DB-Entwurf und Modellierung Entity-Relationship-Modell (ERM) Erweiterungen des ERM UML. Grundlagen. Klassifikation von Datenabbildungen Beispiele

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1 Übersicht DB-Entwurf und Modellierung Entity-Relationship-Modell (ERM) Grundlagen Eigenschaften von Relationship-Mengen Klassifikation von Datenabbildungen Beispiele Erweiterungen des ERM UML Kardinalitätsrestriktionen Abstraktionskonzepte Konzepte ER-Modellierung mit UML 75

2 ER-Modellierung mit UML UML (Unified Modeling Language) ist standardisierte Notation/Sprache zur Unterstützung objektorientierter Softwareentwicklung verschiedene Diagrammtypen hier wichtige Konzepte: Klassendiagramm: Klassen, Attribute, Operationen Assoziationen Aggregation und Komposition Generalisierung und Vererbung Quelle: [RJ+05] 76

3 Klassen und Objekte Klassen Klassensymbol i.a. werden nur relevante Details gezeigt Objekte analoge Darstellung von Klasseninstanzen (Objekten) keine Methodenangabe Klassenname Point Point : Point triangle +x: real +y: real Attribute (optional) Methoden (optional) x=1 y = Point p1 : Point triangle : Polygon Point +x: real +y: real x = 3.14 y = rotate(angle: real) +scale(factor: real) +rotate(angle: real) +scale(factor: real) triangle : Polygon center = (0,0) vertices = ((0,0),(4,0),(4,3)) bordercolor = black fillcolor = white 77

4 Klassen und Objekte Detaildarstellung auf Implementierungsebene Attributspezifikation: Sichtbarkeit Name: Typ = Default-Wert { Eigenschaften } Operationen: Sichtbarkeit Name (Parameterliste) : Rückgabeausdruck { Eigenschaften } Deklaration der Sichtbarkeit: öffentlich / public (+) geschützt / protected (#) privat (-) Klassen-Attribute / -Operationen unterstrichen Window Darstellung von Bedingungen (Constraints) innerhalb geschweifter Klammern Formulierung der Bedingungen in beliebiger Sprache möglich OCL (Object Constraint Language), Teil der UML Tool-spezifische Erweiterungen möglich (Angabe von Exceptions, Verantwortlichkeiten,...) Window size: Area visibility: Boolean display() hide() Window {Usage = internal, Implementation = Joe} +size: area = (100,100) +visibility: boolean = false +default-size: Rectangle #maximum-size: Rectangle -xptr: XWindow +display() +hide() +create(): Window -attachxwindow(xwin: XWindow) 78

5 Assoziationen Repräsentation von Beziehungen Festlegung der Sichtbarkeit für Rolle optional: möglich (+, -,#) Festlegung eines Assoziationsnamens Rollennamen Kardinalitätsrestriktionen t ikti Kardinalitätsrestriktionen (multiplicity) kein Default-Wert (fehlende Angabe bedeutet unspezifiziert ) x..y mindestens x, maximal y Objekte nehmen an der Beziehung teil Company +employer * +employee WorksFor 1..* * viele für Beziehung kann Ordnung der 0..* optionale Teilnahme an der beteiligten Objekte verlangt werden Beziehung List-Semantik: {ordered} 1..* Default: {unordered} genau 1 Request {ordered} Performance Person Reservation * 1 1 * 79

6 Assoziationen gerichtete Assoziation (uni-directional i association): i Einschränkung der Navigierbarkeit auf konzeptioneller Ebene nicht notwendigerweise i festzulegen regelt, wo Verantwortlichkeit liegt, zugeordnete Objekte zu bestimmen keine direkte Navigationsmöglichkeit in umgekehrter Richtung (einfachere Implementierung) Qualifizierte Assoziation: Festlegung von Attributen, welche für eine Assoziation eine Partitionierung der beteiligten Objekte bewirken Partitionsattribute gehören zur Assoziation identifiziert zugehörige Objekte der an der Beziehung beteiligten Klasse Bank +account # Klasse 3 Klasse * 0..1 Person 80

7 Assoziationen Assoziations-Klassen: 3-stellige Beziehung: notwendig für Beziehungen mit eigenen Attributen Company Person Part Project * 1..* * * Job salary * Supplier 81

8 Constraints und Kommentare Beispiele zur Verwendung von Constraints und Kommentaren * Member-of * Person {subset} Committee 1 Chair-of * worker employee employer * 0..1 Person * 0..1 Company boss {Person.employer = Person.boss.employer} Represents an incorporated entity 82

9 Aggregation Aggregation spezielle Assoziation zwischen 2 Klassen, in der eine Klasse eine andere enthält By-Reference Whole Path Aggregation * Part +segement * {ordered} Segment 83

10 Komposition Komposition Aggregation, bei der eine Klasse ein Attribut einer anderen ist Teil-Objekt gehört genau zu einem Aggregat-Objekt Teil existiert höchstens so lange wie Aggregat By-Value Whole Komposition Part Window Window 2 Window scrollbar: Slider[2] title: Header[0..1] scrollbar: Slider[2] title: Header[0..1] body: Panel Slider Header Panel body: Panel[1] 84

11 Aggregation und Komposition Polygon 1..* 3..* 1 Contains +sides {ordered} Side 1 -bundle GraphicsBundle color texture density 85

12 Generalisierung / Vererbung "gleichwertige" Styles Separate Target Style Shape Polygon Elipse Spline Shared Target Style Shape Polygon Elipse Spline 86

13 Generalisierung / Vererbung Angabe von Diskriminatoren sowie Spezialisierungsart overlapping/ disjoint incomplete/complete Tree Vehicle {disjoint, incomplete} :species {overlapping} :power :power :venue :venue {disjoint} Oak Elm Birch WindPowered Vehicle MotorPowered Vehicle Land Vehicle Water Vehicle Truck Sailboat 87

14 Übersicht DB-Entwurf und Modellierung Entity-Relationship-Modell (ERM) Grundlagen Eigenschaften von Relationship-Mengen Klassifikation von Datenabbildungen Beispiele Erweiterungen des ERM UML Kardinalitätsrestriktionen Abstraktionskonzepte Konzepte ER-Modellierung mit UML 88

15 ER-Modellierung mit UML UML: standardisierte Notation/Sprache zur Unterstützung objektorientierter Softwareentwicklung ERM: generell einsetzbares Modellierungswerkzeug für Informationsmodelle (logischer DB-Entwurf) ER-Modellierung mit UML 89

16 Entity Typ Angestellter mit Personalnummer, Nachname und Vorname ERM UML UML-Stereotyp PersonalNr Nachname Vorname Angestellter <<entity>> Angestellter <<key attribute>>+personalnr: integer +Nachname: string +Vorname: string 90

17 Mehrwertige Attribute Auto mit Farbe(n) und Autonummer ERM UML Farbe AutoNr Auto <<entity>> Auto +Farbe: string[1..*] <<key attribute>>+autonr: integer 91

18 Relationen Auto gehört Person Farbe AutoNr ERM Auto n UML <<entity>> Auto +Farbe: string[1..*] <<key attribute>>+autonr: te>>+a ton integer gehört * gehört 1 Person 1 <<entity>> Person 92

19 Relationen mit Attributen Auto gehört Person, ab einem Kaufdatum Farbe AutoNr ERM Auto n UML <<entity>> Auto +Farbe: string[1..*] <<key attribute>>+autonr: t t integer Kaufdatum gehört <<relationship>> gehört +Kaufdatum: date * 1 1 Person <<entity>> Person 93

20 Mehrwertige Relationen Professoren prüfen Studenten über Vorlesungen an Datum ERM UML <<entity>> Professor Vorlesung Professor <<entity>> Vorlesung 1 n 0..1 * Prüfdatum prüft- püt über <<relationship>> prüft-über +Prüfdatum: date m Student * <<entity>> Student 94

21 Aggregation Teile sind Teile von Teilen ERM UML ist-teil- von N Komponente Teil M Bestandteil * -Komponente <<entity>> Teil ist-teil-von 1..* -Bestandteil 95

22 Existenzabhängigkeit Ein Haus hat eine Adresse und einen Besitzer. Es besteht aus Räumen (Relation zu Entity Zimmer), die Zimmernummern haben. Zimmer gibt es nicht ohne Häuser. ERM UML Adresse Besitzer Haus 1 <<entity>> Haus <<key attribute>>+adresse: string +Besitzer: string hat- Räume hat-räume 1 ZimmerNr N Zimmer 1.. * <<weak entity>> Zimmer <<key attribute>>+zimmernr: smallint 96

23 Generalisierung Angestellte sind Personen ERM UML Person <<entity>> Person p <<entity>> Angestellter Angestellter 97

24 Zusammenfassung (1) DB-Entwurf umfasst Informationsbedarfsanalyse konzeptionelles DB-Schema (-> Informationsmodell) logisches DB-Schema physisches DB-Schema (nicht diskutiert) ERM-Charakteristika Modellierung bezieht sich auf die Typebene Relevante Zusammenhänge der Miniwelt werden durch Entity- und Relationship-Mengen modelliert; sie werden genauer durch Attribute, Wertebereiche, Primärschlüssel/Schlüsselkandidaten beschrieben Klassifikation von Beziehungstypen dient der Spezifikation von strukturellen Integritätsbedingungen Anschauliche Entwurfsdarstellung durch ER-Diagramme relativ karges Informationsmodell 98

25 Zusammenfassung (2) Einführung weiterer Modellierungskonzepte Verfeinerung von Beziehungen durch Kardinalitätsrestriktionen und vor allem Abstraktionskonzepte Das erweiterte ERM ist sehr mächtig und umfasst viele bekannte Modellierungskonzepte Integritätsbedingungen wurden hier nicht behandelt (-> Relationenmodell) Abstraktionskonzepte und deren Implikationen Generalisierung und Vererbung Assoziation mit Mengeneigenschaften und Mitgliedschaftsimplikationen Aggregation und implizierte Prädikate Integration der Abstraktionskonzepte mittels objektzentrierter Darstellung ER-Modellierung mit UML 99

26 Ergänzende Literatur zu diesem Kapitel [Che76] Chen, P. P.-S.: The Entity-Relationship Model Toward a Unified View of Data, In: ACM TODS 1:1, March 1976, pp [Mat91] Mattos, N.: An Approach to Knowledge Management, LNAI 513, Springer, [RJ+05] Rumbaugh, J.; Jacobson, I.; Booch, G.: The Unified Modeling Language Reference Manual. 2nd Edition, Addison-Wesley, [Vos00] Vossen, G.: Datenmodelle, Datenbanksprachen und Datenbankmanagementsysteme, Oldenbourg, 4. Auflage,