Projektowanie struktury logicznej (schematu) relacyjnych baz danych

Prezentacja na temat: "Projektowanie struktury logicznej (schematu) relacyjnych baz danych"— Zapis prezentacji:

1 Projektowanie struktury logicznej (schematu) relacyjnych baz danych
Wykład S. Kozielski

2 Projektowanie struktury (logicznej) baz danych
Modelowanie związków encji – elementy diagramów encja niezależny byt, jednoznacznie identyfikowalny związek łączy encje atrybut opisuje encje i  związki

3 Przykłady diagramów związków encji (1)
zalicza studiuje przedmiot kierunek student N M 1

4 Przykłady diagramów związków encji (2)
pracownik temat N M N należy wykonuje 1 zespół

5 Przykłady diagramów związków encji (3)
zażywa leży lekarstwo oddział chory N M 1

6 związek wystąpienie – Grabski studiuje informatykę typ - studiuje encja wystąpienie - Grabski typ - student atrybut-odwzorowanie typ związku zbiór wartości typ encji zbiór wartości

7 student integer char(20) char(50) student album nazwisko adres

8 student 1 przedmiot kierunek wydział M N album nazwisko adres jęz_ob
id_p prowadzący nazwa studiuje zalicza podlega kierunek wydział sem ocena id_k id_w dziekan M N

9 Algorytm tworzenia schematów relacji na podstawie diagramu związków encji
1) Utwórz schemat relacji dla każdego typu encji. Do schematu tego wchodzą wszystkie atrybuty proste (pojedyncze) opisujące encję. Kluczem schematu jest klucz encji. 2) Utwórz dodatkowy schemat relacji dla każdego atrybutu wielowartościowego. Do schematu tego wchodzi klucz encji i dany atrybut wielowartościowy. Kluczem schematu jest cały schemat. 3) Utwórz schemat relacji dla każdego typu związku. Do schematu tego wchodzą klucze encji powiązanych związkiem oraz atrybuty własne związku. Klucz schematu jest wyznaczany następująco:  dla krotności 1:N – klucz encji wchodzącej do związku przez krawędź N, dla krotności M:N – złożenie kluczy obu encji, dla krotności 1:1 – dowolny z kluczy obu encji,  4) Scal schematy o identycznych kluczach (optymalizacja struktury).

10 Schematy relacji utworzone dla diagramu opisującego studentów
student (album, nazwisko, adres) kierunek (id_k, nazwa) wydział (id_w, nazwa, dziekan) przedmiot (id_p, nazwa, prowadzący) języki (album, język_obcy) studiuje (album, id_k, sem) podlega (id_k, id_w) zalicza (album, id_p, ocena)

11 Schematy relacji po optymalizacji
studenci (album, nazwisko, adres, id_k, sem) kierunki (id_k, nazwa, id_w) wydziały (id_w, nazwa, dziekan) przedmioty (id_p, nazwa, prowadzący) języki (album, język_obcy) zaliczenia (album, id_p, ocena)

12 Inna forma zapisu diagramów (narzędzia CASE)
studiuje student album nazwisko adres kierunek id_k nazwa

13 Problem atrybutów wielowartościowych
N student album nazwisko adres nazwa język_obcy stopień zna M student (album, nazwisko, adres) język_obcy (nazwa) zna (album, nazwa, stopień) Relacja (tablica) język_obcy – pełni rolę słownika

14 Problem związków 1 : 1 student (album, nazwisko, adres)
czytelnik jest staż nr_karty student (album, nazwisko, adres) czytelnik (nr_karty, staż) jest (album, nr_karty) - problem wyboru klucza

15 student (album, nazwisko, adres)
czytelnik (nr_karty, staż) jest (album, nr_karty) - problem wyboru klucza  Możliwe rozwiązania:  1) Klucz: nr_karty Wtedy schemat: studenci (album, nazwisko, adres), czytelnik (nr_karty, staż, album) 2) Klucz: album Wtedy schemat: studenci (album, nazwisko, adres, nr_karty), 3) album i nr_karty – klucze równoważne Wtedy schemat: studenci (album, nazwisko, adres, nr_karty, staż)

16 Związek identyfikujący

17 Encja słaba: - nie jest w pełni identyfikowalna przez swoje atrybuty - posiada tylko klucz częściowy - jest identyfikowana przez klucz częściowy + klucz encji właścicielskiej Związek identyfikujący - wiąże encję słabą z encją właścicielską Uzupełnienie algorytmu tworzenia schematów relacji na podstawie diagramu związków encji: w przypadku encji słabej dołącz do klucza schematu tworzonej relacji klucz encji właścicielskiej dziecko (nrp, imię, data_ur) ma (nrp, imię)

18 Dwa związki między dwiema encjami
nrp dyplomant album nazwisko adres N recenzuje 1 pracownik prowadzi pracownik (nrp, nazwisko) dyplomant (album, nazwisko, adres) prowadzi (nrp, album) recenzuje (nrp, album) po modyfikacji nazw i scaleniu: pracownicy (nrp, nazwisko) dyplomanci (album, nazwisko, adres, nrp_prowadz, nrp_rec)

19 Powiązanie encji samej z sobą
zwierzchnik nrp N pracownik kieruje-podlega 1 nazwisko podwładny pracownik (nrp, nazwisko) kieruje_podlega (nrp, nrp)     zwierzchnik podwładny po modyfikacji nazw i scaleniu: pracownicy (nrp, nazwisko, nrp_zwierzchnika)

20 Projektowanie struktury b. d. poprzez normalizację schematu bazy danych
Punkt wyjścia: zbiór atrybutów A1, A2, A3, , An , których wartości chcemy przechowywać w bazie. Początkowy cała b.d. jest widziana jako jedna relacja o schemacie R = {A1, A2, A3, , An }. Następnie schemat R dzielony jest na zbiór schematów relacji w procesie normalizacji. R  { R1, R2, R3, , Rk } Schematy tworzone w procesie normalizacji powinny spełniać warunki kolejnych postaci normalnych.

21 pracownik adres dziecko Grabski Zabrze, ul. Wolności 123 Adam Jaworek Gliwice, ul. Zwycięstwa 33 Kasia, Ania, Krzyś

22 Definicja 1PN Schemat relacji (relacja) jest w 1 PN (postaci normalnej), jeśli dziedziny atrybutów tworzących schemat zawierają jedynie wartości atomowe, tzn. nie są zbiorami, ciągami czy listami wartości.

23 Relacja w 1PN pracownik adres dziecko Grabski Zabrze, ul. Wolności 123
Adam Jaworek Gliwice, ul. Zwycięstwa 33 Kasia Ania Krzyś

24 Problemy związane z redundancją
aktualizacja danych redundancyjnych – niebezpieczeństwo utraty spójności bazy, anomalia usuwania (klucz główny oraz jego składowe nie mogą być puste). anomalia wstawiania

25 Relacja w 1PN pracownik adres dziecko Grabski Zabrze, ul. Wolności 123
Adam Jaworek Gliwice, ul. Zwycięstwa 33 Kasia Ania Krzyś

26 Zależność funkcyjna X, Y – atrybuty, dom(X), dom(Y) – dziedziny atrybutów Atrybut Y jest funkcyjnie zależny od X, jeśli istnieje odwzorowanie f: dom(X)  dom (Y) które każdej wartości z dziedziny X przyporządkowuje nie więcej niż jedną wartość z dziedziny Y.   Zapis uproszczony: X  Y

27 Przykłady zależności funkcyjnych
pracownik  adres pracownik, dziecko  adres

28 Rola klucza w tworzeniu zależności funkcyjnych
K – klucz, A – atrybut niekluczowy Z definicji klucza wynika, że zawsze zachodzi: K  A

29 Częściowa zależność funkcyjna
Założenie: zachodzi zależność funkcyjna: X  A Jeśli dodatkowo spełniona jest zależność X’  A, gdzie X’  X, to wtedy zależność X  A nazywamy zależnością częściową.

30 Przykład Zachodzi zależność: pracownik, dziecko  adres ponadto zachodzi też zależność : pracownik  adres więc zależność : jest zależnością częściową

31 Definicja 2PN Schemat relacji (relacja) jest w 2PN, jeżeli jest w 1 PN i żaden atrybut niekluczowy nie jest częściowo zależny od klucza (od żadnego z kandydujących kluczy relacji).

32 Przykład dekompozycji do 2PN
{pracownik, adres, dziecko} {pracownik, adres} {pracownik, dziecko} 1PN 2PN

33 Przykład innej relacji
pracownik instytut wydział temat kwota Grabski Jaworek Bukowy Inf El AEiI BK 303 BW 202 150 200

34 Istniejące zależności funkcyjne:
pracownik  instytut instytut  wydział pracownik  wydział pracownik, temat  kwota a ponadto pracownik, temat  instytut pracownik, temat  wydział

35 Przykład dekompozycji do 2PN
{ pracownik, instytut, wydział, temat, kwota } { pracownik, instytut, wydział } { pracownik, temat, kwota } 1PN 2PN

36 pracownik instytut wydział Grabski Jaworek Bukowy Inf El AEiI
Istniejące zależności funkcyjne: pracownik  instytut instytut  wydział pracownik  wydział pracownik instytut wydział

37 Definicja zależności tranzytywnej
K X A Tranzytywna zależność atrybutu A od klucza K poprzez X

38 Definicja 3PN Schemat relacji (relacja) jest w 3 PN, jeżeli jest w 1 PN i żaden z atrybutów niekluczowych nie jest tranzytywnie zależny od klucza (od żadnego z kandydujących kluczy relacji).

39 Przykład dekompozycji do 3PN
{ pracownik, instytut, wydział } { pracownik, instytut} { instytut, wydział } 2PN 3PN

40 Projektowanie schematu bazy danych metodą dekompozycji
Dane wejściowe: Zbiór wszystkich atrybutów, traktowany jako schemat jednej relacji Zbiór zależności między atrybutami Cel: Uzyskanie zbioru schematów relacji w trzeciej lub czwartej postaci normalnej spełniających warunek odwracalności dekompozycji

41 Warunek odwracalności dekompozycji
Dekompozycja schematu R na zbiór schematów { R1, R2, R3, , Rk } jest odwracalna, jeśli dla każdej relacji r(R) zachodzi: R1 (r)  R2 (r)  …  Rk (r) = r

42 Twierdzenie o dekompozycji odwracalnej
Dane: relacja r o schemacie R, tzn. r(R), K - klucz relacji, X, Y - atrybuty tej relacji. Jeśli w relacji r(R) istnieje tranzytywna zależność atrybutu Y od klucza K poprzez atrybut X, to dekompozycja schematu R na dwa schematy {XY, R-Y} jest dekompozycją odwracalną.

43 Przykład dekompozycji odwracalnej
{ pracownik, instytut, wydział } { pracownik, instytut} { instytut, wydział } 2PN 3PN

44 Przykład dekompozycji nieodwracalnej
{ pracownik, instytut, wydział } { pracownik, wydział } { instytut, wydział } 2PN 3PN

45 Zależność wielowartościowa (definicja uproszczona)
W relacji r(R) jest spełniona wielowartościowa zależność X  Y jeśli z daną wartością atrybutu X jest związany dobrze określony zbiór wartości atrybutu Y Przykład: pracownik  dziecko student  język_obcy

46 Definicja 4PN Schemat relacji r(R) jest w 4PN, jeżeli jest w 1PN i każda zależność wielowartościowa X  Y, spełniona w r, jest zależnością trywialną, tzn. X  Y = R, lub X jest kluczem relacji r.

47 Twierdzenie Jeśli w relacji r(R) istnieje wielowartościowa zależność X  Y, to dekompozycja schematu R na dwa schematy {XY, R-Y} jest dekompozycją odwracalną.

48 Przykład Rozważmy relację o schemacie R = {pracownik, adres, dziecko}.
W relacji tej spełniona jest zależność wielowartościowa pracownik  dziecko wobec czego dekompozycja schematu R na dwa schematy {pracownik, dziecko} i {pracownik, adres} jest dekompozycją odwracalną

49 Inny przykład R = {student, dyscyplina_sportowa, język_obcy}
W relacji tej spełnione są zależności wielowartościowe: student  dyscyplina_sportowa student  język_obcy Wykorzystanie jednej z nich prowadzi do odwracalnej dekompozycji: {student, dyscyplina_sportowa} {student, język_obcy}

50

51