Analytisk relationsdatabasdesign

Transkript

1 Analytisk relationsdatabasdesign Att förbättra kvaliteten i databaser Presenter s Name Organization name Domän-regler och främmande nyckel regler via DDL Datatyp! Datatyp! Maxvärde! Maxvärde! Min-värde! Min-värde! Tabellerna ovan, inklusive datatyper och främmande nycklar (och andra regler) kan definieras via SQL DDL SQL har en DDL-del (lite mer okänd än DML-delen) DDL Data Definition Language, DML Data Manipulation Language Via DDL definierar vi tabeller, regler etc. Via DML kan vi sen ställa frågor mot de tabeller vi skapat 1

2 DDL Datatyp! Datatyp! FÖRETAG Företagsnamn: String 1..1 Antal_anställda: Int 1..1 FÖRETAG Företagsnamn Antal_anställda Min-värde! Min-värde! CREATE TABLE FÖRETAG (Företagsnamn Varchar(25) NOT NULL, Antal_anställda Integer NOT NULL, Primary key (Företagsnamn)) DDL Främmande nyckel-regler ANSTÄLLD FÖRETAG Anstnr Mitt_företag Företagsnamn Antal_anställda Maria Paul Petia SKRUV AB SKRUV AB 2 1 CREATE TABLE ANSTÄLLD (Anstnr String NOT NULL, String NOT NULL, Mitt_företag Varchar(25) NOT NULL, Primary key(anstnr), Foreign key(mitt_företag) REFERENCES FÖRETAG(Företagsnamn) ON DELETE restrict ON UPDATE cascade) 2

3 DDL Främmande nyckel-regler ANSTÄLLD FÖRETAG Anstnr Mitt_företag Företagsnamn Antal_anställda Maria Paul Petia SKRUV AB SKRUV AB 1 CREATE TABLE ANSTÄLLD (Anstnr String NOT NULL, String NOT NULL, Mitt_företag Varchar(25) NOT NULL, Primary key(anstnr), Foreign key(mitt_företag) REFERENCES FÖRETAG(Företagsnamn) ON DELETE cascade ON UPDATE cascade) ANSTÄLLD Anstnr Maria Paul Mitt_företag FÖRETAG Företagsnamn Antal_anställda 2 DDL Främmande nyckel-regler ANSTÄLLD FÖRETAG Anstnr Mitt_företag Företagsnamn Antal_anställda Maria Paul Petia SKRUV AB SKRUV AB 1 CREATE TABLE ANSTÄLLD (Anstnr String NOT NULL, String NOT NULL, Mitt_företag Varchar(25) NOT NULL, Primary key(anstnr), Foreign key(mitt_företag) REFERENCES FÖRETAG(Företagsnamn) ON DELETE cascade ON UPDATE cascade) ANSTÄLLD Anstnr Maria Paul Petia Mitt_företag BULTIA AB BULTIA AB SKRUV AB FÖRETAG Företagsnamn BULTIA AB SKRUV AB Antal_anställda 2 1 3

4 Analytisk relationsdatabasdesign Att förbättra kvaliteten i databaser Presenter s Name Organization name Vad är ett bra relationsdatabasschema? PERSON&BIL Regnr Märke PERSON BIL ÄGANDE Regnr Märke Bil Ägare Den första lösningen är enkel. Men den andra lösningen är mer informativ den grupperar ihop saker som hänger samman och ger på det sättet mer struktur. Sådant som är beroende av varann hålls ihop. Detta kan erhållas genom konceptuell modellering och/eller och analytisk databasdesign (syntaktisk databasdesign påverkar just detta i mindre hög grad) 4

5 Redundans och uppdateringsanomalier PERSON&BIL 5566 Regnr ABC123 DEF456 GHI789 ABC123 ABC123 XXX999 Stina Märke Volvo Saab Skoda Volvo Volvo Skoda Redundans. Samma faktum upprepas flera gånger I tabellen. Uppdateringsanomalier. När man skall uppdatera en uppgift måste man ändra på flera ställen. Tidskrävande och riskfyllt. Normalformer Normalformsanalys. Genom att studera de funktionella beroendena I en tabell kan man bestämma dess normalform. Om en tabell har en låg normalform kan den ge upphov till problem. Man kan då transformera tabellen så den får en högre normalform. 5

6 Funktionella beroenden Ett värde på är associerat till högst ett värde på Greta Olle Stina Funktionella beroenden Gäller det att Regnr? Det skulle betyda att givet ett värde på Regnr så finns högst ett värde på : ABC123 DEF456 GHI789 Olle Men det är tänkbart att en bil ägs av flera personer och då gäller inte det funktionella beroendet: ABC123 DEF456 GHI789 Olle 6

7 Funktionella beroenden syntax Här skriver man den eller de kolumner som bestämmer andra kolumner Kolumner Kolumner Här skriver man de kolumner som är beroende av kolumnerna till vänster Pil Här skriver man en pil som skiljer kolumnerna från varandra Funktionella beroenden semantik Antag att man har ett funktionellt beroende Det betyder att unikt bestämmer, det vill säga att om två tupler i en tabell har samma värde på så skall de ha samma värde på. Mer precist kan man skriva upp det så här. För varje par av tupler, s och t, i en tabell skall följande gälla: S[] = t[] s[] = t[] Med andra ord: om en s-tuppel (s-rad) och en t-tuppel (t-rad) har samma värde i kolumnen så ska de även ha samma värde i kolumnen! 7

8 Funktionella beroenden exempel PERSON&BIL Regnr Köpdatum ABC DEF GHI ABC ABC Stina XXX Gäller? Ja Funktionella beroenden exempel PERSON&BIL Regnr Köpdatum ABC DEF GHI ABC ABC Stina XXX Gäller Regnr? Nej 8

9 Funktionella beroenden övning PERSON&BIL Regnr Köpdatum ABC DEF GHI ABC ABC Stina XXX Gäller Köpdatum? Nej Armstrongs axiom Låt A, B, C, X och D utgöra mängder av attribut (kolumner) (ibland med bara ett element) i en relation R Reflexiva lagen: Om B är en delmängd av A så gäller A B Transitiva lagen: Om A B och B C så gäller A C Additiva lagen: Om A B och A C så gäller A BC Dekomponeringslagen: Om A BC så (A B OCH A C) Augmentativa lagen: Om A B så gäller XA XB 9

10 Funktionella beroenden inom en klass Det finns ingen bra notation för att visa funktionella beroenden INOM en klass - alltså funktionella beroenden mellan attribut! PERSON : String 1..1 Vikt: Integer 1..1 Adressort: String 1..1 Postnr: Integer ägs_av HUND 0..* : String 1..1 Vikt: Integer 1..1 Favoritmat: String 1..1 Första normalform En tabell är i första normalform om samtliga kolumner i tabellen har atomära domäner Inte 1NF Efternamn Persson Nyfjord Förnamn Per, Bo, Ulf Olle Eriksson, Stina 1NF Som vi tidigare definierat domäner och relationsscheman är faktiskt alla tabeller i första normalform 2233 Efternamn Persson Persson Persson Nyfjord Eriksson Eriksson Förnamn Per Bo Ulf Olle Stina 10

11 Partiellt funktionellt beroende A B kallas ett partiellt funktionellt beroende om det finns ett C som är en äkta delmängd av A och C B. Man säger då att B är partiellt beroende av A Regnr ABC123 DEF456 GHI789 CBA321 FED654 IHF987 Stina Märke Volvo Saab Skoda Fiat Skoda Fiat är partiellt beroende av (, Regnr) Märke är partiellt beroende av (, Regnr) B är fullt funktionellt beroende av A om B är funktionellt beroende av A och inte partiellt beroende av A., Regnr, Regnr Märke Regnr Märke Andra normalform En tabell är i andra normalform om varje kolumn som inte ingår i primärnyckeln är fullt funktionellt beroende av primärnyckeln Varje kolumn skall vara beroende av hela nyckeln, inte bara av en del av nyckeln Regnr ABC123 DEF456 GHI789 CBA321 FED654 IHF987 Stina Märke Volvo Saab Skoda Fiat Skoda Fiat Denna tabell är inte i andra normalform eftersom inte är fullt funktionellt beroende av primärnyckeln, Regnr, Regnr Märke Regnr Märke 11

12 Andra normalform - exempel PERSON 2233 Ulf Bo Per Erik Nils Postnr Ort Lund Är denna tabell i andra normalform?, Postnr, Ort Postnr, Ort Postnr Ort Nej, eftersom Postnr och Ort inte är fullt funktionellt beroende av primärnyckeln. Normalisering till andra normalform PERSON Postnr Ort Ulf Bo Per 2233 Lund Erik Nils Postnr, Ort PERSON POST Postnr Ort Ulf Bo 2233 Lund Per 2233 Erik Nils Om det finns ett partiellt funktionellt beroende så bryt ut kolumnerna i detta till en egen tabell. Hurdå? Jo, de kolumner som är beroende av bara en del av nyckeln bryts ut till en egen tabell. Tillsammans med den del av nyckeln som de var beroende av. Vid normaliseringen bildas en främmande nyckel mellan tabellerna: PERSON.() utgör främmande nyckel mot POST.() 12

13 Andra normalform - övning PRODUKT Produkt Färg Penna Blå Pris 3 Produkt, Färg Pris Produkt Pris Penna Röd 3 Skruv Grön Skruv Vit Skruv Svart Vas Vit PRODUKT Produkt Färg Penna Blå Penna Röd Skruv Grön Skruv Vit Skruv Svart Vas Vit PRIS Produkt Penna Skruv Vas Pris Normalisera denna tabell till andra normalform! Vid normaliseringen bildas en främmande nyckel mellan tabellerna: PRODUKT.(Produkt) utgör främmande nyckel mot PRIS.(Produkt) Utrymme vs Tid vs Konsistens Titel Författare Librettot Vikt Antal Sidor Förlag Hamlet Shakespeare Once upon.the End Bonniers Hamlet Shakespeare Once upon.the End Pierson Hamlet Shakespeare Once upon.the End Nordstedts etc. Hamlet Shakespeare Once upon.the End Prentice-Hall 1984 Orwell Bonniers etc. Titel, Förlag Författare, Librettot, Vikt, AntalSidor Titel Författare, Librettot Titel Författare Librettot Hamlet Shakespeare Once upon The End Orwell Titel Vikt Ant.sid. Förlag Hamlet Bonniers Hamlet Pierson Hamlet Nordstedts etc Bonniers etc. 13

14 Transitivt beroende C är transitivt beroende av A via B om det finns funktionella beroenden A B och B C, och där det gäller att A inte är funktionellt beroende av B eller C Postnr Ort Lund Bromma Lund Postnr, Ort Postnr Ort Ort är transitivt beroende av via Postnr Tredje normalform En tabell är i tredje normalform om och endast om den är i andra normalform, och varje kolumn som inte ingår i primärnyckeln är funktionellt men ej transitivt beroende av primärnyckeln Varje kolumn skall vara beroende av nyckeln, och ingenting annat än nyckeln Postnr Ort Lund Bromma Lund Postnr, Ort Postnr Ort Denna tabell är inte i tredje normalform eftersom Ort är transitivt beroende av 14

15 Normalisering till tredje normalform POST Postnr Ort Lund Bromma Om en kolumn är transitivt beroende av primärnyckeln via en annan kolumn så bryt ut dessa till en egen tabell (kan också vara grupper av kolumner) 6677 POST Postnr Lund POSTNR Postnr Ort Lund Bromma Postnr, Ort Postnr Ort Vid normaliseringen bildas en främmande nyckel mellan tabellerna: POST.(Postnr) utgör främmande nyckel mot POSTNR.(Postnr) Tredje normalform - övning Kurs AA1 BB2 Lärare Sal B A AntalPlatser Kurs Lärare, Sal, AntalPlatser Sal AntalPlatser CC3 B 100 DD4 EE5 FF6 Kurs AA1 BB2 CC3 DD4 EE5 FF6 Nils Lärare Nils A C A Sal B A B A C A Sal A B C Normalisera denna tabell till tredje normalform! AntalPlatser

16 Problem vid ofullständig normalisering Ofullständig normalisering leder till så kallade uppdateringsanomalier: INSÄTTNING: Man kan inte lägga in uppgifter om en sals antal sittplatser om salen ifråga inte används av en kurs BORTTAG: När den enda kursen som en sal används i tas bort så försvinner även alla uppgifter om salen UPPDATERING: Om man bygger om en sal och följdaktligen kanske vill ändra angivelsen av antal platser (om nu salen blivit mindre/större) så måste man ändra på ALLA rader där just denna sal förekommer - risk för inkonsistens! Armstrongs axiom Låt A, B, C, X och D utgöra mängder av attribut (kolumner) (ibland med bara ett element) i en relation R Reflexiva lagen: Om B är en delmängd av A så gäller A B Transitiva lagen: Om A B och B C så gäller A C Additiva lagen: Om A B och A C så gäller A BC Dekomponeringslagen: Om A BC så (A B OCH A C) Augmentativa lagen: Om A B så gäller XA XB 16

17 Armstrongs axiom en svårare övning Om vi vet att (a) X--> Y (b) Z --> WY (c) YW --> ZX gäller Gäller det då även att (d) Z --> X? SANT. Bevis: Vi använder först dekomponeringslagen på (b): (e) Z --> W OCH (f) Z --> Y Sen använder vi (f) och (e) och additiva lagen och får: (g) Z --> YW Sen tar vi transitiva lagen på (g) och (c) och får: (h) Z --> ZX Slutligen används dekomponeringslagen en gång till på (h) och vi får Z --> X, vilket skulle bevisas. En svårare övning forts. OM vi vet att följande gäller: (a): XY Z (b): ZY W Gäller då följande: (c) XW Z? FALSKT. Visas med ett motbevis: X Y Z W a b c b a m q b Både (a) och ( b) är uppfyllda men INTE (c) 17