Modello relazionale. Basi di dati relazionali. Il modello relazionale. Modello relazionale. Schema di una relazione. Modello relazionale

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1 Modello relazionale Basi di dati relazionali Anno accademico: 2009/2010! Introdotto nel 1970! Affermatosi negli anni 80! Attualmente è il modello di DB più diffuso: probabilmente ogni DB che incontrerete sarà relazionale Ultima modifica: 4/03/ Il modello relazionale! Modello logico dei dati basato sui concetti di relazione e tabella! Relazione: nozione matematica! Tabella: rappresentazione grafica di una relazione; un concetto intuitivo Modello relazionale! Relazione = rappresentazione di un entità tramite attributi! Graficamente, una relazione può essere rappresentata da una tabella:! Colonna = attributo (oppure campo)! Riga = valore degli attributi di un individuo appartenente all entità 3 4 Modello relazionale! Garantisce indipendenza dei dati! Utenti che accedono ai dati e programmatori che sviluppano applicazioni fanno riferimento al livello logico dei dati! Cioè, agli utenti e ai programmatori, non serve sapere come i dati sono memorizzati fisicamente Schema di una relazione! Schema di una relazione = definizione della struttura della relazione! È formata dall intestazione della relazione: NomeRelazione(Attr 1,, Attr n )! Lo schema di una relazione non (dovrebbe) varia(re) nel tempo nella relazione (Matricola, Cognome, Nome, Sesso, DataDi, LuogoDi) 5 6 1

2 Istanza di una relazione! Istanza di una relazione = dati che descrivono gli individui appartenenti alla relazione (sono le righe della tabella)! Varia nel tempo (aggiunta, modifica, eliminazione dei dati riguardanti gli individui) Schema e istanza di una base di dati! Schema di una base di dati = insieme degli schemi delle relazioni (struttura)! Istanza (o stato) di una base di dati = valori dei dati nelle tabelle (record) 7 8 Linguaggi per basi di dati! Data Definition Language (DDL)= usato per definire livelli fisici, logici, esterni del DB (tratta anche le autorizzazioni di accesso)! Data Manipulation Language (DML) = per formulare interrogazioni e aggiornamenti delle istanze della base di dati Accesso ai dati! Mediante linguaggi testuali (per esempio, SQL (Structured Query Language))! Tramite comandi speciali integrati nei linguaggi di programmazione! Tramite interfacce amichevoli (per esempio, Wizards, in Access, ecc.) 9 10! Esempio:! Mediante linguaggi testuali (per esempio, SQL)!! Tramite interfacce amichevoli (per esempio, Wizards, in Access, ecc.) Accesso ai dati Un esempio di SQL: SELECT Disco,GruppoMusicale FROM Gruppi WHERE GruppoMusicale= Radiohead OR GruppoMusicale= Franz Ferdinand Relazioni e tabelle! Relazioni rappresentate graficamente come tabelle! Le righe si chiamano tuple o record risultati partite di calcio SquadraDiCasa SquadraOspitata RetiCasa Torino Lazio 3 2 Roma Milan 2 0 Juventus Roma 0 2 Roma Milan 2 1 RetiOspitata

3 Relazioni e tabelle Relazioni e tabelle! Una relazione è un insieme di tuple: Torino Lazio 3 2 Roma Milan 2 0 Juventus Roma 0 2 Roma Milan 2 1 Sequenza di caratteri (stringa) Numero naturale (intero) Insieme: collezione di elementi L ordine degli elementi non è importante Un insieme non contiene duplicati! le tuple della relazione devono essere distinte (no righe ripetute in tabella)! le tuple non sono tra loro ordinate (tabelle con stesse righe ordinate in modo diverso rappresentano la stessa relazione) Relazioni con attributi! Attributi! Usiamo nome di attributo per identificare le rispettive componenti delle tuple! In una tabella: attributo intestazione di colonne della tabella! SquadraDiCasa, SquadraOspitata, RetiCasa, RetiOspitata Relazioni con attributi SquadraDiCasa SquadraOspitata RetiCasa RetiOspitata Torino Lazio 3 2 Roma Milan 2 0 Juventus Roma 0 2 Roma Milan Relazioni e Basi di Dati Relazioni e Basi di Dati! Un DB è solitamente costituito da più relazioni le cui tuple contengono valori comuni (usati per stabilire corrispondenza tra tuple) relazioni che descrivono studenti, esami e corsi Studente Voto Corso Matricola Cognome Nome Data Rossi Maria 25/11/ Neri Anna 23/04/ Verdi Fabio 12/02/ Rossi Luca 10/10/1981 Corsi Codice Titolo Docente 01 Analisi Giani 03 Chimica Melli 04 Chimica Belli Bruni Mario 01/12/

4 Relazioni e Basi di Dati! Sono ammissibili relazioni con un solo attributo Lavoratori Matricola ! Si possono rappresentare informazioni complesse mediante relazioni diverse 19 Perché non si usa un unica tabella per l intero DB? per evitare ridondanza. Es.: Congiuntamente, le tabelle e contengono le stesse informazioni della tabella iniziale, ma senza ridondanze 20 Schemi di relazioni e di DB! Schema di relazione: R(X)! Costituita da simbolo R (nome della relazione) e dall insieme dei nomi di attributi X={A 1,,A n }! (Studente,Voto,Corso) Studente Voto Corso Schemi di relazioni e di DB! Schema di base di dati: D={R 1 (X 1 ),, R n (X n )}! Insieme di schemi di relazioni Le relazioni sono identificate per nome i nomi devono essere diversi! Università = { (Matricola,Cognome,Nome,Data), (Studente,Voto,Corso), Corso(Codice,Titolo,Docente) } 22 Schemi di relazioni e di DB Esempi di relazioni! Istanza di relazione (o semplicemente relazione) su schema R(X)! Insieme r di tuple su X! Istanza di base di dati (o semplicemente base di dati) su schema D={R 1 (X 1 ),,R n (X n )}! Insieme d di relazioni d={r 1,,r n } dove ogni r i è una relazione sullo schema R i (X i ) DA MARIO Ricevuta n Del 5/2/04 3 coperti 3,00 2 antipasti 6,00 3 primi 12,00 2 bistecche 18,00 Totale 39,00 DA MARIO Ricevuta n Del 7/2/04 2 coperti 2,00 1 antipasti 3,00 2 primi 8,00 2 orate 14,00 2 caffè 2,00 Totale 29,00 DA MARIO Ricevuta n Del 13/2/04 3 coperti 3,00 2 antipasti 6,00 3 primi 14,00 1 Orate 18,00 1 Caprese 2,00 2 Caffè 2,00 Totale 45,

5 Esempi di relazioni Esempi di relazioni! Le ricevute hanno una struttura che prevede alcune informazioni fisse! Numero, data e totale! e un numero di righe variabile 25 Dettaglio Ricevute Num Data Totale /2/04 39, /2/04 29, /2/04 45,00 Num Qtà Descr Importo Coperti 3, Antipasti 6, Primi 12, Bistecche 18, Coperti 2, Antipasti 3, Primi 8, Orate 14, Caffè 2, Coperti 3, Antipasti 6, Primi 14, Orate 18, Caprese 2, Caffè 2,00 26 Esempi di relazioni! La base di dati nella slide precedente rappresenta correttamente le ricevute solo a due condizioni:! Non ci interessa mantenere traccia dell ordine con cui le righe compaiono in ciascuna ricevuta! In una ricevuta non compaiono due righe uguali! Altrimenti, si può risolvere il problema aggiungendo un attributo, che indica la posizione della riga sulla ricevuta 27 Dettaglio Ricevute Num Data Totale /2/04 39, /2/04 29, /2/04 45,00 Esempi di relazioni Num Posiz Qtà Descr Importo Coperti 3, Antipasti 6, Primi 12, Bistecche 18, Coperti 2, Antipasti 3, Primi 8, Orate 14, Caffè 2, Coperti 3, Antipasti 6, Primi 14, Orate 18, Caprese 2, Caffè 2,00 28 Matricola Nome Mario Rossi Esempi di relazioni Cognome Franca Verde Marta Bianco Livia Nero Marta Bianco Studente Cod Corso Voto Lode Data No 1/2/ No 3/2/2010 2/2/ Sì 7/2/ No 9/2/ No 1/2/ Esempio di cattivo DB Matricola Nominativo superati Media Rossi Mario Verde Franca Bianco Marta Nero Livia Bianco Marta Nome studente Cognome studente Ultimo esame superato Voto Lode Data Marta Bianco No 1/2/2010 Mario Rossi No 3/2/2010 Livia Nero No 2/2/2010 Franca Verde Sì 7/2/

6 Esempio di cattivo DB Matricola Nominativo superati Media Rossi Mario Verde Franca Bianco Marta Nero Livia Bianco Marta Non si può risalire univocamente allo studente a causa delle possibili omonimie Nome studente Cognome studente Ultimo esame superato Di solito, i DB contengono dati primitivi, non risultati di calcoli statistici sui dati Dato poco strutturato : un solo attributo per nome e cognome impedisce di effettuare ricerche per cognome Nonostante l interfaccia utente possa consentire di inserire un solo esame per volta, occorre memorizzare tutti gli esami Voto Lode Data Marta Bianco No 1/2/2010 Mario Rossi No 3/2/2010 Livia Nero No 2/2/2010 Franca Verde Sì 7/2/ Esempio di cattivo DB Matricola Nome Cognome Voto Data Esame 1 Esame 1 Voto Data Esame 33 Esame Mario Rossi 30 e lode 14/02/09 NULL NULL Franca Verde 18 12/01/ /01/ Marta Bianco 27 01/01/01 NULL NULL Livia Nero NULL NULL NULL NULL Marta Bianco NULL NULL NULL NULL Dato poco strutturato : è poco agevole, per es., calcolare le medie o contare le lodi in modo automatico Si limita in modo arbitrario e restrittivo il numero di esami; probabilmente non è stato disegnato lo schema EA: i dati degli esami dovrebbero essere rappresentati in una tabella distinta 32! In una tupla di una relazione un attributo può non avere valore Mario Rossi non ha telefono in Persone(CF,Cognome,Nome,Indirizzo,Telefono)! Oppure il valore di un attributo potrebbe esistere ma essere sconosciuto a chi inserisce i dati nel DB Mario Rossi ha telefono, ma non ne conosciamo il numero! NULL: valore nullo! Assegnato agli elementi di tuple inesistenti o sconosciuti! NULL è un valore aggiuntivo rispetto al dominio di un attributo 33 34! Nelle basi di dati, i due casi sopra sono trattati come assenza di informazione! In assenza di informazione su un attributo bisogna usare NULL perché NULL non può venire confuso con gli altri valori del dominio dell attributo! Numero di telefono sconosciuto potrebbe essere rappresentato con 0 (numero che nessun telefono può avere). Però questa convenzione non è generalizzabile! Inoltre, per altri attributi, potrebbe non esistere un valore di dominio che non si può assegnare mai usare NULL

7 ! Non tutti gli attributi di una relazione devono potere assumere valore nullo! Nella definizione di relazione, si può specificare quali attributi non devono mai essere nulli nelle tuple Matricola Cognome Nome Data Rossi Maria NULL NULL Neri Anna 23/04/1982 NULL Verdi Fabio 12/02/ Rossi Luca 10/10/ Bruni Mario 01/12/1981! Non tutti gli attributi di una relazione devono potere assumere valore nullo! Nella definizione di relazione, si può specificare quali attributi non devono mai essere nulli nelle tuple Matricola Cognome Nome Data Rossi Maria NULL NULL Neri Anna 23/04/1982 NULL Verdi Fabio 12/02/ Rossi Luca 10/10/ Bruni Mario 01/12/1981 OK 37 38! Non tutti gli attributi di una relazione devono potere assumere valore nullo! Nella definizione di relazione, si può specificare quali attributi non devono mai essere nulli nelle tuple Matricola Cognome Nome Data Rossi Maria NULL NULL Neri Anna 23/04/1982 NULL Verdi Fabio 12/02/ Rossi Luca 10/10/1981 No: matricola usata Bruni Mario 01/12/1981 per correlare relazione 39 No: informazione inutile Corsi Studente Voto Corso NULL 27 NULL NULL Codice Titolo Docente 01 Analisi Giani 03 Chimica NULL NULL Chimica Belli No: informazione inutile Studente Voto Corso NULL 27 NULL NULL Studente Voto Corso NULL 27 NULL NULL Corsi Codice Titolo Docente 01 Analisi Giani 03 Chimica NULL NULL Chimica Belli 41 Corsi Codice Titolo Docente 01 Analisi Giani 03 Chimica NULL No: codice usato NULL Per correlare relazione Chimica Belli 42 7

8 Corsi Studente Voto Corso NULL 27 NULL NULL Codice Titolo Docente 01 Analisi Giani 03 Chimica NULL NULL Chimica Belli OK Istanze incoerenti! Non tutte le tuple rappresentano informazione corretta per un applicazione! Valori nulli! Valori fuori del dominio di un attributo Per esempio: voto = 36! Tuple incoerenti (valori di più attributi non simultaneamente assegnabili) Per esempio: voto = 24, lode = Sì Istanze incoerenti! Tuple con valori uguali per attributi identificanti Per esempio: tuple con la stessa matricola in relazione! Valori inesistenti in attributi usati per corrispondenze tra relazioni Per esempio: studente in relazione non presente nella relazione Vincoli di integrità! Proprietà che devono essere soddisfatte dalle istanze corrette per un applicazione! Sono predicati che associano ad ogni istanza il valore vero o falso! Vero: istanza corretta (ammissibile, lecita)! Falso: istanza incoerente Vincoli di integrità! Definendo lo schema di una base di dati si associano vincoli di integrità che si riferiscono a tutte le istanze della base di dati! Questi vincoli permettono di considerare corrette le sole istanze che li verificano tutti Vincoli di integrità! Vincoli intrarelazionali! Vincolo di tupla Vincolo di dominio Vincoli su assegnamento di valori ad attributi diversi di una tupla! Vincolo di chiave! Vincoli interrelazionali

9 Vincoli intrarelazionali Vincoli interni a una relazione:! Soddisfacimento definito rispetto ad una singola relazione della base di dati! Vincolo di tupla: esprime condizioni sui valori di ciascuna tupla indipendentemente dalle altre tuple! Vincolo di dominio (vincolo su valori): restrizione su dominio di attributo! Vincoli su assegnamento di valori ad attributi diversi di una tupla! Esprimibili mediante espressioni booleane (AND, OR, NOT) i cui termini contengono:! Uguaglianze (=), disuguaglianze (<>), ordinamenti (<,>,<=,>=) di valori di attributo! Espressione aritmetiche su valori di attributo p q p AND q F F F F T F T F F T T T p q p OR q F F F F T T T F T T T T p F T NOT p T F 49 50! Vincolo di dominio Voto >= 18 AND Voto <= 30! Vincolo di dominio Voto >= 18 AND Voto <= 30! Vincolo su più attributi NOT(Lode = Sì AND Voto <> 30)! Pagamenti(Data, Importo, Ritenute, Netto) Netto = Importo - Ritenute Studente Corso Voto Lode Sì No Sì No Tutte le tuple/record della relazione/tabella soddisfano il vincolo Quindi, diciamo che la relazione/tabella soddisfa il vincolo 51 52! Vincolo di dominio Voto >= 18 AND Voto <= 30! Vincolo su più attributi NOT(Lode = Sì AND Voto <> 30) Studente Corso Voto Lode Sì No Sì No Un record della tabella non soddisfa il vincolo Quindi, la relazione/tabella non soddisfa il vincolo Studente Corso Voto Lode Sì No Sì No Tutte le tuple/record della relazione/tabella soddisfano il vincolo Quindi, diciamo che la relazione/tabella soddisfa il vincolo

10 ! Vincolo su più attributi NOT(Lode = Sì AND Voto <> 30)! Vincolo su più attributi NOT(Lode = Sì AND Voto <> 30) Studente Corso Voto Lode Sì No Sì No Una riga della tabella non soddisfa il vincolo Quindi, la relazione/tabella non soddisfa il vincolo Studente Corso Voto Lode No No Sì No Un cambiamento in questa cella, ma comunque la tupla/record soddisfa il vincolo La relazione/tabella continua a soddisfare il vincolo 55 56! Pagamenti(Data, Importo, Ritenute, Netto) Netto = Importo - Ritenute! Pagamenti(Data, Importo, Ritenute, Netto) Netto = Importo - Ritenute Importo Ritenute Netto Tutte le tuple/record della relazione/tabella soddisfano il vincolo Quindi, diciamo che la relazione/tabella soddisfa il vincolo Importo Ritenute Netto Alcune tuple/record della tabella non soddisfano il vincolo Quindi, la relazione/tabella non soddisfa il vincolo 57 58! Superchiave: insieme di attributi usato per identificare univocamente le tuple di una relazione! Più formalmente, un insieme di attributi K è detto superchiave di una relazione r se r non può contenere due tuple che hanno valori uguali su K! {Matricola} è una superchiave

11 ! {Cognome, Nome, DataDi} è una superchiave (forse insufficiente)! {Matricola, Corso} è una superchiave 61 62! {Matricola, Cognome, Nome, DataDi, } è una superchiave! {Nome, Corso} non è una superchiave 63 64! {Nome, Corso} sembra una superchiave per caso 5536 Neri Luca 05/03/78 Informatica! Il concetto di superchiave riguarda tutte le possibili tuple di una relazione e non soltanto quelle esistenti in un dato momento 65! Dato che una relazione è un insieme di tuple e che in un insieme non possono esistere due elementi uguali, in una relazione non possono esistere due tuple identiche: quindi l intero insieme degli attributi di una relazione è banalmente una superchiave per qualunque relazione! Quindi è utile restringere il concetto di superchiave 66 11

12 ! K è una chiave (candidata) di r se è una superchiave minimale di r Minimale = se si toglie un attributo dalla superchiave, questa non è più superchiave! Di conseguenza, ogni chiave è una superchiave! L insieme di tutti gli attributi di una relazione, pur essendo una superchiave, non è detto che sia una chiave, infatti potrebbe essere una superchiave non minimale 67! {Matricola} è una chiave 68! {Cognome, Nome, DataDi} è una chiave 69! {Matricola, Corso} è una superchiave, ma non una chiave 70! Una chiave primaria di r è una particolare chiave (candidata) di r scelta dal progettista del DB come modo preferito per identificare univocamente le tuple di r! Ogni relazione ha una chiave primaria, mentre può avere più di una chiave (candidata) Superchiavi Chiavi Chiave primaria

13 ! N.B.: Il concetto di chiave è relativo alla relazione: uno stesso insieme di attributi potrebbe essere chiave di una relazione, ma non esserlo di un altra! Per es., l attributo Matricola è chiave della relazione, ma non della relazione Esempi di relazioni Matricola Nome Cognome Mario Rossi Franca Verde Marta Bianco Livia Nero Marta Bianco Studente Corso Voto Lode Data Corsi No 1/2/ No 3/2/2010 Codice Nome 2/2/ Inglese Sì 7/2/ Psicologia clinica No 9/2/ Informatica No 1/2/ Diritto 74 Chiave e! Ogni relazione ha almeno una chiave (banalmente può essere l insieme di tutti gli attributi). Questo fatto garantisce:! Identificabilità univoca dei dati! Possibilità di definire corrispondenze tra dati contenuti in relazioni diverse! Tupla 1: ha entrambi le chiavi incomplete ({Matricola} e {Cognome, Nome, DataDi}) NULL Rossi Dario NULL Informatica nella base di dati Università! Studente corrisponde a Matricola della relazione! Corso corrisponde a Codice della relazione Corsi Neri Luca NULL NULL NULL Neri Luca 05/03/78 Economia 76 Chiave e Chiave e! Tuple 3 e 4: hanno una chiave completamente specificata, ma è sicuro che non siano lo stesso individuo? NULL Rossi Dario NULL Informatica 4856 Neri Luca NULL NULL! Chiave primaria: la chiave primaria non può assumere! Identificata mediante sottolineatura! Usata per stabilire corrispondenza tra relazioni! Se nessun attributo della relazione può assumere il ruolo di chiave primaria, se ne definisce uno aggiuntivo a tale scopo NULL Neri Luca 05/03/78 Economia

14 Vincoli interrelazionali Vincoli interrelazionali! I vincoli interrelazionali sono i vincoli che coinvolgono più relazioni della base di dati! Per verificare che siano rispettati, occorre considerare istanze di più relazioni 79! Vincoli di integrità referenziale (foreign keys, referential integrity constraints):! Servono a garantire che i riferimenti tra tabelle siano possibili! Un vincolo di integrità referenziale fra insieme di attributi X di una relazione R 1 ed una relazione R 2 è soddisfatto se i valori su X di ciascuna tupla di R 1 (eccetto potenzialmente NULL) compaiono come valori della chiave (di solito primaria) di R 2. In altre parole: R 1 non può contenere valori per X che non esistono in R 2 (eccetto NULL) 80 Vincoli di integrità referenziale Vincoli di integrità referenziale le relazioni (Matricola,Cognome,Nome,Data) Corsi(Codice,Titolo,Docente) (Studente,Corso,Data,Voto,Lode) K1 A K2 R 1 R 2 81! I valori dell attributo Studente nella relazione devono comparire come valori di Matricola nella relazione (indicato come freccia che va dall attributo Studente all attributo Matricola)! I valori dell attributo Corso nella relazione devono comparire come valori di Codice nella relazione Corsi (indicato come freccia che va dall attributo Corso all attributo Codice) 82 Vincoli di integrità referenziale Vincoli di integrità referenziale Infrazioni Codice Data Agente Articolo Targa /10/ RM2F7643 Infrazioni Codice Data Agente Articolo Targa /10/ RM2F /10/ FI4E /10/ FI4E5432 Agenti Matricola CF Cognome Nome 456 RSSM Rossi Mario Agenti Matricola CF Cognome Nome 456 RSSM Rossi Mario 638 NREP Neri Piero 638 NREP Neri Piero Auto Targa Proprietario Indirizzo RM2F7643 Verdi Piero Via Tigli Auto Targa Proprietario Indirizzo RM2F7643 Verdi Piero Via Tigli MI2F7643 Luci Gino Via Noci MI2F7643 Luci Gino Via Noci FI4E5432 Bini Luca Via Po 83 FI4E5432 Bini Luca Via Po 84 14

15 Vincoli di integrità referenziale Esercizi Infrazioni Agenti Auto Codice Data Agente Articolo Targa /10/ RM2F /10/ FI4E5432 Matricola CF Cognome Nome 456 RSSM Rossi Mario 638 NREP Neri Piero Targa Proprietario Indirizzo RM2F7643 Verdi Piero Via Tigli MI2F7643 Luci Gino Via Noci FI4E5432 Bini Luca Via Po 85! La tabella seguente soddisfa il vincolo SeggiAperti>400 AND SeggiAperti<600? Regione Piemonte 567 Lombardia 670 Puglia 504 Sicilia 594 SeggiAperti 86 Esercizi Esercizi! La tabella seguente soddisfa il vincolo NOT(Lode = Sì AND Voto <> 30)?! Quali sono le superchiavi della tabella seguente? Matricola Studente Codice Corso Voto Lode No No Sì No Matricola Studente Codice Corso Voto Lode No No Sì No Esercizi! Quali sono le chiavi della tabella seguente? Matricola Studente Codice Corso Voto Lode No No Sì No 89 Esercizi! È rispettato il vincolo di integrità referenziale dall attributo Studente all attributo Matricola? Studente Cod Corso Voto Lode Data No 1/2/ No 3/2/06 2/2/ Sì 7/2/06 Matricola Nome Cognome No 9/2/ Mario Rossi No 1/2/ Franca Verde Marta Bianco Livia Nero Gianfranco Bianco 90 15