Databázové modely Ing. Michal Valenta PhD. Katedra softwarového inºenýrství Fakulta informa ních technologií ƒeské vysoké u ení technické v Praze c Michal Valenta, 2010 Databázové systémy BI-DBS ZS 2010/11, P edn. 2 Evropský sociální fond. Praha & EU: Investujeme do va²í budoucnosti Michal Valenta (FIT ƒvut) Databázové modely BI-DBS, 2010, P edn. 2 1 / 40
[trans]beamer pgfpages []beamerthememadrid [czech]babel xspace times [T1]fontenc [utf8]inputenc hyperref times graphicx Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 2 / 40
DBS Databázové modely Michal Valenta Katedra softwarového inºenýrství FIT ƒeské vysoké u ení technické v Praze c Michal Valenta, 2011 BI-DBS, ZS 2011/12 https://edux.t.cvut.cz/courses/bi-dbs/ Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 2 / 40
Databázové modely stru ný p ehled na za átek 3 úrovn pohledu na data integritní omezení konceptuální a logický model? souvislost s SI konceptuální modelování (ER, UML Class Diagram) logické (databázové) modely (popis, p íklad) sí ový hierarchický rela ní objektový XML Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 3 / 40
Úrovn pohledu na data R zné úrovn pohledu na data Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 5 / 40
Úrovn pohledu na data Konceptuální, logická, fyzická úrove Konceptuální Zabývá se modelováním reality. Snaºí se nebýt ovlivn na budoucími prost edky e²ení. Pouºívá se gracká notace (obvykle ER model nebo UML Class Diagram), p ípadn dal²í IO. Logická (databázová) Fyzická Vztahuje se ke konkrétnímu databázovému modelu a pouºívá jeho konstruk ní dotazovací a manipula ní prost edky (rela ní objektová, sí ová, hierarchická, XML,...). Jde o fyzické uloºení dat (sekven ní soubor, indexy, clustery,...). Uºivatelé (programáto i aplikací, p íleºitostní uºivatelé) jsou od ní odstín ní logickou vrstvou S BD. Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 6 / 40
Úrovn pohledu na data Integritní omezení (IO) IO jsou tvrzení vymezující korektnost DB. Denují se na konceptuální úrovni, promítají se do úrovn logické. Na databázové (logické) úrovni se denují pomocí JDD (DDL). N kdy DDL není dost silný, proto dal²í prost edky (triggery, uloºené procedury), nebo aº na úrovni aplikace. DDL prost edky datových model jsou r zn silné (rela ní objektová, sítová, hierarchická, XML,...) P íklady IO (Uvaºujeme p j ovnu lm, která p j uje lmy do kin.): Kino je jednozna n ur ené názvem. Film si lze v p j ovn rezervovat jen tehdy, jsou-li v²echny jeho kopie vyp j eny Zákazník si m ºe vyp j it nejvý²e 6 lm (kopií) Vyp j ující si osoba musí být v seznamu zákazník p j ovny. Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 7 / 40
Konceptuální modely Konceptuální modelování databází V polovin 70. let 20. století. Nejd leºit j²í p ínosy: spole né chápání objekt aplikace uºivateli a projektanty, integrace r zných uºivatelských pohled, výsledek je vstupem pro realizaci databáze, slouºí jako dokumentace. D sledky vypu²t ní konceptuální úrovn : P íli² nízká úrove pohledu na data: obtíºná komunikace se zadavatelem (zákazníkem), neumoºní realizaci v t²í databáze. V rozsáhlej²í databázi je velmi t ºké se zorientovat. Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 9 / 40
Konceptuální modely Konceptuální modelování E-R diagramy (1976) de facto standart (pro rela ní databáze) chenova notace binární ER (Oracle) mnoho dal²ích... Konstrukty ER: entitní mnoºiny (entity) atributy entit vztahové typy (vztahy) ú ast ve vztahu atributy vztah integritní omezení identikátory násobnost ú asti (kardinalita a parcialita vztahu) Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 10 / 40
Konceptuální modely UML Class Diagram sou ást UML implementace v mnoha návrhových nástrojích, v etn automatických generátor databázového modelu (DDL), Enterprise Architekt, UML Star, Rational Rose,... UML (a Class Diagram) je objektov orientovaná notace výhodné pro objektov orientovanou implementaci v t²ina (sou asných) databází je v²ak rela ní (resp. OR) pro návrh databáze se asto nevyuºívají v²echny výrazové prost edky (jednodu²²í Class Diagram má p ímo arý p eklad do zvoleného JDD na databázové úrovni, p evod sloºit j²ích konstrukcí nemusí být jednozna ný nebo úplný a m ºe p sobit problémy, viz nap íklad ISA hierarchie v dal²ích p edná²kách). Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 11 / 40
Konceptuální modely Databázové modelování v kontextu SW systém v kontextu SI Databázové modelování v kontextu SI Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 12 / 40
Konceptuální modely Databázové modelování v kontextu SW systém v kontextu SI R zné notace konc. modelu ukázka Binary UML Class Diagram Chen Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 13 / 40
Logické (databázové) modely Logické (databázové) modely sí ový - 60. léta 20. století hierarchický - konec 60.let; lze chápat jako specializaci sí ového modelu rela ní 70.leta objektový - 80.léta; lze chápat jako roz²í ení sí ového modelu objektov -rala ní - 90-léta; komer n úsp ²ný k íºenec rela ního a objektového modelu; podpora ve standardech SQL (SQL99, SQL2003) XML - konec 90 let, mnoho prvk hierarchického modelu; aplika ní doména?; zpracování XML dat také proniká do standardu SQL Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 15 / 40
Logické (databázové) modely Logické (databázové) modely Volba databázového modelu ur uje prost edky pro vytvá ení struktury databáze (DDL) a prost edky pro tvorbu aplikací (DML, dotazovací jazyk, TCL, DCL) P íklady: rela ní model - SQL Objektový model - OQL XML model - Xpath, XQuery Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 16 / 40
Sí ový model Sí ový model p íklad schéma výskyt Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 18 / 40
Sí ový model Sítový model datové typy datový typ Record (záznam), který se podobá pascalskému datovému typu File of record datový typ Set (C-mnoºina); dvojice r zných datových typ Record, který se podobá datovému typu Seznam) Poznámka: Snadná konverze mezi ER a sí ovým modelem: Kaºdému entitnímu typu odpovídá jeden typ Record Kaºdému vztahovému typu 1:N odpovídá jeden typ Set Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 19 / 40
Sí ový model Sítový model operace vytvo nový záznam daného typu, zru² záznam, zm záznam za a lenský záznam do c-mnoºiny daného vlastníka vy a daný len z c-mnoºiny najdi první len v c-mnoºin daného vlastníka najdi následovníka v c-mnoºin daného vlastníka najdi vlastníka daného lena c-mnoºiny Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 20 / 40
Sí ový model Sí ový model Bachman v diagram návrh 1 Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 21 / 40
Sí ový model Sí ový model Bachman v diagram návrh 2 Blíºe realit neº p edchozí návrh. Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 22 / 40
Sí ový model Sí ový model, p íklad navigace Dotaz: Vypi² program kina Blaník. Begin Najdi KINO záznam (NAZEV=`Blaník'); Get KINO; Najdi prvního lena v MÁ_NA_PROGRAMU; While Not EOF MÁ_NA_PROGRAMU Do Get MÁ_NA_PROGRAMU into A; Print (A.Datum); Najdi vlastníka k A ve FILM; Get FILM into B; Print (B.Nazev); Najdi následovníka v MA_NA_PROGRAMU; End; End; Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 23 / 40
Hierarchický model Hierarchický model specializace modelu sí ového sí ový = orientovaný graf, hierarchický = strom omezené pouºití (nevhodné pro ná² p íklad!) vhodné pro modelování typu ást/celek aplikace evidence sou ástek v projektu Apolo Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 24 / 40
Hierarchický model Hierarchický model p íklad Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 25 / 40
Rela ní model Rela ní model charakteristika Jediný konstrukt relace schéma relace: jméno relace, jména atribut, specikace domén atribut prvky domén jsou atomické hodnoty (1.normální forma) formální zápis R(A1:D1,...,An:Dn) p íklad: KINO(NAZEV_K:CHAR(15), ADRESA:CHAR(25)) Integritní omezení: primární klí, cizí klí Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 26 / 40
Rela ní model Rela ní model p íklad schéma KINO(NAZEV_K, ADRESA) FILM(JMENO_F, HEREC, ROK) MA_NA_PROGRAMU(NAZEV_K, JMENO_F, DATUM) Integritní omezení: primární klí e: cizí klí e NAZEV_K JMENO_F {NAZEV_K, JMENO_F} MA_NA_PROGRAMU.NAZEV_K MA_NA_PROGRAMU.JMENO_F IO relace MA_NA_PROGRAMU jsou p íli² silná. Pro? Nelze aby jedno kino hrálo jeden lm víckrát (v jiný den a/nebo as). Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 27 / 40
Rela ní model Rela ní model p íklad data KINO NÁZEV_K ADRESA Blaník Václ. n. 4 Vesna Ol²iny 3 Mír Stra²nická 3 Domovina V dvorcích 7 MA_NA_PROGRAMU NÁZEV_K JMENO_F DATUM Blaník Top Gun 29.3. 1994 Blaník Kmotr 8.3. 1994 Mír Nová ek 10.3. 1994 Mír Top gun 9.3. 1994 Mír Kmotr 8.3. 1994 FILM JMENO_F HEREC ROK ƒerní baroni Vetchý 1994 ƒerní baroni Landovský 1994 Top gun Cruise 1986 Top gun McGillis 1986 Kmotr Brando 1972 Nová ek Brando 1990 Vzorec Brando 1980 Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 28 / 40
Rela ní model Rela ní model operace vytvo novou relaci (tabulku) p idej novou n-tici ( ádek) do dané relace (tabulky) vymaº n-tice ( ádky) zadaných vlastností ve vybraných n-ticích ( ádcích) zadané relace (tabulky) zm hodnoty zadaných prvk (polí) vytvo novou relaci (tabulku) ze zadané relace: výb rem n-tic ( ádk ) zadaných vlastností selekce výb rem zadaných atribut (sloupc ) projekce vytvo novou relaci (tabulku) ze zadaných relací (tabulek) pomocí mnoºinových operací sjednocení, pr nik,rozdíl, kartézský sou in vytvo novou relaci (tabulku) ze zadaných relací pomocí operace spojení Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 29 / 40
Rela ní model Rela ní model dotazování p íklad Dotaz: Vypi² program kina Blaník. rela ní algebra (KINO (NAZEV_K = 'Blaník') * MA_NA_PROGRAMU * FILM) [jmeno_f, datum] SQL Select Jmeno_F, Datum From KINO K JOIN MA_NA_PROGRAMU MNP ON (K.NAZEV_K= 'Blaník' and K.NAZEV_K= MNP.NAZEV_K) JOIN FILM USING (Jmeno_F); Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 30 / 40
Objektový model Objektový model charakteristika Objekty = data + metody. Mezi objekty existuje skládání, d d ní, závislost, klasikace podle t íd,... Strukturované informace není t eba rozd lovat jako v RDM. Protokol objektu je dán mnoºinou p ístupných zpráv (ne atribut jako v RMD). Jedna mnoºina (objekt ) m ºe s vyuºitím polymorsmu obsahovat objekty s r znou strukturou dat i metod. Je rozdíl mezi mnoºinou objekt a t ídou. Identita objektu je dána nejen vnit ními, ale i vn j²ími vazbami. Klí e jsou interní záleºitostí. Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 31 / 40
Objektový model Objektový model konstrukty základní konstrukt objekt generován jako instance dané t ídy (která nese informace o jménech atribut, specikaci domén atribut, názvech metod,...) má stav (hodnoty atribut ) mnoºinové konstrukce - kolekce: set, bag, list, array, dictionary,... mnoºinové operace so:, select:, collect:, detect:, inject:, reject:, intersect:, union:,... Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 32 / 40
Objektový model Objektový model p íklad Metody objektu Kino: programna: datum ^predstaveni select: [:p p datum = datum] vsechnyfilmy ^(predstaveni collect: [:p p film]) asset Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 33 / 40
XML model XML model charakteristika Podobá se hierarchickému XML dokument je obvykle chápán jako strom; DOM API pro p ístup. Aplika ní doména? Datový model : elementy, atributy, PCDATA, zachovává po adí (document oder). N kdy je bohat²í. Silné a standardizované dotazovací jazyky (XPath,XQuery) Mnoho implementací a mnoho v cí stále ve vývoji (indexování, zamykání,...) Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 34 / 40
XML model XML model p íklad schématu DTD <!ELEMENT program (kino*)> <!ELEMENT kino (nazev_k, adresa, hraje*)> <!ELEMENT hraje (film, datum)> <!ELEMENT film (nazev_f, herec, rok)> <!ELEMENT nazev_k (#PCDATA)> <!ELEMENT adresa (#PCDATA)> <!ELEMENT datum (#PCDATA)> <!ELEMENT nazev_f (#PCDATA)> <!ELEMENT herec (#PCDATA)> <!ELEMENT rok (#PCDATA)> Poznámka Toto schéma bude jist obsahovat mnoºství opakujících se hodnot. Z ejm by bylo nevhodné i pro DML operace (aktualiza ní anomálie). Naopak by bylo vhodné pro p ímé vygenerování reportu (html, pdf,...) s programem jednotlivých kin. Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 35 / 40
XML model XML model p íklad data <program> <kino> <nazev_k> MAT </nazev_k> <adresa> Karlovo nám. 18, Praha 2 </adresa> <hraje> <film> <nazev_f> Forest Gump </nazev_f> <herec> Tom Hanks </herec> <rok> 1998 </rok> </film> <datum> 3.1. 2007 </datum> <film> <nazev_f> Vratné láhve </nazev_f> <herec> Zden k Sv rák </herec> <rok> 2006 </rok> </film> <datum> 17. 5. 2007 </datum> </hraje> </kino> <kino>... </kino>... </program> Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 36 / 40
XML model XML model p íklad XPath Názvy kin v databázi : /program/kino/nazev_k V²ichni herci: //herec Kina, která mají na programu aspo 2 lmy: //kino[count(./hraje/film)>2]/nazev_k Filmy, které hrají v kin Blaník: //kino[nazev_k=blanik]//nazev_f Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 37 / 40
XML model XML model p íklad XQuery Dotaz: Názvy lm se seznamem kin, kde se hrají let $kina := "file:///home/valenta/vyuka/dbs/2007/kina.xml" return element obraceny_vypis { for $film in distinct (doc ($kina)//nazev_f) return element film {$film/text(), element se_hraje_v {doc ($kina)//kino [hraje/film/nazev_f = $film/text()]/nazev_k} } } Jedná se vlastn o inverzní výpis databáze. Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 38 / 40
Shrnutí Shrnutí V tomto p edm tu se budeme dále v novat rela nímu databázovému modelu. Je v²ak dobré si uv domit, ºe: Rela ní model není jediný, ze kterého si m ºeme vybírat. Pro ur itý typ aplikace nebo aplika ní doménu m ºeme výb rem vhodného DB modelu mnoho u²et it. Volbu DB modelu je t eba dob e uváºit a zd vodnit. Michal Valenta (FIT ƒvut) DBS Databázové modely BI-DBS, 2011 40 / 40