1 Modelowanie model związków encjiWykład 2 Prowadzący: dr Paweł Drozda

2 Modelowanie Odwzorowanie obiektów rzeczywistych w systemie informatycznym Dwa typy modeli: Konceptualny Model związków encji Model UML Implementacyjny Relacyjny Obiektowy Obiektowo-relacyjny dr Paweł Drozda

3 Etapy projektowania systemuAnaliza – jakie wymagania (dane, funkcjonalność) powstaje model konceptualny Projektowanie – zmiana modelu konceptualnego w model implementacyjny Implementacja Wdrożenie Utrzymanie dr Paweł Drozda

4 Etapy tworzenia bazy danychZapis za pomocą modelu związków encji Model relacyjny Model w głowie Baza danych dr Paweł Drozda

5 Model związków encji Część rzeczywistości zapisana za pomocą encji (entities) Atrybuty – właściwości encji Powiązania w strukturze obiektów – związki pomiędzy encjami dr Paweł Drozda

6 Model związków encji – przykład – notacja Chenanrindeksu nazwisko nazwisko pesel zarobki Student Pracownik data Prowadzenie Egzamin Przedmiot ocena nazwa id dr Paweł Drozda

7 Przykład – notacja BarkeraPRZEDMIOT STUDENT PRACOWNIK zdaje Id Nazwa NrIndeksu Nazwisko Pesel Nazwisko Zarobki prowadzi dr Paweł Drozda

8 Encja Odpowiednik klasy w modelu obiektowymZbiór obiektów o tych samych cechach (atrybuty, własności, związki) Konkretny obiekt = wystąpienie encji dr Paweł Drozda

9 Encje – przykład Chen rasa nazwisko imię pesel płeć Pies OsobaPrzykład wystąpienia Osoba: , Kucka, K Osoba: , Drozda, M Pies: Kundel, Bury Pies: Jamnik, Długi dr Paweł Drozda

10 Przykład Barker PIES OSOBA Rasa Pesel Imię Nazwisko Płeć Pies OsobaRasa = Kundel Imię = Bury Osoba Pesel = Nazwisko = Kowalski Płeć = Kobieta dr Paweł Drozda

11 Atrybuty encji Identyfikatory – jednoznacznie opisują wystąpienie encji Naturalne – PESEL, NrDowodu, itd. Sztuczne – nrIdentyfikacyjny, idpracownika Deskryptory – pozostałe atrybuty opisujące encję Deklaracja atrybutu Nazwa Dziedzina (typ danych i max rozmiar, zbiór bądź zakres dozwolonych wartości) Opcja unikalności Wartości puste (dozwolone lub nie) dr Paweł Drozda

12 Rodzaje atrybutów - przykładtytuł nazwisko rok pesel zarobki Film Osoba adres gatunek telefon długość płeć dr Paweł Drozda

13 Przykład Barker Film OSOBA # Tytuł # Pesel # Rok * Nazwisko(#) Gatunek * Długość # Pesel * Nazwisko * Płeć * Zarobki  Adres  Telefon dr Paweł Drozda

14 Związki encji Opisują połączenia pomiędzy encjamiPowiązane dwie lub więcej encji Przykład: uczestniczy STUDENT WYKŁAD Przewidziany dla Pytania: W ilu wykładach uczestniczy student, dla ilu studentów przewidziany jest wykład, czy wykład musi być przewidziany dla studenta, czy student musi uczestniczyć w wykładzie dr Paweł Drozda

15 Cechy związku Liczebność (unarny - rekursywny, binarny, tetrarny, n- arny) Istnienie (opcjonalny, obowiązkowy) Karynalność 1:1 – jeden do jednego 1:M – jeden do wielu N:M – wiele do wielu dr Paweł Drozda

16 Związek 1:1 - Przykład Nauczyciel Klasa Wychowawca nazwisko adresnazwa sala 1b 2c 6a Wychowawca Jan Mucha Marta Ącka Stefan Kula wychowuje KLASA NAUCZYCIEL ma wychowawcę dr Paweł Drozda

17 Związek 1:m - Przykład Prowadzenie Wykładowca Przedmiot Jan MuchaMarta Ącka Stefan Kula Bazy danych Analiza matematyczna Logika Prowadzenie prowadzi PRZEDMIOT WYKŁADOWCA Jest prowadzony dr Paweł Drozda

18 Związek m:n - Przykład Egzamin Student Przedmiot Bazy danychAnaliza matematyczna Logika Egzamin Jan Mucha Marta Ącka Stefan Kula zdaje PRZEDMIOT STUDENT Jest zdawany dr Paweł Drozda

19 Związki wieloargumentowe (1)Możliwość definicji związku wieloargumentowego Co najmniej 3 encje są związane Mandat Kierowca Policjant Wykroczenie dr Paweł Drozda

20 Związki wieloargumentowe (2)Sala Pielęgniarka Operacja Lekarz Pacjent dr Paweł Drozda

21 Związki wieloargumentowe – notacja BerkeraGdy związek wieloargumentowy – zamienia się w encję KIEROWCA Mandat POLICJANT WYKROCZENIE dr Paweł Drozda

22 Rozszerzenie – poprzedni przykładZe strony ważniak dr Paweł Drozda

23 Związek rekursywny Podwójne wystąpienie encji w związkuZarówno dla związków dwuargumentowych jak i wieloargumentowych rodzic Osoba dr Paweł Drozda

24 Typy związków - podsumowanieSędzia Mecz Stadion Gospodarze Goście Drużyna dr Paweł Drozda

25 Atrybuty związków Gdy związek posiada specyficzne cechyMożna stworzyć encję dla związku z atrybutami odnoszącymi się do związku dr Paweł Drozda

26 Atrybuty związku - przykładSędzia liczba widzów Mecz typ meczu Stadion data Drużyna dr Paweł Drozda

27 Przykład – atrybuty związkuWystępuje Gaża FILM AKTOR Gdy związek posiada atrybuty – konieczność wprowadzenia dodatkowej encji Pojawiają się związki typu wiele Od strony związku – obowiązkowe dr Paweł Drozda

28 Związki encji => projekty relacyjneEncja (nie słaba) przekształcana do relacji z tą samą nazwą oraz tym samym zbiorem atrybutów nazwisko PESEL Osoba PESEL nazwisko telefon płeć Osoba telefon płeć dr Paweł Drozda

29 Reguły przekształcaniaEncja  Relacja Atrybut encji  Atrybut relacji Typ danych atrybutu encji  Typ danych atrybutu relacji Identyfikator  klucz podstawowy Obowiązkowość atrybutu  NOT NULL Opcjonalność  NULL Pozostałe ograniczenia atrybutów encji  ograniczenia integralnościowe relacji dr Paweł Drozda

30 Przykład dr Paweł Drozda

31 Przekształcanie związków1:1 – klucz obcy w wybranej tabeli 1:M – klucz obcy w tabeli po stronie wiele N:M – nowa tabela dr Paweł Drozda

32 Związek binarny 1:1 Dodany klucz obcy po stronie związku obowiązkowegoKLASA NAUCZYCIEL Wychowuje Id Nazwa Pesel Nazwisko Zarobki Dodany klucz obcy po stronie związku obowiązkowego dr Paweł Drozda

33 Związek binarny 1:1 Dodany klucz obcy po stronie mniejszej tabeliKOMPUTER PRACOWNIK Id IP Pesel Nazwisko Zarobki Uzywa Dodany klucz obcy po stronie mniejszej tabeli dr Paweł Drozda

34 Związek N:M encji do relacjiZwiązki przyjmują postać relacji Klucze encji uczestniczących w związku jako atrybuty relacji Gdy związek ma własny klucz – dołączany do atrybutów relacji dr Paweł Drozda

35 Przykład Egzamin Student Przedmiot Egzamin idprzedmiotu nrindeksudr Paweł Drozda

36 Normalizacja baz danych

37 Po co normalizować? (1) Student nrindeksu nazwisko adres przedmiotocena 127000 Maliniak Świerkowa 6 Analiza 2 Algebra 3 Bazy danych W-F 5 123123 Kowal Akacjowa 1 4 666555 Nowak Różana 4/78 PTO Sieci dr Paweł Drozda

38 Po co normalizować? (2) nrindeksu, przedmiot – pole unikalneProblemy (anomalie): Redundancja Przy wprowadzaniu danych Przy usuwaniu danych Przy aktualizacji Rozwiązanie – rozkład relacji na relacje Student oraz Egzamin dr Paweł Drozda

39 Po co normalizować? (3) Rozwiązanie: Egzamin nrindeksu przedmiot ocena127000 Analiza 2 Algebra 3 Bazy danych W-F 5 123123 4 666555 PTO Sieci Student nrindeksu nazwisko adres 127000 Maliniak Świerkowa 6 123123 Kowal Akacjowa 1 666555 Nowak Różana 4/78 dr Paweł Drozda

40 Po co normalizować? (4) adres i nazwisko – tylko w jednej krotce (rozwiązanie redeundancji) przy wstawianiu nowego studenta – niekoniecznie przedmiot i ocena (rozwiązanie problemu wstawiania) usunięcie egzaminu nie usuwa studenta (rozwiązanie problemu usuwania) aktualizacja adresu, nazwiska – tylko raz (rozwiązanie problemu aktualizacji) dr Paweł Drozda

41 Zależności funkcyjne (1)Definicja Jeśli dwie krotki relacji R są zgodne dla atrybutów A1,…,An to muszą być zgodne w pewnym atrybucie B Zapis A1,…,An B Gdy: A1,…,An B1 … A1,…,An Bm, to zapisujemy A1,…,An B1,…,Bm dr Paweł Drozda

42 Zależności funkcyjne – przykład (1)Student nrindeksu nazwisko adres przedmiot ocena 127000 Maliniak Świerkowa 6 Analiza 2 Algebra 3 Bazy danych W-F 5 123123 Kowal Akacjowa 1 4 666555 Nowak Różana 4/78 PTO Sieci dr Paweł Drozda

43 Zależności funkcyjne – przykład (2)nrindeksu  nazwisko nrindeksu  adres ponieważ:  Maliniak, Świerkowa 6  Kowal, Akacjowa 1  Nowak, Różana 4/78 dr Paweł Drozda

44 Klucze Nadklucz – podzbiór atrybutów w relacji od którego wszystkie pozostałe zależą funkcyjnie Zbiór atrybutów (A1,…,An) tworzy klucz relacji jeżeli: Pozostałe atrybuty są funkcyjnie zależne od (A1,…,An) Nie istnieje podzbiór zbioru {A1,…,An}, od którego pozostałe atrybuty są funkcyjnie zależne (klucz musi być minimalny) dr Paweł Drozda

45 Klucze – przykład (1) Zaliczenie nrindeksu przedmiot Data ocena 12345Analiza 3,5 Algebra PTO 5 Bazy Danych 54321 3 66666 2 dr Paweł Drozda

46 Klucze – przykład (2) Klucz – (nrindeksu, przedmiot)Pozostałe dwa pola zależne funkcyjnie od nrindeksu i przedmiot nrindeksu, przedmiot  data, ocena (przy założeniu że dany student może mieć jedną ocenę z zaliczenia) dr Paweł Drozda

47 Normalizacja Dekompozycja relacji, aż do osiągnięcia pożądanych cech schematu – różnych dla każdej postaci normalnej Własności normalizacji: zachowania atrybutów zachowania informacji zachowania zależności dr Paweł Drozda

48 Postać normalna Boyce’a - CoddaDefinicja – relacja jest w postaci normalnej Boyce’a – Codda wtw gdy dla każdej zależności nietrywialnej A1,…,An  B zbiór {A1,…,An} jest nadkluczem tej relacji dr Paweł Drozda

49 BCNF – przykład (1) Relacja: adresmiasta(kod,miasto,ulicanr)Zależności funkcyjne kod  miasto, miasto,ulica  kod Klucz (miasto, ulica) Relacja nie jest w BCNF ponieważ pierwsza zależność jest niezgodna z definicją dr Paweł Drozda

50 BCNF – przykład (2) Przedmioty w BCNF przedmiot peselAnaliza Algebra Bazy Danych Wykładowcy w BCNF pesel Nazwisko Kowal Nowak dr Paweł Drozda

51 BCNF - dekompozycja Odnalezienie nietrywialnej zależności funkcyjnej:A1A2...An B1B2...Bn, która narusza BCNF – tzn. A1A2...An nie jest nadkluczem Dodanie do prawej strony wszystkich atrybutów zależnych funkcyjnie od A1A2...An – w ten sposób powstaje nowa relacja Druga relacja będzie się składała z atrybutów A1A2...An oraz z pozostałych (poza B1B2...Bn) atrybutów relacji dr Paweł Drozda

52 BCNF – dekompozycja - przykładZaliczenie nrindeksu przedmiot Nazwisko ocena Nrindeksu, przedmiot  ocena nrindeksu  nazwisko Student w BCNF nrindeksu Nazwisko Zaliczenie BCNF nrindeksu przedmiot ocena dr Paweł Drozda

53 Zależności wielowartościowe (1)Oznaczenie: A  B – dla każdego zbioru argumentów A istnieje wiele różnych argumentów z B np. dla relacji osoba: Pesel  kat.prawajazdy Jeśli w relacji są co najmniej dwie zależności wielowartościowe - redundancja dr Paweł Drozda

54 Zależności wielowartościowe (2)Loty Lot Dzień Typsamolotu 100 Poniedziałek 111 Wtorek 222 na jednej trasie – dwa typy samolotów Modyfikacja – dodatkowy dzień (czwartek) dodatkowy typ samolotów (333) dr Paweł Drozda

55 Zależności wielowartościowe (3)Doszło 5 krotek. Rozwiązanie: Dekompozycja Loty Lot Dzień Typsamolotu 100 Poniedziałek 111 Wtorek Czwartek 222 333 Loty 1 Lot Dzień 100 Poniedziałek Wtorek Czwartek Loty 2 Lot Typsamolotu 100 111 222 333 dr Paweł Drozda

56 Zależności wielowartościowe (4)Konsekwencja 1NF – nie dopuszcza aby krotki zawierały atrybuty wielowartościowe Zależność trywialna XY jest trywialna, gdy: Y jest podzbiorem X lub X suma Y =R dr Paweł Drozda

57 Czwarta postać normalnaDefinicja: Relacja jest w 4NF wtw gdy: relacja jest w 3NF i każda zależność A1,…,An B1,…,Bm jest trywialna lub {A1,…,An} jest nadkluczem dr Paweł Drozda

58 Dekompozycja na relacje w 4NFRelacja R dekomponuje się na relacje R1 i R2 bez utraty informacji, gdy: R1 iloczyn R2  (R1-R2) lub R1 iloczyn R2  (R2-R1) dr Paweł Drozda