario: <!ELEMENT NOTA ANY)> Es: <NOTA> del testo libero</nota> <NOTA> <AUTORE>Luca</AUTORE> del testo libero</nota> Esempio. DTD: <!ELEMENT ELENCO (PRODOTTO+)> <!ELEMENT PRODOTTO (DESCRIZIONE, PREZZO?)> <!ELEMENT DESCRIZIONE (#PCDATA)> <!ELEMENT PREZZO (#PCDATA)> Ecco un documento che rispetta questa DTD: <elenco> <prodotto codice= 123 > <descrizione> Forno </descrizione> <prezzo> </prezzo> </prodotto> <prodotto codice= 432 > <descrizione> Frigo </descrizione> </prodotto> </elenco> Nella DTD, una parte è riservata anche alla dichiarazione degli attributi. Per ogni elemento la DTD Basi di dati Unisa 12.4
5 dice quali attributi può avere, che valori può assumere ciascun attributo e se esiste e qual è il valore di default. Esempio di dichiarazione di attributo: <!ATTLIST PRODOTTO codice ID #REQUIRED label CDATA #IMPLIED status (disponibile terminato) disponibile > I tipi di attributi possibili per la DTD sono: CDATA: dati di tipo carattere (val1 val2 val3): un valore della lista ID: identificatore IDREF, IDREFS: valore di un attributo di tipo ID nel documento (o insieme di valori) ENTITY, ENTITIES: nome (nomi) di entità NMTOKEN, NMTOKENS: caso ristretto di CDATA (una sola parola o insieme di parole) codice I vincoli sugli attributi vengono espressi con le parole chiave: #REQUIRED: il valore deve essere specificato #IMPLIED: il valore può mancare #FIXED valore : se presente deve coincidere con valore Esempio. <!ELEMENT FAX (..)> <!ATTLIST FAX Mittente CDATA #FIXED Politecnico di Milano"> Si può specificare un valore come default, usato quando l'attributo è mancante: <!ELEMENT SCONTO EMPTY> <!ATTLIST SCONTO Valore CDATA 10"> <SCONTO/> vale 10 <SCONTO valore= 15 /> vale 15 Esempio. Newspaper <!DOCTYPE NEWSPAPER [ <!ELEMENT NEWSPAPER (ARTICLE+)> <!ELEMENT ARTICLE (HEADLINE,BYLINE,LEAD,BODY,NOTES)> <!ELEMENT HEADLINE (#PCDATA)> <!ELEMENT BYLINE (#PCDATA)> <!ELEMENT LEAD (#PCDATA)> <!ELEMENT BODY (#PCDATA)> <!ELEMENT NOTES (#PCDATA)> <!ATTLIST ARTICLE AUTHOR CDATA #REQUIRED> <!ATTLIST ARTICLE EDITOR CDATA #IMPLIED> <!ATTLIST ARTICLE DATE CDATA #IMPLIED> <!ATTLIST ARTICLE EDITION CDATA #IMPLIED> ]> Se vuoi, alla slide 24 c'è un'altro esempio chiamato Projects. Limitazioni degli XML DTD I tipi di dati inclusi nel DTD non sono molto generali. Le DTD hanno una loro sintassi e richiedono processori particolari. Sarebbe un vantaggio specificare gli schemi dei documenti XML utilizzando Basi di dati Unisa 12.5
6 le regole sintattiche di XML. In tal caso gli stessi processori per i documenti XML possono processare le descrizioni degli schema XML. Tutti gli elementi nella DTD sono sempre obbligati a seguire l'ordine particolare del documento: Non sono permessi elementi non ordinati. XML SCHEMA Scopo: Definire gli elementi e la composizione di un documento XML in modo più preciso del DTD. Un XML Schema definisce regole riguardanti: Elementi Attributi Gerarchia degli elementi Sequenza di elementi figli Cardinalità di elementi figli Tipi di dati per elementi e attributi Valori di default per elementi e attributi XML Schema = insieme di elementi XML standard per definire schemi di documenti detti XSD. XSD (XML Schema Definition) = schema di un tipo di documenti. gli XSD sono: Estendibili (ammettono tipi riusabili definiti dall'utente). In formato XML. Più ricchi e completi dei DTD. Capaci di supportare tipi di dati diversi da PCDATA. Capaci di gestire namespace multipli. Ecco un esempio di documento XML con riferimento a xsd: <?xml version="1.0"?> <note xmlns=" xmlns:xsi=" xsi:schemalocation= > <to> Tove </to> <from> Jani </from> <head> Reminder </head> <body> Don"t forget me this weekend! </body> </note> Note: xmlns: namespace di default. xmlns:xsi: URI (Universal Resource Identifier) che introduce l'uso dei tag di XML Schema. xsi:schemalocation: dichiara dove reperire il file XSD (sempre attraverso URI). È necessario identificare il particolare insieme di elementi (tag) del linguaggio XML schema usati specificando un file memorizzato in un sito Web. La seconda linea nel prossimo esempio specifica il file usato. In particolare " ogni definizione di questo tipo è detta namespace XML. Il nome del file è assegnato alla variabile xs usando l'attributo xmlns (XML namespace), e questa variabile è usata come prefisso di tutti i comandi di XML schema. Esempio di XML Schema <?xml version="1.0"?> <xs:schema xmlns:xs=" <xs:element name="note"> <xs:complextype> Basi di dati Unisa 12.6
7 <xs:sequence> <xs:element name="to" type="xs:string"/> <xs:element name="from" type="xs:string"/> <xs:element name="head" type="xs:string"/> <xs:element name="body" type="xs:string"/> </xs:sequence> </xs:complextype> </xs:element> </xs:schema> xs: namespace per Xschema (contiene tutti i tag XSD) Elementi semplici Possono contenere solo testo (no elementi o attributi). Forme di dichiarazione: <xs:element name="nome" type="tipo"/> <xs:element name="nome" type= tipo default= mario /> <xs:element name="nome" type= tipo fixed= mario /> i tipi possibili sono stringhe, numerici, date, time, boolean, ecc.. Esempi di definizione di elementi semplici in XSD: <xs:element name= età type= xs:integer /> <xs:element name= cognome type= xs:string /> Esempi di elementi semplici XML: <età> 65 </età> <cognome> Rossi </cognome> Definizione di attributi: <xs:attribute name="name" type="type"/> <xs:attribute... default fixed= xyz use= required optional /> dafault fixed: Valore di default o fisso required optional: obbligatorio o opzionale Esempio di definizione di attribute: <xs:attribute name= lang type= xs:string /> Esempio di uso di un attributo: <lastname lang= it > qwerty </lastname> Le restrizioni consentono di dichiarare vincoli sui valori di un tipo elementare (detti tipi base): <xs:element name="age"> <xs:simpletype> <xs:restriction base="xs:integer"> <xs:mininclusive value="0"/> <xs:maxinclusive value="100"/> </xs:restriction> </xs:simpletype> </xs:element> Basi di dati Unisa 12.7
8 L'enumerazione è un particolare tipo di restrizione che consente di enumerare i valori di un elemento o attributo: <xs:element name="car"> <xs:simpletype> <xs:restriction base="xs:string"> <xs:enumeration value="audi"/> <xs:enumeration value="golf"/> <xs:enumeration value="bmw"/> </xs:restriction> </xs:simpletype></xs:element> Elementi complessi Esistono quattro tipi di elementi complessi: Vuoti (empty) Contenenti solo altri elementi. Contenenti solo testo. Contenenti testo e/o altri elementi. Sintassi per definire elementi complessi: <xs:element name="name"> <xs:complextype>.. element content.. </xs:complextype> </xs:element> Costrutto Sequence. Sequenza (record): gli elementi devono apparire nell'ordine indicato. <xs:element name="libro"> <xs:complextype> <xs:sequence> <xs:element name="titolo type="xs:string"/> <xs:element name="autore" type="xs:string" maxoccurs="unbounded"/> </xs:sequence> </xs:complextype> </xs:element> La sequenza può contenere sia sottoelementi che attributi. Costrutto All. Come la sequenza ma gli elementi possono apparire nel documento in qualsiasi ordine: <xs:element name="libro"> <xs:complextype> <xs:all> <xs:element name="titolo type="xs:string"/> <xs:element name="autore" type="xs:string" maxoccurs="unbounded"/> </xs:all> </xs:complextype> </xs:element> Basi di dati Unisa 12.8
9 Costrutto Choice. Sequenza (OR): <xs:element name="parte"> <xs:complextype> <xs:choice> <xs:element name="capitolo" type="xs:string" maxoccurs="unbounded"/> <xs:element name="appendice" type="xs:string" maxoccurs="unbounded"/> </xs:choice> </xs:complextype> </xs:element> Gli elementi interni appaiono in alternativa nel documento. Elementi empty. Gli elementi senza sottoelementi interni si dichiarano come complex type privi di sottoelementi (element): <xs:element name="product"> <xs:complextype> <xs:attribute name="prodid type="xs:integer"/> </xs:complextype> </xs:element> La specifica della cardinalità indica la cardinalità dei sotto-elementi. La sintassi prevede l'uso di due attributi: maxoccurs: max numero di occorrenze. minoccurs: min numero di occorrenze. Per gli elementi multivalore si deve impostare: maxoccurs= unbounded. Per i valori nulli si deve impostare: minoccurs = 0 Se non specificati: default = 1 <xs:element name="person"> <xs:complextype> <xs:sequence> <xs:element name="full_name" type="xs:string"/> <xs:element name="child_name" type="xs:string" maxoccurs="10" minoccurs="0"/> </xs:sequence> </xs:complextype> </xs:element> Xml Schema consente di definire tipi e riusarli per tipare attributi e definire altri tipi. ATTENZIONE: Definizione di tipo, non di elemento!! <xs:complextype name="personinfo"> <xs:sequence> <xs:element name="firstname" type="xs:string"/> <xs:element name="lastname" type="xs:string"/> </xs:sequence> </xs:complextype> Basi di dati Unisa 12.9
10 Riuso del tipo, per definire elementi/attributi: <xs:element name="employee" type="personinfo"/> <xs:element name="student" type="personinfo"/> <xs:attribute name="member" type="personinfo"/> Annotations and documentation Gli elementi xsd:annotation e xsd:documentation sono utilizzati per fornire commenti ed altre descrizioni nel documento XML. L'attributo xml:lang dell'elemento xsd:documentation specifica che il linguaggio usato ( en specifica la lingua inglese). Per specificare una chiave primaria è utilizzato il tag xsd:key. Per specificare le chiavi esterne è usato il tag xsd:keyref. Quando si specifica una chiave esterna, l'attributo refer del tag xsd:keyref indica la chiave primaria riferita mentre i tag xsd:selector and xsd:field specificano il tipo dell'elemento riferito e la chiave esterna. Documenti XML e Basi di dati Approcci alla memorizzazione di documenti XML. 1. Utilizzo di un DBMS per la memorizzazione dei documenti in formato testuale: possiamo usare un DBMS relazionale o ad oggetti per memorizzare l'intero documento XML come campi di testo all'interno dei suoi record o dei suoi oggetti. Questo approccio può essere usato se il DBMS ha un modulo speciale per processare i documenti, e può essere adottato per memorizzare documenti XML senza schema e incentrati sui documenti. 2. Utilizzo di un DBMS per la memorizzazione dei documenti come dati: questo approccio può funzionare per la memorizzazione di una collezione di documenti conformi a uno specifico XML DTD o XML schema. Poiché tutti i documenti hanno la stessa struttura, possiamo è possibile progettare un DB relazionale (o a oggetti) per memorizzare gli elementi di livello foglia all'interno dei documenti XML. 3. Progettazione di un sistema specializzato per la memorizzazione di dati XML nativi: si potrebbe progettare ed implementare un nuovo tipo di sistema di DB basato sul modello gerarchico (ad albero). Il sistema dovrebbe comprendere speciali tecniche di indicizzazione ed interrogazione e funzionare per tutti i tipi di documenti XML. 4. Creazione o pubblicazione do documenti XML personalizzati a partire da DB relazionali preesistenti: siccome ci sono enormi quantità di dati già memorizzate in DB relazionali, alcune parti potrebbero necessitare di essere formattate come documenti per lo scambio o la visualizzazione sul Web. Supponiamo che un applicazione necessita di estrarre documenti XML per le informazioni sugli studenti, sugli insegnamenti e sulle votazioni del database university. I dati necessari per questi documenti sono contenuti negli attributi delle entità del DB di tipo course, section, and student (come mostrato nel prossimo esempio), e delle relazioni s-s and c-s sussistenti tra essi. La maggior parte dei documenti estratti da un DB utilizza solamente un sottoinsieme di attributi, di tipi entità e relazioni. Nel nostro caso il sottoinsieme del DB: Basi di dati Unisa 12.10
11 Illustrazione 1: Lo schema E-R per il database University Dal sottoinsieme del DB possono essere estratte almeno tre possibili gerarchie di documenti. Come radice è possibile scegliere course. In tal caso ogni entità course ha come sottoelementi l'insieme dei suoi moduli, i quali, a loro volta hanno come sottoelementi i loro studenti. Una conseguenza di questa modellazione in struttura ad albero gerarchico consiste nel fatto che se uno studente ha conseguito più moduli, allora le sue informazioni compariranno più volte all'interno del documento. Una delle possibili gerarchie che può essere estratta dal sottoinsieme del DB scegliendo COURSE come radice. Ecco un esempio di come può essere un file xml siffatto: Basi di dati Unisa 12.11
12 Proviamo a creare lo stesso albero però con Student come radice. Ogni studente possiede come elementi figli un insieme di moduli (SECTION) ed ogni modulo è padre di un insegnamento: Possiamo fondere gli elementi SECTION e COURSE. L'attributo grade migra nell'elemento SECTION. Altrimenti, potremmo creare l'albero con SECTION come radice. Le informazioni di COURSE possono essere fuse con l'elemento SECTION. L'attributo grade migra nell'elemento STUDENT. È possibile avere un sottoinsieme più complesso con uno o più cicli indicanti relazioni multiple tra le entità. In questi casi decidere il modo in cui creare le gerarchie del documento risulta più difficile. Supponiamo che abbiamo necessita delle informazioni contenute in tutti i tipi di entità e delle relazioni del DB university per un particolare documento XML con student come elemento radice. Una maniera per eliminare i cicli è quella di replicare i tipi entità coinvolti nei cicli. Prendiamo un grafo con STUDENT come elemento radice come mostrato in (1). Questa struttura presenta cicli, non è un albero. Innanzitutto, replichiamo INSTRUCTOR come mostrato in (2) chiamando l'entità replicata sulla destra INSTRUCTOR1. La copia INSTRUCTOR sulla sinistra rappresenta la relazione tra gli insegnati ed i modulo (section) che ognuno di essi insegna, mentre INSTRUCTOR1 sulla destra rappresenta la relazione tra gli insegnanti ed il dipartimento in cui ognuno di essi lavora. Esiste ancora un ciclo che coinvolge COURSE. Possiamo replicare COURSE in maniera analoga, come mostrato in (3). La replica COURSE1 sulla sinistra rappresenta la relazione tra i corsi ed i propri moduli (section), mentre la replica COURSE Basi di dati Unisa 12.12
13 sulla destra rappresenta la relazione tra i corsi ed i dipartimenti che propongono ogni corso. Interrogazioni in XML Tra le varie proposte avanzate come linguaggi di interrogazione XML sono emersi due standard: 1. XPath che fornisce dei costruttori di linguaggio per la specifica di path expression volti ad identificare determinati nodi (elementi) che corrispondono a particolari pattern contenuti nel documento XML. 2. XQuery è un linguaggio di interrogazione più generale che utilizza le espressioni XPath ma che possiede costrutti aggiuntivi. XPath Una espressione XPath ritorna una collezione di nodi (elementi) che soddisfa determinati pattern in essa specificati. I nomi nella espressione XPath sono i nomi dei nodi contenuti nel nell'albero del documento XML, che possono essere i nomi di tag (elementi) o nomi di attributi, possibilmente con l'aggiunta di condizioni di qualifica volte a limitare ulteriormente i nodi che soddisfano i pattern. Nella specifica di un path sono utilizzati due separatori: lo slash (/) singolo ed il doppio slash (//): Lo slash singolo prima di un tag specifica che quel tag deve essere un figlio diretto del tag precedente (padre), mentre il doppio slash indica che il tag può essere un discendente di qualunque livello. È consuetudine includere il nome del file in ogni interrogazione Xpath in modo da permettere di specificare qualsiasi nome di file o nome di percorso che specifica un file presente nel Web. Es: se è il documento XML COMPANY, allora doc( => espressione Xpath L'idea è di usare una sintassi simile a quella dei pathname dei file per navigare la struttura ad albero di un documento. Una espressione XPath è una stringa contenente nomi di elementi e operatori di navigazione e selezione:. Nodo corrente.. Nodo padre del nodo corrente / nodo radice, o figlio del nodo corrente // discendente del nodo attributo del nodo corrente * qualsiasi nodo [p] predicato (se l'espressione p, valutata, ha valore booleano) [n] posizione (se l'espressione n, valutata, ha valore numerico) Basi di dati Unisa 12.13
14 Esempio: il file libri.xml <?xml version="1.0"?> <Elenco> <Libro disponibilità="s"> <Titolo>Il Signore degli Anelli</Titolo> <Autore>J.R.R. Tolkien</Autore> <Data>2002</Data> <ISBN> </ISBN> <Editore>Bompiani</Editore> </Libro> <Libro disponibilità="n"> <Titolo>Il nome della rosa</titolo> <Autore>Umberto Eco</Autore> <Data>1987</Data> <ISBN> </ISBN> <Editore>Bompiani</Editore> </Libro> <Libro disponibilità="s"> <Titolo>Il sospetto</titolo> <Autore>F. Dürrenmatt</Autore> <Data>1990</Data> <ISBN> </ISBN> <Editore>Feltrinelli</Editore> </Libro> </Elenco> Una path expression può iniziare con doc(posizione_documento) e restituisce l'elemento radice del documento specificato e tutto il suo contenuto: doc( libri.xml ). A partire dalla radice del documento si possono specificare delle espressioni per estrarre il contenuto desiderato. Es: doc( libri.xml )/Elenco/Libro Restituisce la sequenza di tutti gli elementi di tipo Libro contenuti nel documento libri.xml: <Libro disponibilità= S > <Titolo>Il Signore degli Anelli</Titolo> <Autore>J.R.R. Tolkien</Autore> <Data>2002</Data> <ISBN> </ISBN> <Editore>Bompiani</Editore> </Libro> <Libro disponibilità= N > <Titolo>Il nome della rosa</titolo> <Autore>Umberto Eco</Autore> <Data>1987</Data> <ISBN> </ISBN> <Editore>Bompiani</Editore> </Libro> <Libro disponibilità= S > <Titolo>Il sospetto</titolo> <Autore>F. Dürrenmatt</Autore> <Data>1990</Data> <ISBN> </ISBN> <Editore>Feltrinelli</Editore> </Libro> Basi di dati Unisa 12.14
15 Es: doc ( libri.xml )/Elenco/Libro[Editore= Bompiani ]/Titolo Restituisce la sequenza di tutti i titoli dei libri dell'editore Bompiani che si trovano nel documento. Risultato: <Titolo>Il Signore degli Anelli</Titolo> <Titolo>Il nome della rosa</titolo> Es: doc( libri.xml )//Autore Restituisce la sequenza di tutti gli autori che si trovano nel documento libri.xml, annidati a qualunque livello. Risultato: <Autore>J.R.R. Tolkien</Autore> <Autore>Umberto Eco</Autore> <Autore>F. Dürrenmatt</Autore> Es: doc ( libri.xml )/Elenco/Libro[2]/* Restituisce tutti i sottoelementi (*) contenuti nel secondo libro del documento libri.xml. Risultato: <Titolo>Il nome della rosa</titolo> <Autore>Umberto Eco</Autore> <Data>1987</Data> <ISBN> </ISBN> <Editore>Bompiani</Editore> (vedi esempi di Xpath alle slide della lezione 12). XQuery XQuery usa le espressioni XPath ma ha ulteriori costrutti. Si basa su XPath per identificare frammenti XML; È basato sulla elaborazione di sequenze di nodi. Una interrogazione XQuery è un'espressione complessa che consente di estrarre parti di un documento e costruire un altro documento. XQuery permette di specificare di interrogazioni più generali su uno o più documenti XML. La forma tipica di una interrogazione XQuery è conosciuta come espressione FLWR, FLWR indica le quattro principali clausole di XQuery ed hanno il seguente formato: FOR < itera i valori delle variabili su sequenze di nodi > LET < variabili legate a collezioni di nodi > WHERE < esprime condizioni di qualificazione sui legami > RETURN < specificazione del risultato dell interrogazione > For Es: for $libro in doc( libri.xml )//Libro return $libro La clausola for valuta la path expression, che restituisce una sequenza di elementi, e la variabile $libro itera all'interno della sequenza, assumendo ad ogni iterazione il valore di un nodo (libro) Basi di dati Unisa 12.15
16 diverso. La clausola return costruisce il risultato, in questo caso l'interrogazione restituisce semplicemente ogni valore legato a $libro - cioè di tutti i libri del documento. Le espressioni FOR possono essere annidate: for $libro in doc( libri.xml )//Libro for $autore in $libro/autore return $autore Semantica: per ogni valore di $libro (libro), per ogni valore di $autore (un autore del libro corrente), inserisci nel risultato l'autore legato a $autore. Let Consentono di introdurre nuove variabili: let $libri := doc( libri.xml )//Libro return $libri La clausola let valuta l'espressione (//Libro) e assegna alla variabile $libri l'intera sequenza restituita. La valutazione di una clausola let assegna alla variabile un singolo valore: l'intera sequenza dei nodi che soddisfano l'espressione. La query dell'esempio precedente è esprimibile come: for $libro IN doc( libri.xml )//Libro let $a := $libro/autore (: $a vale l intera sequenza degli autori del libro :) return $a Where La clausola WHERE esprime una condizione: solamente le tuple che soddisfano tale condizione vengono utilizzate per invocare la clausola RETURN. Le condizioni nella clausola WHERE possono contenere diversi predicati connessi da AND e OR. Il not() è realizzato tramite una funzione che inverte il valore di verità. Es: for $libro in doc ( libri.xml )//Libro where $libro/editore= Bompiani and $libro/@disponibilità= S return $libro Restituisce tutti i libri pubblicati da Bompiani che sono disponibili. Return Genera l'output di un'espressione FLWR che può essere: Un nodo <Autore>F. Dürrenmatt</Autore> Un foresta ordinata di nodi <Autore>J.R.R. Tolkien</Autore> <Autore>Umberto Eco</Autore> <Autore>F. Dürrenmatt</Autore> Un valore testuale (PCDATA) F. Dürrenmatt Può contenere dei costruttori di nodi, dei valori costanti, riferimenti a variabili definite nelle parti Basi di dati Unisa 12.16
17 FOR e LET, ulteriori espressioni annidate. Un costruttore di elemento consta di un tag iniziale e di un tag finale che racchiudono una lista (opzionale) di espressioni annidate che ne definiscono il contenuto. Es: for $libro in doc( libri.xml )//Libro where $libro/editore= Bompiani return <LibroBompiani> { $libro/titolo } </LibroBompiani> Con <librobompiani> indichiamo un'espressione annidata, mentre con {$libro/titolo} un nuovo elemento. Il risultato sarà <LibroBompiani><Titolo>Il Signore degli Anelli</Titolo></LibroBompiani> <LibroBompiani><Titolo>Il nome della rosa</titolo></librobompiani> Es (variante): for $libro in doc( libri.xml )//Libro where $libro/editore= Bompiani return <Libro-Bompiani> { $libro/titolo/text() } </Libro-Bompiani> La funzione text() estrae il solo contenuto PCDATA di un elemento. Risultato: <Libro-Bompiani>Il Signore degli Anelli</Libro-Bompiani> <Libro-Bompiani>Il nome della rosa</libro-bompiani> Ordinare il risultato - Es: for $libro in doc( libri.xml )//Libro order by $libro/titolo return <Libro> { $libro/titolo, $libro/editore } </Libro> I libri vengono ordinati rispetto al titolo: I matching della variabile, inizialmente generati in document order, sono riordinati prima di essere passati alla clausola return per generare il risultato. Funzioni Aggregate - Es: for $e in doc( libri.xml )//Editore let $libro := doc( libri.xml )//Libro[Editore = $e] where count($libro) > 100 return $e Restituisce gli editori con oltre 100 libri in elenco. ATTENZIONE: la cardinalità del risultato, cioè il numero di editori, dipende da quante volte è eseguita la return, e questo a sua volta dipende dalle clausole for (la clausola let non influenza tale cardinalità). Ogni editore promosso viene restituito oltre cento volte!!! Esempi XQuery sul documento XML schema di company 1. Questa interrogazione ritrova il nome ed il cognome degli impiegati che guadagnano più di La variabile $x è legata ad ogni elemento employeename figlio degli elementi employee per cui il valore di employeesalary è maggiore di Questa è un modo alternativo di ritrovare gli stessi elementi della query (1). Basi di dati Unisa 12.17
18 3. Questa query illustra un operazione di join può essere eseguita in presenza di più di una variabile. La variabile $x è legata a ogni elemento projectworker figlio del progetto numero 5, mentre la variabile $y è legata ad ogni elemento employee. La condizione di join confronta i valori ssn al fine di recuperare i nomi degli impiegati. Database Multimediali Nei prossimi anni è probabile che I sistemi informativi multimediali arrivino a dominare la vita quotidiana. Le nostre case saranno cablate con connessioni a elevata larghezza di banda per gestire applicazioni multimediali interattive. Stazioni di lavoro e TV ad alta definizione avranno accesso a molte basi di dati e biblioteche digitali che distribuiranno grandi quantità di contenuti multimediali provenienti da più fonti. I DBMS stanno subendo una continua espansione aggiungendo e supportando nuovi tipi di dati. Oggi nei sistemi in uso sono disponibili i seguenti tipi di dati multimediali: Testo: Può essere strutturato o non- strutturato. Per facilitare l'analisi dei documenti strutturati vengono usati standard come SGML (Standard Generalized Markup Language) e sue varianti come HTML e XML. Dati grafici: I dati comprendono disegni ed illustrazioni codificati usando vari standard descrittivi (es. Computer Graphics Metafile (CGM), PICT, postscript). Immagini: Comprendono disegni, fotografie etc..., codificati in formati standard come bitmap JPEG, e MPEG. La compressione è incorporata nel formato JPEG e MPEG. Queste immagini non sono suddivise in componenti. Quindi l'esecuzione di interrogazioni basate sul contenuto (es. trovare tutte le immagini che contengono cerchi) non è affatto banale. Animazioni: Sequenze temporali di immagini o dati grafici. Video: Serie di dati fotografici in sequenza temporale presentati secondo una determinata cadenza (es. 30 frame per secondo). Audio strutturato: Una sequenza di componenti audio comprendenti note, tono, durata, etc... Audio: Dati sonori creati da registrazioni audio in una stringa di bit in forma digitalizzata. Le registrazioni analogiche tipicamente sono convertite in digitale prima della Basi di dati Unisa 12.18
19 memorizzazione. Dati multimediali misti o composti: Una combinazione di tipi di dati multimediali come audio e video che possono essere fisicamente mescolati ottenendo un nuovo formato di memorizzazione, oppure mescolati logicamente in modo da conservare i formati ed i dati originali. I dati composti contengono anche delle informazioni aggiuntive di controllo che descrivono come devono essere rese (rendering) le informazioni. I dati multimediali possono essere memorizzati, trasmessi, e utilizzati in molti modi diversi. Le applicazioni possono essere divise in categorie in base alle loro tecniche di gestione dei dati, come mostrato di seguito: Applicazioni che gestiscono Repository: Una grande quantità di dati multimediali (insieme ai relativi metadati) viene raccolta e memorizzata per scopi di ricerca. Un repository centralizzato è gestito da un DBMS che organizza i dati in una gerarchia di livelli di memorizzazione: dischi locali, nastri magnetici,... Esempi includono repository di immagini satellitari, disegni e progetti meccanici, fotografie spaziali e immagini radiologiche acquisite con lo scanner. Applicazioni di presentazione: Molte applicazioni richiedono la trasmissione di dati multimediali soggetti a vincoli temporali. Il DBMS deve trasmettere i dati con una cadenza precisa in modo da mantenere le condizioni ottimali di ascolto o visualizzazione. I dati vengono consumati non appena sono trasmessi (a differenza delle applicazioni che gestiscono repository). Es: semplici visualizzazioni di dati video richiedono un sistema che simuli le funzionalità di un videoregistratore., presentazioni multimediali complesse ed interattive devono assicurare un coordinamento per controllare l'ordine di recupero dei componenti in serie o in parallelo; gli ambienti interattivi devono fornire funzioni quali quelle per l'analisi in tempo reale o le annotazioni (in tempo reale) di dati audio e video. Lavoro collaborativo attraverso l uso di informazioni multimediali: Si tratta di una nuova categoria di applicazioni per l'esecuzione di compiti di progettazione complessi: integrando varie parti dei disegni dei progetti, creando nuova documentazione, notificando i cambiamenti, etc... Le reti sanitarie intelligenti, così come la telemedicina, permetteranno ai medici di collaborare tra loro, analizzando dati multimediali e informazioni relativi ai pazienti in tempo reale non appena vengono creati. Le applicazioni multimediali che trattano migliaia di immagini, documenti, spezzoni audio e video e dati di testo in formato libero dipendono in modo critico dalla appropriata modellazione della struttura e del contenuto dei dati, nonché dalla progettazione di schemi di basi di dati atti alla memorizzazione e al reperimento delle informazioni multimediali. I sistemi informativi multimediali sono molto complessi e presentano un gran numero di aspetti problematici di seguito elencati: Modellazione: Vi sono problemi relativi a come trattare gli oggetti complessi, costituiti da tipi di dati eterogenei come dati numerici, testi e grafica (immagini generate dal computer), immagini grafiche animate, flussi audio e sequenze video. Progettazione: Il progetto concettuale, logico e fisico di DB multimediali non è stato completamente affrontato e rimane un'attiva area di ricerca. Memorizzazione: la memorizzazione dei dati multimediali sui dispositivi standard come dischi presenta problemi di rappresentazione, compressione, ripartizione su gerarchie di dispositivi, archiviazione e gestione del buffer le operazioni di input/output. Nei DBMS la funzionalità BLOB (Binary Large Object) consente di memorizzare e recuperare mappe di bit (bitmap) non tipizzate. Interrogazioni e reperimento: Tipicamente le basi di dati per reperire informazioni i basano sui linguaggi di interrogazione e sulle strutture interne. Nell'information retrieval, Basi di dati Unisa 12.19
20 ci si basa su parole chiave e termini indice predefiniti. Per le immagini, dati video ed audio questa ipotesi non è sempre giustificata e apre molte questioni tra cui la formulazione efficace di interrogazioni, la loro esecuzione ed ottimizzazione. Prestazione: per le applicazioni multimediali che coinvolgono solo documenti e testo, i vincoli sulle prestazioni sono soggettivamente determinate dall'utente. Applicazioni che coinvolgono video playback o sincronizzazione audio-video, sono preponderanti le limitazioni fisiche. Es: il video deve essere trasmesso con una cadenza costante di 60 fotogrammi al secondo. Le tecniche per l'ottimizzazione delle interrogazioni possono calcolare il tempo di risposta atteso prima di eseguire l'interrogazione. L'uso della elaborazione parallela dei dati può alleviare alcuni di questi problemi. Applicazioni di basi di dati multimediali di grandi dimensioni interessano un gran numero di discipline e quindi migliorano le funzionalità esistenti: gestione di record e documenti, diffusione della conoscenza, didattica e formazione professionale, marketing, pubblicità, distribuzione, intrattenimento e viaggi, controllo e monitoraggio in tempo reale. Basi di dati Unisa 12.20
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