Relationale Datenbanken: eine anwendungsorientierte Einführung

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1 Relationale DB: Einführung Relationale Datenbanken: eine anwendungsorientierte Einführung 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 1

2 Vorgehensweise in Methodische Vorgehensweise in diesem Kapitel: Microsoft Access for for Beginners Praxis anwendungsorientiert "Schnupperkurs" Grundbegriffe relationaler Datenbanken Theorie Prinzipdiskussion wissenschaftliches Fundament Beide Seiten sind wichtig: Lernen Lernen ohne ohne Anwenden nützt nützt nicht nicht viel viel!! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 2

3 Relationale Datenbanken: Allgemeines Der DB-Markt wird heute völlig dominiert von DB-Systemen, die das relationale Datenmodell unterstützen. Führende (kommerzielle) Hersteller von relationalen DB-Produkten: Oracle Microsoft (Access, SQL Server) IBM (DB2, Informix) Sybase Postgres (Freeware) MySQL (Freeware) Bezeichnung "relational" ist motiviert durch das mathematische Konzept der Relation. Relationale Datenbanken sind im wesentlichen Sammlungen von Relationen. Man kann sich Relationen praktisch als Tabellen vorstellen, die aus einzelnen Datensätzen bestehen, die alle dieselbe (homogene) Feldstruktur aufweisen. In der Wissenschaft gibt es ein weites Spektrum an theoretischen Grundlagen für relationale Datenbanken Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 3

4 Relationen: etwas "Nachhilfe" mathematisches Relationskonzept Jede Teilmenge R eines Produkts D 1... D n von n (n > 1) nicht notwendig verschiedenen Mengen D 1,..., D n heisst (n-stellige) Relation über D 1,..., D n. Das (kartesische) Produkt (oder: Kreuzprodukt) von D 1,,..., D n ist die Menge aller (n-)tupel, die aus Elementen von D 1,..., D n gebildet werden können: D D n = def def { ( a 1,..., a,..., a n ) a i D i } D 1... D n = def { ( a 1,..., a n ) a i D i } Mengen sind duplikatfreie,, ungeordnete Sammlungen von Objekten. "Unter "Unter einer einer Menge Menge verstehen wir wir eine eine Zusammenfassung von von bestimmten wohlunterschiedenen Objekten unserer unserer Anschauung oder oder unseres unseres Denkens zu zu einem einem Ganzen." Georg Cantor ( ), Begründer der Mengenlehre 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 4

5 Beispiel für Produktbildung bei Mengen B 1 5 A 7 A B (, 1 ) (, 5 ) (, 7 ) (, 1 ) (, 5 ) (, 7 ) (, 1 ) (, 5 ) (, 7 ) (, 1 ) (, 5 ) (, 7 ) 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 5

6 Relation als Teilmenge eines Produkts und Tabellendarstellung 2-stellige Relation über A, B A B (, 1 ) (, 5 ) (, 7 ) (, 1 ) (, 1 ) (, 5 ) (, 5 ) (, 7 ) (, 7 ) (, 1 ) (, 5 ) (, 7 ) A B Darstellung dieser Relation im Tabellenformat: Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 6

7 Relationale Datenbanken: Geschichte Die Idee, Daten in Tabellen zu halten, ist uralt. Die Idee, diese Form der Darstellung mit Mitteln der Relationentheorie zu untersuchen, stammt von diesem Mann: Edgar F. Codd Er veröffentlichte 1970 eine bahnbrechen- de Arbeit mit dem Titel Edgar F. Codd Für Für diese diese Pionierleistung Pionierleistung erhielt erhielt Codd Codd den den Turing Turing Award Award der der ACM, ACM, den den "Nobelpreis "Nobelpreis der der Informatik". Informatik". "A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks", in der er alle Grundlagen der heutigen relationalen DB in bestechender Klarheit niederlegte Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 7

8 Microsoft Access: Allgemeine Informationen Access ist ein DBMS für relationale Datenbanken, das seit 1992 von Microsoft (weiter-)entwickelt und vertrieben wird. "Access-Homepage" bei Microsoft: microsoft.com/office/access/default. /access/default.aspasp aktuelle Version in Office-Paketen von MS: Access 2000 Access ist sehr gut geeignet für kleine bis mittlere DB-Anwendungen ohne Mehr- benutzerbetrieb. nützliche Internet-Tutorien zu Access (Links auf der entsprechenden Seite zur Vorlesung): Michael Brydons Tutorium an der Simon Fraser University, Canada mis.bus.sfu.ca/.ca/tutorials/msaccess/tutorials.html Maggie Straplands Access-Seiten an der University of Bristol,, UK bris.ac.uk/is/services/software/ /is/services/software/packages/access/ Jakob Lindenmeyers Access-Tutorium an der ETH Zürich, Schweiz inf.ethz.ch/personal/lindenme/publications/access/ /access/accesstutorial.html Im Buchhandel gibt es sehr viele Bücher über den Umgang mit Access Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 8

9 Access-Selbststudium mit der Online-Hilfe Zu allen Konzepten von Access finden Sie ausführliche, gut verständliche Erklärungen durch Aufrufen der Online-Hilfe ("Office Assistent"), z. B. zum Thema "Tabellen": 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 9

10 Warum Access? Warum wird wird Access in in dieser Vorlesung verwendet? Access ist proprietär,, kommerziell... und dazu noch von Bill Gates! aber... fast jeder private PC-Nutzer hat heutzutage Access auf seinem Computer. Access bietet einen idealen Einstieg in die Thematik ohne grossen Aufwand. praktisches Arbeiten mit Datenbanken ist essentiell für jeden Hörer! es gibt reichlich frei verfügbares Material zum Selberlernen. heutzutage gehört das Kennen von Office-Tools fast schon zur Allgemeinbildung. Access ist in seiner Leistungsfähigkeit beschränkt und hat Schwächen, aber... Access bietet auch Funktionalitäten, die (fast) kein anderes DBMS bietet. Access reicht für die Bedürfnisse eines individuellen Studierenden völlig. Access ist leicht zu installieren und benötigt keinen DB-Administrator. Sollte jemand von Ihnen irgendwelche Vorurteile gegenüber Access haben: Es ist keineswegs "unter der Würde" eines Uni-Informatikers Informatikers, ein solches "einfaches" System zu kennen und zu beherrschen! And And by by the the way, way,, it it can can be be great great fun, fun, folks folks!! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 10

11 Tabelle vs. Relation terminologischer "Konflikt" bei der Bezeichnung für die wichtigste Form von Datenbankobjekten: Tabelle Tabelle oder oder Relation? in der Praxis (z.b. bei Access): Betonung auf optischer Darstellung in Tabellenform in der Wissenschaft: : Betonung der mathematischen Grundlage als Relation prinzipielle Unterschiede zwischen beiden Bezeichnungen: Tabelle Relation 2-dim 2-dim.. Array Array aus aus Zeilen/Spalten Menge Menge von von Tupeln Tupeln geordnet ungeordnet geordnet doppelte Zeilen Zeilen möglich duplikatfrei aber: Relationen lassen sich in Tabellenform visualisieren,, wenn man eine bestimmte Anordnung wählt. Tabellen lassen sich als Relationen formalisieren,, wenn man keine Duplikate zulässt und von der Anordnung absieht Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 11

12 Bundesliga-DB 1. Beispiel-Datenbank: Bundesliga-Datenbank... enthält Ergebnisse aller Spiele der 1. Fußball- Bundesliga in der aktuellen Saison 2002/ wird während des Semesters stets aktualisiert.... stets als Access-Datenbank in der Datei bundesliga02.mdb über die Vorlesungs-Webseiten zur Verfügung.... darf natürlich heruntergeladen und verändert werden Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 12

13 Bundesliga-DB: Ergebnisdaten Ergebnisübersicht des 8. Spieltags am : Hertha Hertha BSC BSC Berlin Berlin FC FC Nürnberg 2:1 2:1 VfL VfL Wolfsburg - - Bayer Bayer Leverkusen 2:0 2:0 Bayern Bayern München - - VfL VfL Bochum 4:1 4:1 Werder Werder Bremen - - FC FC Hansa Hansa Rostock 0:0 0:0 Hannover Borussia Dortmund 0:3 0:3 Mönchengladbach - - Arminia Bielefeld 3:0 3:0 FC FC Schalke Schalke Hamburger SV SV 3:0 3:0 VfB VfB Stuttgart - - TSV TSV München 4:1 4: FC FC Kaiserslautern - - Energie Cottbus 4:0 4:0 Ergebnisse Heimspiel Auswärtsspiel (pro Spieltag 9 Spiele bis inklusive 8. Spieltag 72 Spiele) 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 13

14 DB-Tabellenformat für Fußballergebnisse Hertha Hertha BSC BSC Berlin Berlin FC FC Nürnberg 2:1 2:1.... Feldnamen Tabellenname Spiele2002 Heim ToreH Auswärts ToreA Datum Hertha Hertha 2 Nürnberg Datensatz Felddatentypen Text Zahl Text Zahl Datum 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 14

15 Access-Tabelle für Spiele: Datenblattansicht Access-Tabelle "Spiele2002": Datenblattansicht 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 15

16 Access-Tabelle für Spiele: Entwurfsansicht Access-Tabelle "Spiele2002": Entwurfsansicht 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 16

17 Access-Pragmatik Pragmatik: : Menüleisten für Tabellenentwurf und -manipulation- in der Entwurfssicht: 1 Wechseln in die alte Datenblattsicht (vor Entwurfsänderung) 2 Abspeichern des aktuellen Entwurfs (vor Öffnen des Datenblatts) in der Datenblattsicht: 1 Wechseln in die Entwurfssicht 12/13 Ordnen der Daten nach einem oder mehreren Feldern 17 Suchen mittels "pattern matching" im Datenblatt 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 17

18 DB-Begriffe: Schema und Zustand einer Datenbank Den beiden unterschiedlichen "Ansichten" einer Tabelle in Access entsprechen zwei grundlegende Begriffe der relationalen Datenbanken: Entwurfsansicht Schema und und Zustand Datenblattansicht Schema einer Relation: Festlegung von Name und Struktur der Relation Zustand einer Relation: Gesamtheit aller aktuell in der Relation enthaltenen Tupel Die Struktur jedes Zustands einer Relation wird festgelegt durch deren Schema. (Zustände werden auch Instanzen des Schemas genannt) Im allgemeinen bleibt bei Zustandsübergängen (DB-Änderungen) das Schema fix. In seltenen Fällen treten auch Schemaänderungen auf, denen sofortige Zustands- anpassungen folgen: Schemaevolution Plural von Schema: Schemata (nicht etwa "Schemen")! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 18

19 Schemata und Zustände Schema 1 Schema 2 Instanzen des Schemas Zustände aktueller Zustand 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 19

20 Bundesliga-DB: Bundesliga-Tabelle Bundesliga-Tabelle nach dem 8. Spieltag: Verein Spiele S U N Punkte Tordifferenz Tore Gegentore Bayern Dortmund Werder Schalke Rostock Wolfsburg Hertha Gladbach Bochum Stuttgart Bielefeld Nürnberg HSV Leverkusen Hannover FCK Cottbus Punkteberechnung: pro Sieg: 3 Punkte pro Unentschieden: 1 Punkt Platzierungskriterien: Punktzahl Tordifferenz erzielte Tore S: Siege U: Unentschieden N: Niederlagen 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 20

21 DB-Tabellenformat für die Bundesliga-Tabelle Auch die (Bundesliga-)Tabelle liesse sich mit einer (Datenbank-)Tabelle modellieren: die doppelte Verwendung des Begriffs geschieht bewusst, der Unterschied zwischen beiden Bedeutungen ist wesentlich! Tabelle Verein Spiele S U N Punkte Tordifferenz Tore Gegentore Bayern Bayern Text Zahl Zahl... Aber es ist keine so gute Idee, dies zu tun... (mehr dazu später)! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 21

22 Terminologievergleich: : relationale Grundkonzepte Leider werden für die relationalen Grundkonzepte unterschiedliche Bezeichnungen verwendet, die als Synonyme zu betrachten sind: Theorie Praxis Access Relation Tabelle Tabelle Datenblatt Tupel Tupel Zeile Zeile Datensatz Attribut Spalte Spalte Feldbezeichner Wertebereich Datentyp Felddatentyp Es wird dringend empfohlen, Begriffe immer konsistent aus einem der drei Begriffssysteme zu wählen - welches ist egal, Hauptsache konsequent! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 22

23 Access: Versionenproblematik Access oder oder Access ? Alle Beispiele in dieser Vorlesung sind (bisher) anhand der älteren Version des Access-DBMS demonstriert worden: Access 97 In der neueren Version - Access funktioniert das meiste so wie in Access 97, aber die Fenster haben ein etwas anderes Design und es gibt kleine Unterschiede in der Funktionalität. Access 97-DB werden von Access2000 nicht "verstanden" - und umgekehrt. Es gibt aber Konvertierungsmöglichkeiten in beide Richtungen. Die Beispieldatenbanken im Web stehen in beiden Versionen zur Verfügung - manchmal nicht ganz synchron angepasst (s. "Zeitstempel"). Bei Fragen (oder gar Problemen) wenden Sie sich bitte in den Übungen an die Mitarbeiter Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 23

24 Interaktion mit Datenbanken: Prinzip grundlegende Interaktionsformen mit Datenbanken: lesender Zugriff: Anfragemodus DBMS DB schreibender Zugriff: : Änderungsmodus 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 24

25 Suchen und Anfragen Was Was bedeutet "lesender Zugriff" auf auf eine eine Datenbank? Es gibt sehr verschiedene Formen, lesend auf eine DB zuzugreifen - nur wenige DBS unterstützen alle diese Formen! einfache Formen des "retrieval": Durchmustern der Datensätze einer Tabelle: "browsing" Suche nach einzelnen/allen Datensätzen, die bestimmte Textmuster in bestimmten Feldern enthalten: "pattern matching" komplexe Formen des "retrieval": Auffinden aller Datensätze einer Tabelle, die komplexe Suchbedingungen erfüllen, die in einer eigenen Sprache formuliert werden können: "querying" Konstruieren beliebiger neuer Resultattabellen aus den Inhalten einer oder mehrerer Datenbank-Tabellen (bzw. bereits konstruierter Resultate) Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 25

26 DB-Begriffe rund ums Suchen englisch/deutsche Terminologie zum zum Thema Thema "Suchen" in in Datenbanken engl. "to search": dt. "suchen" - im DB-Kontext unüblich engl. "to browse": dt. wörtlich "stöbern", übertragen etwas wie "unorganisiert durchlaufen" engl. "pattern" matching": dt. "Mustervergleich" engl. "to retrieve": dt. "wiederfinden", "auffinden" (zugehöriges Substantiv: engl. "retrieval" retrieval") engl. "to query": dt. "fragen", "nachfragen" nachfragen", "abfragen", "bitten" als Substantiv speziell im DB-Kontext: engl. "query" query": dt. "Abfrage", "Anfrage" Anfrage" (DB-spezifisch, beide Varianten üblich, auch im Sinne von Aufforderung [an das DBMS]) 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 26

27 Anfrageformulierung: Allgemeines Ein wesentliches, charakteristisches Merkmal aller Datenbankmanagement- systeme ist die Unterstützung einer (oder mehrerer) Anfragesprachen. Eine Anfrage ist ein Ausdruck dieser Sprache, der... im Prinzip beliebig komplexe Suchkriterien ausdrücken kann. sich auf eine oder mehrere Tabellen gleichzeitig beziehen kann. als Antwort beliebig viele Datensätze oder auch Ja/Nein liefern kann. Datensätze als Antwortmenge wieder in Tabellenform liefert. Access bietet zwei grundsätzlich verschiedene Anfragesprachen, die zwei völlig unterschiedliche "Paradigmen" der Anfrageformulierung repräsentieren: graphisch-interaktiv: "Query-by-Example Example" " (QBE) textuell: "Structured Query Language" (SQL) SQL ist die am weitesten verbreitete Anfragesprache für relationale DB. SQL ist standardisiert und wird von allen kommerziellen DBMS "verstanden" Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 27

28 Access-Anfragesprachen: QBE-Stil in der Entwurfssicht Welche Welche Heim- Heimspiele hat hat Werder Werder spiele Bremen gewonnen? Tabelle, aus der die Daten stammen Formulierung im QBE-Stil: graphisch dargestellt interaktiv konstruiert Auswahlkriterien Access-Bezeichnung: ebenfalls Entwurfssicht Schema der Antworttabelle 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 28

29 Access-Anfragesprachen: SQL-Formulierung derselben Anfrage Welche Welche Heim- Heimspiele hat hat Werder Werder spiele Bremen gewonnen? Schema der Antworttabelle dieselbe Anfrage im SQL-Stil formuliert: textuell dargestellt entweder per Hand eingegeben oder automatisch er- zeugt Auswahlkriterien Tabelle, aus der die Daten stammen 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 29

30 Access-Anfragesprachen: Antworttabelle in Datenblattsicht Welche Welche Heim- Heimspiele hat hat Werder Werder spiele Bremen gewonnen? zugehörige Antwort als Tabelle im Datenblattformat 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 30

31 Access-Anfragesprachen: Synchronisation beider Stile Änderungen in der Anfrageformulierung in einer Sicht werden automatisch an die andere Sicht weitergereicht: Synchronisation beider Darstellungen QBE-Ansicht SQL-Ansicht SELECT FROM WHERE 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 31

32 Vordefinierte Anfragen als DB-Inhalte in Access In Access ist es möglich, Anfragen (bzw. Abfragen) fragen) in der DB zu speichern. Beim Öffnen einer vordefi- nierten Anfrage wird die Antworttabelle jedesmal neu generiert. vordefinierte Abfragen in der Bundesliga-DB wichtig: Nicht die Antworttabelle wird gespeichert, sondern nur der Anfrageentwurf Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 32

33 Bundesligatabelle als Antworttabelle auf eine Anfrage Die Bundesliga- Tabelle ist z.b. durch eine Anfrage in Access definiert. Alle Felder der Ant- worttabelle dieser Anfrage sind über mehrere Stufen aus den Ergebnissen in 'Spiele2002' errechnet worden. "abgeleitete Tabelle" 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 33

34 Vordefinierte Anfragen in der Bundesliga-DB Antworttabellen auf vordefinierte Anfragen werden ganz ähnlich wie "richtige" Tabellen behandelt. Insbesondere können sie selbst wieder zum Konstruieren neuer Anfragen dienen: Unteranfragen In der Bundesliga-DB ergibt sich folgende Hierarchie von (Unter-)Anfragen: Tabelle1 Tabelle Tabelle2 So So komplex komplex kann kann das das werden werden!! abgeleitete Tabellen gespeicherte Tabellen Spiele Siege Unentschieden Unentschieden Niederlagen AnzahlSiege AnzahlUnentschieden AnzahlNiederlagen Spiele2002 Vereine Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 34

35 Spezielle Anfragen in Access: nur in SQL möglich! Im Bundesliga-Beispiel kommen einige vordefinierte Anfragen vor, die in der Entwurfssicht nicht darstellbar sind (d.h., die man nicht im QBE-Stil aus- drücken kann), z.b. Siege oder Spiele. Diese Anfragen lassen Sie nur in SQL mit textuellen Mitteln definieren. In diesen Beispielen fehlt jedesmal die Möglichkeit, zwei gleich strukturierte Antworttabellen "aneinander zu hängen" bzw. "zu vereinigen", z.b. Siege HeimSiege AuswärtsSiege SQL bietet dazu einen speziellen Vereinigungsoperator für Relationen: UNION Mehr zu den Möglichkeiten von SQL lernen Sie im nächsten Kapitel! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 35

36 Access-Pragmatik Pragmatik: : Anfrageformulierung in der Entwurfssicht: in der Datenblattansicht: 1 Wechseln in die alte Datenblattsicht (vor Entwurfsänderung) 2 Abspeichern eines Anfrageentwurfs 12 Ausführen der Anfrage, d.h. Wechsel in die neue Datenblattansicht 1 Wechseln in die Entwurfssicht 17 Suchen mittels "pattern matching" im Datenblatt im Menü zu diesem Punkt: SQL-Sicht als dritte Alternative 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 36

37 Zustandsänderungen: Allgemeines "Schreibende" Zugriffe auf eine Datenbank... führen stets zu Zustandsübergängen der DB. finden stets unter Kontrolle des DBMS statt. drei grundsätzliche Arten von Änderungszugriffen: Einfügungen neuer Datensätze in eine Tabelle (engl.: "to insert") Löschungen existierender Datensätze aus einer Tabelle (engl.: "to delete") Modifikationen einzelner Felder bestimmter Datensätze (engl.: "to update" " oder "to modify") Einfügungen und Modifikationen werden nur akzeptiert (vom DBMS), wenn die vereinbarten Datentypen der Felder im Schema zu den Datentypen der Werte in den neuen/modifizierten Datensätzen "passen". Vorsicht! Der englische Begriff "update" update" " wird manchmal für Modifikationen, manchmal aber auch für beliebige Änderungen verwendet Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 37

38 Änderungen in Access: direkt im Datenblatt in Access: individuelle Änderungen von Datensätzen können direkt im Datenblatt vor- genommen werden (nur bei Tabellen, nicht bei Antworten) falscher Datentyp DBMS-Kontrolle: Einfügungen: beim Abspeichern Löschungen: Bestätigung gefor- dert Modifikationen: Datentypkontrolle komplexe Änderungen: später (Aktionsabfragen) 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 38

39 2. Beispieldatenbank: : "Stadt-Land-Fluss Fluss" Weitere Access-Beispieldatenbank Beispieldatenbank,, die in der Vorlesung verwendet wird und zu Übungszwecken allen Teilnehmern zur Verfügung steht (siehe Vorlesungsseiten im Web). stadtlandfluss.mdb Datenbank mit grundlegenden Informationen zur Geographie Deutschlands: wichtigste Städte und Flüsse (z.b. alle deutschen Städte über Einwohner) alle Bundesländer und Regierungsbezirke zahlreiche Informationen zum geographischen Zusammenhang dieser Objekte (z.b. In welchem Land liegt Bonn? Welche Nebenflüsse hat der Rhein?) DB wird ständig erweitert - eigene Beiträge willkommen! Ziel dieser "Investition": Gelegenheit zum Üben korrekter Anfrageformulierung anhand einer hin- reichend grossen Datenmenge aus realistischen Fakten von allg. Interesse. Wird im ersten Teil der Vorlesung und in den Übungen verwendet Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 39

40 Tabellen in der StadtLandFluss-Datenbank Das Schema dieser Beispiel-DB enthält zahlreiche Tabellen, aber nur wenige vor- definierte Anfragen. Aber es eignet sich hervorragend zum Üben im Formulieren eigener Anfragen! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 40

41 StadtLandFluss-Datenbank: Nebeneffekt Können Sie all diesen deutschen Städten ihre Namen zuordnen? Erkennen Sie in dieser Karte alle 16 Bundes- länder? Deutschland Wenn nicht, dann nutzen Sie die Arbeit mit der SLF-DB auch zum Verbessern Ihrer geographischen Grund- Kenntnisse! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 41

42 SLF-Datenbank: Objektklassen und Beziehungen hauptstadt_von nachbarland_von Land Stadt stadt_in_land fluss_durch durch_land Kommt Kommt man man auf auf so so eine eine Weise Weise zu zu einem einem "guten" "guten" Tabellenentwurf Tabellenentwurf?? fluss_entspringt_in entspringt_in_land stadt_an_fluss Fluss quellfluss_von nebenfluss_von 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 42

43 Verknüpfen von Tabellen über "gleichartige" Felder (beinahe) wichtigste Technik der Anfrageformulierung: Verknüpfen von Tabellen über Felder mit gleichem Felddatentyp im QBE-Stil (d.h. in der Entwurfssicht): Erzeugen von Verbindungslinien zwischen Feldern durch "Drag" and Drop" oder selbstständig durch Access stadt ID Kfz Name Einwohner stadt_in_land Name Land hauptstadt_von_land Bundesland Hauptstadt automatisch von Access erstellt wegen Namens- gleichheit der Felder per Hand zu erstellen wegen gleichem Typ und gleicher Bedeutung 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 43

44 Verknüpfungen: implizite Antworttabelle stadt ID Kfz Name Einwohner stadt_in_land Name Land hauptstadt_von_land Bundesland Hauptstadt Effekt der Verknüpfung: Bilden einer grossen "Produkttabelle" aus allen Feldern der verknüpften Tabellen ID Kfz stadt.name Einwohner stadt_in_land land.name Land Bundesland Hauptstadt nötig wegen Namensgleichheit aber: Nur Datensätze mit identischem Wert in verknüpften Feldern werden auf- genommen! 1 B Berlin 3382 Berlin BE BE Berlin 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 44

45 Verknüpfung in SQL-Stil: JOIN-Operation im SQL-Stil: : eigener Operator zum Verknüpfen von Tabellen Join Join (engl., auf Deutsch: "Verbund") diverse Varianten: INNER JOIN, LEFT JOIN, RIGHT JOIN genaue Beschäftigung damit in Kapitel 3 SELECT stadt.*, stadt.*, stadt_in_land.*, hauptstadt_von_land.* FROM FROM (stadt (stadt INNER INNER JOIN JOIN stadt_in_land ON ON stadt.name = stadt_in_land.name) INNER INNER JOIN JOIN hauptstadt_von_land ON ON stadt_in_land.land = hauptstadt_von_land.bundesland; Join-Bedingung: Namensgleichheit Join-Bedingung: von Hand wegen gleichem Typ 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 45

46 Warum "Query by Example" "? stadt ID Kfz Name Einwohner stadt_in_land Name Land hauptstadt_von_land Bundesland Hauptstadt Bezeichnung "Query by example" (= "Anfrage durch Beispiel") stammt von der ursprünglichen Form dieser graphischen Sprache (aus den 1970er Jahren): Verknüpfung wurde definiert durch Verwenden identischer Beispiel- werte in zu verknüpfenden Feldern stadt_in_land land.name Land ID Kfz stadt.name Einwohner Berlin Bundesland Hauptstadt BE Berlin BE 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 46

47 Übung im Formulieren von Anfragen mittels QBE-Modus letzte Woche kennengelernt: : interaktives, graphisches Konstruieren von Suchbefehlen (Anfragen) im "Query-by-Example Example"(QBE)-Stil zunächst "zum Warmwerden": : Formulierung einiger Beispielanfragen an die StadtLandFluss-Datenbank in diesem Stil Access-Terminologie für dieses Art Anfragen, bei denen eine temporäre Antwort- tabelle erzeugt wird: Auswahlabfrage Hauptschwierigkeiten: korrektes Verknüpfen der beteiligten Tabellen über bedeutungsgleiche Felder korrektes Formulieren der Suchbedingungen ("Kriterien") korrekte Verwendung der arithmetischen Funktionen insbesondere zum Aggregieren von Feldern (Summe, Anzahl, Maximum etc.) mit ent- sprechender Gruppierung anderer Felder Erkennen der Grenzen des QBE-Stils 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 47

48 Aufbau von Anfragen im QBE-Stil: Details Feldname Tabellenname Feld: Tabelle: Sortierung: Anzeige: Kriterien: oder: Einwohner stadt Aufsteigend > 150 fest fest vorgegebene Sortierung Feld Feld soll soll angezeigt werden werden? Auswahlkriterien für für anzuzeigende Feldwerte mehrere Kriterien für ein Feld mit Booleschen Operatoren verknüpft, z.b.: > 150 Und < Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 48

49 Aufbau von Anfragen im QBE-Stil: Konjunktion Kriterien für verschiedene Felder werden implizit konjunktiv verknüpft. Feld: Tabelle: Sortierung: Anzeige: Kriterien: oder: Einwohner stadt Aufsteigend > 150 Und < 500 Land stadt_in_land <> "BY" explizite Konjunktion Formulierung der dahinter stehenden Bedingung im SQL-Stil: WHERE stadt.einwohner > AND AND stadt.einwohner < AND AND stadt_in_land.land <> <> "BY" "BY" implizite Konjunktion 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 49

50 Aufbau von Anfragen im QBE-Stil: Disjunktion In einer neuen Kriterienzeile können Alternativen (implizite Oder-Verknüpfungen) auch über mehrere Felder hinweg formuliert werden: Feld: Tabelle: Sortierung: Anzeige: Kriterien: oder: Einwohner stadt Aufsteigend > 150 Land stadt_in_land = "BY" = "NW" Formulierung der dahinter stehenden Bedingung im SQL-Stil: WHERE ( ( stadt.einwohner > AND AND stadt_in_land.land <> <> "BY" "BY") ) OR OR (stadt_in_land.land <> <> "NW" "NW") ) implizite Disjunktion 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 50

51 Parametrisierte Abfragen Oft ist es erforderlich, immer wieder ähnliche Anfragen zu stellen, die sich nur in einem oder mehreren "Anfrageparametern" unterscheiden, ansonsten aber strukturell identisch sind, so dass man sie gerne vordefinieren würde. Beispiel: : "Welche Großstädte liegen im Bundesland X?" Variante 1: "Welche Großstädte liegen in Nordrhein-Westfalen?" Variante 2: "Welche Großstädte liegen in Bayern?" Access unterstützt solche parametrisierten Anfragen durch Zulassen von Varia- blen in Anfragen (in QBE und SQL). Variablen werden durch Einschließen in Klammern kenntlich gemacht. (Vorsicht! Gefahr der Verwechslung mit Feldnamen) Wird eine parametrisierte Anfrage ausgewertet, dann erscheint zunächst pro Parameter ein Dialogfeld,, in dem nach dem aktuellen Werten für diesen Parameter gefragt wird. Der Name der Variable erscheint in diesem Feld, kann also (als String) zum Formulieren einer Eingabeaufforderung "missbraucht"" werden Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 51

52 Parametrisierte Anfrage: Beispiel "Welche Großstädte liegen liegen im im Bundesland X?"?" Feld: Tabelle: Sortierung: Anzeige: Kriterien: oder: Name Einwohner Land großstadt großstadt stadt_in_land ["Bundesland, in Variable: Variable: Statt Statt [X] [X] wird wird String String mit mit Eingabe- Eingabeaufforderung ver- ver- aufforderung wendet. wendet. automatisch erzeugtes Dialogfeld zur Eingabe des aktuellen Parameters: 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 52

53 Aggregieren und Gruppieren weitere wichtige Grundfunktionalität aller DB-Anfragesprachen: Berechnen von zusammenfassenden numerischen Werten über bestimmten Feldern einer Tabelle (z.b. Anzahl, Summe, Maximum, Minimum usw.) zugehörige arithmetische Funktionen: Aggregatfunktionen im Access-Entwurfsmodus für Anfragen: Durch Klicken auf das Funktionen- symbol in der Schaltflächenleiste chenleiste aktivierbar! Anwenden von Aggregatfunktionen erfordert in der Regel vorher das Einteilen der jeweiligen Tabelle in Gruppen gemäß den Werten eines anderen Feldes: Gruppieren Aggregieren Beispiel: : Maximum der Werte im Feld B pro Wert im Feld A Gruppen A B a1 3 a1 5 a2 6 a2 9 a2 1 Maximum: 5 Maximum: Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 53

54 Aggregieren und Gruppieren: ein einfaches Beispiel Größe der größten Stadt im Land: Gruppierung nach Ländern Aggregierung mit Max(imum imum)-fkt. über 'Einwohner' Funktionsmodus aktiviert! Vorsicht! Will man auch den Namen dieser größten Stadt sehen, gibt's Probleme - das geht nicht so einfach... Gruppierung Aggregierung 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 54

55 Aggregieren und Gruppieren: eine schwierige Variante!... das geht nur unter Rückgriff auf die vorige Anfrage: Welche Stadt hat die gleiche Einwohnerzahl wie die größte Stadt in dem Land, in dem sie liegt? vorige Anfrage als Unteranfrage oder eigentlich: Wie heisst die größte Stadt im Land? hier als parametrisierte Anfrage 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 55

56 Tabellenerstellungsabfragen Manchmal ist das Beantworten einer Anfrage relativ "teuer" teuer" " (zeitaufwändig( zeitaufwändig), ist aber häufig erforderlich, so dass immer wieder die hohen Kosten anfallen. In diesem Fall wäre es besser, die Antworttabelle nur einmal zu berechnen und dann als "echte" Tabelle permanent und explizit zu speichern: Materialisierung der Anfrage Anfragen, deren Antworttabelle explizit gespeichert werden soll, heissen in Access-Terminologie Tabellenerstellungsabfragen. Zu einer solchen Anfrage A gehört eine ganz bestimmte Tabelle T A, die von der Anfrage "gespeist" wird: Wird A erstmals aufgerufen, dann wird T A mit Datensätzen gefüllt. Bei jedem erneuten Aufruf von A wird T A komplett ersetzt. Nach jeder Änderung der von A referenzierten Tabellen, sollte man T A durch erneuten Aufruf von A anpassen. T A kann wie jede Tabelle separat verändert werden, man verliert dann aber den durch die Erstellungsabfrage A definierten logischen Bezug! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 56

57 Aktionsabfragen Tabellenerstellungabfragen sind Beispiele einer grösseren Klasse von Anfragen, bei denen in Abhängigkeit von den Ergebnissen einer Suchanfrage bestimmte Änderungsaktionen durchgeführt werden: Aktionsabfragen Access kennt folgende Typen von Aktionsabfragen: Tabellenerstellungsabfragen Anfügeabfragen Löschabfragen Aktualisierungsabfragen Auch hier gehört zu jeder Aktionsabfrage A eine zu manipulierende Tabelle T A. Antworten auf Anfügeabfragen werden T A angefügt, Antworten auf Löschab- fragen werden aus T A entfernt. Aktualisierungsabfragen ermöglichen das selektive Ändern bestimmter Felder in Abhängigkeit von Bedingungen und Ausdrücken. Auf diese Weise können mehrere Felder verschiedener Tabellen modifiziert werden: T A ist implizit Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 57

58 Aktualisierungsabfrage: Beispiel Aktualisierungs- abfrage: Vermindere die Einwohnerzahl aller Städte in NW um ! Hier Hier kann kann der der Abfragetyp Abfragetyp aus- ausgewählt werden! gewählt werden! zusätzliche zusätzliche Zeile Zeile für für Aktualisierungs- Aktualisierungsausdruck ausdruck Aktualisierungsausdruck: [Einwohner] [Einwohner] Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 58

59 Nullwerte und Standardwerte zurück zur Bundesliga-Datenbank: Ergebnisse vom 9. und 10. Spieltag sind mittlerweile nachgetragen! Auch die Spielpaarungen des kommenden 11. Spieltags stehen schon in der Spiele2002-Tabelle, noch ohne jeglichen Eintrag in den Tore-Feldern: Nullwerte allgemein: : Leere Felder gelten als mit einem speziellen Wert "Null" Null" " belegt, der zu jedem Felddatentyp implizit mit dazu gehört! Es gibt ein Boolesches Prädikate, um ein Feld auf Nullwerte zu testen: Ist Null (siehe neue Anfragen "AusstehendeSpiele" AusstehendeSpiele" " und "AbsolvierteSpiele" AbsolvierteSpiele") Nullwerte werden beim Berechnen arithmetischer Werte (z.b. Summe von Toren) nicht mit gerechnet ("verfälschen Tabelle nicht"). Würde man stattdessen in den Torefeldern den Standardwert des Datentyps Integer, die Ziffer 0,, verwenden, würde jede solche Partie als 0:0 unentschieden angesehen und als Spielergebnis mit in der Tabelle berüclsichtigt Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 59

60 Primärschlüssel bisher versehentlich möglich: Doppeltes Eintragen eines Ergebnisses, d.h. mehrfaches Vorkommen identischer Datensätze offenbar in der Bundesliga: pro Datum und Mannschaft nur ein Spiel! (Kombinationen von) Felder(n), deren Werte den jeweiligen Datensatz eindeutig innerhalb der Tabelle identifizieren: Schlüssel Access erlaubt es, pro Tabelle einen solchen Schlüssel zu vereinbaren: Primärschlüssel dazu im Entwurfsmodus: : Markieren des Feldes (der Felder) und Auswählen des Menüpunkts 'Primärschlüssel' im Menü 'Bearbeiten' (Schlüsselsymbol) Versucht man nun, einen Datensatz einzufügen, dessen Schlüsselwerte bereits in einem existierenden Datensatz der Tabelle vorkommen, wird der Einfüge- versuch vom Access-DBMS zurückgewiesen! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 60

61 Gültigkeitsregeln Zahlreiche weitere Fehlerquellen bei Eingabe und Modifikation von Daten- sätzen,, z.b.: negative Zahlen auf den Feldern 'ToreH' und 'ToreA' Zahlen über 18 oder unter 1 im Feld 'Spieltag' Um solche semantisch falschen Feldwerte zu verhindern, kann man beim Tabellenentwurf Gültigkeitsregeln festlegen, die durch das Access-DBMS automatisch überprüft werden. Pro Feld ist ein Boolescher Ausdruck als Gültigkeitsregel möglich, der von allen zulässigen Feldwerten erfüllt werden muss. Versuche, "falsche" Feldwerte einzugeben, werden zurückgewiesen. Dabei wird ein ebenfalls beim Entwurf festgelegter Text als Gültigkeitsmeldung ausgegeben. Auch in der Zeile "Eingabe" erforderlich" " im Entwurfsmodus kann eine weitere Beschränkung für Feldwerte festgelegt werden: Ja: Nullwerte verboten Nein: Nullwerte erlaubt 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 61

62 Gültigkeitsregeln: Beispiel Gültigkeitsregel für Feld 'Spieltag': nur positive Werte höchstens 34 Spiele bei Regelverletzungen: Ausgabe einer Gültigkeitsmeldung Nullwerte im Feld 'Spieltag' verboten! 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 62

63 Referentielle Integrität weitere ernste Fehlerquelle: : In die Tabelle 'Spiele2002' kann man ohne weiteres Mannschaftsnamen eingeben, die in der Tabelle 'Vereine2002' (die alle aktuellen Bundesligavereine enthält) gar nicht vorkommen, etwa FC FC Hintertupfingen SV SV Ballaballa Offensichtliche weitere semantisch bedingte Bedingung für gültige Werte der Felder 'Heim' und 'Auswärts': Alle zulässigen Vereinsnamen müssen im Feld 'Kurzform' der Tabelle 'Vereine2002' vorkommen. In den beiden Feldern von 'Spiele2002' müssen gültige Referenzen auf das Primär- schlüsselfeld von 'Vereine2002' stehen: referentielle Integrität Referentielle Integrität lässt sich in Access-DB durch Einrichten von Beziehungen zwischen Tabellen erhalten Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 63

64 Beziehungen in der Bundesliga-DB Beim Klicken der rechten Maustaste im Datenbankfenster er- scheint ein Menü, in dem die Option 'Beziehungen' enthalten ist. (alternativ: im Access- Menü 'Extras') Wie beim Konstruieren von Anfragen lassen sich durch Tabellenauswahl und 'Drag and Drop' Beziehungen erstellen. Ausgangspunkt einer Beziehung muss stets ein Primärschlüssel sein! In der kontrollierten Tabelle wird dieses Feld Fremdschlüssel genannt. kontrollierte Tabelle kontrollierende Tabelle Kopie der kontrollierenden Tabelle 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 64

65 Einrichten von Beziehungen mit referentieller Integrität Beim Verbinden zweier Feldnamen im Beziehungsmodus (oder durch Anklicken schon eingerichteter Beziehungen) öffnet sich ein Dialogfeld zum näheren Ein- stellen der jeweiligen Beziehung. Beispiel: : Beziehung zwischen dem Primärschlüssel von 'Vereine2002' und dem Feld 'Heim' in 'Spiele2002' referentielle Integrität aktiviert Änderungen in 'Kurzform' werden an 'Heim' weitergegeben. Wird referentielle Integrität entlang einer Beziehung gefordert, dann kann man statt Zurückweisung bei Integritätsverletzung auch konstruktiv die Verletzung "reparieren": durch Aktualisierungsweitergabe und/oder Löschweitergabe 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 65

66 Beziehungen im StadtLandFluss-Schema 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 66

67 Integritätsbedingungen Alle bisher vorgestellten Möglichkeiten zur Verhinderung (im Sinne der je- weiligen Anwendung) "sinnloser" Änderungen stellen Spezialfälle eines allge- meinen Grundkonzepts der DB-Technologie dar: Integritätsbedingungen andere bedeutungsgleiche Bezeichnung: Konsistenzbedingungen engl.: "integrity constraints", "consistency constraints" Integritätsbedingungen sind im allgemeinen Boolesche Ausdrücke, die in jedem Zustand der Datenbank unveränderlich erfüllt sein müssen: Invarianten Änderungen, die zu Integritätsverletzungen führen würden, werden von jedem DBMS abgefangen und zurückgewiesen. Access unterstützt folgende speziellen Formen von Integritätsbedingungen: Schlüsselbedingungen Gültigkeitsregeln für einzelne Felder referentielle Integritätsbedingungen (Fremdschlüsselbedingungen( Fremdschlüsselbedingungen) 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 67

68 Relationale Datenbanken in Access: Zusammenfassung Ziele dieses Kapitels: Einführen in das praktische Arbeiten mit relationalen DB mittels Access Illustrieren der wichtigsten Grundbegriffe und -konzepte- an Beispielen Zusammenfassung der kennengelernten Begriffe/Konzepte: Datenmodell Datenmodell DB-Anfrage/-Abfrage DB-Anfrage/-Abfrage DB-Schema DB-Schema Anfragesprache Anfragesprache DB-Zustand DB-Zustand Unteranfrage Unteranfrage Relation/Tabelle/Datenblatt parametrisierte parametrisierte Anfrage Anfrage Attribut/Spalte/Feld Attribut/Spalte/Feld Aktionsabfrage Aktionsabfrage Tupel/Zeile/Datensatz Tupel/Zeile/Datensatz Integritätsbedingung Integritätsbedingung Wertebereich/Datentyp/Felddatentyp Gültigkeitsregel Gültigkeitsregel Nullwert Nullwert Primärschlüssel Primärschlüssel Standardwert Standardwert Fremdschlüssel Fremdschlüssel Beziehung Beziehung referentielle referentielle Integrität Integrität ab : : Genaueres Kennenlernen des anderen, von Access unterstützten Stils der Anfragebeantwortung mittels SQL (Structured Query Language) 2002 Prof. Dr. Rainer Manthey Informationssysteme 68