Relacyjny model baz danych, model zwiazków encji

Transkrypt

Relacja
Projektowanie baz danych
Normalizacje
Relacyjny model baz danych, model związków
encji, normalizacje
Wyklad 3
mgr inż. Maciej Lasota
mgr inż. Karol Wieczorek
Politechnika Świętokrzyska – Katedra Informatyki
Kielce, 2009
M. Lasota, K. Wieczorek
RDBM, model związków encji, normalizacje
Relacja
Normalizacje
Definicje
Operacje na relacjach
Relacja – definicja
Relacyjny model baz danych pojawił się po raz pierwszy w artykule
naukowym Edgara Codda w 1970 roku. W terminologii matematycznej baza danych jest zbiorem relacji. Stąd historyczne pochodzenie
nazwy relacyjny model danych i relacyjna baza danych. W matematyce relację definiuje się jako podzbiór iloczynu kartezjańskiego
zbiorów wartości.
Reprezentacją relacji jest dwuwymiarowa tabela złożona z kolumn i
wierszy.
Relacja
Normalizacje
Definicje
Relacja
W relacji cechy rzeczywistości opisywane są w atrybutach:
Schemat relacji to zbiór nazw atrybutów:
S = {A1 , . . . , An }
Wartość atrybutów należy do dziedziny:
{D1 , . . . , Dn }
Relacja na schemacie „S” to podzbiór iloczynu
kartezjańskiego dziedzin atrybutów (zbiorów wartości):
R ⊂ D1 x, . . . , xDn
Relacja „R” jest zbiorem krotek, zbiór krotek może być
reprezentowany jako tabela (kolumny odpowiadają atrybutom,
wiersze odpowiadają krotkom):
R ⊂ { k1 , . . . , kn }
Relacja
Normalizacje
Definicje
Relacja
S = {A1 , . . . , An }
{D1 , . . . , Dn }
R ⊂ D1 x, . . . , xDn
R ⊂ { k1 , . . . , kn }
Relacja
Normalizacje
Definicje
Relacja
S = {A1 , . . . , An }
{D1 , . . . , Dn }
R ⊂ D1 x, . . . , xDn
R ⊂ { k1 , . . . , kn }
Relacja
Normalizacje
Definicje
Relacja
S = {A1 , . . . , An }
{D1 , . . . , Dn }
R ⊂ D1 x, . . . , xDn
R ⊂ { k1 , . . . , kn }
Relacja
Normalizacje
Definicje
Klucz relacji
Klucz relacji „K” jest zbiorem atrybutów (jeden lub wiele), które
jednoznacznie wyznaczają krotkę (wiersz). Klucze możemy podzielić:
klucze właściwe (żaden podzbiór właściwy klucza właściwego
nie jest kluczem),
klucze główne (jeden klucz właściwy relacji, wybrany do
identyfikacji krotki).
Relacja
Normalizacje
Definicje
1
Selekcja – wybór krotek (wierszy):
Σw (R) ={K ∈ R:w(k)}
w - warunek selekcji
2
Projekcja (rzut) – wybór atrybutów (kolumn):
Πw (S 0 ) ={k(S 0 ) : k∈ R}
S’ - podzbiór schematu S
3
Złączenie – operacje na dwóch relacjach
4
Operacje teoriomnogościowe (suma, iloczyn, różnica)
Relacja
Normalizacje
Definicje
1
Σw (R) ={K ∈ R:w(k)}
2
Πw (S 0 ) ={k(S 0 ) : k∈ R}
3
4
Relacja
Normalizacje
Definicje
1
Σw (R) ={K ∈ R:w(k)}
2
Πw (S 0 ) ={k(S 0 ) : k∈ R}
3
4
Relacja
Normalizacje
Definicje
1
Σw (R) ={K ∈ R:w(k)}
2
Πw (S 0 ) ={k(S 0 ) : k∈ R}
3
4
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Model związków encji
Przykład
Projektowanie baz danych – wstęp
Podczas projektowania bazy danych bardzo ważnym elementem jest
zrozumienie celu, oraz tego, co próbujemy osiągnąć poprzez stworzenie bazy danych.
Każda nowo projektowana baz danych powinna posiadać następujące kluczowe cechy i właściwości:
Zdolność przechowywania potrzebnych danych
Zdolność obsługi wymaganych związków (relacji)
Zdolność rozwiązywania problemu
Zdolność do narzucania integralności danych
Zdolność narzucania wydajności w przetwarzaniu danych
Zdolność uwzględniania przyszłych zmian
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Etapy projektowania
1
Pierwszym etapem w projektowaniu bazy danych jest zebranie
informacji o tym, do czego ma nam ona służyć. Na pierwszym
miejscu należy określić cel projektowania bazy danych. Ważne
jest znać cel przed rozpoczęciem zbierania bardziej
szczegółowych informacji.
2
Drugim etapem jest określenie obiektów, czyli zdefiniowanie
kluczowych obiektów, które powinny się znaleźć w bazie
danych. np. projektując bazę sklepu kluczowymi obiektami są
klienci, zamówienia, produkty itd. Każdy stworzony obiekt
posiada określone cechy np. klient posiada imię, nazwisko,
adres itd.
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Etapy projektowania
1
Pierwszym etapem w projektowaniu bazy danych jest zebranie
informacji o tym, do czego ma nam ona służyć. Na pierwszym
miejscu należy określić cel projektowania bazy danych. Ważne
jest znać cel przed rozpoczęciem zbierania bardziej
szczegółowych informacji.
2
Drugim etapem jest określenie obiektów, czyli zdefiniowanie
kluczowych obiektów, które powinny się znaleźć w bazie
danych. np. projektując bazę sklepu kluczowymi obiektami są
klienci, zamówienia, produkty itd. Każdy stworzony obiekt
posiada określone cechy np. klient posiada imię, nazwisko,
adres itd.
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Etapy projektowania c.d.
3
Trzeci etap, gdy każdemu obiektowi bazy danych przypiszemy
określone cechy możemy dane obiekty przekształcić w tabele
(w przypadku modelu relacyjnego). Na tym etapie obiekty
nazywane są tabelami natomiast cechy określają kolumny w
tabelach. Każda kolumna posiada określoną nazwę np. tabela
klienci może posiadać kolumny imię, nazwisko, adres itd.
4
Czwarty etap, najtrudniejszy polega na określeniu relacji
między tabelami oraz krotności. Należy rozbić te kolumny,
które mogą występować po kilka razy dla każdej tabeli.
Dodatkowo należy zdecydować w jaki sposób poszczególne
tabele wiążą się ze sobą
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
3
Trzeci etap, gdy każdemu obiektowi bazy danych przypiszemy
określone cechy możemy dane obiekty przekształcić w tabele
(w przypadku modelu relacyjnego). Na tym etapie obiekty
nazywane są tabelami natomiast cechy określają kolumny w
tabelach. Każda kolumna posiada określoną nazwę np. tabela
klienci może posiadać kolumny imię, nazwisko, adres itd.
4
Czwarty etap, najtrudniejszy polega na określeniu relacji
między tabelami oraz krotności. Należy rozbić te kolumny,
które mogą występować po kilka razy dla każdej tabeli.
Dodatkowo należy zdecydować w jaki sposób poszczególne
tabele wiążą się ze sobą
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
5
Ostatni etap, każdej tabeli przypisujemy klucze główne.
Wyodrębniamy klucze kandydatów - potencjalne dane, które
mogą się przyczynić do jednoznacznej identyfikacji każdego
wiersza. Następnie wybieramy jeden z nich na klucz główny
całej tabeli.
W przypadku gdy nie można jednoznacznie określić żadnego
klucza głównego lub uważamy, że klucze - kandydaci nie
nadają się do tego możemy stworzyć tzw. logiczny klucz
główny. Logiczny klucz główny to dodatkowa kolumna w
tabeli jednoznacznie identyfikująca każdy wiersz tabeli.
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Najbardziej powszechnym modelem abstrakcyjnie przedstawiającym
strukturę bazy danych jest model związków encji (model E/R). W
modelu E/R struktura danych jest reprezentowana graficznie jako
„diagram związków encji”, w którym korzysta się z trzech typów
elementów:
encje
atrybuty
związki
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Zbiory encji
Encje są pewnego rodzaju obiektami abstrakcyjnymi, a kolekcja podobnych encji tworzy zbiór encji. Encje określają coś co istnieje,
co jest odróżnialne od innych, o czym informację trzeba znać lub
przechowywać.
Reprezentacją graficzną zbioru encji jest prostokąt:
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Atrybuty
Atrybuty są to właściwości encji danego typu, reprezentują pewną
wartość np. liczbę całkowitą, rzeczywistą lub napis. Opisują encje
i dla każdego egzemplarza encji powinny przyjmować pojedynczą
atomową wartość.
Reprezentacją graficzną atrybutu jest elipsa:
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Związki
Związki są połączeniami między dwoma lub większą liczbą zbiorów encji. Wyróżniamy związki binarne (najczęściej stosowane) oraz
związki wieloargumentowe.
Reprezentacją graficzną związku jest romb:
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Diagramy związków encji
Diagramy związków encji są grafami reprezentującymi zbiory encji,
atrybuty i związki. Elementy tych różnych typów są reprezentowane
jako wierzchołki grafów.
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Przykład
Nr
10
11
12
13
14
Nr
100
101
102
103
104
Miasto
Kielce
Kraków
Warszawa
Kielce
Morawica
Imie
Karol
Jan
Hans
Clark
Bruce
Nazwisko
Wieczorek
Serce
Kloss
Kent
Wayne
Kod pocztowy
25-010
34-145
00-917
25-277
23-088
Adres
100
101
102
103
104
Ulica
Padarewskiego
Smocza
Woronicza
Warszawska
Kielecka
Nr m
35
102
17
122
34
Relacja
Normalizacje
Jak zacząć?
Etapy projektowania
Przykład
Diagram związków encji
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
Normalizacja – definicja
Normalizacja to proces organizacji danych w bazie danych. Polega on na tworzeniu tabel i ustanawianiu pomiędzy nimi powiązań
według reguł obowiązujących zarówno przy ochronie danych, jak i
uelastycznianiu bazy danych przez eliminowanie powtarzających się
i niespójnych zależności.
Normalizując bazę danych usuwamy z niej nadmiarowość tzw. redundancję. Nadmiarowość w bazie danych bywa szkodliwa. Jej istnienie
powoduje niepotrzebny wzrost objętości bazy danych, oraz prowadzi
do problemów z utrzymaniem spójności danych czyli tzw. anomalii.
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
Schemat normalizacji
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
1PN – definicja
Pierwsza postać normalna dotyczy powtarzających się grup danych,
jeżeli zależności funkcyjne pomiędzy danymi wskazują na związki
jeden do wielu, wskazuje to na istnienie grup danych.
Definicja pierwszej postaci normalnej
„Relacja jest w pierwszej postaci normalnej wtedy i tylko wtedy
gdy każdy atrybut niekluczowy jest funkcyjnie zależny od klucza
głównego”
Pierwsza postać normalna wymaga, aby żaden atrybut(kolumna) w
tabeli nie był podzielny dalej, a także, aby nie było powtarzających
się grup.
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
2PN – definicja
Druga postać normalna dotyczy zależności funkcyjnych od części
klucza złożonego, normalizacja do drugiej postaci ma na celu wykluczenie takich zależności.
Definicja drugiej postaci normalnej
„Relacja jest w drugiej postaci normalnej wtedy i tylko wtedy, gdy
jest w pierwszej postaci normalnej i każdy atrybut niekluczowy,
czyli nie należący do zadanego klucza, jest w pełni funkcyjnie
zależny od klucza głównego.”
Druga postać normalna mówi, że żadna informacja w wierszu nie
może zależeć tylko od części klucza podstawowego (głównego).
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
3PN – definicja
Trzecia postać normalna ma na celu wykluczenie zależności przechodnich pomiędzy danymi poprzez określenie danych determinujących spośród niekluczowych atrybutów relacji.
Definicja trzecia postaci normalnej
„Relacja jest w trzeciej postaci normalnej wtedy i tylko wtedy, gdy
jest w drugiej postaci normalnej i każdy niekluczowy atrybut jest
bezpośrednio, a nie przechodnio, zależny od klucza głównego.”
Trzecia postać mówi, że żadna informacja w kolumnie, która nie
jest kluczem podstawowym, nie może zależeć od niczego innego,
jak tylko od klucza podstawowego.
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
Przykład normalizacji1
W poniższych krokach przedstawiono proces normalizacji fikcyjnej
tabeli student. Mamy tabelę student w postaci nieznormalizowanej:
1
Autorprzykadu : PiotrGawrysiak [email protected] PolitechnikaWarszawska
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
Przykład normalizacji c.d.
Pierwsza postać normalna – cechy:
Brak powtarzających się grup
Tabele powinny mieć tylko dwa wymiary
Ponieważ jeden student ma kilka klas, klasy powinny
znajdować się w oddzielnej tabeli
Występowanie pól Klasa 1, Klasa 2 i Klasa 3 w powyższych
rekordach jest oznaką problemów podczas projektowania
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
Przykład normalizacji – 1PN
Pierwsza postać normalna 1PN:
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
Druga postać normalna – cechy:
Eliminowanie powtarzających się danych
W powyższej tabeli dla każdego pola Nr Studenta istnieje
wiele wartości w polach Nr Klasy
Pole Nr Klasy nie jest zależne od pola Nr Studenta (klucz
podstawowy), dlatego ta relacja nie znajduje się w drugiej
postaci normalnej
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
Drugą postać normalną przedstawiono na następujących dwóch tabelach: studenci i rejestracja
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
Trzecia postać normalna – cechy:
Eliminowanie danych, które nie zależą od klucza
W ostatnim przykładzie pole Pokój (numer pokoju opiekuna)
jest zależne od atrybutu Opiekun
Rozwiązaniem jest przeniesienie tego atrybutu z tabeli
Studenci do tabeli Wydział
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
Trzecia postać normalna 3PN:
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
Postać normalna Beyoce’a - Codda
Definicja postaci normalnej Boyce’a-Codda stanowi właściwie sumę
pierwszej, drugiej i trzeciej postaci normalnej. Posługując się wyłącznie tą definicją można stwierdzić, czy relacja spełnia warunki
relacyjnego modelu danych.
PN B-C
Relacja jest w postaci normalnej Boyce’a-Codda wtedy i tylko
wtedy, kiedy każdy jej atrybut zależy funkcjonalnie tylko od jej
klucza głównego.
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
4 i 5 PN – definicje
Czwarta postać normalna służy do eliminacji relacji między tabelami typu (jeden – do – wielu) zachodzących między niezależnymi
kolumnami.
Piąta postać normalna polega na podziale tabeli źródłowej na maksymalną ilość tabel w celu uniknięcia redundancji (nadmiarowości).
Relacja
Normalizacje
Wprowadzenie
Omówienie PN
Przykład
Dodatkowe PN
Wnioski
Wnioski
Bardzo często bazy danych są normalizowane do 3PN lub BCPN.
Dalsza normalizacja zazwyczaj nie jest nieopłacalna ze względu na
duży spadek wydajności tak znormalizowanych baz danych (głównie chodzi o czas realizacji zapytań w przypadku dużych zbiorów
danych).
Znormalizowanie bazy do postaci 5PN powoduje, że zwiększa się
ilość prostych zapytań do bazy danych w ramach uzyskania danych
z wielu tabel, co znacznie wpływa no obniżenie prędkości wykonania
zapytań.
Relacja
Normalizacje
Pytania
?
Relacja
Normalizacje
Koniec
Dziękuję za uwagę

Relacyjny model baz danych, model zwiazków encji

Transkrypt

Podobne dokumenty

bd - zajęcia1

Harmonogram dyżurów na miesiąc Kwiecień-Maj

Projektowanie bazy danych, model związków encji

Systemy baz danych

Wykład 3

Diagramy związków encji ERD Ćwiczenia w modelowaniu danych