Tentamen plus lösningsförslag

Inst. för Data- och Systemvetenskap SU/KTH Maria Bergholtz, Paul Johannesson Tentamen plus lösningsförslag 2I-1100 Informationssystem och databasteknik Skriv bara på en sida av pappret Skriv namn på varje papper Skriv läsligt, annars rättas inte tentamen Alla hjälpmedel är tillåtna Lycka till! Maxpoäng är 32. För betyg 3 krävs 20 poäng, för betyg 4 krävs 24 poäng och för betyg 5, 28 poäng. Uppgift 1

Konstruera ett konceptuellt schema, förslagsvis i form av ett UML klassdiagram, som kan representera följande. Ditt schema får innehålla högst 5 klasser, 6 attribut och 5 associationer. - Medelvikten för lejon i Kenya är 300 kg - Medelvikten för lejon i Tanzania är 350 kg - Medelvikten för antiloper i Kenya är 200 kg - Medelvikten för antiloper i Tanzania är 200 kg - Medellivslängden för tigrar i Indien är 12 år - Medellivslängden för tigrar i Pakistan är 13 år - Medellivslängden för lejon i Kenya är 9 år - Medellivslängden för kängurur i Australien är 22 år - Medellängden för lejon i Zimbabwe är 3,1 m. - Medellängden för antiloper i Angola är 2,1 m. (6 poäng) Lösningsförslag: DJUR ART namn EGEN- SKAP namn OBSER- VATION LAND namn MÅTT värde enhet Uppgift 2 Betrakta följande relationsdatabasschema: R1(A, B, C) R2(B, D, E) R3(A, B, F) R4(B, G) R5(B, H) R6(J, K) R7(A, B, J)

Primärnycklar är understrukna. Följande främmande nyckelsamband finns: R1.B << R2.B R3.A << R1.A R3.B << R2.B R4.B << R2.B R5.B << R2.B R7.J << R6.J R7.(A, B) << R3.(A, B) Konstruera ett konceptuellt schema (t.ex. ett UML klassdiagram) som uppfyller följande villkor: Om det konceptuella schemat översätts till ett relationsdatabasschema så erhålls det relationsdatabasschema som anges ovan. (6 poäng) Lösningsförslag: R1 a c R2 d e R3 f R4 g R5 h R7 R6 j k Uppgift 3 Betrakta följande relationsdatabasschema: HUND Hundnamn Ras Färg PERSON Personnummer Telefon Skostorlek HUNDÄGANDE Person Hund

ART Artnamn Medelvikt UTBREDNING Artnamn Land LAND Landsnamn Huvudstad Antal_invånare Primärnycklar är angivna i fetstil. Följande främmande nyckel förhållanden råder: HUNDÄGANDE.Person << PERSON.Personnummer HUNDÄGANDE.HUND << HUND.Hundnamn HUND.Ras << ART.Artnamn UTBREDNING.Artnamn << ART. Artnamn UTBREDNING.Land << LAND.Landsnamn Formulera följande frågor i relationsalgebra och SQL (OBS båda delar!): a) Vad heter den person som har störst skostorlek av alla personer som aldrig ägt en hund? (Namn och skostorlek ska returneras) b) Vilka arter finns i alla länder? (Artnamnen ska returneras) Lösningsförslag: (6 poäng) a) Relationsalgebra: Aldrig_hund_ägare (Personnummer) PI Personnummer (PERSON) - PI Person (HUNDÄGANDE) Ej_ägare_med_skor Aldrig_hund_ägare NATURAL JOIN PERSON Storskon PI Skostorlek ( Personnummer F Max(Skostorlek) (Ej_ägare_med_skor)) Svar PI Personnummer, Skostorlek (Aldrig_hund_ägare JOIN STORSKON.Skostorlek=Aldrig_hund-gare.Skostorlek STORSKON) Anm. Här har vi gokänt även de som inte gjort de sista steget. SQL: SELECT Personnummer, Skostorlek FROM PERSON WHERE Skostorlek = (SELECT Max(Skostorlek) FROM PERSON WHERE Personnummer NOT IN (SELECT Person FROM HUNDÄGANDE) AND Personnummer NOT IN

(SELECT Person FROM HUNDÄGANDE) Anm. Sista behövs för att utesluta de hundägare som råkar ha samma storlek som den största icke-hundägaren. b) Relationsalgebra: Svar UTBREDNING KVOT PI Landsnamn (LAND) SQL: SELECT U.Artnamn FROM UTBREDNING U WHERE NOT EXISTS (SELECT Landsnamn FROM LAND WHERE Landsnamn NOT IN (SELECT Land FROM UTBREDNING WHERE Art=U.Art)) Uppgift 4 Betrakta följande relation: PROJEKT Projnummer Anstnr Deltagandegrad ProjErsättning Telefon 1 Eva 100 25000 11111 1 Olle 50 10000 22222 2 Eva 100 25000 11111 3 Eva 50 15000 11111 2 Olle 50 10000 22222 3 Olle 100 20000 22222 4 Olle 100 20000 22222 Följande funktionella beroenden finns (vilka även illustreras av raderna i relationen)

Projnummer, Anstnr Deltagandegrad, ProjErsättning, Telefon Anstnr, Deltagandegrad ProjErsättning Anstnr Telefon a) Ange vilken normalform den resulterande relationen (med angiven primärnyckel) är i. Motivera ditt svar! (2 poäng) Relationen är i 1FN (alla attribut är atomära) men inte i 2NF. Detta pga att attributet Telefon är beroende av bara halva primärnyckeln ( Anstnr ). b) Föreslå nedbrytning (-ar) av relationen R som resulterar i relationer i BCNF. I svaret bör namnet på varje ny relation anges, de ingående kolumnerna namnges, primärnyckel för varje tabell anges, samt eventuella främmande nycklar. Utför normaliseringen steg för steg, d v s gå från en normalform till närmast högre, motivera varför nedbrytningen gjorts/inte gjorts och så vidare. För att komma till 2NF bryter vi ut Telefon tillsammans med sin determinant Anstnr till en ny relation: TELEFON Anstnr Telefon Kvar blir PROJEKT Projnummer, Anstnr, Deltagandegrad, ProjErsättning Anstnr i PROJEKT utgör främmande nyckel mot tabellen TELEFON. Nu är vi i 2NF men inte i 3NF. Detta pga att det finns ett transitivt beroende mellan nyckeln i relatoionen PROEJEKT och attributet Projersättning. Projnummer, Anstnr ProjErsättning Projnummer, Anstnr Deltagandegrad Projnummer, Anstnr Anstnr Projnummer, Anstnr Anstnr, Deltagandegrad. Därav följer att Projnummer, Anstnr Anstnr, Deltagandegrad ProjErsättning. {Anstnr, Deltagandegrad} utgör inte kandidatnyckel eller delmängd av en sådan. Mao vi har ett transitivt beroende. För att hamna i 3NF bryter vi ut det som orsakade brottet mot 3NF, dvs attributet Projersättning och dess determinant Anstnr, Deltagandegrad till en ny relation: ERSÄTTNING: Anstnr, Deltagandegrad, Projersättning

Kvar i PROJEKT blir PROJEKT Projnummer, Anstnr, Deltagandegrad {Anstnr, Deltagandegrad} i relationen PROJEKT utgör främmande nyckel mot relationen ERSÄTTNING. (3 poäng) c) Motivera varför det är önskvärt med normaliserade relationer, exemplifiera gärna med resultatet i uppgift b) ovan (eller med andra exempel). Finns det några nackdelar med att normalisera? Att underlätta att hålla databasen konsistens är det viktigaste skälet för normalisering. Ett fakta på endast ett ställe gör att det blir enklare att underhålla databaser, framför allt map uppdateringar, borttag och inlägg. Sk. uppdateringsanomalier inträffar vid för lågt normaliserade tabeller. Ett exempel är om man lagrar telefonnummer till en lärare i en tabell som handlar om de kurser denna lärare har.tar man bort den sista kursen en lärare har försvinner även alla personuppgifter om läraren. Får läraren en nytt telefonnummer måste man ändra i alla kurstupler där denna lärare förekommer. Etc. En annan fördel är att databasen (oftast) blir mindre utrymmeskrävande. Även om man faktiskt inför en viss kontrollerad redundans i form av främmande nycklar så kommer utrymmet för dessa data att ta mindre plats jämfört med att lagra redundant information som t ex i exemplet med kurser och telefonnummer ovan. Har man långa nycklar i kombination med korta övriga attribut och få rader i tabellerna kan dock databasen ta större plats att lagra om man normaliserar. Att joina tabeller tar dock tid, i en övernormaliserad databas (där man t ex lagrar allt i binära tabeller med nyckeln plus endast ett attribut till) måste man läsa samman flera tabeller för att sammanställa information som gäller en användarfråga som spänner över flera tabeller. Detta tar vanligen längre tid och kräver mer komplicerad optimering än att hämta data från endast en tabell. (3 poäng) Uppgift 5 Exemplifiera första, andra och tredje ordningens feedback. Du kan välja att illustrera via ett enda exempel-system där alla de nämnda typerna av feedback förekommer, eller helt enkelt skissa tre olika situationer där en eller flera typer av feedback förekommer. I svaret bör du förklara vad som kännetecknar de olika typerna av feedback och hur detta manifesterar sig i de exempel du valt.

Två lösningar stod i en klass för sig: Gunnars godiskiosk och aktiviteterna i ett stålverk, här kommer godiskiosk-förslaget (courtesy of Lars Holmberg): Gunnars Godiskiosk har ett mycket fördelaktigt medlemspris på 2:90/hg för lösgodis. För att bli medlem i Godiskioskens Vänner måste man dock handla för minst 500 kr per halvår. De kunder som ansöker om medlemskap får av Gunnars Automatiska Deterministiska Godis-Entreprenörs- Greja (GADGET) vänligt men bestämt avslag om de inte handlat för så mycket det senaste halvåret, och uppmanas att handla mer och ansöka igen senare. Denna typ av återkoppling är ett exempel på första ordningens feedback. Karaktäristiskt för denna typ av feedback är att avvikelser från systemets förutbestämda mål, (handla för minst 500 kr halvåret), dämpas genom negativ feedback, dvs kundens input till systemet, godissumman, jämförs med målet, och alla avvikelser justeras mot målet (ingen rabatt om inte godisinköpen ökar). GADGET har även möjlighet att ta hänsyn till om den ansökande händelsevis spelar mycket på flipperspelet utanför kiosken (som Gunnar också äger). Om så är fallet kan den släppa igenom en ansökan som inte fullt uppfyller graden av godissugenhet per halvår. Denna typ av återkoppling (som är av andra ordningen) förutsätter att systemet har någon typ av minne och alltså även håller reda på hur det gått med andra faktorer än bara det ursprungliga jämförelseobjektet (köpta godissumman) och har möjlighet att ändra (positiv feedback som alltså förstärker avvikelser från målet) målet, önskvärd godissumma, i enlighet med ett antal förutbestämda alternativa mål. Gunnar har också planer på att införa en funktion som påminner medlemmar om att de kommer att förlora sitt medlemskap till nästa halvårsperiod om de inte handlar si och så mycket mer godis till halvårsskiftet. Påminnelserna ska givetvis skickas ut med diskret avsändare ( Gretas Gravyr ) så att kunder som inte vill skylta med sina godisinköp inför brevbärare och grannar skonas. Detta förfarande är ett exempel på så kallad feedforward, som kan ingå i feeback-system av tredje ordningen. Karaktäristiskt för feedforward är att systemet försöker undvika målavvikelser redan innan de uppstår (alltså innan man genomför komparationen mellan jämförelseobjekt och mål). Andra karaktäristika för tredje ordningens feedbacksystem är att systemet har möjlighet att omstrukturera målet till andra alternativ än bara sådana som är förutbestämda. Även detta förutsätter att systemet har ett minne och till yttermera visso kan använda lagrad information för att skapa nya mål. Denna typ av feedback, som är typisk för maskininlärningssystem där systemet lagrar systemanvändarens feedback och använder informationen för att skapa nya sätt att exekvera, är dock ännu inte implementerad i GADGET. (6 poäng)