Datenbankmodelle 1. Das Entity-Relationship-Modell. Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-1

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1 Datenbankmodelle 1 Das Entity-Relationship-Modell Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-1

2 Datenbankmodelle ER-Modell hierarchisches Modell Netzwerkmodell relationales Modell objektorientierte Modelle Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-2

3 Was wird modelliert? statische Eigenschaften Objekte Beziehungen dynamische Eigenschaften Operationen Beziehungen zwischen Operationen Integritätsbedingungen über Objekte und Operationen Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-3

4 Abstrakte & konkrete Modelle Abstrakt Daten: ER-Modell Algorithmen: Struktogramme Konkret Daten: hierarchisches Modell, Netzwerkmodell, Relationenmodell Algorithmen: PASCAL, Java, C++ Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-4

5 Entity-Relationship-Modell Modellierung von Objekttypen (Entities) Wer und was? Objekt der realen oder der Vorstellungswelt Beziehungstypen (Relationships) Wer mit wem? Kunde kauft Artikel 2-stellige Beziehung: Kunde X kauft Artikel Y. Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-5

6 Typen & Exemplare Das ER-Modell beschreibt Beziehungen zwischen Typen Kunde kauft Artikel Zugehörige Exemplarbeziehungen Harry Hirsch kauft Buch "J2EE kompakt" Karla Kuh kauft Buch "Java Data Objects" kauft Buch "Datenbanken in 21 Tagen" Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-6

7 Mehrstellige Beziehungen An einer Beziehung können auch 3 oder mehr Entities beteiligt sein: Shop Kunde kauft Artikel Sprechweise: Ein Kunde X kauft einen Artikel Y in einem Shop Z. Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-7

8 Transformation mehrstelliger Beziehungen N-stellige Beziehungen können immer in 2-stellige transformiert werden. Sind drei 2-stellige Beziehungen äquivalent zu einer 3-stelligen? Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-8

9 Transformation mehrstelliger Beziehungen (II) Verkäufer Artikel kauft Kunde verkauft Verkäufer berät Artikel kauft Kunde Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-9

10 Transformation mehrstelliger Beziehungen (III) Beispiel: Artikel Verkäufer Kunde LA Micky Tom SF Goofy Tom SF Micky Jerry Artikel LA SF SF Kunde Tom Tom Jerry Artikel Verkäufer LA Micky SF Micky SF Goofy Verkäufer Kunde Micky Tom Micky Jerry Goofy Tom Wer hat Tom den Artikel SF verkauft? Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-10

11 Funktionale Beziehungen funktionale Beziehungen Die Beziehung hat Abbildungscharakter: Jedem Objekt vom Typ E1 wird durch die Beziehung f genau eines vom Typ E2 zugeordnet. E1 f E2 Beispiel: Artikel gehört_zu Warengruppe Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-11

12 ER-Modell - Rollen Nähere Bezeichnung der Art der Teilnahme an einer Beziehung Käufer Ware Kunde kauft Artikel Ersatzartikel ersetzter Artikel ersetzt Insbesondere notwendig bei rekursiven Beziehungen! Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-12

13 Attribute Beschreibung der näheren Eigenschaften von Objekten und Beziehungen Ausführliche Angabe in der Form Name : Wertebereich Basistypen int, float, text, char evtl. mit Längen: int(5), char(10) evtl. mit Bereichen Beispiel: alter : int [0-110] ArtNr: int(5) Name: char(12) Gewicht: int Artikel Menge der angebotenen Datentypen hängt vom eingesetzten Werkzeug ab Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-13

14 Kardinalität Wer steht wie oft mit wem in Beziehung? Achtung: Unterschiedliche Verwendungen im Umlauf! Beispiele: Chen-Notation (1976) Schlageter/Stucky-Notation (1977) ISO-Notation (1982) Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-14

15 Chen-Notation Erster Ansatz (1976) Gibt an: Wie viele Objekt sind einem Objekt der anderen Seite maximal zugeordnet? N 1 Artikel gehört_zu Warengruppe Wird gelesen: Einem Artikel ist 1 Warengruppe zugeordnet. Einer Warengruppe können N Artikel zugeordnet werden. N M Kunde kauft Artikel Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-15

16 Chen-Notation (II) Problematisch: Die Notation ist nur bei 2-stelligen Beziehungen anwendbar. Ursache: Es wird eine Aussage über die Anzahl der Objekte, die der anderen Seite zugeordnet sind gemacht! Was nun, wenn dort mehrere Objekte sind? Beispiel: Ein Gutschein, der nur beim Kauf eines Artikels angewandt werden kann: Gutschein Kunde? N kauft? Artikel Einem Gutschein ist immer genau ein Kunde zugeordnet. Ein Artikel kann aber von vielen Kunden gekauft werden! Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-16

17 Schlageter/Stucky-Notation Eingeführt 1977 um das Problem mit mehrstelligen Beziehungen zu lösen. Ähnlich wie Chen-Notation jedoch verdreht. Gibt an: Mit wie viel anderen Objekten steht ein Objekt in Beziehung? 1 N Artikel gehört_zu Warengruppe Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-17 Gutschein 1 Kunde N kauft N Artikel

18 ISO - Notation Ausführlichste Notation: [min,max] ähnlich Schlageter/Stucky Gibt an: Wie oft nimmt ein Objekt mindestens (min) und wie oft höchstens (max) an einer Beziehung teil? Beispiel: [1,1] [0,*] Artikel gehört_zu Warengruppe Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-18

19 ISO-Notation (Beispiel) [min, max] - Notation (ISO TC97/SC5/WG3 1982) Shop [0,*] Kunde [0,*] kauft [0,*] Artikel [1,1] [1,1] wohnt_in gehört_zu [0,1] [0,*] [0,*] von nächste Filiale nach [0,*] Ort Warengruppe Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-19

20 Übung: Kardinalitäten Wie sieht das ISO-Beispiel in der Chen-Notation aus? Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-20

21 Schlüssel Schlüssel bestimmt das Objekt eindeutig Kennzeichnung durch Unterstreichung Alternative: Spezielle Icons, oder Markierung der Verbindungslinie KndNr Name Anschrift Kunde Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-21

22 Zusammengesetzte Schlüssel Atomarer Schlüssel Der Schlüssel besteht aus genau einem Attribut. Zusammengesetzter Schlüssel Manchmal reicht ein Attribut nicht aus, um ein Objekt eindeutig zu identifizieren. Besonders häufig bei Objekten in Hierarchien: KonzernNr, WerkNr, LagerNr,... Beispiel: WGruppe ArtNr PackGröße Gewicht Artikel Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-22

23 Optionale Attribute Kennzeichnung optionaler Attribute Ein Wert kann angegeben werden - falls bekannt. Es muss aber nicht in jedem Fall ein Wert angegeben werden. FilialNr KundenNr Name Geburtsdatum Kunde Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-23

24 Schwache Objekte Abhängige/schwache Objekte Sie haben keine eigene Existenzberechtigung ohne das Objekt von dem sie abhängen. Die funktionale Beziehung gehört in diesem Fall zum Schlüssel. PosNr Artikel ArtNr Preis BestellNr Datum Posten [1,1] gehört_zu [0,*] Bestellung Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-24

25 ER-Modell - Beispiel Privatkunde Firma Beschreibung [1,1] [1,1] [1,1] Ist_ein Ist_ein Shop beschreibt [0,1] [0,1] [0,*] [0,*] Kunde [0,*] kauft [0,*] Artikel [1,1] [1,1] wohnt_in gehört_zu [0,1] von nächste Filiale nach [0,*] [0,*] Ort Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-25 [0,*] Warengruppe

26 Erweiterungen des ER-Modells IS_A-Beziehungen Verallgemeinerung vorhandener Entities. z.b. PRIVATKUNDE ist ein KUNDE Kann als spezieller abhängiger Typ aufgefasst werden. Partitionierung/Spezialisierung Zerlegung einer vorhandenen Menge in Sonderfälle. Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-26

27 Kompakte Notation für IS-A Beziehung Kunde statt: Privatkunde Firma Kunde ist_ein ist_ein Privatkunde Firma Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-27

28 Arten von Subtypen Disjunkte /nicht disjunkte Untermengen Vollständige / nicht vollständige Überdeckung Beispiel: Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-28

29 Generalisierung vs. Spezialisierung Manche Erweiterungen des ER-Modells sehen hier aussagekräftigere Modellierungsmöglichkeiten vor. Spezialisierung Zerlegung einer Ausgangsmenge in Spezialfälle. Hier kann noch unterschieden werden, ob die Zerlegung vollständig ist. Generalisierung Bildung von Oberbegriffen. Die Mitglieder der Ausgangsmenge sind nur teilweise der zeitweise Mitglieder des Generalisierungstyps. Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-29

30 Beispiel: Generalisierung Mitarbeiter und Studenten können verallgemeinert werden zu Ausleihern einer Bibliothek: Mitarbeiter Studenten Ausleiher datum dauer Mitarbeiter Studenten Ausleiher Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-30

31 Beispiel: Spezialisierung/Partitionierung Die Kunden setzen sich zusammen aus: Kunde Privatkunde Firma Kunde Privatkunde Firma Bei einer Partitionierung sind die einzelnen Partitionen disjunkt. Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-31

32 IDEF1X vs. IE Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-32

33 Erweiterungen des ER-Modells (II) PART_OF-Beziehungen (Aggregation) z.b. RECHNUNG besteht aus vielen POSTEN und einem (Rechnungs-)KOPF Modellierung häufig durch objektwertige Attribute Beziehungen höheren Typs Beziehungen zwischen Beziehungen Generalisierungen und Spezialisierungen möglich z.b. RABATTKAUF -> KAUF Wird in der Praxis sehr selten verwendet. Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-33

34 Übung: ER-Modell Erweiterung/Anpassung der vorhandenen Modellierung, um folgende Dinge zusätzlich aufzunehmen: Kunden bevorzugen bestimmte Produkte. Aufteilung des Shops in mehrere Abteilungen. Verwaltung von Rechnungen, die mehrere Käufe umfassen können. Prof. Dr. Bernhard Schiefer 2-34