Basi di Dati e Sistemi Informativi

1. Basi di Dati e SistemiInformativi Il ModelloRelazionale Home page del corso: http://www.cs.unibo.it/~difelice/dbsi/

2. Livelli di astrazione • In gran parte dei DBMS moderni, idatisonoarticolatisutrelivellidi astrazione: • Schema Esterno  descrive come idatiappaiono per un utente o un gruppo di utenti. • Schema Logico descrivel’organizzazionelogicadeidati (dettagli a breve …) • Schema Fisico  descrive come idatisonomemorizzatisumemoriasecondaria.

3. Livelli di astrazione • Proprieta’ (auspicabili) deilivelli in un DBMS: • Indipendenzafisica interagire con ilmodellologicoin modoindipendentedallo schema fisico. • Indipendenzalogica  interagire con illivelloesterno in modoindipendentedallo schema logicodeidati.

4. Livelli di astrazione • In gran parte dei DBMS moderni, idatisonoarticolatisutrelivellidi astrazione: • Schema Logico descrivel’organizzazionelogicadeidati (dettagli a breve …) • Schema Fisico  descrive come idatisonomemorizzatisumemoriasecondaria. • Schema Esterno  descrive come idatiappaiono per un utente o un gruppo di utenti.

5. ModelloRelazionale: overview DEF. informale ModelloRelazionale idatisonoorganizzati in record di dimensionefissa, e divisi in tabelle (relazioni). • Colonnedellatabella(Proprieta’ di interesse) Attributi • Intestazionedellatabella (i.e. nometabella + nomeattributi)  Schemadellarelazione • Righedellatabella Istanzedellarelazione

6. ModelloRelazionale: overview CORSI • Nome dellarelazione: CORSI • Attributi: Corso, Codice del Corso, Nome Docente • Schema dellarelazione: • CORSI(Corso, Codice del Corso, Nome Docente) • Istanzedellarelazione: • <Basi di dati, 0121, M. Di Felice>

7. ModelloRelazionale: overview CORSI • Ogniattributodispone di undominiochedefiniscel’insieme di valorivalidiper quelll’attributo. • Es. dom(Corso) = string • E’ possibileaveredominiripetutinellastessarelazione!

8. ModelloRelazionale: overview CORSI • VINCOLIsull’ordinedeidati: • L’ordinamentodellerighe e’ irrilevante • L’ordinamentodellecolonne e’ irrilevante.

9. ModelloRelazionale: overview (1) CORSI (3) (2) • VINCOLI sui datidellarelazione • Non possonoesistereattributiuguali(1). • Non possonoesistererigheuguali(2). • I datidi unacolonnadevonoessereomogenei (3).

10. ModelloRelazionale: overview E’ possibileavereuno schema di relazionisenzainstanze(es. in fase di creazione del DB) … CORSI Il viceversa e’ impossibile …

11. ModelloRelazionale: overview In pratica, unabase di datipuo’ esserecostituita da moltetabelle… CORSI ESAMI STUDENTI

12. ModelloRelazionale: overview Nelmodellorelazionale, iriferimentitradati in relazionidifferentisonoespressimediantevalori. CORSI ESAMI STUDENTI

13. ModelloRelazionale: overview Propostonel 1970 da E.F. Codd, ricercatoredell’IBM di San Jose, CA. Primianni ‘70  Definizione del modelloe del linguaggioSQL, prototipi di DBMS relazionali Primianni ‘80  Standardizzazione di SQL Anni ‘90  Evoluzioni del linguaggio SQL (SQL-2edSQL-3), estensioni ad altrimodelli.

14. ModelloRelazionale: overview • Oltre al modellorelazionale (propostonegliannisettanta), esistonoaltrimodellilogicidi organizzazionedeidati: • Modellogerarchico • Modelloreticolare • Modelload oggetti • ModelloXML-based • … • DBMS basatisumodellorelazionale RDBMS

15. ModelloRelazionale: overview In moltimodelli (es. gerarchico, reticolare, oggetti), iriferimentitratabellesonodefinitimediantepuntatori. CORSI ESAMI STUDENTI

16. ModelloRelazionale: overview • Vantaggi del modellorelazionale: • Indipendenzafisica: vengonorappresentati solo idati, e non le informazioniaggiuntivesudove idatisonomemorizzati (es. puntatori ad aree di memoria). • Portabilita’ del modellotrapiattaformedifferenti. • Gestionesemplificata di operazioni di modifica. • Svantaggi del modellorelazionale: • - Maggiore complessita’ nell’implementazionedel modello da parte del DBMS.

17. ModelloRelazionale: overview Q: Perche’ sichiamamodellorelazionale? A: Unarelazione sui datipuo’ essere vista come unarelazionematematica! (con unaleggeravariazione). Q2:… Com’e’ definitaunarelazionematematica (nellateoriadegliinsiemi)?

18. ModelloRelazionale: overview DEF. DatininsiemiD1, D2, … Dn, unarelazionematematicasugliinsiemiD1, D2, … Dne’ definita come un sottoinsieme del prodottocartesiano D1x D2x … x Dn. DEF.Il prodottocartesianodegliinsiemiD1, D2, … Dne’ definito come l’insiemedelle tuple ordinate (d1, d2, … dn), con diDi,

19. ModelloRelazionale: overview Esempi di relazione (n=2): A={a,b,c,d,e}, B={1,2,3} Prod. Cartesiano={(a,1),(a,2),(a,3),(b,1),(b,2),(b,3), (c,1), (c,2), (c,3), (d,1), (d,2), (d,3), (e,1), (e,2), (e,3)} Relazione = {(a,1),(a,2),(a,3)} Relazione = {(a,2),(b,1),(d,3),(e,3)} Relazione= {(d,2)}

20. ModelloRelazionale: overview Se usassimo la definizioneclassica di relazionematematicanelmodellorelazionaledeidati: CORSI Problema: Ordinamentodelle tuple in unarelazione … In generale:

21. ModelloRelazionale: overview Dal punto di vista deidati, i due schemisonouguali, ma non lo sono se consideriamo la definizione di relazionematematica! Soluzione: UsarerappresentazioneNON posizionale, mediantegliattributi …

22. ModelloRelazionale: overview Volendofornireunadefinizionerigorosadi relazionenelmodellorelazionale… • Schema di relazione:  un nomeR con un insieme di attributiA1, ..., An: • R (A1,..., An) Schema di relazione: CORSI(Corso, Codice, Docente)

23. ModelloRelazionale: overview Volendofornireunadefinizionerigorosadi relazionenelmodellorelazionale… • Unaennuplasu un insieme di attributi X èunafunzionecheassocia a ciascunattributo A in X un valore del dominio di A. • t[A]denotailvaloredellaennupla t sull'attributo • Istanza di relazionesuuno schema R(X):insiemer di ennuplesuX.

24. ModelloRelazionale: overview Volendofornireunadefinizionerigorosadi relazionenelmodellorelazionale… t1 t2 t3 t1[Corso] = “Basi di dati” t1[Codice]=“2121” t3[Docente]=“D. Sangiorgi” Istanza di CORSI(Corso, Codice, Docente)= {t1,t2,t3}

25. ModelloRelazionale: overview Generalizzandonelcaso di basi di daticomposte da piu’ relazioni: • Schema di base di dati:  • insiemedi schemi di relazione: R = {R1(X1), ..., Rk(Xk)} • Istanza di base di datisuuno schema R = {R1(X1), ..., Rk(Xk)}: insieme di instanze di relazioni r = {r1,..., rn} (con rirelazionesullo schema Ri)

26. ModelloRelazionale: overview • Altrecomponenti del modellorelazionale: • Informazioniincomplete • Vincoli di integrita’ • Vincoliintra-relazionali • Vincoliinter-relazionali

27. ModelloRelazionale: overview In unarelazione, le ennuple di datidevonoessereomogenee (ossiaaveretutte le stessastruttura). PROBLEMA (1):Cheaccade se ilvalore di un attributo per unacertaennuplanon e’ noto? IMPIEGATI

28. ModelloRelazionale: overview In unarelazione, le ennuple di datidevonoessereomogenee (ossiaaveretutte le stessastruttura). PROBLEMA (2):Cheaccade se ilvalore di un attributo per unacertaennuplae’ inesistente? ESAMI

29. ModelloRelazionale: overview In unarelazione, le ennuple di datidevonoessereomogenee (ossiaaveretutte le stessastruttura). PROBLEMA (3):Cheaccade se ilvalore di un attributo per unacertaennuplae’ senzainformazione? • Il valoredell’attributonon esiste. (CASO2) • Esiste ma non e’ notoal momentodellacreazionedellaennupla. (CASO1)

30. ModelloRelazionale: overview Unapossibilesoluzione per tutti e treicasipotrebbeesserequella di colmare le informazionimancantiusando “valorispeciali” • Si richiedonovalorispeciali per ogniattributo • Si richiede di conoscere la semanticadeivalori “speciali” da parte delleapplicazioni.

31. ModelloRelazionale: overview • In alternativa: le informazionimancantisonoetichettate con ilvalore NULL. • t[A], per ogniattributo A, èunvalore del dominiodom(A)oppureilvaloreNULL. • Tramitevalori NULL, e’ possibilegestirei 3 casivisti in precedenza(valori non noti, inesistenti o senzainformazione), senzanecessita’ di operaredistinzionetraglistessi.

32. ModelloRelazionale: overview • Valore di attributonon noto: IMPIEGATI • Valore di attributoinesistente: ESAMI

33. ModelloRelazionale: overview • E’ fondamentalelimitareilnumero di valori NULL in unarelazione … perche’? STIPENDI

34. ModelloRelazionale: overview • Altrecomponenti del modellorelazionale: • Informazioniincomplete • Vincoli di integrita’ • Vincoliintra-relazionali • Vincoliinter-relazionali

35. ModelloRelazionale: overview Non tutte le istanze di unarelazione (o di una base di dati) possonoconsiderarsilecite! CORSI ESAMI STUDENTI

36. ModelloRelazionale: overview Non tutte le istanze di unarelazione (o di una base di dati) possonoconsiderarsilecite! CORSI ESAMI STUDENTI

37. ModelloRelazionale: overview Non tutte le istanze di unarelazione (o di una base di dati) possonoconsiderarsilecite! CORSI ESAMI STUDENTI

38. ModelloRelazionale: overview • Un vincolo e’ unafunzionebooleana, cheassocia ad unaistanzar di una base di datidefinitasuuno schema R = {R1(X1), ..., Rk(Xk)} un valore di verita’ (true/false). • Istanzalecita Instanzachesoddisfatuttiivincoli. • Vincoliintra-relazionali(suciascunarelazione) • Vincoli di ennupla • Vincoli di chiave • Vincoliinter-relazionali(trarelazioni diverse)

39. ModelloRelazionale: overview • Altrecomponenti del modellorelazionale: • Informazioniincomplete • Vincoli di integrita’ • Vincoliintra-relazionali • Vincoli di ennupla • Vincoli di chiave • Vincoliinter-relazionali

40. ModelloRelazionale: overview I vincoli di ennuplaesprimonocondizionisuciascunaennupla, consideratasingolarmente. Possonoessereespressimedianteespressionialgebriche o espressionibooleane. C1: C2:

41. ModelloRelazionale: overview I vincoli di ennuplaesprimonocondizionisuciascunaennupla, consideratasingolarmente. C1:

42. ModelloRelazionale: overview I vincoli di ennuplaesprimonocondizionisuciascunaennupla, consideratasingolarmente. • Come esprimere la condizionecheilsaldo di • un giornosiadipendente dal saldo del giornoprecedente … Non possofarlo con ivincoli di ennuplavisti fin qui!

43. ModelloRelazionale: overview • Altrecomponenti del modellorelazionale: • Informazioniincomplete • Vincoli di integrita’ • Vincoliintra-relazionali • Vincoli di ennupla • Vincoli di chiave • Vincoliinter-relazionali

44. ModelloRelazionale: overview (Def. Informale) Unachiave e’ un insieme di attributicheconsente di identificare in manieraunivocale ennuple di unarelazione. STUDENTI • Non esistono due studenti con la stessamatricola. • Data la matricola di unostudente, e’ possibilerisalire a tuttiisuoidati (cognome/nome/data di nascita).

45. ModelloRelazionale: overview Un sottoinsieme K di attributi di unarelazione e’ unasuperchiave se NON contiene due ennupledistinte t1 e t2 con t1[K]=t2[K]. STUDENTI {Matricola} e’ unasuperchiave {Cognome} NON e’ unasuperchiave {Matricola, Cognome} e’ unasuperchiave {Cognome, Nome} e’ unasuperchiave

46. ModelloRelazionale: overview Unachiavedi unarelazione r e’ unasuperchiaveminimale di r (ossia non esisteun’altrasuperchiave K’ chesiacontenuta in K). STUDENTI {Matricola} e’ unachiave {Cognome} NON e’ unachiave {Matricola, Cognome} NON e’ unachiave {Cognome, Nome} e’ unachiave

47. ModelloRelazionale: overview Q1: Esistesemprealmenounasuperchiave per ognirelazione ? SI’(perche’?) Q2: Possonoesisterepiu’ superchiaviper la stessarelazione? SI’ (esempio sotto) STUDENTI {Matricola} {Cognome, Nome} {Matricola,Cognome} {Maricola, Nome, Cognome} ….

48. ModelloRelazionale: overview Q1: Esistesemprealmenounachiave per ognirelazione ? SI’(perche’?) Q2: Possonoesisterepiu’ chiaviper la stessarelazione? SI’ (esempio sotto) STUDENTI {Matricola} {Cognome, Nome} ….

49. ModelloRelazionale: overview In fase di progettazione, le chiavidovrebberoesseredefinite a livello di schema, e non di istanza. STUDENTI • {Nome} e’ unachiave in questaistanza, ma e’ un casofortuito …

50. ModelloRelazionale: overview Come regolagenerale, le chiavidovrebberoesseredefinite a livello di schema, e non di istanza. STUDENTI • Per definireunachiave a livello di schema, servonoinformazioniaggiuntivesuldominiodeidati …