Relacyjne Bazy Danych

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Streszczenie wykładu II

W wykładzie 2 zaprezentowana jest podstawowa metoda tworzenia

schematu relacyjnej bazy danych. Jest ona dwustopniowa. W

pierwszej fazie projektujemy

model danych

dla rozważanej

dziedziny zastosowań, nazywany

diagramem związków encji

. W

drugiej fazie przekształcamy otrzymany model danych w schemat

bazy danych. Specjalne oprogramowanie (nazywane

narzędziami

CASE

- Computer Aided System Engineering

) dostarcza narzędzi

graficznych do projektowania i rysowania diagramów na ekranie

komputera. Co więcej, dostarcza narzędzi do automatycznego

generowania schematu bazy danych w konkretnym systemie baz

danych, takim jak na przykład Microsoft Access.

W wykładzie wprowadzane pojęcia ilustrowane są za pomocą zdjęć

ekranów pochodzących z programu

Microsoft Visio

(wersja

2000), który służy do rysowania różnego rodzaju diagramów, w

tym także diagramów związków encji.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Diagram związków encji

Celem procesu projektowania schematu bazy danych jest:

wyspecyfikowanie wymagań użytkowników przyszłej bazy

danych oraz dokonanie analizy tych wymagań,

utworzenie schematu bazy danych, spełniającego wymagania

użytkowników i jednocześnie gwarantującego poprawne

funkcjonowanie bazy danych w ramach całego systemu

informacyjnego.

Na ogół, zanim utworzy się bazę danych, dokonuje się analizy

wymagań informacyjnych i przedstawia się je w postaci modelu

danych nazywanego

diagramem związków encji

. W diagramie

tym abstrahujemy od szczegółów technicznych związanych z

implementacją danych w konkretnym systemie baz danych.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Diagram związków encji

pośredni model projektowy

Diagram związków encji

powinien:



w sposób jednoznaczny określać wymagania użytkowników,

umożliwiając im sprawdzenie, czy analityk systemu dobrze

zrozumiał ich intencje i specyfikę działania firmy (ogólnie –

obiektów stanowiących przedmiot modelowanej bazy danych);



być istotnie prostszy od schematu bazy danych, ponieważ

abstrahuje od szczegółów implementacyjnych, które muszą być

później opracowane przez projektanta bazy danych tak, aby

baza danych mogła powstać i spełniać postawione przed nią

zadania.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Składniki diagramu związków encji

Encja

Encja

(obiekt) to coś, co istnieje, co jest odróżnialne od innych, o czym

informację trzeba znać lub przechowywać. Encje o tych samych

własnościach tworzą typy (zbiory) encji. Reprezentacją graficzną encji

jest ramka (prostokąt).

Należy odróżniać

typ encji

od jej

instancji

(egzemplarza) np.

Osoba

jako

typ

i jako konkretny

obiekt

(instancja, egzemplarz, czyli fizyczna osoba).

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Składniki diagramu związków encji

Atrybut

Atrybut

jest to właściwość encji danego typu, opisywana pewną wartością np.

liczbą całkowitą, liczbą rzeczywistą, napisem, datą. Inaczej mówiąc –

atrybut to cecha (właściwość) obiektu, którego modelem jest encja. Zbiór

atrybutów opisuje encję, a zbiór konkretnych wartosci atrybutów opisuję

instancję (konkretny egzemplarz) encji.



Identyfikowany atrybut powinien opisywać encję, przy której się go

umieszcza (a nie związki z innymi encjami!). Na przykład

Numer miejsca w

samolocie

jest atrybutem encji

Samolot

lub encji

Miejsce w samolocie

, a nie

atrybutem encji

Bilet

, choć na nim się także pojawia.



Pierwsza postać normalna

dla każdego egzemplarza encji, każdy jej

atrybut powinien przyjmować pojedynczą, atomową (niepodzielną)

wartość. Z tego powodu, atrybut

Dzieci pracownika

nie jest dobrym

kandydatem na atrybut encji

Pracownik



Należy pomijać atrybuty wyliczane, czyli takie, których wartości dadzą się

wyliczyć z innych, już istniejących w bazie wartości. Np. wiek osoby jest

wyliczany z daty urodzenia; cena brutto wynika z ceny netto i stawki

podatku VAT, wartość zakupu z liczby zakupionych przedmiotów i ich cen.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Składniki diagramu związków encji

Klucz

Klucz

(

jednoznaczny identyfikator

)

jest to zbiór (może być

jednoelementowy)

atrybutów

danej

encji,

których

wartości

jednoelementowy)

atrybutów

danej

encji,

których

wartości

jednoznacznie identyfikują każdą instancję tej encji. Jeden klucz jest

główny

, pozostałe

alternatywne

. Jedna encja może mieć wiele kluczy.



Atrybuty klucza głównego wyróżnia się etykietą PK i/lub podkreśleniem.



Niektóre encje, w celu jednoznacznego ich zidentyfikowania, wymagają

powiązania z innymi encjami, czego efektem jest umieszczenie klucza

obcego wśród atrybutów klucza głównego. Encje takie nazywają się

słabe

albo

zależne

. Pozostałe

encje to encje

niezależne

Analizę

zaczynamy od zidentyfikowania encji niezależnych.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Składniki diagramu związków encji

Typy danych

Typy zmiennych

, czyli

dziedziny atrybutów

, to zbiory wartości, które

mogą być przyjmowane przez zmienne zapisywane w kolumnach tabel.



W MS Visio atrybuty encji określa się w zakładce "Columns".



Odróżnia się dwie specyfikacje typów danych: niezależną od systemu

baz danych (

Portable Data Type

), oraz zorientowaną na generowanie

bazy danych do konkretnego systemu baz danych (

Physical Data Type

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Indeksy

Wśród atrybutów encji wyróżniamy atrybuty bądź grupy atrybutów,

względem wartości których są wyszukiwane egzemplarze encji. Dla

takich atrybutów specyfikujemy

indeksy

. Indeks na kluczu głównym

jest zakładany automatycznie i nie trzeba dodatkowo go

specyfikować. Na diagramie atrybuty posiadające indeksy są

etykietowane literą

ze wskaźnikiem. W MS Visio indeksy specyfikuje

się w zakładce "Indexes". Przykład pokazany na slajdzie to

specyfikacja indeksu do wyszukiwania osób według ich nazwisk.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Związek

to uporządkowana lista encji, poszczególne encje

mogą występować wielokrotnie. Każdy związek określa

pewną zależność między zbiorami egzemplarzy (instancji)

encji wchodzącymi w skład związku - instancję związku.

Związek można formalnie zapisać przy użyciu notacji relacyjnej:

Z(E1 ,...,En)

co oznacza:

encje E1 ,...,En wchodzą w skład związku Z

Można także opisać związek werbalnie, np.:



Pracownik pracuje w dziale

(związek pomiędzy encjami

Dział

Pracownik

)



Pracownik w projekcie pełni rolę

(związek pomiędzy encjami

Pracownik

Projekt

)



Firma produkuje towar

(związek pomiędzy encjami

Firma

Towar

)

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Związek binarny - dwuargumentowy

Związek binarny

jest reprezentowany graficznie jako linia łącząca

dwie ramki (encje). MS Visio automatycznie tworzy w encji

Student

atrybut

Nr_Grupy

(z etykietą FK1 - klucz obcy ) - określający

powiązania instancji encji

Student

z instancjami encji

Grupa

Instancja

związku binarnego jest dwuargumentową relacją na

iloczynie kartezjańskim zbiorów instancji encji. W naszym

przykładzie - zbioru studentów, ze zbiorem grup studenckich.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Związek jednoznaczny i jego implementacja

Związek jednoznaczny

Gdy instancja związku binarnego jest funkcją częściową związek

nazywa się jednoznaczny.



Instancja związku jednoznacznego między encjami

Grupa

Student

jest funkcją ze zbioru studentów w zbiór grup studenckich.

Część związku odpowiadająca dziedzinie funkcji jest nazywana

stroną

wiele

związku (lub

encją podrzędną

), a część odpowiadająca

przeciwdziedzinie funkcji

stroną jeden

związku (lub

encją nadrzędną

)

– i jest oznaczana strzałką.



Grupa

jest encją po stronie jeden (nadrzędną) a

Student

encją po

stronie wiele (podrzędną).

Implementacja związku jednoznacznego

Dwie encje połączone związkiem jednoznacznym są implementowane

odpowiednio przez dwie tabele. W encji po stronie wiele jest dodany

klucz obcy określający powiązanie z instancją encji po stronie jeden.



W naszym przykładzie do encji

Student

jest dodany klucz obcy

Nr_grupy

etykietowany przez FK1, określający powiązanie z

instancją encji

Grupa

- przez wartość klucza głównego

Nr_grupy

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Okienko właściwości związku ("Database

properties")

Zakładka "Definition"

W zakładce

Definition

związek definiowany jest jako powiązanie

dwóch zbiorów atrybutów: tworzonego automatycznie klucza

obcego w encji po stronie "wiele" i klucza głównego w encji po

stronie "jeden". Pole „Foreign key rrole name” jest miejsscem gdzie

można opisać rolę, jaką w encji podrzędnej pełni klucz obcy (może

być to przekształcone w etykietę kolumny przyszłej tabeli).

W przykładzie

Student

jest encją po stronie "wiele", a

Grupa

jest encją

po stronie "jeden".

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Okienko właściwości związku ("Database

properties")

Zakładka „Name"

Zakładka

Name

określa sposób odczytywania zawartości związku oraz

nazwę dla więzów klucza obcego:

Grupa_Student_FK1

Pola

Verb phrase

Inverse phrase

pozwalają opisać verbalnie

związek, ułatwiając zrozumienie jego roli. Opis może zostać

wykonany w ujęciu „od strony wiele do strony jeden” i/lub odwrotnie.

MS Visio pozwala wyświetlić opisy związków na diagramie.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Okienko właściwości związku ("Database

properties")

Zakładka "Miscelaneous"

Zakładka

Miscelaneous

określa podstawowe własności związku:

Liczebność

(

Cardinality

) - ile egzemplarzy encji po stronie wiele

może być połączone z jednym egzemplarzem encji po stronie

jeden. Może to być konkretna liczba np. 2 albo określenie typu

"zero lub więcej", "jeden lub więcej", "zero lub jeden".

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Okienko właściwości związku ("Database

properties")

Zakładka "Miscelaneous"

Typ związku

(

Relationship type

), który może być:



identyfikujący

– do identyfikacji egzemplarza encji po stronie

wiele jest potrzebny odpowiadający mu egzemplarz encji po

stronie jeden i wtedy encja po stronie wiele nazywa się encją słabą

(zależną) - inaczej mówiąc wartość klucza obcego wchodzi w skład

klucza głównego encji po stronie wiele



nieidentyfikujący

- wartość klucza obcego nie wchodzi w skład

klucza głównego encji po stronie wiele.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Okienko właściwości związku ("Database

properties")

Zakładka „Miscelaneous”

Opcję

Optional

– czy wartość klucza obcego jest opcjonalna tzn.

czy dopuszcza wartość NULL. Związek jest opcjonalny gdy wartość

klucza obcego dopuszcza wartość NULL. Związek jest wymagany

gdy wartość klucza obcego musi być określona tzn. nie może być

NULL (inaczej mówiąc dla każdego egzemplarza encji po stronie

wiele istnieje odpowiadający mu egzemplarz encji po stronie

jeden).

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Okienko właściwości związku ("Database

properties")

Zakładka "Ref. Integrity"

Zakładka

Ref. Integrity

określa akcje referencyjne, które zostaną

podjęte w przypadku naruszenia więzów spójności referencyjnej

przez operacje usuwania i aktualizacji wierszy w tabeli nadrzędnej.

Dostępne są następujące opcje:

Odmawiaj wykonania akcji (

No action, Restricted

) - nie wykonuj

zmiany, jeśli naruszyłaby ona więzy spójności referencyjnej. System

zarządzania bazą danych „odmówi” wykonania polecenia, informując

o tym użytkownika i/lub zapisując informację o tym w logu.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Okienko właściwości związku ("Database

properties")

Zakładka "Ref. Integrity"

Propaguj zmiany do encji podrzędnej (

Cascade

) - przy aktualizacji

instancji encji nadrzędnej uaktualnij wartość klucza obcego w

encji podrzędnej, a przy usuwaniu, razem z egzemplarzem encji

nadrzędnej, usuń wszystkie powiązane przez wartość klucza

obcego egzemplarze encji podrzędnej. Ta akcja jest w

szczególności naturalna dla wszystkich związków identyfikujących.

Wstaw NULL (

Set Null

) - w przypadku aktualizacji lub usuwania instancji

encji nadrzędnej, w miejsce wartość klucza obcego w odpowiadających

jej instancjach encji podrzędnej wstaw NULL.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Okienko właściwości związku ("Database

properties")

Zakładka "Ref. Integrity"

Wyłącz więzy spójności referencyjnej i wykonaj operację (

not enforce

). System zarządzania bazą danych przestaje

odpowiadać za spójność danych.

Niektóre systemy dopuszczają jeszcze jedną opcję:

Wstaw wartość domyślną (

Set Default

) - w przypadku

aktualizacji lub usuwania instancji encji nadrzędnej, zamiast

wartości klucza obcego w odpowiadających jej instancjach encji

podrzędnej wstaw wartość domyślną.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Transformacja związku niejednoznacznego

Każdy związek niejednoznaczny (czyli taki związek, który nie jest

jednoznaczny) trzeba sprowadzić do związków jednoznacznych.



Dla związku o liczbie argumentów większej niż dwa

Z(E1

,...,En),

n>2

wprowadzamy nową encję

i n jednoznacznych

związków binarnych

Zi(E0,Ei)

łączących nową encję z encjami

już istniejącymi. Klucz encji

jest sumą kluczy encji

E1,...,En



Dla

niejednoznacznego

związku

binarnego

Dla

niejednoznacznego

związku

binarnego

Z(E1,E2)

wprowadzamy nową encję

i dwa związki jednoznaczne

Z1(E0,E1)

oraz

Z2(E0,E2)

łączące nowy zbiór encji ze starymi.

Klucz encji

jest sumą kluczy encji



Wprowadzana encja reprezentująca związek nazywa się

encją

asocjacyjną

. Jest ona zawsze encją słabą (zależną), bo związki

łączące

ją

encjami

argumentami

związku

łączące

ją

encjami

argumentami

związku

niejednoznacznego są związkami identyfikującymi.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Transformacja związku niejednoznacznego -

przykład

Powyżej przedtawiony jest przykład opisanej transformacji dla związku

trójargumentowego: wykładowca prowadzi zajęcia dla grupy studenckiej

z przedmiotu nauczania. Stosując opisaną metodę wprowadzimy nową

encję asocjacyjną

, której zadaniem będzie opisanie związku, jaki

zachodzi pomiędzy

wykładowcami

przedmiotami nauczania

grupami

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Transformacja związku niejednoznacznego -

przykład

Jednoznaczny identyfikator nowej encji tworzą trzy wprowadzone

związki tj. klucze obce do encji

Grupa

Wykladowca

Przedmiot

Istotne jest ustawienie typu tych związków jako identyfikujących. To

właśnie spowoduje umieszczenie kluczy obcych z encji

Grupa

Wykladowca

Przedmiot

w części identyfikującej (czzyli wśród

atrybutów klucza głównego) encji asocjacyjnej

Zajęcia

W encji asocjacyjnej można umieszczać atrybuty charakteryzujące

związek np. między osobami, projektami i rolami - atrybut

odz_rozp

Czas_trwania

Sala

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Związek rekurencyjny

Związek rekurencyjny jest to związek zachodzący pomiędzy tą samą

encją, np. „Jedna

Osoba

jest kierownikiem drugiej

osoby

”

. W

pokazanym przykładzie na kluczach obcych zostały utworzone

(przez projektanta bazy) indeksy, co jest często stosowaną

praktyką.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Związek jedno-jednoznaczny, jeden-do-jeden

Zwiazek jedno-jednoznaczny to związek jednoznaczny, kórego

instancja jest różnowartościową funkcją częściową . Inaczej

mówiąc, każdej instancji encji po stronie „wiele” odpowiada co

najwyżej jedna instancja encji po stronie „jeden” - na przykład

związek "Każdy student jest osobą" (Osoba może być studentem,

ale nie musi nim być).

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Metody odwzorowania związku jedno-

jednoznacznego

Związek jedno-jednoznaczny może zostać odwzorowany w tabele bazy

danych na jeden z trzech sposobów (na przykładzie związku między

encjami

Osoba

Student

(Stosowana przez MS Visio) Używamy dwóch tabel:

Student

Osoba

W tabeli

Osoba

zapisujemy atrybuty wspólne dla wszystkich osób. W

tabeli

Student

zapisujemy klucz główny z tabeli

Osoba

(identyfikujący

studenta jako osobę) oraz atrybuty charakterystyczne tylko dla

studentów.

Wadą tego rozwiązania jest konieczność częstego używania złączenia

dwóch tabel, zaletą jest elegancja schematu.

Używamy tylko jednej tabeli, w której są przechowywane wszystkie

możliwe atrybuty dotyczące osób. Jeśli osoba nie jest studentem,

wartości atrybutów charakterystycznych tylko dla studentów

pozostają NULL.

Wadą tego rozwiązania jest potencjalnie duża liczba wartości NULL w

tabeli.

Używamy tylko jednej tabeli

Student

. W przypadku, gdy zajdzie

potrzeba reprezentowania jeszcze innego typu osób jak np.

Pracownik – dla tej kategorii osób definiujemy osobną tabelę. Gdy

jest potrzebna informacja obejmująca wszystkie osoby, trzeba wtedy

stosować sumowanie zawartości tabel.

Metoda ta jest dobra, gdy podział na kategorie osób jest rozłączny. Gdy

podział nie jest rozłączny, ta sama informacja będzie powtarzana, np.

informacja o pracownikach będących jednocześnie studentami.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Generowanie bazy danych z modelu

Po wybraniu docelowego systemu bazodanowego (w naszym przypadku MS Access)

możemy wygenerować z programu MS Visio tabele w bazie danych:

Tworzymy pustą bazę danych MS Access.

Z menu Visio wybieramy opcję "Database -> Generate" wywołując kreator

generacji.

W pierwszym okienku dialogowym kreatora wybieramy opcję "Generate new

database".

. Przy pierwszym użyciu:

Wybieramy opcję: "Create MDB file" i "New" (data source name - DSN).

W kolejnych okienkach wybieramy opcje "System data source", "Microsoft Access

driver".

Po utworzeniu DSN podajemy ścieżkę do utworzonej wcześniej bazy danych MS

Access.

. Przy kolejnym użyciu:

Wybieramy opcję: "MDB file already exists".

W kolejnych okienkach wybieramy DSN z listy rozwijanej i ścieżkę do utworzonej

wcześniej bazy danych Access.

UWAGA

Opcja generowania bazy danych z modelu wykonanego w MS Visio

dostępna jest w wersjach 2002 i 2003 tylko w wydaniach „Enterprise”. W

powszechnie dostępnych wydaniach „Proffesional” możliwe jest tylko wykonanie

diagramu związków edncji.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Słownik



encja

(obiekt) coś co istnieje, co jest odróżnialne od innych, o czym

informację trzeba znać lub przechowywać. Encje o tych samych

własnościach tworzą typy (zbiory) encji. Reprezentacją graficzną encji

jest ramka (prostokąt). Encja może być niezależna lub zależna (od

innych encji przez związek lub związki z nimi).



atrybut

jest to właściwość encji danego typu, reprezentowana pewną

wartością np. liczbą całkowitą, liczbą rzeczywistą, napisem.



klucz

(jednoznaczny identyfikator) jest to zbiór (może być

jednoelementowy)

atrybutów

danej

encji,

których

wartości

jednoelementowy)

atrybutów

danej

encji,

których

wartości

jednoznacznie identyfikują każdą instancję tej encji. Jeden klucz -

główny, pozostałe nazywają się alternatywnymi.



związek

- uporządkowana lista encji, poszczególne encje mogą

występować wielokrotnie.



instancja

zwązku

- relacja określona między zbiorami egzemplarzy

encji wchodzącymi w skład związku. Relacja ta zwykle jest zmienna w

czasie.



związek

binarny

- związek dwuargumentowy (między dwiema

encjami).



związek

jednoznaczny

(jeden-do-wiele) - związek binarny, którego

instancja jest dwuargumentową funkcją częściową.

opr. Lech Banachowski, Krzysztof Matejewski

Słownik



liczebność

związku

- ile egzemplarzy encji po stronie wiele może

być połączone z jednym egzemplarzem encji po stronie jeden.

Może to być konkretna liczba np. 2 albo określenie typu "zero lub

więcej", "jeden lub więcej", "zero lub jeden".



związek

identyfikujący

- klucz obcy wchodzi w skład klucza

głównego encji po stronie wiele.



związek

nieidentyfikujący

- klucz obcy nie wchodzi w skład

klucza głównego encji po stronie wiele.



związek

opcjonalny

- wartość klucza obcego jest opcjonalna,

tzn. dopuszcza wartość NULL.



związek

wymagany

- wartość klucza obcego jest wymagana tzn.

nie dopuszcza wartości NULL.



związek

rekurencyjny

- związek binarny, który zachodzi między

tą samą encją w dwóch rolach, np. "Jedna osoba jest kierownikiem

drugiej osoby".



związek

jedno-jednoznaczny

(jeden-do-jeden) - związek

jednoznaczny którego instancja jest różnowartościową funkcją

częściową np. związek "Każdy student jest osobą" ("Osoba może

być studentem, ale nie musi nim być").

Document Outline