Datenmodellierung. 2 Tätigkeit zur Strukturierung der Datenbestände Ziel: Redundanzarme...

Datenmodellierung

2

Datenmodellierung

Tätigkeit zur Strukturierung der Datenbestände

Ziel:Redundanzarme systematische Beschreibung der zur jeweiligen computerunterstützten Arbeit mit einem DBMS benötigten Gegenstände, Begriffe und deren Zusammenhänge.

Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Februar 2002

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Datenmodellierung im Relationalen Modell

1. Bestimmung der relevanten Objekte

2. Bestimmung der relevanten Eigenschaften der Objekte

3. Bestimmung der Beziehungen zwischen den Objekten

4. Abbildung auf Tabellen

5. Normalisierung der Tabellen


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Objekte (Entities) können sein:• Dinge• Personen• Gegenstände• Vorgänge / Ereignisse• Dokumente

alles was Eigenschaften hat!!!


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Entity-Types (Entitätentypen) sind abstrakte (Klassen) Zusammenfassungen von

Entitäten des gleichen Typs durch Spezifikation der Eigenschaftsstruktur der zusammengefassten Entities

Beispiel: Mitarbeiter durch Eigenschaften spezifiziert

Intension (Intensionale Beschreibung)


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Entitätsmengen sind konkrete Mengen von Entities

Beispiel: die Menge der in einem Unternehmen angestellten Personen, die sich zu jedem Zeitpunkt ändern kann

Eine Abfrage bezieht sich auf eine Entitätenmenge

Extension (Extensionale Beschreibung)


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Beispiel

Mitarbeiter


M# Name Wohnort

M1 Becker Basel

M2 Meier Lörrach

Spalte / Attribut

Datensatz

Datenelement / Datenwert

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Beziehung Tabelle / Relationen

R= {(M1, Becker, Basel), (M2, Meier, Lörrach)}


M# Name Ort

M1 Becker Basel

M2 Meier Lörrach

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Tabellendefinition• Eindeutiger Tabellenname• Eindeutiger Merkmalsname pro Tabelle• Reihenfolge der Merkmale ist egal• Anzahl der Merkmale ist beliebig (endlich)• Anzahl der Datensätze ist beliebig (endlich)• Die Reihenfolge der Datensätze ist beliebig• Mit jedem Merkmal wird ein Datentyp verknüpft• Schlüsselfeld dient der eindeutigen Identifikation eines

Datensatzes• Es gibt keine 2 Datensätze mit identischen

SchlüsselwertenProf. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Februar 2002

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Atomare Attributwerte:

Für das Relationale Modell gilt folgende wesentliche Einschränkung:

• Der Wert eines Attributs darf nur aus einem „atomaren“ Attributwert bestehen.


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Beispiel:Die Relation Hobby(Name, Hobbies) enthalte die folgenden Tupel:

• (Huber, {Drachenfliegen,Segeln, Bergsteigen})• (Meier, Musik)• (Mueller, {Musik, Literatur, Theater})

Nicht-atomare Attributwerte sind • {Drachenfliegen, Segeln, Bergsteigen} und

{Musik, Literatur, Theater}. Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Februar 2002

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Definition: erste Normalform

Eine Relation ist in erster Normalform (1NF), wenn alle ihre Attribute nur atomare Attributwerte besitzen.


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Beispiel: Normalisierung in 1NFDie Relation Hobby kann auf einfache Weise in eine Relation „Hob“

in erster Normalform überführt werden:

Relationenschema

Hob(Name: varchar(20), Hobby: varchar(30))

und folgenden Tupeln

(Huber, Drachenfliegen)(Huber, Segeln)(Huber, Bergsteigen)(Meier, Musik)(Mueller, Musik)(Mueller, Literatur)(Mueller, Theater)


Das Entity-Relationship-Modell

ERM bzw. E/R-Modell

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ERM - Relationales Datenbankschema

• Das ERM ist optimal für die Modellierung des konzeptionellen Schemas für relationale DB-Systeme.

• Modellierungen im ERM können „automatisch“ in ein relationales Modell transformiert werden.


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ERM - Relationales Datenbankschema

• Es gibt leider keine eindeutige Normierung der graphischen Darstellung des ERM und deshalb sehr viele unterschiedliche graphische Notationen.

• Es gibt diverse Erweiterungen des ERM:– EERM (Extended Entity Relationship

Model)


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Grundkonzepte des klassischen ERM

• Entity: Gegenstände; z.B.: „Paul Müller“. • Entity-Typ: Klasse von Gegenständen mit

gleichen Attributen. z.B.: „Mitarbeiter“, „Kunden“, „Produkte“, „Personen“ Die Attribute „beschreiben“ die Klasse;

Graphische Notation

Rechteck:


Entity-Typ-Name

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Beispiele: Entity-Typen


Mitarbeiter

Produkte

Kunden Bestellungen

Prozesse

Flugzeuge

Reisen

Flüge

Vorlesungen

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• Attribute: sind Eigenschaften, Merkmale von Entities (z.B.: Gewicht, Preis, Farbe, Lieferdatum)

• Nicht zu verwechseln mit den Eingenschaftsausprägungen (z.B.: 50 kg, 200 Euro, grün, 26.11.2001)Graphische Notation

abgerundetes Rechteck:Prof. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Februar 2002

Attributname

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Beispiel: Angestellter


Angestellter

Name

Angest_Nr

Gehaltmit den Attributen:

Name Angest_Nr (für Angestellten-Nummer) Gehalt

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• Relationship: Beziehung zwischen Entities; z.B.: „verheiratet mit“: „Paul Müller“ und „Maria Müller“ .

• Relationship-Types (Beziehungstypen) zwischen Entity-Typen

• z.B. zwischen „Kunden“ und „Produkten“

• Graphische Notation

Raute:


Relationship-Type-Name

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Beziehungen zwischen Entity-Typen


Entity-Typ 1

Entity-Typ3

Entity-Typ 2R-Typ

Die Darstellung repräsentiert eine dreistellige Beziehung. Möglich sind beliebig viele Stellen. Am häufigsten sind zweistellige (binäre) Beziehungen. Beziehungen können zusätzlich auch Attribute zugeordnet werden

Attribut

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Beziehungen zwischen Entity-Typen


Beispiel: Professor empfiehlt Buch für Vorlesung

Professor

Buch

Vorlesungempfiehlt

Semester

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Domäne:

Zulässiger Wertebereich eines Attributes

Graphische Notation:


Attributname:Domainname

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Angestellter

Name:string

A#: int

Gehalt:int

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DomäneStandard-Datentypen in MS-Access

– Zahl – Text – Datum / Uhrzeit– Währung– AutoWert– Ja/Nein– Memo– Hyperlink– OLE-Objekt


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Domäne

In SQL können neue Domänen definiert werden

Mit Integritätsregeln können in SQL die Wertebereiche von Attributen zusätzlich eingeschränkt werden


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Entititypen mit Attributen


Textuelle Notation (allgemein):

E(A1:D1, ... , An:Dn) (mit Domänen)

E: Entitytyp.Ai: Attribute i = 1 ... n. Di: Domänen i = 1 ... n.

Kurzform:E(A1, ... , An) (ohne Domänen)

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Textuelle Notation:

Entity-Typ ANGESTELLTER

Angestellter(A# : integer, Name : string, Gehalt : integer) --------------------------------------------------------------------------------Entities vom Typ ANGESTELLTER:

Angestellter(523, 'Bill‘, 90.000)Angestellter(122, 'John', 50.500)

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Beispiel: Mitarbeiter


Mitarbeiter

Name

Telefon

E-Mail

VornameGeb-Datum

Einstellungs-termin

Raum

Textuelle Notation:

Mitarbeiter(Personalnr,Vorname, Name, E-Mail,Telefon,Raum, Geb-Datum, Einstellungstermin)

Personalnr

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Beispiel: Mitarbeiter mit Wertebereichen


Mitarbeiter

Name:string

Telefon:string

E-Mail:string

Vorname: stringGeb-Datum:

date

Einstellungs-termin:date

Raum: string

Textuelle Notation:

Mitarbeiter(Personalnr: int, Vorname:string, Name:string, E-Mail:string, Telefon:string, Raum:string, Geb-Datum:date, Einstellungstermin:date)

Personalnr: int

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Beispiel: Buchempfehlung


Professor

NameSemester

Autor

ISBN

Titel

Titel

Telefon

Fach

Buch

Vorlesung

empfiehlt

liest

Priorität

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Beispiel: Bibliothek


Leser

NameRDatum

InvNrISBN

Verlag

Titel

Lnr

Adresse

Buch

Geschriebenvon

Ausleihe

AutorName

Autornr

ADatum

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Relationships - Funktionale Beziehungen

Formulieren

Constraints (Integritätsregeln)

für faktische Einträge in der Datenbank.und geben Hinweise zur Abbildung der Relationship-Types auf Tabellen


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R E1 x ... x En wobei Ei (i= 1,...,n) Entity-Typen sind

Definitionen für n=2 (R E1 x E2)1:1 Relationship:((x,y) R (x,z) R) y = z((x,y) R (z,y) R) x = zN:1 Relationship:((x,y) R (x,z) R) y = z1:N Relationship:((x,y) R (z,y) R) x = zN:M Relationship:keine EinschränkungProf. Dr. Fabian Glasen, Datenbanken, Februar 2002

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Funktionale Beziehungen / Beispiele

Abteilungsleiter leitet Abteilung• 1:1-Relationship

Angestellter arbeitet in Abteilung• N:1-Relationship

Person besitzt Haus• 1:N-Relationship

Student hört Vorlesung• N:M-Relationship


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Funktionale Beziehungen / Beispiele


Abteilungsleiter Abteilungleitet

Angestellter Abteilungarbeitet-in

Person Hausbesitzt

Student Vorlesunghört

1 1

N 1

1 N

N M

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......

......1:1

.........

Abteilungsleiter Abteilung

Angestellter Abteilung

N:1

leitet

arbeitet in

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.........

1:N

......

.....

Person Haus

Student Vorlesung

N:M

besitzt

hört

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Relationships - Beispiel


Person Stadt

wohnt in 1

N

geb. in

N

1

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Optional undefinierte Attribute


Entity-Typ A

Attribut A kann undefiniert seinalso „Null-Wert“ haben.

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Graphische Bausteine des ERM


E Entity-Typ E

A Attribut A

A Schlüssel-Attribut A

E A Verbindung zwischen Entity-Typ E und Attribut AA kann undefiniert sein

E1 E2R Binäre Relationship zwischen den Entity-Typen E1 und E2

E/R-Modell

ISA-Relationship

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ISA-Relationship


DefinitionSeien E1,E2 zwei Entity-Typen. Die Relationship

E1 isa E2

besteht genau dann, wenn E1 eine Spezialisierung von E2 ist.

E1 heißt Subtyp des Supertyps E2.

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Spezialisierungs- / Generalisierungsbeziehung

Synonyme

• Spezialisierung- / Generalisierung

• Unter- / Oberbegriff

• IST-Beziehung

• is-a-Relationship

• isa-Relationship


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ISA-Relationship


Besteht die Relationship E1 isa E2, so erbt E1 die Attribute von E2. Dies hat folgende Konsequenzen:

Für E1 ist lediglich die Angabe zusätzlicher Attribute notwendig. Die Schlüsselattribute von E2 sind auch die Schlüsselattribute von E1. Auf der Instanzenebene gilt: ein Entity von E1 erbt die zugehörigen Werte aus E2.

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ISA-Relationship: Beispiel


ABTEILUNGSLEITER isa ANGESTELLTERABTEILUNGSLEITER(Dienstwagen:string)

ANGESTELLTER(Personalnr:int, Name:string)

In diesem Fall erbt ABTEILUNGSLEITER alle Attribute von ANGESTELLTER (also „Personalnr“ und „Name“) und hat das zusätzliche Attribut „Dienstwagen“.

Es besteht auch die Möglichkeit der Mehrfachvererbung,

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ISA-Relationship: Beispiel


Beispiel Mehrfachvererbung:

STUDENT isa PERSON

ANGESTELLTER isa PERSON

HIWI isa Student

HIWI isa ANGESTELLTER

STUDENT(Fachrichtung:string)

Angestellter(Fachrichtung:String)

Bei Mehrfachvererbung gleichbezeichneter Attribute sind Massnahmen zur Konfliktlösung erforderlich

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ISA-Relationship


p

Isa-Beziehung:p: partiellt: total

t

nicht disjunkt disjunkt

total partiell

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ISA-Relationship


Angestellter

Pilot Techniker

p

Partiellenicht-disjunkteisa-Beziehung

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ISA-Relationship


Person

Mann Frau

t

Totaledisjunkteisa-Beziehung(Spezialisierung)

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ISA-Relationship


Fahrzeug

Auto Fahrrad

p

Partielledisjunkteisa-Beziehung(Spezialisierung)

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ISA-Relationship


Person

Mann Angestellter

p

Partiellenicht disjunkteisa-Beziehung(Spezialisierung)

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ISA-Relationship


Sportler

Fussballer Tennisspieler

p

Partiellenicht disjunkteisa-Beziehung(Spezialisierung)

55

ISA-Relationship


Person

Manager Sekretärin

p

Angestellter

Techniker Programmierer

p

Verkäufer

partiellnicht disjunkt

partielldisjunkt

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Disjunkte Klassifikation


Führungskraft Fachspezialist Lehrling

Beispiel: Mitarbeiter

MitarbeiterJeder Mitarbeiterist entweder (oder)• Führungskraft• Fachspezialist• Lehrling t

E/R-Modell

Schlüsselattribute

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ERM - Schlüsselattribute

• Jede Teilmenge der Attributmenge eines Entity-Typs, mit der die Entities dieses Typs eindeutig identifizierbar sind, heisst Schlüssel dieses Entity-Typs.

• Jede minimale Menge von Schlüssel-attributen heisst Schlüsselkandidat.

• Der Primärschlüssel ist der beim Entwurf der DB zur eindeutigen Identifikation der Entities ausgewählte Schlüsselkandidat.


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Schlüsselkandidaten• minimaler SchlüsselPrimärschlüssel• ausgewählter Schlüssel zur Identifikation der

Entities in einer TabelleFremdschlüssel• Attributmenge die in einer anderen Relation

Schlüssel istzusammengesetzter Schlüssel• Schlüssel, der aus mehreren Attributen

besteht


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Die Schlüsseleigenschaft kann nicht an der Definition eines Entity-Typs erkannt werden.

Die Attribute eines Entity-Typs müssen so gewählt sein, dass dadurch die Entities eindeutig identifizierbar sind.


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Schlüsselattribute - Notation

Schlüsselattribute werden durch Unterstreichung gekennzeichnet:

in der textlichen Notation:

Mitarbeiter(Personalnr, Name, Vorname, Gebdatum)


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In der graphischen Notation


Professor

NameSemester

Autor

ISBN

Titel

Titel

Telefon

Fach

Buch

Vorlesung

empfiehlt

liest

Priorität

MitarbnrVorlesnr

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Beispiel: Mitarbeitereigenschaften mit Schlüssel


Mitarbeiter

Name:string

Telefon:string

E-Mail:string

Vorname: stringGeb-Datum:

date

Einstellungs-termin:date

Raum: string

Textuelle Notation:

Mitarbeiter(Personalnr: int, Vorname:string, Name:string, E-Mail:string, Telefon:string, Raum:string, Geb-Datum:date, Einstellungstermin:date)

Personalnr: int

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