1. Gegevensbanken
Prof. E. Duval, Prof. B. Berendt, dr. Matthijs Van Leeuwen
2012 - 2013
1

2. http://www.slideshare.net/erik.duval
2

3. 3

4. Elmasri & Navathe, Fundamentals of
Database Systems, Addison Wesley, 6th edition, 2011
goed genoeg voor zelfstudie ;-)
5de of 6de editie is OK

5. • docenten
• Prof. Erik Duval, Prof. Bettina Berendt
dr. Katrien Verbert Matthijs van Leeuwen
• medewerkers
• Albrecht Zimmermann, Bo Gao, Celine Vens,
Mathias Verbeke, Rula Sayaf, Tommy Messelis,
Jo Devriendt, Angelika Kimmig
• 18 17 hoorcolleges
• video conferencing, om de beurt
5

6. oefenzitting
• bereid voor: theorie!
• verplicht (geen sancties)
• niet zo maar van reeks veranderen
• laat weten als er een probleem is
• “head count”
• vragen: toledo
• werkje: geen punten, model oplossing, groep van
3, verplicht (geen sancties)
6

7. • toledo: statistics tracking
• niet persoonlijk
• data mining - outlook lecture
• vragen na einde hoorcolleges
• wij antwoorden zolang je vraagt ;-)
7

8. • mondeling examen met schriftelijke oefeningen
• focus
• concepten en methodes
• kennen en kunnen gebruiken
• toepassingen
• ontwerpen van een gegevensbank
• queries

9. juni 2012
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

10. doelstellingen
?10

11. 11

12. inhoud
?
12

13. inhoud
• gegevensmodel: (E)ER en relationeel
• en een beetje: OO, ERDBMS, netwerk, hierarchisch
• ontwerp: (E)ER en relationeel
• opslag: bestand, hashing, indexen, bomen, meerdimensionaal
• implementatie: queries, transacties, concurrentie, herstel
• geavanceerd: distributie, data warehouse, multimedia
• een beetje
13

14. Questions?
http://erikduval.wordpress.com/
@ErikDuval
Thanks! 14

15. wat is een
gegevensbank?

16. voorbeelden?

17. verschil met
variabelen in programma?

18. • programma-gegevens
• korte levensduur: werkgeheugen
variabelen, objecten
• lange levensduur: persistent
bestanden en gegevensbanken
• interpretatie gegevens
gedefinieerd in programma
• record, klasse, ...
18

19. ?
?
19

20. • Bestanden
• elk programma definieert structuur
• meerdere programma’s: redundantie of omzetten
• Gegevensbanken
• data + metadata die structuur beschrijft
• onafhankelijk van programma’s

21. Wat zou KU Leuven gegevensbank
over studenten bevatten?

22. • ...

24. Gegevensbank
• verzameling
centraal beheerde, permanent opgeslagen gegevens
die op elk tijdstip
voor verschillende toepassingen beschikbaar moet zijn
• behoeften
• alle gegevens van belang voor alle voorziene toepassingen
• elke toepassing ziet voor haar relevante gegevens
• verschillende toepassingen delen dezelfde gegevens
24

25. 25

26. • gegevensbanksysteem
• gegevensbank
(gegevens zelf)
• gegevensbankbeheerssysteem
(DataBase Management System)
• DBMS
• creatie gegevensbankstructuur (schema)
• toevoegen, weglaten, wijzigen gegevens
• opvragen gegevens
26

27. gegevensmodellen?

28. • hoog niveau: conceptuele modellen
• dicht bij gebruiker
• vb. entiteit-relatie model
• tussenin: implementatiemodellen
• hoe worden gegevens en relaties voorgesteld
• nog steeds abstract
• vb. relationeel model
• laag niveau: fysische modellen
• details van gegevensopslag, bestandsorganisatie
28

29. schema & instantie?

30. • Gegevensbankschema = beschrijving van een gegevensbank
• Bepaalde eigenschappen van de gegevensbank
• vb. welke entiteiten er zijn, welke attributen ze hebben
• Instantie van een gegevensbank
• Gegevens in de gegevensbank op 1 welbepaald ogenblik
• andere benamingen:
• schema = intentie,
• instantie = extensie
• schema blijft constant over de tijd, instantie niet
30

31. schema
31

32. instantie
32

33. 3-schema
architectuur
(ANSI/SPARC, 1975)

35. • Doel
• scheiden gebruikerstoepassingen en fysische gegevensbank
• niveau’s
• intern: fysische opslagstructuur, toegangspaden
• conceptueel : implementatiemodel
• extern (gebruikersviews): hoe gebruikers gegevens zien
• DBMS vertaalt: extern → conceptueel → intern niveau
• 3 niveaus in meeste DBMS'en niet volledig gescheiden
35

36. Gegevens-onafhankelijkheid
• logisch: conceptueel schema verandert
maar externe schema’s niet
• vb?
• fysisch: intern schema verandert,
maar conceptueel niet
• vb?
36

38. ontwerp van een
gegevensbank
38

39. • analyse: behoeften? gegevens?
• conceptueel ontwerp: hoog-niveau gegevensmodel
• gegevenstypes, relaties, beperkingen, operaties
• transformatie naar implementatiemodel
• conceptueel schema volgens model van DBMS
• fysisch ontwerp
• intern schema volgens model van DBMS
39

40. • entiteiten
∈ entiteitstype
• relaties
∈ relatietype
• attributen: waarden
∈ domein
• sleutel
• identificator v.e. entiteitstype / relatietype
• waarde van sleutel bepaalt eenduidig de entiteit / relatie
40

41. voorbeeld:
bedrijf
41

42. ontwerp van ER schema
identificeer
• entiteitstypes
• attributen van elk entiteitstype
• sleutelattributen
42

43. Fname Minit Lname
Number
Salary Name
Name Locations
Sex Address
Ssn EMPLOYEE DEPARTMENT
Bdate
PROJECT
DEPENDENT
Name Location
Name
Relationship
Sex Birthdate Number
43

44. sleutel
• attribuut waarvan de waarden verschillen
• voor elke verschillende entiteit
• in elke mogelijke instantie
• soms combinatie van attributen
• soms meer dan één sleutel
44

45. relatie
• relatietype = verzameling verbanden (relaties)
over entiteitstypes E1, ..., En
• graad = aantal betrokken entiteitstypes
• binair, ternair, ...
• 1 entiteitstype meerdere keren: recursief relatietype
• vb. SUPERVISION
• entiteitstype speelt rol in een relatie
45

46. 46

47. 47

48. ontwerp van ER schema
identificeer
• entiteitstypes en attributen van elk entiteitstype
• sleutelattributen
• relatietypes en attributen van elk relatietype
• connectiviteit en deelnamebeperkingen
• eventuele afgeleide attributen in entiteitstypes
• vb: aantal werknemers in een departement
48

49. Fname Minit Lname Number
Salary Name
Name WORKS_FOR Locations
Sex Address
Ssn StartDate
EMPLOYEE DEPARTMENT
Bdate
MANAGES
Hours CONTROLS
WORKS_ON
SUPERVISES
HAS_DEP.
PROJECT
Name Location
DEPENDENT
Number
Name
Relationship
Sex BirthDate
49

50. beperkingen op relatietypes
• connectiviteit ("cardinality ratio")
• voor binaire relatietypes: 1:1, 1:n, m:n
• vb. werknemer behoort bij precies één departement
• ternaire, ... relatietypes: meer mogelijkheden
• deelnamebeperking
• totale / partiële deelname
• vb. moet iedereen bij een departement behoren?
• voor binaire relatietypes: T-T, T-P, P-P
• totale deelname = "bestaansafhankelijkheid"
50

51. Fname Minit Lname Number
Salary Name
Name N WORKS_FOR 1 Locations
Sex Address
Ssn StartDate
EMPLOYEE DEPARTMENT
1
Bdate 1 1
MANAGES
Hours CONTROLS
supervisor supervisee
1
N
1 N N
WORKS_ON M
SUPERVISES
HAS_DEP.
PROJECT
N
Name Location
DEPENDENT
Number
Name
Relationship
Sex BirthDate
51

52. zwakke entiteitstypes
• zonder eigen sleutel
• identificatie via entiteit van ander entiteitstype
• identificerende entiteit = "eigenaar", identificerende relatie
• steeds totale deelname in identificerende relatie
• partiële sleutel
• identificeert entiteit binnen entiteiten met zelfde eigenaar
• partiële sleutel = "discriminator"
• vb : DEPENDENT
52

53. – ENTITEIT :
• enkelvoud (bv. PERSOON, niet PERSONEN)
– RELATIE :
• vervoegd werkwoord
– Attribuut
– Sleutelattribuut
– rolnaam
53

54. 54

55. 55

56. alternatieve notatie
(min,max) annotatie bij rol
hoe vaak kan een entiteit die rol spelen in een relatie?
min = 0 → partieel
min > 0 → totaal
56

57. Fname Minit Lname Number
Salary Name
Name WORKS_FOR (4,N) Locations
Sex Address
(1,1)
Ssn StartDate
EMPLOYEE DEPARTMENT
(0,1)
(1,1) (0,N)
Bdate
MANAGES
(0,1) hours
(0,N) CONTROLS
supervisee (1,N)
supervisor
(0,N) (1,1)
WORKS_ON (1,N)
SUPERVISES
HAS_DEP.
PROJECT
(1,1)
Name Location
DEPENDENT
Number
Name
Relationship
Sex BirthDate
57

58. niet-binaire relaties
• vb. van ternaire relatie: SUPPLY
• leverancier levert onderdelen voor project
• SUPPLIER, PART en PROJECT in relatie SUPPLY
• connectiviteit en deelnamebeperking
• ingewikkelder, met (min, max) notatie
• is ternaire relatie ook via binaire relaties voor te stellen?
58

59. Quantity
SuppNo ProjNo
(0,N) (1,N)
SUPPLIER SUPPLIES_FOR PROJECT
(0,N)
PartNo
PART
59

60. een ternair relatietype vervangen door drie binaire relatietypes?
PARTICIPATES
SuppNo ProjNo
Quantity
SUPPLIER (0,N) PROJECT
(1,N)
SUPPLIES_FOR
(0,N)
CAN_SUPPLY PART USES
PartNo
60

61. Vragen...?
61

62. OO vs ER
?

63. EER
• subklasse/superklasse
• specialisatie/generalisatie
• categorieën
• overerving van attributen
63

64. specialisatie
• vb: verschillende soorten werknemers:
• SECRETARY
• ENGINEER
• MANAGER
• TECHNICIAN
• ...
• zijn subklassen van de superklasse EMPLOYEE
64

65. 65

66. 66

67. • specialisatie
• op basis van een predikaat: predikaatgedefinieerd
• op basis van een attribuut: attribuutgedefinieerd
• op basis van andere kenmerken: gebruikergedefinieerd
• disjuncte of overlappende subklassen
• d / o in diagrammen
• totale / partiële specialisatie
• totaal :
elk object van superklasse moet tot een subklasse
behoren (in diagram: dubbele lijn)
67

68. 68

69. 69

70. generalisatie
• omgekeerde van specialisatie
• gemeenschappelijke uit verschillende entiteitstypes
• algemener entiteitstype dat superklasse is
• vb. CAR, TRUCK → VEHICLE
• levert gewoonlijk een totale subklasse/superklasse relatie
70

71. 71

72. • specialisatie-hiërarchie
• elke subklasse in één super/subklasse relatie
• specialisatie-tralie
• subklasse in meerdere super/subklasse relaties
• = gemeenschappelijke (shared) subklasse
• subklasse erft attributen
van alle directe en indirecte superklassen
72

73. 73

74. 74

75. ontwerpmethodes
• top-down ontwerp
• begin met 1 entiteitstype
• specialiseer herhaaldelijk
• bottom-up ontwerp
• begin met verscheidene entiteitstypes
• maak opeenvolgende generalisaties
• in de praktijk
• meestal combinatie van beide
75

76. categorie
• subklasse met meerdere superklassen
• deelverzameling van unie van superklassen
• entiteit in subklasse behoort tot 1 superklasse
• selectieve overerving van attributen
• Verschilt van gemeenschappelijke subklasse
• deelverzameling van doorsnede van superklassen
• entiteit in subklasse behoort tot elke superklasse
• overerving van alle attributen van de superklassen
76

77. 77

78. formeel
• Klasse: verzameling entiteiten
• klasse S is subklasse van superklasse C
a.s.a. S ⊆ C
• Z={ S1, ..., Sn } specialisatie van superklasse (generalisatie) G
a.s.a. ∀ i : G / Si is een superklasse / subklasse relatie
• Z is totaal indien ∪ Si = G,
anders partieel
• Z is disjunct
als ∀ i , j : i ≠ j Si ∩ Sj = ∅,
anders overlappend
78

79. formeel
• subklasse S van C is predikaatgedefinieerd
als predikaat p bestaat zodat S = C[p] = { e ∈ C | p(e)} ;
anders gebruikergedefinieerd
• specialisatie Z is attribuutgedefinieerd
a.s.a. elke Si ∈ Z predikaatgedefinieerd is met predikaat A = ci
met A een welbepaald attribuut en ci constanten
alle ci verschillend disjuncte specialisatie
• een categorie T is een deelverzameling van
unie van haar definiërende superklassen : T ⊆ D1 ∪ … ∪ Dn
• als predikaten pi in Di lidmaatschap van T aangeven:
T=D1[p1] ∪ … ∪ Dn[pn]
79

80. Kleine wenk ...
Eerste vraag examen

81. Questions?
http://erikduval.wordpress.com/
@ErikDuval
Thanks! 81