Teil 2-6. Vorlesung. Modul: Programmierung B-PRG Grundlagen der Programmierung II

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1 Teil 2-6. Vorlesung Modul: Programmierung B-PRG Grundlagen der Programmierung II Professur für Datenbanken und Informationssysteme Dr. Karsten Tolle 1

2 Schlüssel? PLZ ORT STRASSE_NR Hannover Schaumburgstr Hannover Quetlinburger Weg Schirmberg Bergstraße Bodenrode Hauptstraße Geismar Bergstraße Neustadt Gartenstraße Neustadt Gartenstraße 7 keine Abhängigkeiten Schlüssel: PLZ, ORT, STRASSE_NR 2 Grundlagen der Programmierung II

3 Fahrzeuge der Firma AB HERSTELLER KENNZEICHEN ZUGEL_GES_GEW FÜHRERSCHEIN VW F-AB 123 bis 3.5 B MB F-AB 234 bis 7.5 C1 MB F-AB 235 bis 7.5 C1 MAN F-AB 236 bis 12 C MB F-AB 239 bis 12 C Abhängigkeiten? 3 Grundlagen der Programmierung II

4 Fahrzeuge der Firma AB HERSTELLER KENNZEICHEN ZUGEL_GES_GEW FÜHRERSCHEIN VW F-AB 123 bis 3.5t B MB F-AB 234 bis 7.5t C1 MB F-AB 235 bis 7.5t C1 MAN F-AB 236 bis 12t C MB F-AB 239 bis 12t C MB F-AB 230 bis 17t C aus ZUGEL_GES_GEW folgt hier FÜHRERSCHEIN: ZUGEL_GES_GEW FÜHRERSCHEIN umgekehrt nicht! 4 Grundlagen der Programmierung II

5 ein wenig abgewandelt HERSTELLER TYP ZUGEL_GES_GEW FÜHRERSCHEIN VW Transporter bis 3.5t B MB Laster bis 7.5t C1 MB Laster bis 7.5t C1 MAN Laster bis 12t C MB Lastzug bis 17t CE MB Lastzug bis 17t CE aus ZUGEL_GES_GEW und TYP folgt hier FÜHRERSCHEIN: ZUGEL_GES_GEW TYP FÜHRERSCHEIN 5 Grundlagen der Programmierung II

6 Funktionale Abhängigkeit (FD) Seien X und Y Teilmengen von R. Eine Relation r(r) erfüllt (satisfies) die funktionale Abhängigkeit (functional dependency) FD X Y, wenn für je zwei (beliebige) Tupel u, v r(r) gilt: u(x) = v(x) u(y) = v(y). X Y u(x) = v(x) u(y) = v(y) 6 Grundlagen der Programmierung II

7 Beispiel Gegeben ist die Relation r(r): A B C D E a1 b1 c1 d1 e1 a1 b2 c2 d2 e1 a2 b1 c3 d2 e1 a2 b1 c4 d3 e1 a3 b2 c5 d1 e1 Geben Sie an, welche der folgenden Abhängigkeiten r erfüllt. 7 A D AB D C BDE E A A E A BC Grundlagen der Programmierung II

8 Schlüssel Ein Schlüssel identifiziert eine Entität. Er besteht aus einer Menge von Attributen, deren Werte alle Instanzen einer Entität eindeutig bestimmen. (aus ER!) Ein Schlüssel (key) einer Relation r(r) ist eine minimale Teilmenge K von R, so dass für je zwei verschiedene Tupel t 1, t 2 r gilt: t 1 (K) t 2 (K) und keine echte Teilmenge K' von K hat diese Eigenschaft. Ein Schlüssel kann als Integritätsbedingung angesehen werden. Falls K Schlüssel von r(r), t 1 r, t 1 (K) = t 2 (K), t 1 t 2 dann dürfte t 2 nicht in r(r) eingefügt werden. 8 Grundlagen der Programmierung II

9 Schlüssel Gegeben seien ein Relationenschema R und eine Menge F von FDs. X R ist ein Oberschlüssel für R X R X ist ein Schlüssel für R X R und X minimal ( ( A X: X\A R)) 9 Grundlagen der Programmierung II

10 1. Normalform FIRSTNME LASTNME BIRTH STREET NUMBER TOWN ZIP Jon Lucas {Zeil, Lange Str.} {12, 114} {Frankfurt, Frankfurt} {60313, 60313} Lucas Jon Gräfstr. 27 Frankfurt FIRSTNME LASTNME BIRTH STREET NUMBER TOWN ZIP Jon Lucas Zeil 12 Frankfurt Jon Lucas Lange Str. 114 Frankfurt Lucas Jon Gräfstr. 27 Frankfurt 60325

11 1. Normalform Definition: Ein Relationenschema R ist in 1. Normalform (1NF), wenn die Wertebereiche aller Attribute von R atomar sind. 1.NF Wertebereiche atomar 11 Grundlagen der Programmierung II

12 vorrat (Teil Lager Menge Lageradresse) Waag Krugerstr Waag Brunnerstr. 105 F = { Teil Lager Menge Lageradresse Lager Lageradresse } 12 Grundlagen der Programmierung II

13 Prim Ein Attribut A heißt prim in R, wenn es in einem Schlüssel von R enthalten ist, sonst heiße es nicht prim. A ist prim X: X ist Schlüssel, A X 13 Grundlagen der Programmierung II

14 volle funktionale Abhängigkeit Eine funktionale Abhängigkeit X Y heißt volle funktionale Abhängigkeit, wenn für keine Teilmenge X X, X Y gilt. Y heißt dann voll funktional abhängig von X. X Y voll funktional X X : X Y 14 Grundlagen der Programmierung II

15 2. Normalform Ein Relationenschema R ist in 2. Normalform (2NF), wenn es in 1NF ist und jedes nicht prime Attribut voll funktional von jedem Schlüssel von R abhängig ist. 2. NF A nicht prim Schlüssel A voll funktional Die 2. NF ist verletzt, wenn ein Teil eines Schlüssels ein Nicht-Schlüsselattribut funktional bestimmt. 15 Grundlagen der Programmierung II

16 Beispiel 1 vorrat (Teil Lager Menge Lageradresse) Waag Krugerstr Waag Brunnerstr. 105 F = { Teil Lager Menge Lageradresse Lager Lageradresse } vorrat (Teil Lager Menge lager (Lager Lageradresse) 1 Waag Krugerstr Brunnerstr Grundlagen der Programmierung II

17 Beispiel 2 R = ABCD F = {AB CD, B D} B D verletzt 2. NF Zerlegung in: R1 = (ABC) mit F1 = {AB C} R2 = (BD) mit F2 = {B D} 17 Grundlagen der Programmierung II

18 2. NF? ID HERSTELLER ZUGEL_GES_GEW FÜHRERSCHEIN 1 VW bis 3.5 B 2 MB bis 7.5 C1 3 MB bis 8.5 C 4 MAN bis 12 C 5 MB bis 12 C 6 VW bis 12 C F = { ID R, ZUGEL_GES_GEW FÜHRERSCHEIN} 18 Grundlagen der Programmierung II

19 transitive Abhängigkeit Gegeben sei eine Menge funktionaler Abhängigkeiten F über einem Relationenschema R, X R, A R. A ist transitiv abhängig von X, wenn es eine Attributmenge Y R gibt so, dass X Y F + und Y A F + sind und Y X F +, A XY gilt. X A transitiv Y, Y X: X Y A, A nicht prim F + ist die Hülle von F, d.h. zusätzlich alle FDs, die aus den gegebenen folgen. 19 Grundlagen der Programmierung II

20 3. Normalform Ein Relationenschema R in 1. NF ist in 3. Normalform (3NF), wenn kein nichtprimes Attribut von einem Schlüssel in R transitiv abhängig ist. 3.NF A nicht prim Schlüssel A nicht transitiv Die 3. NF ist verletzt, wenn ein Nicht-Schlüsselattribut transitiv von einem Schlüssel abhängt. 20 Grundlagen der Programmierung II

21 3. NF? ID HERSTELLER ZUGEL_GES_GEW FÜHRERSCHEIN 1 VW bis 3.5 B 2 MB bis 7.5 C1 3 MB bis 8.5 C 4 MAN bis 12 C 5 MB bis 12 C 6 VW bis 12 C Fall 1: F = { ID HERSTELLER TYP ZUGEL_GES_GEW, ZUGEL_GES_GEW FÜHRERSCHEIN} Fall 2: F = { ID R, ZUGEL_GES_GEW FÜHRERSCHEIN} 21 Grundlagen der Programmierung II

22 Beispiel R = ABC F = {A B, B C} A B C verletzt 3. NF Zerlegung in: R1 = (AB) mit F1 = {A B} und R2 = (BC) mit F2 = {B C} 22 Grundlagen der Programmierung II

23 Normalformen Über die Normalformen (NF) werden Kriterien definiert, um Redundanzen und Anomalien zu verhindern. Es gibt: 1 NF 2 NF 3 NF BCNF 4 NF 5 NF 6 NF 1 NF 2 NF 3 NF

24 Normalisierung / Denormalisierung Normalisierung: Der Prozess des Aufspaltens von Relationen, um Anomalien/Redundanzen zu verhindern. Denormalisierung: Der Prozess des Zusammenlegens von Relationen, um Performanz zu gewinnen.

25 Vorgehen beim Prüfen auf NF (WICHTIG!!!) Ausgangspunkt: Relation R (mind. 1. NF) und Menge der FDs gegeben. 1. Welche Schlüssel gibt es? was sind die nicht primen Attribute! 2. Prüfe auf 2. NF (voll funktional abhängig von ALLEN Schlüsseln?) 3. Prüfe auf 3. NF (transitive Abhängigkeit von irgend einem Schlüssel?) 25 Grundlagen der Programmierung II

26 SQL (ein Einblick) Structured Query Language

27 DBS Sprachen Das DBS stellt als Schnittstelle eine Datenbanksprache(n) für die folgenden Zwecke zur Verfügung: Datenabfrage und -manipulation Data Manipulation Language (DML) Verwaltung der Datenbank Data Definition Language (DDL) Berechtigungssteuerung Data Control Language (DCL) z.b. SQL

28 Structured Query Language SQL ist für Relationale Datenbanksysteme! Standards: SQL-1 von 1986 bzw (ca. 120 Seiten) SQL-2 (SQL92) von 1992 (ca. 580 Seiten) SQL-3 (SQL99) von 2000 (ca Seiten) SQL ISO/IEC 9075:2003 SQL: ISO/IEC :2006 (SQL/XML)

29 Tabellen erstellen Eine Tabelle wird im Minimalfall mit ihrem eindeutigen Namen sowie der Liste der zugehörigen Attribute samt Domänen nach folgendem Schema definiert: create table Relations-Name ( Attribut-Name Domäne {, Attribut-Name Domäne} ) ;

30 create table Konto ( KtoNr integer, KundenName varchar(25), FilialName varchar(25), Saldo real ) ; create table Kunde ( Name varchar(25), Vorname varchar(25), Straße varchar(25), Stadt varchar(25), GebDatum date ) ;

31 SQL-2 Datentypen character character(n) character varying(n) integer oder int smallint numeric(m,n) decimal(n,m) real double precision float(m) date time timestamp

32 Primärschlüssel Mittels der Klausel primary key kann eine unter den Attributfolgen einer Relation bei der Definition der Tabelle als Primärschlüssel ausgezeichnet werden. Die Benutzung dieser Klausel ist nur einmal pro Relation gestattet. create table Konto ( KtoNr integer primary key not null, KundenName varchar(25), FilialName varchar(25), Saldo real ) ;

33 Primärschlüssel Wenn mehr als ein Attribut als Primärschlüssel definiert werden sollen, wird die Klausel in der Form primary key (Attributnamen-Liste) verwendet. create table Transaktion ( vonktonr integer not null, anktonr integer not null, Datum date not null, Betrag real, primary key (vonktonr, anktonr, Datum) ) ;

34 Einfügen von Tupeln Um Daten einzufügen, spezifiziert man entweder das Tupel, das eingefügt werden soll Die Werte für die Attribute der Tupel müssen aus der Domäne der Attribute sein. insert into Kunde values ( 'Otto', 'Hans', 'Bäckerweg 12', 'Frankfurt', ' ' ) ; Der Kunde "Hans Otto" wird eingefügt.

35 Syntaktische Grundform der SQL-Anfrage select A 1,A 2,...,A n from R 1, R 2,...,R m [where conditions] [group by clause] [having clause] [order by clause];

36 Anfragen ohne Bedingungen Filiale ( Name Leiter Stadt Einlagen ) select Name, Leiter from Filiale; select Leiter, Name from Filiale; select Stadt from Filiale; select * from Filiale;

37 SQL verwirklicht das Prinzip der Vielfachmenge (engl. multiset). In den Ergebnismengen können demnach Duplikate auftreten. Sind keine Duplikate erwünscht, müssen sie explizit durch den Zusatz distinct entfernt werden. select distinct Stadt from Filiale;

38 Aggregatfunktionen Die sog. Aggregatfunktionen können in der select-klausel anstelle von einzelnen Attributen angegeben werden. Ergebnis einer Aggregatfunktion ist ein Wert, kein Tupel. select count( ) as AnzahlKonten from Konto;

39 Aggregatfunktionen min( A ) zur Berechnung des Minimalwerts aller Tupel unter dem Attribut A. max( A ) zur Berechnung des Maximalwerts aller Tupel unter dem Attribut A. avg( [ distinct ] A ) zur Berechnung des Durchschnittswerts aller Tupel unter dem Attribut A, wobei unter Angabe von distinct mehrfach gleiche Werte nur einmal in die Berechnung eingehen. sum( [ distinct ] A ) zur Berechnung der Summe aller Tupel unter dem Attribut A, wobei unter Angabe von distinct mehrfach gleiche Werte nur einmal in die Berechnung eingehen. count( ) zum Zählen der Tupel der betrachteten Relation. count( [ distinct ] A) zum Zählen der Tupel der betrachteten Relation, wobei zunächst eine Duplikateneliminierung bezogen auf Werte unter dem Attribut A stattfindet.

40 where-klausel Bezüglich der Bedingung sind Vergleiche mit den üblichen Operatoren, den logischen Verknüpfungen and und or sowie beliebige Klammerungen gestattet. Konto ( KontoNr KundenNr FilialName Saldo ) select * from Konto where Saldo > 5000 or KundenNr <= 100;

41 Textvergleiche - LIKE Kunde ( KundenNr Name Vorname Straße Stadt ) select KundenNr from Kunde where Name like 'To%' and Vorname not like '_arste%'; Bem.: % für beliebige Zeichenfolgen _ für genau ein Zeichen

42 Anfrage über mehrere Relationen Werden in der from-klausel mehrere Relationen spezifiziert, so erfolgt die Berechnung des kartesischen Produktes. Konto ( KontoNr KundenNr FilialName Saldo ) Filiale ( Name Leiter Stadt Einlagen ) select * from Filiale, Konto;

43 Join Konto ( KontoNr KundenNr FilialName Saldo ) Filiale ( Name Leiter Stadt Einlagen ) select * from Filiale, Konto where Filiale.Name = Konto.FilialName; alternativ mit Alias select * from Filiale F, Konto K where F.Name = K.FilialName;

44 Sortierung select A 1,A 2,...,A n from R 1, R 2,...,R m [where Bedingung] [order by (A i [asc desc])+]; select * from Kredit order by FilialName, KreditNr;

45 Group by / Gruppierung select A 1,A 2,...,A n from R 1, R 2,...,R m [where conditions] [group by clause]; select TYP, sum(preis) from FAHRZEUGE where LADEGEW >= 3.0 group by TYP; ID TYP LADEGE W PREIS 1 VW-Trans MB-Lastzug MB-Lastzug VW-Trans

46 Group by having / Gruppierung mit Bedingung select A 1,A 2,...,A n from R 1, R 2,...,R m [where conditions] [group by clause] [having clause]; ID TYP LADEGE W PREIS 1 VW-Trans MB-Lastzug MB-Lastzug VW-Trans select TYP, sum(preis) from FAHRZEUGE where LADEGEW >= 3.0 group by TYP having sum(preis) > 30000;

47 Fremdschlüssel / Forein Key CREATE TABLE EMPLOYEE (FIRSTNME varchar(20), LASTNME varchar(20), BIRTH date, Foreign Key (ADR_SID) references ADDRESS(ID)); FIRSTNME LASTNME BIRTH ADR_ID Jon Lucas Jon Smith Lucas Jon Jon Smith Lucas Smith ID STREET NUMBER TOWN ZIP 1 Zeil 12 Frankfurt Lange Str. 114 Frankfurt Gräfstr. 27 Frankfurt Gundhofstr. 27 Mörfelden- Walldorf 64546

48 SQL Online Tutorial

49 SQL Online Tutorial Queries can be interactively executed.

50 Weitere Dinge Inner und Outer Join Alter und Drop Table Mengenoperationen: Union, Minus, Intersect Sichten/Views Index Trigger und vieles vieles mehr!!!! auch abhängig vom DBMS und der SQL-Version