Intelligente Datenbanken

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1 Intelligente Datenbanken Prof. Dr. Rainer Manthey Dipl.Inform. Andreas Behrend Dipl.Inform. Oliver Speidel Seminar WS 02/03 Institut für Informatik III Universität Bonn 1

2 1. Organisatorisches Kenntnisse etwa im Umfang der Vorlesung "Informationssysteme sind unbedingt erforderlich und somit ggf. eigenständig zu erarbeiten! Eine regelmäßige Teilnahme ist Voraussetzung für den Schein :) Das Seminar wird als Blockveranstaltung am (Di.) und am (Do.) im A207 stattfinden mit jeweils 5 Vorträgen pro Tag zwischen 1012 Uhr und 1316 Uhr ( à 45 Minuten + Diskussion, ggf. kurzen Pausen) Vorträge sollten mit nichthandgeschriebenen Folien gehalten werden, z.b. als PowerPointPräsentation die Ausarbeitungen sollten 1215 Seiten haben und als doc, pdf oder psfile vorliegen Weitere Details werden per oder bei Konsultationsterminen (max. 3) besprochen. 2

3 2. AG "Intelligente Datenbanken" Aktive und Deduktive Datenbanken Ereignisorientierte und deskriptive Programmierung Deduktionssysteme und Wissensbasen 3

4 2. AG "Intelligente Datenbanken" Aktive und Deduktive Datenbanken Ereignisorientierte und deskriptive Programmierung Deduktionssysteme und Wissensbasen 4

5 3. Was sind Deduktive Datenbanken? Im Folgenden ein kurzer Exkurs zu diesen beiden Forschungsgebieten: Ein deduktives Datenbanksystem erlaubt die ableitbarer Daten. Spezifikation, Verwaltung und Herleitung Inferenz Mechanismus DBMS IDB DD deduktive Regeln EDB DB 5

6 3. Die Datenbanksprache Datalog Deduktive Regeln werden üblicherweise in Datalog formuliert. Datalog 'pures' Prolog (syntaktisch), i.e., Konjunktionen funktionsfreier Literale SQL:1999 CREATE CREATE RECURSIVE RECURSIVE VIEW VIEW p p AS AS ( ( SELECT SELECT * * FROM FROM e e UNION UNION SELECT SELECT e.1, e.1, e.2 e.2 FROM FROM e,p e,p WHERE WHERE e.2=p.1 e.2=p.1 ) ) Prolog p(x,y) p(x,y) : : e e (X,Y). (X,Y). p(x,y) p(x,y) : : e e (X,Z), (X,Z), p(z,y). p(z,y). Datalog p(x,y) p(x,y) e(x,y) e(x,y) p(x,y) p(x,y) e(x,z), e(x,z), p(z,y) p(z,y) 6

7 3. Anfragebearbeitung in DDB? irrelevant irrelevant EDB 7

8 3. Änderungspropagierung / Integritätsüberprüfung Änderungen von Basisfakten führen zu impliziten Änderungen abgeleiteter Fakten Ziel: Berechnung der impliziten Änderungen so effizient wie möglich! Prinzip: +! überwacht +... Induzierte Änderungen, z.b. {+ p(5,2), p(4,1),...} EDB + Transaktion, z.b. {+ b(1,2), b(2,3)} 8

9 3. Sichtenanpassung / Integritätserhaltung Sichtenanpassung Änderungsanweisung, die sich auf abgeleitete Relation bezieht Ziel: Prinzip: Berechnung von Basisdatenänderungen, damit gewünschter Änderungseffekt eintritt? + Änderungswunsch, z.b. {+ p(5,2), p(4,1),...} EDB + mögliche Transaktion, z.b. {+ b(1,2), b(2,3)} 9

10 3. Sichtenanpassung / Integritätserhaltung Prinzip (cont.):? +? + IB verletzt!! EDB + EDB + 10

11 4. Was sind Aktive Datenbanken? "reaktives System": stimulierende Ereignisse Sensoren Effektoren ausgelöste (Re)Aktionen 11

12 4. Was sind Aktive Datenbanken? "reaktives Programm": Festlegung der Reaktionen des Systems auf bestimmte Ereignisse... 12

13 4. Was sind Aktive Datenbanken? Reaktionen können können selbst selbst wieder wieder Ereignisse darstellen, auf auf die die das das System System reagieren kann kann Mehrstufigkeit Rückkopplung/feedback 13

14 4. Was sind Aktive Datenbanken? Systemtakt synchrone Ereignisse asynchrone Ereignisse 14

15 4. Was sind Aktive Datenbanken? Aktive Aktive DBSysteme sind sind spezielle Formen Formen reaktiver Systeme. Sensoren DBMS stimulierende Ereignisse DB Effektoren ausgelöste (Re)Aktionen 15

16 4. Was sind Aktive Datenbanken? Aktive Datenbanken "Regelbank" DBMS DB.... extrahiert aus Anwenderprogrammen 1) Zusätzlich werden anwendungsspezifische Reaktionsmuster in der Datenbank zentral gehalten aktive Regeln ("triggers") 16

17 4. Was sind Aktive Datenbanken? Aktive Datenbanksysteme Ereigniserkennung Ablaufsteuerung DBMS DB.... weitere "Entlastung" der Anwenderprogramme Reaktionsauslösung 2) generische, anwendungsunabhängige Methoden zur Verwaltung und Anwendung von aktiven Regeln werden im DBMS zentral zur Verfügung gestellt 17

18 4. Was sind Aktive Datenbanken? Der Begriff "aktives DBS" kann ganz allgemein wie folgt eingegrenzt werden: Ein Ein Datenbanksystem heißt heißt aktiv, aktiv, wenn wenn es es zusätzlich zu zu den den üblichen DBMSFunktionalitäten in in der der Lage Lage ist ist anwendungsspezifisch definierte Situationen zu zu erkennen und und daraufhin anwendungsspezifisch definierte Reaktionen auszulösen. Aktive Funktionalität eines DBMS ist also insbesondere orthogonal zu Datenmodell und Datenbanksprache (d.h. es gibt aktive relationale DB ebenso wie aktive objektorientierte DB) 18

19 4. Was sind Aktive Datenbanken? Reaktives Verhalten einer DBAnwendung wird mittels einer Sammlung von aktiven Regeln definiert. Eine Vielzahl unterschiedlichster Sprachen zur Formulierung aktiver Regeln wurde bisher vorgeschlagen das Sprachspektrum ist sehr viel grösser als etwa bei deduktiven Regeln. Einigkeit besteht zumindest hinsichtlich der prinzipiellen Struktur aktiver Regeln:? Spezifikation der auslösenden Ereignisse Bedingung, unter der die Auslösung stattfinden soll Spezifikation der auszulösenden (Re) Aktion 19

20 4. Was sind Aktive Datenbanken? E C A event event? action action DBEreignisse: Änderungen, Anfragen, Transaktionen Prozedurereignisse: Aufruf/Beenden von Prozeduren Zeitereignisse: Eintreten bestimmter Zeitpunkte u.a. condition Anfragen an den gerade vorliegenden DBZustand DBOperationen: Änderungen, Anfragen, Transaktionen Prozeduraufrufe 20

21 5. Themenübersicht 1. Aktive Datenbanken und ActLog Aktive Datenbanken 2. Ereigniserkennung in aktiven Datenbanken (ADB) 3. Regelanalyse in ADB 4. Temporale Aspekte in ADB 5. Aktive Regeln in SQL 6. Integritätserhaltung durch aktive Regeln 1. Deduktive Datenbanken und Datalog Deduktive Datenbanken 2. Anfragebarbeitung in deduktiven Datenbanken 3. Änderungspropagierung in DDB 4. Integritätsüberprüfung in DDB 5. Integritätserhaltung in DDB 6. Optimierung von Datenbankschemata 7. Probabilistische deduktive Datenbanken 21

22 6. Vorbereitung Aktuelle Informationen zum Seminar finden Sie hier: :// ://wob.informatik.unibonn.de/wob/de/view/class152_id1127.html Für die Nachbearbeitung der Vorlesung Informationssysteme: Prof. Cremers: http Prof. Manthey: http :// Je nach Themengebiet erhalten Sie folgende Übersichtsartikel: Francois Bry, Rainer Manthey, Heribert Schütz: Deduktive Datenbanken in Künstliche Intelligenz, 3/1996, pp (Siehe auch ) Jennifer Widom, Stefano Ceri: Introduction to Active Databases Kapitel 1 Morgan Kaufmann Publ., 1996 (Siehe auch: ) 22