IL MODELLO RELAZIONALE. Modello Relazionale2 Cronologia dei modelli per la rappresentazione dei dati  Modello gerarchico (anni 60)  Modello reticolare.

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1 IL MODELLO RELAZIONALE

2 Modello Relazionale2 Cronologia dei modelli per la rappresentazione dei dati  Modello gerarchico (anni 60)  Modello reticolare (anni 70)  Modello relazionale (anni 80-90)  Modello a oggetti (2000)

3 Modello Relazionale3 Il modello relazionale  Proposto da E. F. Codd nel 1970 per favorire l’indipendenza dei dati  Disponibile in DBMS reali nel 1981 (non è facile implementare l’indipendenza con efficienza e affidabilità!)  Si basa sul concetto matematico di relazione

4 Modello Relazionale4 Relazione: tre accezioni  relazione matematica: come nella teoria degli insiemi  relazione secondo il modello relazionale dei dati  relazione nel modello Entity-Relationship (chiamata anche associazione)

5 Modello Relazionale5 Relazione matematica  D 1, …,D n (n insiemi anche non distinti)  prodotto cartesiano D 1 ×…×D n : l’insieme di tutte le n-uple (d 1, …, d n ) tali che d 1  D 1, …, d n  D n  relazione matematica su D 1, …, D n : un sottoinsieme di D 1 ×…×D n.  D 1, …, D n sono i domini della relazione  n è il grado della relazione

6 Modello Relazionale6 Relazione matematica, esempio  una relazione r  D 1 × D 2 a a a b b b x y z x y z a a b x z y D 1 ={a,b} D 2 ={x,y,z} prodotto cartesiano D 1 × D 2

7 Modello Relazionale7 Relazione matematica, proprietà  Una relazione è un insieme; quindi: non c'è ordinamento fra le n-uple; due tabelle con le stesse righe rappresentano la stessa tabella le n-uple sono distinte ciascuna n-upla è ordinata: l’ i-esimo valore proviene dall’ i-esimo dominio

8 Modello Relazionale8 Relazione matematica, esempio  Ciascuno dei domini ha due ruoli diversi, distinguibili attraverso la posizione: La struttura è posizionale 3 2 0 0 1 0 2 1 Juve Lazio Juve Roma Lazio Milan Roma Milan Partite  string × string × int × int

9 Modello Relazionale9 Struttura non posizionale 3 2 0 0 1 0 2 1 Juve Lazio Juve Roma Lazio Milan Roma Milan A ciascun dominio si associa un nome (attributo), che ne descrive il "ruolo" RetiCasaRetiFuoriCasaFuori

10 Modello Relazionale10 Tabelle e relazioni  Una tabella rappresenta una relazione se i valori di ogni colonna sono fra loro omogenei le righe sono diverse fra loro le intestazioni delle colonne sono diverse tra loro  In una tabella che rappresenta una relazione l’ordinamento tra le righe è irrilevante l’ordinamento tra le colonne è irrilevante

11 Modello Relazionale11 Confronto della terminologia DEFINIZIONE FORMALE DEFINIZIONE INFORMALE relazionetabella attributocolonna t-uplariga dominiotipo di dato cardinalitànumero righe gradonumero colonne unica differenza significativa: definizione formale: assenza di duplicati definizione informale: possibili duplicati

12 Modello Relazionale12 Relazioni e basi dati  Una relazione può essere usata per rappresentare dati di interesse, ma in genere non è sufficiente  Una base di dati è costituita da più relazioni, le cui n-uple contengono valori comuni;  Il modello relazionale è basato sui valori  i riferimenti fra dati in relazioni diverse sono rappresentati per mezzo di valori dei domini che compaiono nelle ennuple

13 MatricolaCognomeNomeData di nascita 6554RossiMario05/12/1978 8765NeriPaolo03/11/1976 3456RossiMaria01/02/1978 9283VerdiLuisa12/11/1979 studentiCodiceTitoloDocente 01AnalisiMario 02ChimicaBruni 04ChimicaVerdi corsi StudenteVotoCorso 34563004 34562402 92832801 esami 65542601

14 MatricolaCognomeNomeData di nascita 6554RossiMario05/12/1978 8765NeriPaolo03/11/1976 3456RossiMaria01/02/1978 9283VerdiLuisa12/11/1979 studentiCodiceTitoloDocente 01AnalisiMario 02ChimicaBruni 04ChimicaVerdi corsi StudenteVotoCorso 30 24 28 esami 26

15 Modello Relazionale15 Vantaggi della struttura basata su valori la rappresentazione logica dei dati non fa riferimento a quella fisica: si ha indipendenza dalle strutture fisiche che possono cambiare dinamicamente si rappresenta solo ciò che è rilevante dal punto di vista dell’utente; i puntatori sono qualcosa di aggiuntivo legato ad aspetti realizzativi l’utente finale vede gli stessi dati dei programmatori i dati sono portabili piu' facilmente da un sistema ad un altro perchè l'informazione è tutta contenuta nei dati

16 Modello Relazionale16 Definizioni  Schema di relazione: un nome R con un insieme di attributi A 1,..., A n : R(A 1,..., A n ) A ogni attributo A i è associato un dominio DOM(A i ) Es. STUDENTI(Matricola, Cognome, Nome, Data_Nascita) Matricola, Cognome, Nome, Data_Nascita: Attributi DOM(Matricola)= Numeri Naturali DOM(Cognome)= String

17 Modello Relazionale17 Definizioni (2)  Schema di base di dati: insieme di schemi di relazione: R = {R 1 (X 1 ),..., R k (X k )} Es. UNIVERSITA (STUDENTI, ESAMI, CORSI)

18 Modello Relazionale18 Definizioni, (3)  Una ennupla t su un insieme di attributi X è una funzione che associa a ciascun attributo A in X un valore di DOM (A)  t[A] denota il valore della ennupla t sull'attributo A  t[A]  DOM (A)

19 MatricolaCognomeNomeData di nascita 6554RossiMario05/12/1978 8765NeriPaolo03/11/1976 3456RossiMaria01/02/1978 9283VerdiLuisa12/11/1979 studenti t: (6554, Rossi, Mario, 05/12/1978) : n-upla t[Matricola ]= 6554, t[Cognome, Data di nascita ]= (Rossi, 05/12/1978)

20 Modello Relazionale20 Definizioni, (4)  (Istanza di) relazione su uno schema R(X): insieme r di ennuple su X  (Istanza di) base di dati su uno schema R= {R 1 (X 1 ),..., R n (X n )  insieme di relazioni r = {r 1,..., r n } (con r i relazione su R i )

21 Modello Relazionale21 Relazioni su singoli attributi MatricolaCognomeNomeData di nascita 6554RossiMario05/12/1978 8765NeriPaolo03/11/1976 3456RossiMaria01/02/1978 9283VerdiLuisa12/11/1979 studenti Matricola 6554 3456 studenti lavoratori

22 Strutture nidificate Da Filippo Via Roma 2, Roma Ricevuta Fiscale 1235 del 12/10/2000 3Coperti 3,00 2Bistecche18,00 3Primi12,00 2Antipasti6,20 Totale39,20 Da Filippo Via Roma 2, Roma Ricevuta Fiscale 1240 del 13/10/2000 2Coperti2,00 2Orate20,00 2Primi8,00 2Antipasti7,00 2Caffè2,00 Totale39,00 2,00

23 Modello Relazionale23 Relazioni che rappresentano strutture nidificate 1235 3Coperti3,00 2Bistecche18,00 3Primi12,00 2Antipasti6,20 39,2012/10/2000 NumeroTotaleData 124039,0013/10/2000 Ricevute Dettaglio QtàDescr.Importo 1235 Numero 1240 1235 2Coperti2,00 …………

24 Modello Relazionale24 Strutture nidifcate, riflessione  Le tabelle rappresentano correttamente le ricevute solo se: Non ci interessa mantenere l'ordine delle righe in ciascuna ricevuta Non possono esistere linee ripetute in una ricevuta (potrebbe accadere in presenza di ordinazioni diverse relative alle stesse pietanze)  Sono possibili rappresentazioni diverse

25 Modello Relazionale25 Rappresentazione alternativa per strutture nidificate 1235 3Coperti3,00 2Bistecche18,00 3Primi12,00 2Antipasti6,20 39,2012/10/2000 NumeroTotaleData 124039,0013/10/2000 Ricevute Dettaglio QtàDescrizioneImporto 1235 Numero 1240 1235 2Coperti2,00 ………… 1 4 3 2 Riga 1 …

26 Modello Relazionale26 Informazione incompleta  ll modello relazionale impone ai dati una struttura rigida: le informazioni sono rappresentate per mezzo di ennuple omogenee solo alcuni formati di ennuple sono ammessi: quelli che corrispondono agli schemi di relazione  I dati disponibili possono non corrispondere al formato previsto

27 Modello Relazionale27 Informazione incompleta: motivazioni RomaVia IV novembre CittàPrefettura Firenze Tivoli Prato Firenze è provincia ma non conosciamo la sede della prefettura Tivoli non è una provincia: non ha prefettura Prato è nuova provincia: avrà la prefettura?

28 Modello Relazionale28 Valori nulli  In alcuni casi può essere necessario rappresentare in modo semplice la non disponibilità di valori: 1. valore sconosciuto; 2. valore inesistente; 3. valore senza informazione;

29 Modello Relazionale29 Informazione incompleta: soluzioni?  non conviene (anche se spesso si fa) usare valori del dominio (0, stringa nulla, “99”,...): potrebbero non esistere valori “non utilizzati” valori “non utilizzati” potrebbero diventare significativi in un momento successivo potrebbe creare confusione: i programmi che accedono alla base di dati devono distinguere tra valori ''veri'' e fittizi, e dunque sarebbe necessario ogni volta tener conto del “significato” di questi valori

30 Modello Relazionale30 Informazione incompleta nel modello relazionale  Si adotta una tecnica rudimentale ma efficace per esprimere la non disponibilità di valori: valore nullo: denota l’assenza di un valore del dominio (e non è un valore del dominio) I DBMS non distinguono i tipi di valore nullo  Definizione estesa: per ogni t-upla t, e per ogni attributo A, t[A], è un valore del dominio dom(A) oppure il valore nullo NULL  Si possono (e debbono) imporre restrizioni sulla presenza di valori nulli: solo alcune configurazioni debbono essere ammesse

31 Modello Relazionale31 MatricolaCognomeNomeData di nascita 6554RossiMarioNULL RossiMaria01/02/1978 9283VerdiLuisa12/11/1979 studenti CodiceTitoloDocente 01AnalisiMario 02ChimicaNULL ChimicaVerdi corsi StudenteVotoCorso NULL30NULL 2402 92832801 esami Troppi valori nulli !

32 Modello Relazionale32 Vincoli di integrità Non è vero che ogni insieme di ennuple sullo schema rappresenta informazioni corrette per l'applicazione Esistono istanze di basi di dati che, pur sintatticamente corrette, non rappresentano informazioni possibili per l’applicazione di interesse

33 Modello Relazionale33 Una base di dati "scorretta" StudenteVotoLodeCorso 3201276545 30e lode02 78764327e lode03 7394302404 Esami Matricola 276545 787643 Cognome Rossi Neri Bianchi Nome Mario Piero Luca Studenti 787643 32 27e lode 739430

34 Modello Relazionale34 Vincolo di integrità Proprietà che deve essere soddisfatta dalle istanze che rappresentano informazioni corrette per l’applicazione Un vincolo è una funzione booleana che associa ad ogni istanza il valore vero (in tal caso l'istanza soddisfa il vincolo) o falso Ogni schema di base dati ha associato un insieme di vincoli Una istanza della base di dati è corretta se soddisfa tutti i vincoli

35 Modello Relazionale35 descrizione più accurata della realtà contributo alla “qualità dei dati” utili nella progettazione della base di dati usati dai DBMS nell‘esecuzione delle interrogazioni Osservazione: non tutte le proprietà di interesse sono rappresentabili per mezzo di vincoli formulabili in modo esplicito Vincoli di integrità, perché?

36 Modello Relazionale36 Tipi di vincoli vincoli intrarelazionali vincoli su valori (o di dominio) vincoli di ennupla vincoli interrelazionali (vincoli di integrità referenziale)

37 Modello Relazionale37 StudenteVotoLodeCorso 3201276545 30e lode02 78764327e lode03 7394302404 Esami Matricola 276545 787643 Cognome Rossi Neri Bianchi Nome Mario Piero Luca Studenti 32 27e lode Vincolo di colonna Vincolo di n-upla

38 Modello Relazionale38 Vincoli di ennupla Esprimono condizioni sui valori di ciascuna ennupla, indipendentemente dalle altre ennuple Caso particolare: Vincoli di colonna (o dominio): coinvolgono un solo attributo

39 Modello Relazionale39 Sintassi ed esempi  Una possibile sintassi: espressione booleana di atomi che confrontano valori di attributo o espressioni aritmetiche su di essi (Voto  18) AND (Voto  30) (Voto = 30) OR NOT (Lode = "e lode")

40 Modello Relazionale40 Vincoli di ennupla, esempio Impiegato Rossi Neri Bruni Stipendi Lordo 55.000 45.000 47.000 Netto 42.500 35.000 36.000 Ritenute 12.500 10.000 11.000 Lordo = (Ritenute + Netto)

41 Modello Relazionale41 Identificazione delle ennuple non ci sono due ennuple con lo stesso valore sull’attributo Matricola non ci sono due ennuple uguali su tutti e tre gli attributi Cognome, Nome e Nascita Matricola 27655 78763 65432 Nome Mario Piero Mario87654 67653 Mario Cognome Rossi Neri Rossi Piero Corso Ing Inf Ing Mecc Ing Inf Ing Mecc Nascita 5/12/78 10/7/79 3/11/76 5/12/78

42 Modello Relazionale42 Chiave  Una chiave è un insieme di attributi che identificano univocamente le ennuple di una relazione Formalmente:  un insieme K di attributi è superchiave per r se r non contiene due ennuple distinte t 1 e t 2 con t 1 [K] = t 2 [K]  K è chiave per r se è una superchiave minimale per r (cioè non contiene propriamente un’altra superchiave)

43 Modello Relazionale43 Una chiave  Matricola è una chiave: è superchiave contiene un solo attributo e quindi è minimale Matricola 27655 78763 65432 Nome Mario Piero Mario87654 67653 Mario Cognome Rossi Neri Rossi Piero Corso Ing Inf Ing Mecc Ing Inf Ing Mecc Nascita 5/12/78 10/7/79 3/11/76 5/12/78

44 Modello Relazionale44  Cognome, Nome, Nascita è un’altra chiave: è superchiave minimale Matricola 27655 78763 65432 Nome Piero Mario87654 67653 Cognome Neri Mario Rossi Piero Corso Ing Inf Ing Mecc Ing Inf Ing Mecc Nascita 5/12/78 10/7/79 3/11/76 5/12/78 Mario Rossi 5/12/78 Rossi Mario 3/11/76 Mario Un'altra chiave

45 Modello Relazionale45  Non ci sono ennuple uguali su Cognome e Corso: Cognome e Corso formano una chiave?  Ma è sempre vero? Matricola 27655 78763 65432 Nome Mario Piero Mario87654 67653 Mario Cognome Rossi Neri Rossi Piero Corso Ing Inf Ing Mecc Ing Inf Ing Civile Ing Mecc Nascita 5/12/78 10/7/79 3/11/76 5/12/78 Un'altra chiave??

46 Modello Relazionale46 Vincoli, schemi e istanze  i vincoli corrispondono a proprietà del mondo reale modellato dalla base di dati  interessano a livello di schema (con riferimento cioè a tutte le istanze lecite)  ad uno schema associamo un insieme di vincoli e consideriamo corrette le istanze che soddisfano tutti i vincoli  un'istanza può soddisfare altri vincoli (“per caso”)

47 Modello Relazionale47  chiavi: Matricola Cognome, Nome, Nascita MatricolaNomeCognomeCorsoNascita Studenti

48 Modello Relazionale48  È corretta: soddisfa i vincoli  Ne soddisfa anche altri ("per caso"): Cognome, Corso è chiave Matricola 27655 78763 65432 Nome Mario Piero Mario87654 67653 Mario Cognome Rossi Neri Rossi Piero Corso Ing Inf Ing Mecc Ing Inf Ing Civile Ing Mecc Nascita 5/12/78 10/7/79 3/11/76 5/12/78

49 Modello Relazionale49 Esistenza delle chiavi  Una relazione non può contenere ennuple distinte ma uguali  Ogni relazione R(X) ha come superchiave l’insieme degli attributi X su cui è definita  e quindi ha (almeno) una chiave

50 Modello Relazionale50 Importanza delle chiavi  l’esistenza delle chiavi garantisce l’accessibilità a ciascun dato della base di dati e la loro univoca identificabilità  le chiavi permettono di correlare i dati in relazioni diverse: il modello relazionale è basato su valori

51 Modello Relazionale51 Chiavi e valori nulli  In presenza di valori nulli, i valori della chiave non permettono di identificare le ennuple di realizzare facilmente i riferimenti da altre relazioni

52 Modello Relazionale52 Matricola 78763 65432 Nome Piero Mario87654 NULL Mario Cognome Neri Rossi NeriMario Corso Ing Mecc Ing Inf Ing Civile NULL Nascita NULL Mario NULL Ing Inf 5/12/78 10/7/79 NULL 3/11/76 5/12/78 Mario87654 NULL Neri Mario Ing Inf NULL 5/12/78 NULL Mario NULL Ing Inf 5/12/78 Troppi valori nulli

53 Modello Relazionale53 Chiave primaria  Chiave su cui non sono ammessi nulli  Notazione: sottolineatura Matricola 78763 65432 Nome Piero Mario87654 43289 Mario Cognome Neri Rossi NeriMario Corso Ing Mecc Ing Inf Ing Civile NULL Nascita 86765Mario NULL Ing Inf 5/12/78 10/7/79 NULL 3/11/76 5/12/78

54 Modello Relazionale54  informazioni in relazioni diverse sono correlate attraverso valori comuni  in particolare, valori delle chiavi (primarie)  le correlazioni debbono essere "coerenti" Vincoli di integrità referenziale

55 Matricola 3987 3295 9345 Vigili Cognome Rossi Neri Nome Luca Piero Mario MoriGino7543 Infrazioni Codice 34321 73321 64521 53524 Data 1/2/95 4/3/95 5/4/96 5/2/98 Vigile 3987 3295 9345 ProvNumero MI TO PR 39548K E39548 839548 3295 3987 9345 3987 9345 3295

56 Auto ProvNumero MI TO PR 39548K E39548 839548 Cognome Rossi Neri Nome Mario Luca Infrazioni Codice 34321 73321 64521 53524 Data 1/2/95 4/3/95 5/4/96 5/2/98 Vigile 3987 3295 9345 ProvNumero MI TO PR 39548K E39548 839548 MI TO PR 39548K E39548 839548 MI TO PR 39548K E39548 839548

57 Modello Relazionale57 Un vincolo di integrità referenziale (“foreign key”) fra gli attributi X di una relazione R 1 e un’altra relazione R 2 impone ai valori su X in R 1 di comparire come valori della chiave primaria di R 2 Vincolo di integrità referenziale

58 Modello Relazionale58  vincoli di integrità referenziale fra: l’attributo Vigile della relazione INFRAZIONI e la relazione VIGILI gli attributi Prov e Numero di INFRAZIONI e la relazione AUTO

59 Modello Relazionale59 Infrazioni Codice 34321 73321 64521 53524 Data 1/2/95 4/3/95 5/4/96 5/2/98 Vigile 3987 3295 9345 ProvNumero MI TO PR 39548K E39548 839548 Auto ProvNumero MI TO PR E39548 F34268 839548 Cognome Rossi Neri Nome Mario Luca TOE39548 TO E39548 Violazione di vincolo di integrità referenziale

60 Modello Relazionale60 Vincoli di integrità referenziale: commenti  Giocano un ruolo fondamentale nel concetto di “modello basato su valori.” In presenza di valori nulli i vincoli possono essere resi meno restrittivi Attenzione ai vincoli su più attributi

61 Modello Relazionale61 Integrità referenziale e valori nulli Impiegati Matricola 34321 64521 53524 Cognome Rossi Neri Verdi Progetto IDEA XYZ NULL Progetti Codice IDEA BOH XYZ Inizio 01/2000 07/2001 09/2001 Durata 36 24 Costo 200 120 150 73032BianchiIDEA

62 Modello Relazionale62 Auto ProvNumero MI TO PR 39548K E39548 839548 Cognome Rossi Neri Nome Mario Luca Incidenti Codice 34321 64521 Data 1/2/95 5/4/96 ProvBNumeroB MI TO 39548K E39548 ProvANumeroA TO PR E39548 839548 Vincoli multipli su più attributi

63 Modello Relazionale63  vincoli di integrità referenziale fra: gli attributi ProvA e NumeroA di INCIDENTI e la relazione AUTO gli attributi ProvB e NumeroB di INCIDENTI e la relazione AUTO  L'ordine degli attributi è significativo

64 Modello Relazionale64 Operazioni del modello relazionale  Operazioni di recupero  Operazioni di aggiornamento Inserimento Cancellazione Modifica Ogni operazione di aggiornamento può violare dei vincoli specificati sullo schema

65 Modello Relazionale65 Inserimento  L’operazione di inserimento fornisce un elenco di valori di attributi per una nuova t-upla da inserire in una relazione R.  Può violare i vincoli: di n-upla assegnazione di valore nullo o già esistente a una chiave integrità referenziale Generalmente il DBMS rifiuta inserimenti che violano i vincoli

66 Modello Relazionale66 Cancellazione  Può violare l’integrità referenziale, se la t-upla cancellata è riferita dalle chiavi esterne di altre t-uple della base di dati  Azioni compensative: Rifiutare la cancellazione Far ricadere in cascata la cancellazione Modifcare gli attributi riferenti che causano la violazione (es. porre NULL questi attributi)

67 Modello Relazionale67 Eliminazione in cascata Impiegati Matricola 34321 64521 53524 Cognome Rossi Neri Verdi Progetto IDEA XYZ NULL 73032BianchiIDEA Progetti Codice IDEA BOH XYZ Inizio 01/2000 07/2001 09/2001 Durata 36 24 Costo 200 120 150 XYZ07/200124120 XYZ07/200124120 XYZ07/200124120 53524NeriXYZ

68 Modello Relazionale68 Introduzione di valori nulli Impiegati Matricola 34321 64521 53524 Cognome Rossi Neri Verdi Progetto IDEA XYZ NULL 73032BianchiIDEA Codice IDEA BOH XYZ Inizio 01/2000 07/2001 09/2001 Durata 36 24 Costo 200 120 150 XYZ07/200124120 XYZ07/200124120 XYZ07/200124120 NULL Progetti

69 Modello Relazionale69 Modifica  E’ usata per cambiare i valori di uno o più attributi di t-uple presenti in una qualche relazione  Se l’attributo non è chiave primaria o chiave esterna non ci sono problemi  Altrimenti l’operazione si può ricondurre a una combinazione di operazioni di cancellazione e inserimento con le conseguenti azioni compensative in caso di violazione

70 Modello Relazionale70 Base di dati per la gestione dell’attività dell’ufficio biciclette Obiettivo (del progetto) è la realizzazione di un sistema informatico in grado di gestire le attività dell’ufficio biciclette. Tale ufficio fornisce ai cittadini una gamma completa di servizi che comprende l’installazione/rimozione di rastrelliere, la gestione di parcheggi custoditi, la marcatura delle biciclette per disincentivare i furti e la rimozione delle biciclette in divieto di sosta o abbandonate. Il sistema informatico permetterà di: reperire le informazioni sulle installazioni delle rastrelliere e sulle rimozioni delle biciclette; registrare ordini e pagamenti verso le ditte esterne; fornire diversi diritti sulle operazioni del sistema in base al tipo di utente; fornire ai cittadini la visualizzazione di tre tipi di mappe: una relativa ai furti, una alla locazione delle rastrelliere e una ai parcheggi; immagazzinare le informazioni relative alle biciclette marcate.

71 Modello Relazionale71 Base di dati