Literatur. Informatik II Vorlesung am D-BAUG der ETH Zürich. Ziele. Datenbankverwaltungssysteme

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1 Literatur Literatur: Kemper, Eickler: Datenbanksysteme: Eine Einführung. Oldenbourg Verlag, 9. Auflage, 203. Informatik II Vorlesung am D-BAUG der ETH Zürich Dr. Felix Friedrich und Dr. Hermann Lehner Vorlesung 2, 208 Datenbanksysteme: Das Entity Relationship (ER) Modell, das Relationale Modell und SQL. Demo: Java & SQL: Eine GUI Applikation fuer die VBZ Daten Quellen: Basismaterial wurde von Prof. Donald Kossmann & Martin Kaufmann freundlicherweise zur Verfügung gestellt. Weitere Quelle: Folien zu Datenbanksysteme: Eine Einführung, Lehrstuhl III Datenbansysteme, Prof. Kemper, TU München 2 Ziele utzen von Datenbanksystemen verstehen, Modellierungskenntnisse ER Modell (Modellierung der Weltsicht) Relationales Modell (Modellierung für die DB) Datenbanksystem anwenden Java + SQL Datenbankverwaltungssysteme Ein Datenbankverwaltungssystem (DBMS) ist ein Werkzeug zur Erstellung und Ausführung datenintensiver Anwendungen grosse Datenmengen grosse Datenströme 3 4

2 Typische Anwendungen Bank z.b. Konten / Geldtransfer Bibliothek z.b. Bücher / Ausleihen Facebook, Twitter, z.b. Freunde, Sende Tweet Geoinformationssysteme z.b. Topographische Information, "Erzeuge Karte" "Alles, was Sie mit einer Tabelle machen wollen, mit Excel nicht erledigen können und nicht selbst programmieren möchten". Wozu Datenbanksysteme? Vermeide Redundanz und Inkonsistenz Deklarativer Zugriff auf die Daten und Unabhängigkeit von der Implementation (physische Datenunabhängigkeit) Synchronisiere gleichzeitigen Datenzugriff Sicherheit, Vertraulichkeit Minimiere Kosten und Aufwand Ähnliche Funktionalität selbst zu implementieren würde Jahre in Anspruch nehmen 5 6 Datenmodellierung Auschnitt der realen Miniwelt. Teil heutige Vorlesung: Modellierung (ER-Modell) reale Welt: Universität XML konzeptuelles Schema (ER-Schema) relationales Schema intellektuelle Modellierung objektorientiertes Schema halbautomatische Transformation 7 Matrr konzeptuelle Modellierung Persr geben Titel 8

3 2. Teil heutige Vorlesung: Relationales Datenmodell Legi Fichte Jonas Legi select from,, where.legi=.legi and.=. and.titel = `Grundzüge ; Titel Grundzüge Glaube und Wissen Entity Relationship Modell update set Title = `Grundzüge der Logik where = 500; 9 0 Entity/Relationship (ER) Modell Modell einer Universität vorraussetzen Legi Semester Legi Vorgänger achfolger Entity = Gegenstandstyp Relationship = Beziehungstyp Schlüssel (Identifikation) Hörer Kurs Attribut / Eigenschaft Rolle Semester Persr ote prüfen lesen KP Titel Rang r Titel KP Assistent arbeitenfür Raum Fachgebiet Persr 2

4 in natürlicher Sprache haben Legir, und Semester. Die Legir identifziert einen eindeutig. haben eine, Kreditpunkte und einen Titel. identifiziert eine Vorlesung eindeutig. haben Persr,, Rang und Raum. Persr identifiziert einen Professor eindeutig. Assistenten haben Persr, und Fachgebiet. Persr. identifiziert einen Assistenten eindeutig. können Voraussetzung für andere sein. lesen. Assistenten arbeiten für werden von über geprüft. erhalten oten als Teil dieser Prüfungen. Ist das die einzig mögliche Interpretation? ein: zu einem ER-Model gehört immer noch Dokumentation und/oder gesunder Menschenverstand Warum ER? Vorteile ER Diagramme sind einfach zu erstellen und editieren ER Diagramme sind aufgrund der grafischen Darstellung einfach zu verstehen (vom Laien) ER Diagramme beschreiben alle Informationsanforderungen Allgemeines Viele Tools verfügbar Kontroverse, ob ER/UML in der Praxis von utzen ist Keine Kontroverse, dass jeder ER/UML lernen sollte 3 4 Funktionalitätsangaben E E R 2 Beispiel: Seminar Um das zu verstehen, denken Sie am besten in Abbildungen (Funktionen): eine Abbildung f(x,y) hat pro Parameter x,y nur einen Wert. : E E 2 R Í E x E 2 : betreuen Seminarthemen ote : :M betreuen: x Seminarthemen betreuen: Seminarthemen x 5 6

5 Konsistenzbedingungen des Seminar Einschränkungen. dürfen bei einem Professor nur ein Seminarthema bearbeiten 2. können dasselbe Seminarthema nur einmal bearbeiten Universität mit Funktionalitäten Legi Semester vorraussetzen Vorgänger achfolger M M M KP Titel Möglichkeiten. können das Seminarthema für andere wiederverwenden 2. Dasselbe Thema kann von verschiedenen verwendet werden 7 Persr Fachgebiet ote Assistent prüfen arbeitenfür lesen Persr Rang Raum 8 Daumenregeln Wann Attribut, wann Entität? Entität, wenn das Konzept mehr als eine Beziehung hat Attribut, wenn das Konzept nur eine : Beziehung hat Partitionierung von ER-Modellen Realistische Modelle sind grösser als eine Seite ach Bereichen / Organisationseinheiten partitionieren Kein gutes automatisches Graphenpartitionierungstool bekannt Tipps Keine Redundanz modellieren Je weniger Entitäten desto besser ER Modellierung: Zusammenfassung ER beschreibt eine Miniwelt Das "was" und die Regeln ER ist statisch. Es beschreibt keine Übergänge ützlich zum Erstellen von Software zur Beantwortung von (An)fragen über die Miniwelt es folgt nun: ER-Modell à relationales Modell Ähnliche Modellierungsmöglichkeiten bietet UML (mehr auf OOP zugeschnitten) Auch andere graphische Darstellungen des ER Modells gebräuchlich, z.b. "Krähenfussnotation" optisch näher bei UML 9 20

6 Relationales Modell, Formalismus Relation R R Í D x x D n Relationales Modell Die Welt in Tabellen D, D 2,, D n sind Domänen Beispiel: Telefonbuch Í string x string x integer Tupel: t Î R Beispiel: t = ( Mickey Mouse, Main Street, 47) Relationenschemata werden wie folgt beschrieben Telefonbuch: {[: string, Strasse: string, Telefon#:integer]} 2 {[]} deuten an, dass ein Schema eine Menge von Tupeln [] ist des Attributes Typ des Attributes 22 Relationales Modell Ausprägung: Zustand der Datenbank Telefonbuch Strasse Telefon# Mickey Mouse Main Street 47 Minnie Mouse Broadway Donald Duck Broadway Schlüssel: minimale Menge von Attributen, welche ein Tupel eindeutig identifizieren z.b. {Telefon#} oder {, Geburtstag} Regel #: Darstellung von Entities : {[Legi:integer, :string, Semester: integer]} : {[:integer, Titel: string, KP: integer]} : {[Persr:integer, : string, Rang: string,raum: integer]} Assistenten: {[Persr:integer, : string, Fachgebiet: string]} Primärschlüssel (durch Unterstreichung hervorgehoben): Ausgewählter Schlüssel, welcher üblicherweise zur Identifikation eines Tupels in einer Relation verwendet wird

7 Regel #2: Darstellung von Beziehungen! )"! "" E! "#$ E 2 R E n! )#*! " % %! #&! '"! '#( R:{[ ]} R R A,., A k, A2,, A2,,,,,,, k A 2 n Ank A A n kr $!#!" $!#!" $!#!" $!#!" Schlüssel E Schlüssel E 2 Schlüssel E n Attribute von R 25 Darstellung von Beziehungen : {[Legi: integer, : integer]} lesen : {[Persr: integer, : integer]} arbeitenfür : {[AssiPersr: integer, ProfPersr: integer]} voraussetzen: {[Vorgänger: integer, achfolger: integer]} prüfen : {[Legi: integer, : integer, Persr: integer, ote: decimal]} Fremdschlüssel, identifizieren Tupel aus anderen Entitäten 26 Ausprägung von Zur Regel #2: Bennenung der Attribute? Legi Legi Legi M 27 Spezifiziert das ER-Modell Rollen, dann nimm den n der jeweiligen Rolle voraussetzen:{[vorgänger:string, achfolger:string]} andernfalls benutze die n der Schlüsselattribute der Entitäten bei Mehrdeutigkeit erfinde aussagekräftigen n borders_on: {[Code: string, eighbour: string]} Country Code borders_on M vorraussetzen Vorgänger achfolger eighbour Country Code 28

8 Regel #3: Zusammenfassung von Relationen Ausprägung von und : : lesen: Zusammenfassen: : : {[, Title, CP]} {[Persr,, Level, Room]} {[, Persr]} Fasse (nur) Relationen mit gleichem Schlüssel zusammen (also auch nur (:), (:) oder (:) Beziehungen) {[, Title, CP, gelesenvon]} {[Persr,, Level, Room]} Persr Rang Raum 225 Sokrates FP Russel FP Kopernikus AP Popper AP Augustinus AP Curie FP Kant FP 7 Titel KP gelesenvon 500 Grundzüge Ethik Erkenntnistheorie Mäeutik Logik Wissenschaftstheorie Bioethik Der Wiener Kreis Glaube und Wissen Die 3 Kritiken lesen 29 lesen 30 Das funktioniert ICHT Relationales Modell der Uni-DB Persr Rang Raum liest 225 Sokrates FP Sokrates FP Sokrates FP Augustinus AP Curie FP 36?? Problem: Redundanz und Anomalien Persr ist kein gültiger Schlüssel für mehr Titel KP 500 Grundzüge Ethik Erkenntnistheorie Mäeutik Logik Wissenschaftstheorie Bioethik Der Wiener Kreis Glaube und Wissen Die 3 Kritiken 4 lesen 3 Persr Rang Raum Legi Semester Titel KP gelesenvon 225 Sokrates FP Xenokrates Grundzüge Russel FP Jonas Ethik Kopernikus AP Fichte Erkenntnistheorie Popper AP Aristoxenos Mäeutik Augustinus AP Schopenhauer Logik Curie FP Carnap Wissenschaftstheorie Kant FP Theophrastos Bioethik Feuerbach Der Wiener Kreis Glaube und Wissen Assistenten voraussetzen 4630 Die 3 Kritiken Perslr Fachgebiet Boss Vorgänger achfolger 3002 Platon Ideenlehre prüfen 3003 Aristoteles Syllogistik Legi r Persr ote 3004 Wittgenstein Sprachtheorie Rhetikus Planetenbewegung ewton Keplersche Gesetze Spinoza Gott und atur Legi

9 HADS-O: ZUGRIFF AUF SQL DATEBAKE AUS EIER JAVA APPLIKATIO AHAG: WELT-DATEBAK [Ein Modell der Welt] [Modell der Welt mit Funktionalitäten] Code Population neighbour Country is_in capital_of City ID Population Code Population borders_on M Country is_in capital_of City ID Population Percentage spoken_in Percentage spoken_in isofficial isofficial M countrylanguage countrylanguage 35 36

10 [Die Welt in Tabellen] (borders_on nicht modelliert) 37