Contenuti della lezione

Transcript

1 Contenuti della lezione Modelli Logici Il Modello relazionale Modelli Tradizionali Gerarchico (hierarchical) Reticolare (network) Relazionale (relational) Recentemente, modello a Oggetti Modelli Logici: caratteristiche Il modello relazionale Gerarchico e Reticolare, la rappresentazione e manipolazione dei dati, è dipendente dalla struttura fisica, Si utilizzano Riferimenti Espliciti, (puntatori) fra record Relazionale livello di astrazione più alto. "basato su valori" anche i riferimenti fra dati in strutture (relazioni) diverse sono rappresentati per mezzo dei valori stessi Proposto da E. F. Codd nel 97 per favorire l indipendenza dei dati Disponibile in DBMS reali nel 98 (non è facile implementare l indipendenza con efficienza e affidabilità!) Si basa sul concetto matematico di relazione (con una variante) Le relazioni hanno naturale rappresentazione per mezzo di tabelle. 3 4 Relazione: tre accezioni Relazione matematica relazione matematica: come nella teoria degli insiemi relazione (dall inglese relationship) che rappresenta una classe di fatti, nel modello Entity- Relationship; tradotto anche con associazione o correlazione relazione secondo il modello relazionale dei dati D,, D n (n insiemi anche non distinti) prodotto cartesiano D D n : l insieme di tutte le n-uple (o tuple) (d,, d n ) tali che d D,, d n D n Una relazione matematica su D,, D n : un sottoinsieme di D D n D,, D n sono i domini della relazione n è il grado della relazione Il numero di n-uple è la cardinalità della relazione (di fatto sempre finita) 5 6

2 Relazione matematica, esempio Relazioni Matematiche: proprietà D ={a,b} D ={x,y,z} prodotto cartesiano D D = { (a,x); (a,y); (a,z); (b,x); (b,y); (b,z)} Un esempio di relazione r {(a,x); (a,z); (b,y)} D D Grado Cardinalità 3 a a a b b b a a b x y z x y z x z y 7 Una relazione matematica è un insieme di n-uple ordinate: (d,, d n ) tali che d D,, d n D n una relazione è un insieme; quindi: non c'è ordinamento fra le n-uple le n-uple sono distinte l una dall altra ciascuna n-upla è ordinata: l i-esimo valore proviene dall i-esimo dominio 8 Relazione matematica, esempio Relazioni nel modello di dati relazionale Vogliamo delle strutture non posizionali Partite string string int int Ciascuno dei domini ha ruoli diversi, distinguibili attraverso la posizione: La struttura è posizionale 3 9 Associamo un nome (attributo) a ciascuna colonna: descrive il ruolo del dominio. Nella rappresentazione Tabellare, i nomi di attributi sono usati come intestazione di colonne SquadraDiCasa SquadraOspite RetiCasa 3 La struttura è non posizionale! RetiFuori Tabelle e relazioni Struttura non posizionale Una tabella rappresenta una relazione se le intestazioni delle colonne sono diverse tra loro i valori di ogni colonna sono fra loro omogenei le righe sono diverse fra loro In una tabella che rappresenta una relazione l ordinamento tra le righe è irrilevante l ordinamento tra le colonne è irrilevante SquadraDiCasa SquadraOspite RetiCasa 3 RetiFuori La stessa informazione con una relazione a struttura differente (righe e colonne invertite) SquadraOspitata SquadraDiCase RetiFuori RetiCasa 3

3 Definizione: schema di Relazione X un insieme di nomi di attributi (e.g., SquadraOspite,..nome.. cognome, ) D un insieme di domini (e.g., string, char, integer, real ) dom: X D, t.c. A X, dom(a) D e.g.: SquadraOspite X, dom(squadraospite) = char() Rel insieme di nomi di relazione Schema di Relazione: R(A, dom), t.c. R Rel A X, dom : A D schema di relazione completamente determinato come: R( A :D, A :D,, A n :D n ) e.g.: Partite(SquadraDiCasa:char(), SquadraOspite:char(), ) o + sempl.: Partite(SquadraDiCasa, SquadraOspite, ) 3 Definizione: tupla Una tupla (ennupla) su un insieme di attributi A è una funzione t che associa a ciascun attributo A i in A un valore del dominio di D i t[a i ] denota il valore della tupla t sull'attributo A i e.g.: A = {SquadraDiCasa, SquadraOspite, RetiCasa, RetiOspite} t = (ntus,, 3, ) t[reticasa] = 3 La stessa notazione è usata su nsiemi di attributi: t[squadradicasa, SquadraOspite] tupla su due attributi 4 Definizione: meno formale Definizione: schema di basi di dati Schema di relazione: un nome R con un insieme di attributi A,..., A n : R(A,..., A n ) Istanza di relazione: un insieme di tuple Schema di base di dati: S=(Rel, att, dom) Rel: insieme di nomi di relazioni att: Rel famiglia di sottoinsiemi di attributi (i.e., P fin (att) ) dom: unione degli attributi D 5 6 Definizione meno formale Esempio Schema di base di dati: insieme di schemi di relazione: Schema di base di dati dell Università: R = {R (X ),..., R k (X k )} Istanzadi base di dati su uno schema R= {R (X ),..., R n (X n )}: insieme di relazioni r = {r,..., r n } (con r i relazione su R i ) BD: (Studenti, Esami, Corsi) Studenti (,,, DataDiNascita) Esami ( Studente, Voto, Corso) Corsi ( Codice, Titolo, Docente ) 7 8

4 Esempio: istanza studenti Data di nascita // Paolo 3// Verdi Luisa // Maria //978 esami corsi Studente Voto Corso Codice Titolo Docente Analisi Chimica Bruni 4 Chimica Verdi 9 Relazioni su singoli attributi studenti Data di nascita // Paolo 3// Verdi Luisa // Maria //978 studenti lavoratori Esempio Schema di base di dati di un azienda: S: (IndirizziPers, Impiegati, Dipartimenti, Direzioni) IndirizziPers (CodF, Ind, Cap, Citta) Impiegati (CodF,, Dipartimento, Stipendio ) Dipartimenti ( Num, Dip, Indirizzo, Citta) Direzioni (CodF_Direttore, NumDipartimento) Esempio: istanza IndirizziPers CodF Ind Cap Citta vgnrtp via roma 3 87 Cosenza prnstd via pio X 5 88 Catanzaro vgtmmh 5 rue styves 754 Parigi.. Impiegati CodF Dipartimento Stipendio vgnrtp P. 763IT vgtmmh De Marco 763FR 5.. Dipartimenti Num Dip Indirizzo Citta 763IT Info T. Campanella Catanzaro... Direzioni CodFDirettore NumDipartimento vgtmnh. 763IT. Il modello è basato su valori i riferimenti fra dati in relazioni diverse sono rappresentati per mezzo di valori dei domini che compaiono nelle ennuple studenti Data di nascita // Paolo 3// Verdi Luisa // Maria //978 esami Studente Voto Corso corsi Codice Titolo Docente Analisi Chimica Bruni 4 Chimica Verdi 4

5 studenti Data di nascita // Paolo 3// Verdi Luisa // Maria //978 esami corsi Studente Voto Corso Codice Titolo Docente Analisi Chimica Bruni 4 Chimica Verdi 5 Struttura basata su valori: vantaggi indipendenza dalle strutture fisiche (si potrebbe avere anche con puntatori di alto livello) che possono cambiare dinamicamente si rappresenta solo ciò che è rilevante dal punto di vista dell applicazione l utente finale vede gli stessi dati dei programmatori i dati sono portabili piu' facilmente da un sistema ad un altro i puntatori sono direzionali 6 Strutture nidificate Relazioni che rappresentano strutture nidificate Da Filippo Via, Ricevuta Fiscale 35 del // 3 Coperti 3, Antipasti 6, 3 Primi, Bistecche 8, Totale 39, Da Filippo Via, Ricevuta Fiscale 4 del 3// Coperti, Antipasti 7, Primi 8, Orate, Caffè, Totale 39, 7 Ricevute Numero Data Totale 35 // 39, 4 3// 39, Dettaglio Numero Qtà Descrizione Importo 35 3 Coperti 3, 35 Antipasti 6, 35 3 Primi, 35 Bistecche 8, 4 Coperti, 8 Strutture nidifcate, osservazioni Rappresentazione alternativa per strutture nidificate Abbiamo rappresentato veramente tutti gli aspetti delle ricevute? Dipende da che cosa ci interessa! l'ordine delle righe e' rilevante? possono esistere linee ripetute in una ricevuta? Sono possibili rappresentazioni diverse 9 Ricevute Numero Data Totale 35 // 39, 4 3// 39, Dettaglio Numero Riga Qtà Descrizione Importo 35 3 Coperti 3, 35 Antipasti 6, Primi, 35 4 Bistecche 8, 4 Coperti, 3

6 Informazione incompleta Informazione incompleta: motivazioni ll modello relazionale impone ai dati una struttura rigida: le informazioni sono rappresentate per mezzo di ennuple solo alcuni formati di ennuple sono ammessi: quelli che corrispondono agli schemi di relazione I dati disponibili possono non corrispondere al formato previsto Franklin Winston Charles Josip Secondo Delano Roosevelt Churchill De Gaulle Stalin 3 3 Informazione incompleta: soluzioni? Informazione incompleta nel modello relazionale non conviene (anche se spesso si fa) usare valori del dominio (, stringa nulla, 99,...): potrebbero non esistere valori non utilizzati valori non utilizzati potrebbero diventare significativi in fase di utilizzo (nei programmi) sarebbe necessario ogni volta tener conto del significato di questi valori Tecnica rudimentale ma efficace: valore nullo: denota l assenza di un valore del dominio (e non è un valore del dominio) t[a], per ogni attributo A, è un valore del dominio dom(a) oppure il valore nullo NULL Si possono (e debbono) imporre restrizioni sulla presenza di valori nulli Troppi valori nulli Tipi di valore nullo studenti Data di nascita // Verdi Luisa //979 NULL Maria //978 esami corsi Studente Voto Corso NULL 3 NULL NULL Codice Titolo Docente Analisi NULL NULL 4 Chimica Verdi 35 (almeno) tre casi differenti valore sconosciuto valore inesistente valore senza informazione I DBMS non distinguono i tipi di valore nullo 36

7 Vincoli di integrità Una base di dati "scorretta" Esistono istanze di basi di dati che, pur sintatticamente corrette, non rappresentano informazioni possibili per l applicazione di interesse Esami Studente Voto Lode Corso e lode e lode Studenti Bianchi Luca Vincolo di integrità Vincoli di integrità, perché? Proprietà che deve essere soddisfatta dalle istanze che rappresentano informazioni corrette per l applicazione Un vincolo è una funzione booleana (un predicato): associa ad ogni istanza il valore vero o falso descrizione più accurata della realtà contributo alla qualità dei dati utili nella progettazione (vedremo) usati dai DBMS nella esecuzione delle interrogazioni 39 4 Vincoli sulle tuple Esprime una condizione sul valore in una tupla indipendentemente dalle altre Esprimibile con espressioni booleane: (NOT(Lode = "e lode")) OR (Voto= 3) Vincolo di dominio: un vincolo di tupla che involve un singolo attributo Voto 8 AND Voto 3 Vincolo di tupla con espressione Netto = Lordo - Ritenute Vincoli di tupla, esempio Stipendi Impiegato Bruni Lordo Ritenute.5.. Netto = (Lordo - Ritenute) Netto

8 Identificazione delle tuple Studenti Corso Nascita 5//78 /7/79 5//78 non ci sono due tuple con lo stesso valore sull attributo non ci sono due tuple uguali su tutti e tre gli attributi, e Nascita Chiave (Key) di una relazione insieme di attributi che identificano le tuple di una relazione Formalmente: un insieme K di attributi è superchiave (superkey) per r se r non contiene due tuple distinte t e t con t [K] = t [K] K è chiave per r se è una superchiave minimale per r (cioè non contiene un altra superchiave) Una chiave Un'altra chiave Studenti Corso Ing Civile Nascita 5//78 /7/79 5//78 Studenti Corso Ing Civile Nascita 5//78 /7/79 5//78 è una chiave: è superchiave contiene un solo attributo e quindi è minimale 45,, Nascita è un altra chiave: è superchiave Non ci sono tuple uguali su e Corso: e Corso formano una chiave per questa relazione. Sono chiavi per lo schema? NO! 46 Vincoli, schemi e istanze i vincoli corrispondono a proprietà del mondo reale modellato dalla base di dati interessano a livello di schema (con riferimento cioè a tutte le istanze) ad uno schema associamo un insieme di vincoli e consideriamo corrette (valide, ammissibili) le istanze che soddisfano tutti i vincoli un'istanza può soddisfare altri vincoli ( per caso ) Studenti Corso Ing Civile È corretta: soddisfa i vincoli Ne soddisfa anche altri ("per caso"):, Corso è chiave Nascita 5//78 /7/79 5//

9 Esistenza delle chiavi Importanza delle chiavi Le relazioni sono insiemi; ogni relazione è composta di tuple distinte. Per cui: una relazione ha almeno una superchiave: l insieme degli attributi su cui è definita l esistenza delle chiavi garantisce che ogni parte della base dati è accessibile. le chiavi permettono di correlare i dati in relazioni diverse: Permettono di affermare che il modello relazionale è basato su valori 49 5 Chiavi e valori nulli Chiave Primaria (Primary key) Se le chiavi ammettono valori nulli: Non garantiscono unicità alle tuple Non permettono di realizzare corrispondenze tra tuple in relazioni diverse Corso Nascita Null Null IngInf 5// IngInf 3/4/75 Null Paolo IngCiv Null Come accediamo a prima e terza tupla? La presenza di valori nulli nelle chiavi deve essere limitata Soluzione: una chiave primaria (primary key) non ammette valori nulli Notazione: la chiave primaria è sottolineata Referenze tra le relazioni sono realizzate usando le primary keys Prima e terza tupla sono distinte? 5 5 Chiave primaria Chiavi primarie: ci sono sempre? Chiave su cui non sono ammessi nulli Notazione: sottolineatura Corso Nascita NULL 5// Ing Civile NULL /7/79 NULL 5//78 53 Nella maggior parte dei casi, si: codice fiscale, numero di previdenza sociale, In altri casi non sono presenti Introduciamo attributi (unici) nelle tabelle La maggior parte dei codici (chiavi) presenti nella gestione delle informazioni (codice fiscale, matricola ) furono introdotti con lo stesso scopo: identificare univocamente gli oggetti. 54

10 Integrità referenziale informazioni in relazioni diverse sono correlate attraverso valori comuni in particolare, valori delle chiavi (primarie) le correlazioni debbono essere "coerenti" 55 Infrazioni Codice Data Vigile Prov Numero 343 // MI 39548K /3/ /4/ PR // PR Vigili Luca 7543 Mori Gino 56 Infrazioni Codice Data 343 // /3/ /4/ //98 Auto Vigile Prov Numero MI 39548K Prov Numero MI 39548K PR PR Vincolo di integrità referenziale PR Luca 57 Un vincolo di integrità referenziale ( foreign key ) fra gli attributi X di una relazione R e un altra relazione R impone ai valori su X in R di comparire come valori della chiave primaria di R e.g.: vincoli di integrità referenziale fra: l attributo Vigile della relazione INFRAZIONI e la relazione VIGILI gli attributi Prov e Numero di INFRAZIONI e la relazione AU 58 Violazione di vincolo di integrità referenziale Infrazioni Codice Data 343 // /3/ /4/ //98 Auto MI Prov Numero F3468 PR Vigile Prov Numero MI 39548K PR PR Luca Luca 59 Integrità referenziale: commenti Ruolo fondamentale nel concetto di modello basato su valori In presenza di valori nulli i vincoli possono essere resi meno restrittivi Sono possibili meccanismi per il supporto alla loro gestione ("azioni" compensative a seguito di violazioni) Attenzione ai vincoli su più attributi 6

11 Integrità referenziale e valori nulli Impiegati Progetti Progetto Verdi XYZ NULL 733 Bianchi Codice XYZ BOH Inizio / 7/ 9/ Durata Costo 5 Integrità referenzionale: azioni compensative Il problema: e.g.: viene eliminata una tupla causando una violazione Comportamento standard : Rifiuto dell'operazione Azioni compensative: Eliminazione in cascata Introduzione di valori nulli 6 6 Eliminazione in cascata Introduzione di valori nulli Impiegati Progetto Verdi XYZ NULL 733 Bianchi Impiegati Progetto Verdi XYZ NULL NULL 733 Bianchi Progetti Codice XYZ Inizio / 7/ Durata 36 4 Costo BOH 9/ 4 5 Progetti Codice XYZ Inizio / 7/ Durata 36 4 Costo BOH 9/ Vincoli multipli su più attributi Incidenti Id_Nb Data 343 // /4/96 Auto ProvA NumeroA ProvB NumeroB PR MI 39548K Prov Numero MI PR 39548K Andrea Luca 65