Sistemi per il recupero delle informazioni

Presentazione sul tema: "Sistemi per il recupero delle informazioni"— Transcript della presentazione:

1 Sistemi per il recupero delle informazioni
RIASSUNTO

2 Sistemi per il recupero delle informazioni
DATABASE

3 DATABASE Accezione generica, metodologica
Insieme organizzato di dati utilizzati per il supporto allo svolgimento delle attività di un ente (azienda, ufficio, persona) Accezione specifica, metodologica e tecnologica Insieme di dati gestito da un DBMS Nella nostra accezione i database sono: un supporto digitale in cui i dati sono immagazzinati un software che permetta il recupero dei dati una rete che permetta un’accessibilita` condivisa ai dati DEFINIZIONE. Una base di dati è una raccolta di dati permanenti suddivisi in due categorie: I METADATI I DATI Un DB è costituito da una grande quantità di dati, organizzati in insiemi omogenei in correlazione tra loro i dati sono memorizzati e gestiti in memoria permanente (disco) i dati sono condivisi fra più utenti e fra più applicazioni per ridurre la ridondanza e la possibilità di inconsistenze. In un DB esiste: una parte sostanzialmente invariante nel tempo, detto schema della base di dati, che descrive le caratteristiche dei dati. una parte variabile nel tempo, detta istanza o stato del DB, costituita dai valori effettivi dei dati

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5 COS’E’ UNA BASE DATI I METADATI
i metadati, ovvero lo schema della base di dati, sono una raccolta di definizioni che descrivono la struttura di alcuni insiemi dati, le restrizioni sui valori ammissibili dei dati le relazioni esistenti fra gli insiemi. Lo schema va definito prima di creare i dati ed è indipendente dalle applicazioni che usano la base di dati. i metadati : descrivono fatti sullo schema dei dati, utenti autorizzati, applicazioni, parametri quantitativi sui dati, ecc. I metadati sono descritti da uno schema usando il modello dei dati adottato dal DBMS e sono interrogabili con le stesse modalità previste per i dati; sono una parte sostanzialmente invariante nel tempo che descrive le caratteristiche dei dati.

6 COS’E’ UNA BASE DATI I DATI
i dati, le rappresentazioni dei fatti conformi alle definizioni dello schema, con le seguenti caratteristiche: I dati sono strutturati, cioè hanno un formato predefinito sono organizzati in insiemi omogenei, fra i quali sono definite delle relazioni e sono previsti operatori per estrarre elementi da un insieme e per conoscere quelli che, in altri insiemi, sono in relazione con essi. b) sono molti, in assoluto e rispetto ai metadati, e non possono essere gestiti in memoria temporanea; sono memorizzati in una memoria permanente. c) sono permanenti, cioè, una volta creati, continuano ad esistere finché non sono esplicitamente rimossi; d) sono accessibili mediante transazioni; e) sono protetti sia da accesso da parte di utenti non autorizzati, sia da corruzione dovuta a malfunzionamenti hardware e software; f) sono utilizzabili contemporaneamente da utenti diversi. la struttura dei dati e le relazioni sono descritte nello schema con opportuni meccanismi di astrazione che caratterizzano il modello dei dati c) la loro vita non dipende dalle applicazioni che li usano f) il termine utente viene usato sia con il significato di persona che accede ai dati da un terminale in modo interattivo usando un opportuno linguaggio sia con il significato di programma applicativo che contiene istruzione per l’accesso ai dati

7 TRANSAZIONI (PER L‘UTENTE)
Esempi: versamento presso uno presso sportello bancario emissione di certificato anagrafico dichiarazione presso l’ufficio di stato civile prenotazione aerea Due accezioni Per l'utente: programma a disposizione, da eseguire per realizzare una funzione di interesse Per il sistema: sequenza indivisibile di operazioni Programmi che realizzano attività frequenti e predefinite, con poche eccezioni, previste a priori. Le transazioni sono di solito realizzate in linguaggio ospite (tradizionale o ad hoc)

8 ESEMPIO DATI e METADATI
Si consideri la base di dati degli studenti ed esami superati definiti dagli schemi di relazioni: Studenti(Matricola, Cognome, Città, AnnoNascita) Esami(Materia, Candidato, Voto, Data) Dovrebbe essere chiaro che una base di dati contiene i dati immessi, meno ovvio è il fatto che in una base di dati si memorizzano anche informazioni sui dati definiti, chiamati metadati. Esempi di queste informazioni sono: 1. i nomi delle relazioni definite; 2. il tipo delle ennuple delle relazioni; 3. le chiavi primarie ed esterne definite; 4. i vincoli sui valori ammissibili degli attributi. Queste informazioni sono memorizzate in tabelle predefinte che sono gestite automaticamente dal sistema.

9 ESEMPIO DATI e METADATI
Per rappresentare i corsi attivati ed i relativi docenti si può usare uno schema del tipo (Corso, Nome Docente) questo e’ uno schema invariante nel tempo, mentre le coppie (Informatica Generale, Righi) (Basi di Dati e Sistemi Informativi, Leoni) sono istanze dello schema precedente e possono variare nel tempo In informatica, il termine database, banca dati, base di dati (soprattutto in testi accademici) o anche base dati, indica un archivio strutturato in modo tale da consentire la gestione dei dati stessi (l'inserimento, la ricerca, la cancellazione ed il loro aggiornamento) da parte di applicazioni software. Il database è un insieme di informazioni, di dati che vengono suddivisi per argomenti in ordine logico (tabelle) e poi tali argomenti vengono suddivisi per categorie (campi).

10 DataBase Management System (DBMS)
Le caratteristiche delle basi di dati sono garantite da un sistema per la gestione di basi di dati (DBMS, Data Base Management System), che ha il controllo dei dati e li rende accessibili agli utenti autorizzati. Un DBMS è un sistema centralizzato o distribuito che offre opportuni linguaggi per definire lo schema della base di dati (lo schema va definito prima di creare dati) per scegliere le strutture dati per la memorizzazione dei dati, per usare la base di dati interattivamente o da programmi memorizzare i dati rispettando i vincoli definiti nello schema; Un sistema di gestione di basi di dati è un sistema software in grado di gestire collezioni di dati che siano grandi, condivise e persistenti, assicurando la loro affidabilità e privatezza. Un DBMS deve essere efficiente ed efficace. Esempi di prodotti software disponibili sul mercato: Access, DB2, Oracle, Informix, Sybase, SQLServer

11 I DATABASE SONO... grandi dimensioni (molto) maggiori della memoria centrale dei sistemi di calcolo utilizzati il limite deve essere solo quello fisico dei dispositivi persistenti hanno un tempo di vita indipendente dalle singole esecuzioni dei programmi che le utilizzano condivisi ogni organizzazione è divisa in settori o comunque svolge diverse attività . Ciascun settore/attività ha un (sotto) sistema informativo (non necessariamente disgiunto) Una base di dati e' una risorsa integrata, condivisa fra applicazioni Conseguenze: Attivita' diverse su dati condivisi: meccanismi di autorizzazione Accessi di più utenti ai dati condivisi:controllo della concorrenza Un DBMS può essere costituito da un insieme assai complesso di programmi software che controllano l'organizzazione, la memorizzazione e il reperimento dei dati (campi, record e archivi) in un database. Un DBMS controlla anche la sicurezza e l'integrità del database.

12 I DBMS GARANTISCONO… PRIVATEZZA
Si possono definire meccanismi di autorizzazione l'utente A è autorizzato a leggere tutti i dati e a modificare quelli sul ricevimento l'utente B è autorizzato a leggere X e a modificare Y AFFIDABILITA` (per le basi di dati): resistenza a malfunzionamenti hardware e software una base di dati è una risorsa pregiata e quindi deve essere conservata a lungo termine Il sistema di sicurezza dei dati impedisce agli utenti non autorizzati di visualizzare o aggiornare il database. Mediante l'uso di password agli utenti è permesso l'accesso all'intero database. Per esempio, un database di impiegati può contenere tutti i dati riguardanti un singolo soggetto, ma un gruppo di utenti può essere autorizzato a vedere solamente i dati riguardanti lo stipendio, mentre altri utenti possono essere autorizzati a vedere solamente le informazioni che riguardano la sua storia lavorativa e la situazione sanitaria. Il DBMS può mantenere l'integrità del database non consentendo a più utenti di modificare lo stesso record contemporaneamente. Il database può impedire l'immissione di due record duplicati; per esempio può essere impedita l'immissione nel database di due clienti con lo stesso numero identificativo (campi chiave). L'insieme di regole che determinano l'integrità e la consistenza di una base di dati prendono il nome di Vincoli di integrità referenziale.

13 I DBMS DEVONO ESSERE … EFFICIENTI
Cercano di utilizzare al meglio le risorse di spazio di memoria (principale e secondaria) e tempo (di esecuzione e di risposta) I DBMS, con tante funzioni, rischiano l'inefficienza e per questo ci sono grandi investimenti e competizione L’efficienza è anche il risultato della qualità delle applicazioni EFFICACI Cercano di rendere produttive le attività dei loro utilizzatori, offrendo funzionalità articolate, potenti e flessibili: il corso è in buona parte dedicato ad illustrare come i DBMS perseguono l'efficacia

14 Sistemi per base di dati - DBMS
Diverse categorie di persone possono interagire con una base di dati tramite un DBMS. Amministratore della base di dati (DBA). responsabile della progettazione, controllo e amministrazione della base di dati. I progettisti e programmatori di applicazioni. realizzano i programmi che accedono e interrogano la base di dati. Gli utenti non programmatori che utilizzano la base di dati per le proprie attività.

15 Sistemi per il recupero delle informazioni
MODELLI INFORMATICI DIAGRAMMI E-R I calcolatori elaborano informazione e restituiscono nuova informazione che deve essere rappresentata in modo simbolico.

16 MODELLI L’informatica offre metodologie e strumenti per la costruzione di modelli di situazioni reali che ricorrono in ogni campo che richiede un’attività di progettazione. Essi permettono di riprodurre le caratteristiche essenziali di fenomeni reali, omettendo dettagli che costituirebbero inutili complicazioni. Per poter gestire un sistema informativo con strumenti informatici dobbiamo realizzare una descrizione della realtà d’interesse per mezzo di simboli Un modello di dati e’ un insieme di concetti utilizzati per organizzare i dati e descriverne la struttura in modo che essa risulti comprensibile a un elaboratore Ad es per poter gestire una biblioteca è necessario dare al calcolatore una sua descrizione simbolica Una tale descrizione costituisce un modello della realtà I calcolatori elaborano informazione e restituiscono nuova informazione che deve essere rappresentata in modo simbolico. Meccanismi di strutturazione: permettono di costruire nuovi tipi di dati partendo da tipi elementari predefiniti (analoghi ai costruttori di tipo nei linguaggi di programmazione)

17 MODELLI INFORMATICI Sono modelli simbolici: rappresentazione formale delle idee e conoscenze relative ad un fenomeno Si hanno diverse categorie di modelli informatici che differiscono per i tipi di fatti che si considerano, ossia per i diversi livelli di astrazione a cui si opera modelli concettuali: sono considerati solo i fatti relativi alla realtà senza alcun riferimento agli strumenti informatici che dovranno usare il modello modelli logici: sono considerati anche fatti relativi agli strumenti informatici; il modello è adeguato alle caratteristiche del DBMS, in modo che possa essere da questo interpretato modelli fisici: sono considerate le strutture fisiche usate dal calcolatore per rappresentare i dati modelli concettuali: preferiscono descrivere i concetti del mondo reale piuttosto che i dati utili a rappresentarli. Permettono di rappresentare i dati in modo indipendente da ogni sistema: cercano di descrivere i concetti del mondo reale e sono utilizzati nelle fasi preliminari di progettazione Il più diffuso è il modello Entity-Relationship modelli logici: le strutture riflettono una particolare organizzazione logica (alberi, grafi, tabelle...)

18 • Ciascuna di queste fasi è centrata sulla modellazione
• La modellazione verrà discussa quindi con riferimento alla problematica della progettazione delle basi di dati

19 IL MODELLO Nella costruzione di un modello informatico,
prima si “definisce” il modello, descrivendo conoscenza concreta e conoscenza astratta poi si “costruisce” la rappresentazione della conoscenza concreta. Per la definizione del modello si possono usare diversi tipi di formalismi, che si differenziano per il “modello dei dati” che supportano, cioè per meccanismi di astrazione offerti per rappresentare la realtà. Nel seguito si presentano due tipi di modelli dei dati: il - modello a oggetti, usato come esempio di formalismo per la progettazione di una basi di dati - modello relazionale, usato come esempio di formalismo per la realizzazione di una base di dati. Un modello dei dati è un insieme di meccanismi di astrazione per descrivere la struttura della conoscenza concreta.

20 ESEMPIO Per costruire un modello informatico per la gestione di informazioni sui libri, prima si devono definire quelle che interessano ai fini dell’applicazione (titolo, autore, editore ecc.). Una volta definite le proprietà interessanti comuni a tutti i possibili libri, si passa a costruire per ogni entità “libro” della realtà oggetto di studio una rappresentazione nel modello informatico.

21 IL MODELLO DEI DATI A OGGETTO
Per rappresentare in maniera naturale e diretta l’idea che il progettista si fa del mondo osservato, il modello dei dati a oggetti prevede i seguenti meccanismi d’astrazione: oggetto tipo di oggetto classe gerarchie fra classi Verranno dati esempi di utilizzo di questi meccanismi tramite un formalismo grafico che serva a definire lo schema di una base di dati, ovvero la struttura della conoscenza concreta, che chiameremo schema concettuale. Il formalismo grafico viene chiamato diagramma entità-relazione Uno schema è la descrizione della struttura della conoscenza concreta relativa ad un dominio del discorso e dei vincoli di integrità usando un particolare modello dei dati.

22 IL MODELLO DEI DATI A OGGETTO
questioni terminologiche

23 OGGETTO E TIPO DI OGGETTO
Un oggetto è un’entità software con stato ed identità, che modella un’entità dell’universo del discorso. . Lo stato è costituito da un insieme di campi, che - sono valori costanti o variabili associati ad un nome, detto attributo. - possono assumere valori di qualsiasi complessità - modellano le proprietà dell’entità Come accade per le proprietà delle entità, un attributo di un oggetto può avere valori di tipo atomico o strutturato, semplice o unione, univoco o multivalore, totale o parziale, costante o modificabile. Ad ogni entità del dominio corrisponde un oggetto del modello informatico.

24 CLASSI E ASSOCIAZIONI La classe modella un insieme di oggetti dello stesso tipo del mondo reale è costruita col processo di astrazione detto classificazione: entità diverse vengono unificate per costituire un nuovo concetto. Si astrae dalle differenze fra le entità per evidenziare ciò che le accomuna. tutti gli oggetti di una classe sono caratterizzati dagli stessi attributi. L’ associazione modella una correlazione fra entità del mondo reale è una corrispondenza tra classi, e stabilisce una correlazione logica fra oggetti appartenenti a classi diverse (o anche alla stessa classe).

25 CONCETTI IMPORTANTI dominio di un attributo: è l’insieme dei valori che può assumere l’attributo stesso esempio: il dominio dell’attributo mese è costituito dall’insieme {gennaio, febbraio, marzo, ....,dicembre} oppure dall’insieme {01, 02, 03, ....,12} chiave di una classe: è un attributo (o un insieme di attributi) che identifica univocamente gli oggetti di una classe K è chiave della classe C se non esistono due oggetti in C che hanno lo stesso valore di K esempio: l’attributo matricola è chiave della classe STUDENTI

26 DIAGRAMMI E-R Nel formalismo grafico che si adotta, una classe si rappresenta con un rettangolo etichettato con il nome della classe. Per gli attributi si usano le seguenti convenzioni: 1. attributi con valori atomici sono rappresentati con ovali collegati alla classe da un arco che termina con una freccia singola, se l’attributo è univoco, oppure con una freccia doppia, se l’attributo è multivalore; 2. se l’attributo ha valori strutturati, l’ovale si sostituisce con un quadratino dal quale escono archi verso ovali in numero pari ai campi del valore strutturato. 3. se l’attributo ha valori unione, si procede come nel caso precedente sostituendo il quadratino con un cerchietto; 4. proprietà che possono avere valori non specificati si rappresentano con un taglio sull’arco; 5. gli attributi della chiave primaria si sottolineano. Queste proprietà: univoco / multivalore , totale/parziale si dicono proprietà strutturali degli attributi; Il fatto che un attributo sia obbligatorio, ed il fatto che sia univoco, costituiscono dei vincoli, cioè delle limitazioni al modello, che riflettono limitazioni della realtà Anche il fatto che un attributo sia chiave, costituisce un vincolo.

27 Esempi Una classe con gli attributi. Cognome e’ la chiave primaria
Studenti

28 ASSOCIAZIONI Un’associazione binaria tra classi si rappresenta con un rombo collegato con degli archi alle classi associate. Il rombo è etichettato con il nome dell’associazione Studenti Corsi segue

29 ASSOCIAZIONI: caratteristiche
univocità: ad un oggetto di una classe può essere associato un solo oggetto dell’altra classe totale: ad un oggetto di una classe è sempre associato qualche oggetto dell’altra classe multivalore: ad un oggetto di una classe possono essere associati più oggetti dell’altra classe parziale: ad un oggetto di una classe non è sempre associato qualche oggetto dell’altra classe L’univocità di un’associazione, rispetto ad una classe A, si rappresenta disegnando una freccia singola sull’arco tra A e il rombo; l’assenza di tale vincolo è indicata da una freccia doppia. La parzialità è rappresentata con un taglio sullo stesso arco, mentre il vincolo di totalità è caratterizzato dall’assenza del taglio. Queste proprietà: totale/parziale univoca/multivalore si dicono proprietà strutturali delle associazioni; notare che esse dipendono dal verso dell’associazione Il fatto che un’associazione sia totale, ed il fatto che sia univoca, costituiscono dei vincoli.

30 ASSOCIAZIONI: esempio

31 ASSOCIAZIONI: esempio
Afferisce è univoca da Docenti a Dipartimenti: ad un oggetto della classe Docenti è associato un solo oggetto della classe Dipartimenti; si modella il fatto che un docente possa afferire ad un solo dipartimento Afferisce è multivalore da Dipartimenti a Docenti: ad un oggetto della classe Dipartimenti possono essere associati più oggetti della classe Docenti; si modella il fatto che ad un dipartimento possano afferire molti docenti Insegna è totale da Corsi di Laurea a Docenti: ad un oggetto della classe Corsi di Laurea è sempre associato qualche oggetto della classe Docenti; si modella il fatto che in un corso di laurea debbano necessariamente insegnare dei docenti Insegna è parziale da Docenti a Corsi di Laurea: ad un oggetto della classe Docenti non è sempre associato qualche oggetto della classe Corsi di Laurea ; si modella il fatto che un docente potrebbe non insegnare

32 GERARCHIA FRA CLASSI Tra due classi E ed F può essere stabilita una gerarchia E è detta sottoclasse o specializzazione di F F è detta superclasse o generalizzazione di E Proprietà delle gerarchie Vincolo di struttura: se E è sottoclasse di F , E ha tutti gli attributi di F, e partecipa a tutte le associazioni cui partecipa F (ereditarietà) E può avere altri attributi, e partecipare ad altre associazioni Vincolo di insieme: se E è specializzazione di F, ogni oggetto di E è anche un oggetto di F (cioè E è un sottoinsieme di F)

33 GERARCHIA FRA CLASSI: esempio
Lo schema a sinistra e’ piu’ espressivo di quello di destra

34 DIAGRAMMI E-R: esempio
A titolo di esempio, mostriamo, ad un primo livello di dettaglio, la rappresentazione con il formalismo grafico di alcuni fatti riguardanti una biblioteca universitaria: descrizioni bibliografiche, libri, autori, utenti e prestiti. Delle entità interessano le seguenti proprietà: 1. Di una descrizione bibliografica interessano il codice, il titolo dell’opera, l’editore, l’anno di pubblicazione e un insieme di termini usati per la classificazione del contenuto dell’opera. 2. Di un libro interessano la collocazione e il numero della copia. 3. Di un autore interessano il nome e cognome, la nazionalità, la data di nascita 4. Di un utente interessano il nome, il cognome, l’indirizzo e i recapiti telefonici. 5. Di un prestito interessano la data del prestito e la data di restituzione.

35 DIAGRAMMI E-R: esempio
Le associazioni interessanti sono: 1. HaScritto (N:M) tra autori e descrizioni bibliografiche, che collega un autore con le descrizioni bibliografiche delle opere che ha scritto. Ogni autore ha scritto almeno un libro e ogni descrizione bibliografica riguarda almeno un autore; 2. Descrive (N:1) tra descrizioni bibliografiche e libri, che collega una descrizione bibliografica alle copie dei libri presenti in biblioteca. Ogni libro ha una descrizione bibliografica e ogni descrizione bibliografica descrive una o più copie di libri, supporremo inoltre che possa descrivere anche un libro ordinato ma non ancora acquisito dalla biblioteca; 3. HaFatto (N:1) tra utenti e prestiti, che collega gli utenti ai prestiti che ha fatto e che non sono ancora scaduti. Ogni utente della biblioteca può avere nessuno, uno o più prestiti, ma un prestito ha sempre associato l’utente che lo ha fatto; 4. Riguarda (1:1) tra prestiti e libri, che collega i prestiti alle copie dei libri interessati. Una copia di un libro può essere coinvolta in al più un prestito e un prestito riguarda una copia di un libro.

36 DIAGRAMMI E-R: esempio

37 DIAGRAMMI E-R: esempio

38 Sistemi per il recupero delle informazioni
COME SI PROCEDE

39 INTRODUZIONE Finora si è visto come definire lo schema concettuale di una base di dati. Nella pratica non è così semplice ed occorre un lungo procedimento di analisi e studio della situazione da modellare per poter produrre una progettazione concettuale della base di dati e poi una sua realizzazione. Per dare un’idea di come si procede, si considera una tipica metodologia a più fasi in cui gli aspetti del problema vengono considerati gradualmente per ottenere una realizzazione soddisfacente. Quattro fasi: analisi dei requisiti progettazione concettuale progettazione logica progettazione fisica

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41 ANALISI DEI REQUISITI Scopo dell’analisi dei requisiti è la definizione dei bisogni informativi del committente. Il progettista deve capire di “cosa si parla”. Poi si passa ad un’analisi del problema per raccogliere una descrizione dei bisogni informativi e formulare la cosiddetta specifica dei requisiti in linguaggio naturale. Quando il problema è di limitata complessità, e basta interagire con una sola persona, il procedimento può essere relativamente veloce, ma quando il problema è complesso e sono coinvolte persone diverse, il procedimento diventa lungo e comporta un lavoro di unificazione dei concetti coinvolti. Lo scopo dell’analisi dei requisiti è, in altre parole, proprio quello di chiarire la corretta interpretazione dei fatti descritti, riformulando la specifica in modo chiaro. Consiste nell’acquisizione, da parte del progettista, della conoscenza della realtà da rappresentare. Questa fase produce una descrizione completa ma informale di ciò che deve essere rappresentato

42 Esempio Si vuole progettare una base di dati per gestire informazioni su musei, le opere conservate, gli artisti che hanno creato tali opere. Di un museo interessano il nome, che lo identifica, la città, l’indirizzo e il nome del direttore. Un artista è identificato dal nome; di lui interessano la nazionalità, la data di nascita, la eventuale data di morte. Di un’opera, identificata da un codice, interessano, l’anno di creazione, il titolo, il nome dei personaggi rappresentati. Un’opera può essere un dipinto od una scultura; se è un dipinto interessano il tipo di pittura e le dimensioni; se è una scultura interessano il materiale, l’altezza ed il peso.

43 PROGETTAZIONE CONCETTUALE
Scopo della progettazione concettuale è di tradurre la specifica dei requisiti in un progetto della struttura concettuale dei dati descritta utilizzando un formalismo grafico. Lo schema concettuale si definisce procedendo con i seguenti passi: 1. identificazione delle classi; 2. descrizione delle associazioni fra le classi; 3. definizione di sottoclassi; 4. definizione delle proprietà degli elementi delle classi. Scopo della progettazione è produrre una descrizione precisa del modello da realizzare Questa descrizione, detta schema, è espressa in un linguaggio semiformale, grafico o testuale La progettazione fa uso di concetti che costituiscono il Modello dei Dati. Si articola a sua volta in tre fasi: concettuale, logica e fisica Perchéi modelli concettuali? •servono per ragionare sulla realtàdi interesse, indipendentemente dagli aspetti realizzativi •permettono di rappresentare le classi di datidi interesse e le loro correlazioni •prevedono efficaci rappresentazioni grafiche(utili anche per documentazione e comunicazione)

44 PROGETTAZIONE CONCETTUALE Identificazione delle classi
Si produce una lista preliminare delle classi di oggetti che interessa modellare e si assegna ad ognuna di esse un nome appropriato. Questo elenco iniziale ha un grado di completezza e di significatività che dipende dal grado di comprensione del problema e, in generale, sarà soggetto a modifiche mano a mano che si procede. La descrizione del modello da realizzare prescinde dall’utilizzo di particolari strumenti informatici (software, hardware). Si utilizza un modello dei dati concettuale, “più vicino” alla realtà da modellare che agli strumenti informatici. Il risultato di questa fase è uno schema concettuale, detto schema E-R, ed è rappresentato con un formalismo grafico

45 PROGETTAZIONE CONCETTUALE Descrizione delle associazioni fra le classi
Si individuano le possibili associazioni fra le classi finora definite e le loro proprietà strutturali. L’analisi delle associazioni può portare ad eliminare una classe che può essere rappresentata da un’associazione, o ad aggiungere una nuova classe per rappresentare un’associazione.

46 PROGETTAZIONE CONCETTUALE Definizione di sottoclassi
Per definire le sottoclassi si esaminano tutte le classi già definite per capire se può essere utile definirne di nuove per caratterizzare particolari sottoinsiemi di alcune classi se esistono classi che sono un sottoinsieme di altre e quindi possono essere ridefinite se esistono oggetti di classi che possono assumere nel tempo stati significativi per l’applicazione

47 PROGETTAZIONE CONCETTUALE
Definizione delle proprietà degli elementi delle classi Per ogni tipo di oggetto si elencano le proprietà interessanti, specificando, per ognuna di esse, il nome e il tipo. In questo passo va prestata molta attenzione alla possibilità se convenga introdurre nuove classi, o viceversa eliminarne alcune sostituendole da attributi.

48 Esempio

49 PROGETTAZIONE LOGICA Scopo della terza fase della metodologia, la progettazione logica, è di tradurre lo schema concettuale nello schema logico espresso nel modello dei dati del sistema scelto per la realizzazione della base di dati. La descrizione del modello da realizzare è fatta in funzione delle caratteristiche del SGBD che sarà utilizzato (jl modello dei dati, il linguaggio per sviluppare le applicazioni). Il modello dei dati, detto modello logico, è “più vicino” alla rappresentazione informatica dei dati. Vedremo l’uso del Modello dei Dati Relazionale. Lo schema risultante è detto schema relazionale, ed è rappresentato con un formalismo testuale. Si ottiene con una traduzione dello schema E-R

50 Esempio MUSEI (NomeM, Città, Indirizzo, Direttore)
ARTISTI (NomeA, Nazionalità, DataN, DataM:optional) OPERE (Codice, Anno, Titolo, NomeM*, NomeA*) PERSONAGGI (Personaggio, Codice*) DIPINTI (Codice*, Tipo, Larghezza, Altezza) SCULTURE (Codice*, Materiale, Altezza, Peso)

51 Progettazione fisica Consiste nel completamento, o modifica, dello schema logico in funzione della organizzazione fisica dei dati ed i meccanismi per operare su di essi. Realizzazione Consiste nel costruire la rappresentazione del fatti specificati nel progetto (schema dei dati, procedure), utilizzando strumenti informatici (linguaggi di programmazione, SGBD)

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53 Sistemi per il recupero delle informazioni
MODELLO RELAZIONALE DEI DATI

54 PROGETTAZIONE Ricordiamo le fasi della progettazione di una Base di Dati Ci occuperemo adesso della progettazione logica modello concettuale e modello logico

55 PROGETTAZIONE LOGICA La descrizione del modello da realizzare è fatta in funzione delle caratteristiche del DBMS che sarà utilizzato (il modello dei dati, il linguaggio per sviluppare le applicazioni). Il modello dei dati, detto modello logico, è “più vicino” alla rappresentazione informatica dei dati. Vedremo l’uso del Modello dei Dati Relazionale. Lo schema risultante è detto schema relazionale, ed è rappresentato con un formalismo testuale. è un modello dei dati “compreso” dal DBMS si ottiene con una traduzione dello schema E-R

56 ESEMPIO

57 ESEMPIO MUSEI (NomeM, Città, Indirizzo, Direttore)
VIENE TRADOTTO NELLO SCHEMA MUSEI (NomeM, Città, Indirizzo, Direttore) ARTISTI (NomeA, Nazionalità, DataN, DataM) OPERE (Codice, Anno, Titolo, NomeM*, NomeA*) PERSONAGGI (Personaggio, Codice*) DIPINTI (Codice*, Tipo, Larghezza, Altezza) SCULTURE (Codice*, Materiale, Altezza, Peso)

58 INTRODUZIONE Il modello relazionale dei dati, proposto nel 1970 ed adottato nei sistemi commerciali a partire dal 1978, si è diffuso rapidamente tanto sui sistemi centrali quanto sugli elaboratori personali. I meccanismi per definire una base di dati con il modello relazionale sono solo due: l’ennupla la relazione. Si basa sul concetto matematico di relazione. Le relazioni hanno una rappresentazione naturale per mezzo di tabelle

59 ENNUPLA E RELAZIONE Ennupla. È un insieme finito di coppie (Attributo, valore atomico) Relazione. È un insieme finito (eventualmente vuoto) di ennuple con la stessa struttura. I campi di un’ennupla sono atomici (numeri, stringhe o il valore NULL). Si tenga presente che non si possono rappresentare proprietà strutturate, o multivalore e vedremo più avanti come risolvere questi problemi di rappresentazione. Un’ennupla si usa per rappresentare entità e la relazione si usa per rappresentare classi di entità. ennupla o riga relazione o tabella (+ semplice per l’utente finale)

60 TERMINOLOGIA - I attributo: corrisponde (non sempre) ad un attributo del modello E-R. Diversamente dal modello E-R, gli attributi sono sempre univoci (ad un sol valore) ed atomici (non composti) L’ordine degli attributi non è significativo dominio (di un attributo): è l’insieme dei valori che può assumere un attributo. chiave primaria di una relazione: un attributo che identifica univocamente le ennuple della relazione. Gli attributi della chiave primaria vengono sottolineati

61 TERMINOLOGIA - II Una relazione si definisce dandole un nome ed elencando fra parentesi tonde il tipo delle sue ennuple. La definizione di una relazione è detta schema della relazione R(A1:T1, A2:T2,..., An:Tn) R è il nome della relazione A1, A2,... sono gli attributi della relazione T1, T2,... sono i tipi degli attributi (interi, reali, booleani, stringhe) Per semplicità omettiamo la specifica dei tipi, per cui lo schema di relazione è R(A1, A2,...,An) Un’istanza di uno schema di relazione è un insieme finito di ennuple. Osserviamo che tutte le ennuple di una relazione hanno la stessa struttura

62 RELAZIONE E TABELLA Orario Insegnamento Docente Aula Ora
Analisi matem. I Luigi Neri N1 8:00 Basi di dati Piero Rossi N2 9:45 Chimica Nicola Mori Fisica I Mario Bruni 11:45 Fisica II N3 Sistemi inform. ORARIO (Insegnamento, Docente, Aula, Ora) ORARIO (Insegnamento, Docente, Aula, Ora) -> schema della relazione La tabella rappresenta l’istanza della relazione E’ d’uso visualizzare una relazione come una tabella bidimensionale, con le colonne identificate dagli attributi e le righe contenenti i valori dei campi, nell’ordine indicato dall’intestazione delle colonne. L’attributo sottolineato è la chiave primaria Relazione e tabella sono sinonimi

63 TERMINOLOGIA - III Lo schema della relazione è la descrizione della struttura di una relazione Un’istanza di uno schema di relazione è un insieme finito di ennuple. osserviamo che tutte le ennuple di una relazione hanno la stessa struttura Lo schema relazionale è la descrizione della struttura di una base di dati insieme di schemi di relazione insieme di vincoli

64 SCHEMA Orario Insegnamento Docente Aula Ora Analisi matem. I
Luigi Neri N1 8:00 Basi di dati Piero Rossi N2 9:45 Chimica Nicola Mori Fisica I Mario Bruni 11:45 Fisica II N3 Sistemi inform. ORARIO (Insegnamento, Docente, Aula, Ora) Le colonne della tabella formano lo schema della relazione

65 ISTANZE Orario Insegnamento Docente Aula Ora Analisi matem. I
Luigi Neri N1 8:00 Basi di dati Piero Rossi N2 9:45 Chimica Nicola Mori Fisica I Mario Bruni 11:45 Fisica II N3 Sistemi inform. ORARIO (Insegnamento, Docente, Aula, Ora) I contenuti delle righe della tabella formano le istanze della relazione

66 RELAZIONE: TRE ACCEZIONI
Relazione matematica: come nella teoria degli insiemi Relazione secondo il modello relazionale dei dati Relazione (relationship): costrutto del modello Entita’-Relazione utilizzato nel modello concettuale per descrivere legami tra entita’ nel mondo reale (tradotto anche con associazione o correlazione)

67 RELAZIONE MATEMATICA - I
D1, …, Dn (n insiemi anche non distinti) prodotto cartesiano D1×…×Dn: l’insieme di tutte le n-uple (d1, …, dn) tali che d1D1, …, dn  Dn relazione matematica su D1, …, Dn: - un sottoinsieme di D1×…×Dn. - D1, …, Dn sono i domini della relazione - n è il grado il numero di elementi della relazione si dice cardinalità

68 D1 × D2 = {(a,x); (a,y); (a,z); (b,x); (b,y); (b,z)}
ESEMPIO D1={a,b} D2={x,y,z} prodotto cartesiano D1 × D2 = {(a,x); (a,y); (a,z); (b,x); (b,y); (b,z)} relazione r1  D1 × D2 t. c.: r1 = {(a,x); (a,z); (b,y)}

69 RELAZIONE MATEMATICA - II
Una relazione matematica è un insieme di n-uple ordinate: (d1, …, dn) tali che d1D1, …, dn  Dn Una relazione è un insieme; quindi: - non c'è ordinamento fra le n-uple (ordinamento verticale) - le n-uple sono distinte - ciascuna n-upla è ordinata: l’ i-esimo valore proviene dall’ i-esimo dominio (ordinamento orizzontale)

70 Esempio (precedente): D1={a,b} D2={x,y,z}
RELAZIONI E TABELLE - I Le relazioni possono essere rappresentate graficamente, in maniera utilmente espressiva, sotto forma di tabelle Esempio (precedente): D1={a,b} D2={x,y,z} a b x y z prodotto cartesiano D1 × D2 a b x z y Relazione r1

71 prodotto cartesiano D1 × D2 × D3
ESEMPIO D1={x,y} D2={a,b,c} D3={3,5} x a b c 3 5 y x y a c 3 5 Relazione prodotto cartesiano D1 × D2 × D3

72 NON C’E ORDINAMENTO VERTICALE
x y a c 3 5 x y a c 3 5 x y a c 3 5 Rappresentano la stessa relazione

73 LE RIGHE SONO DISTINTE x y a c 3 5 x y a c 3 5 x y a c 3 5
Relazione valida Relazione non valida Relazione non valida

74 C’E’ ORDINAMENTO ORIZZONTALE
x y a c 3 5 x y a c 3 5 x y a c 3 5 Rappresentano relazioni diverse

75 ATTRIBUTI - I A ciascun dominio si associa un nome (attributo), che ne descrive il "ruolo" RetiCasa RetiFuori Casa Fuori L’ordinamento fra domini richiesto dalla definizione di relazione matematica e’ un limite a questa esigenza In vari contesti dell’informatica si tende a privilegiare notazioni non posizionali. L’introduzione del concetto di attributo permette di evitare il riferimento ai domini 3 2 1 Juve Lazio Roma Milan

76 L’ordinamento degli attibuti e’ irrilevante
ATTRIBUTI - II L’ordinamento degli attibuti e’ irrilevante 1 2 3 Juve Lazio Roma Milan RetiCasa RetiFuori Casa Fuori Stile americano 3 2 1 Juve Lazio Roma Milan RetiCasa RetiFuori Casa Fuori Stile europeo

77 Una relazione su X e’ un insieme di ennuple
FORMALISMO - I Corrispondenza Attributi - Domini dom: X D funzione che associa a ogni attributo AX un dominio D Una ennupla su un insieme di attributi X è una funzione che associa a ciascun attributo AX un elemento di dom(A): t[A] denota il valore della ennupla t sull'attributo A Una relazione su X e’ un insieme di ennuple

78 FORMALISMO - II 3 2 1 Juve Lazio Roma Milan RetiCasa RetiFuori Casa
1 Juve Lazio Roma Milan RetiCasa RetiFuori Casa Fuori Relazione Notazione per le ennuple: L‘ennupla rappresentata dalla prima riga t[Fuori] = Lazio t[RetiCasa] = 3 Notazione estesa ad insieme di attributi t[Fuori, RetiCasa]

79 RELAZIONI E DATABASE Di solito non è sufficiente una sola relazione per organizzare tutti i dati Un database è costituito (in generale) da più relazioni Le ennuple contengono valori comuni per stabilire corrispondenze

80 FORMALISMO - III Schema di relazione:  un simbolo R, detto nome della relazione, e un insieme di attributi A1, ..., An: R(A1,..., An) Schema di base di dati:  insieme di schemi di relazione con nomi diversi: R = {R1(X1), ..., Rk(Xk)} Istanza di relazione su uno schema R(X): insieme r di ennuple su X Istanza di base di dati su uno schema R= {R1(X1), ..., Rn(Xn) insieme di relazioni r = {r1,..., rn} (con ri relazione su Ri)

81 ESEMPIO R= {STUDENTI (Matricola, Cognome, Nome, Data di nascita),
Schema di Base di dati: R= {STUDENTI (Matricola, Cognome, Nome, Data di nascita), ESAMI(Studente, Voto, Corso), CORSI(Codice, Titolo, Docente)  R= {CORSI(Corso, Docente, Aula), AULE(Nome, Edificio, Piano), CORSISEDI(Corso, Aula, Edificio, Piano) 

82 Un database e’ un insieme di tabelle
Corso Aula Docente Rossi Basi di dati DS3 Bruni Reti N3 Neri Sistemi Controlli G Corsi Nome Piano Edificio OMI DS3 Terra Pincherle G Primo N3 Aule CorsiSedi Corso Aula Reti N3 Sistemi Controlli G Piano Edificio OMI Terra Pincherle Primo Un database e’ un insieme di tabelle

83 Il modello relazionale è basato su valori
CARATTERISTICA FONDAMENTALE Il modello relazionale è basato su valori Ovvero: i riferimenti fra dati in relazioni diverse sono rappresentati per mezzo di valori dei domini che compaiono nelle ennuple

84 VALORI VS PUNTATORI - I Matricola Cognome Nome Data di nascita 6554
Rossi Mario 05/12/1978 8765 Neri Paolo 03/11/1976 3456 Maria 01/02/1978 9283 Verdi Luisa 12/11/1979 studenti esami Studente Voto Corso 3456 30 04 3456 24 02 9283 28 01 6554 26 01 Codice Titolo Docente 01 Analisi Mario 02 Chimica Bruni 04 Verdi corsi

85 VALORI VS PUNTATORI - II
Matricola Cognome Nome Data di nascita 6554 Rossi Mario 05/12/1978 8765 Neri Paolo 03/11/1976 3456 Maria 01/02/1978 9283 Verdi Luisa 12/11/1979 studenti Codice Titolo Docente 01 Analisi 02 Chimica Bruni 04 corsi Studente Voto Corso 30 24 28 voti 26 29/03/2017

86 VANTAGGI indipendenza dalle strutture fisiche che possono cambiare dinamicamente si rappresenta solo ciò che è rilevante dal punto di vista dell’applicazione l’utente finale vede gli stessi dati dei programmatori i dati sono portabili piu' facilmente da un sistema ad un altro i puntatori sono direzionali

87 RAPPRESENTAZIONE GRAFICA - I
PERSONE(CodFiscale,Nome,Telefono) o più accuratamente PERSONE(CodFiscale:string(16),Nome:string(30), Telefono: optional integer) L’attributo sottolineato è la chiave primaria

88 RAPPRESENTAZIONE GRAFICA - II
Una (istanza della) relazione Persone, conforme a tale schema, è ad es. la seguente: E’ d’uso visualizzare una relazione come una tabella bidimensionale, con le colonne identificate dagli attributi e le righe contenenti i valori dei campi, nell’ordine indicato dall’intestazione delle colonne. La proprietà di essere chiave è riferita allo schema piuttosto che ad una particolare tabella: una chiave è tale (identifica le righe) in una qualunque istanza di un determinato schema. Nell’esempio precedente i valori dell’attributo Nome son tutti diversi tra loro, ma è una circostanza del tutto casuale; l’unica chiave dichiarata nello schema è l’attributo CodFiscale. Potremmo pertanto avere un’istanza di Persone in cui l’attributo Nome è ripetuto.

89 TIPI Due relazioni hanno lo stesso tipo se hanno uguali il numero degli attributi, gli attributi e il tipo degli attributi con lo stesso nome. stesso tipo Impiegati(Matricola :string, Cognome :string, AnnoNascita :integer, Provincia :string) Studenti( Cognome :string, Matricola :string, Provincia :string, AnnoNascita :integer) tipo diverso Docenti( Cognome :string, Matricola :integer, Provincia :string, AnnoNascita :integer) Docenti ha tipo diverso perché Matricola è di tipo intero e non stringa.

90 CHIAVI ESTERNE Le associazioni tra i dati sono rappresentate attraverso i valori di opportuni campi, chiamati chiavi esterne, che assumono come valori quelli della chiave primaria di un’altra relazione. In altre parole una chiave esterna è un attributo (od un insieme di attributi) di una relazione R che assume i valori della chiave primaria di un’altra relazione S. Serve a rappresentare un’associazione tra R ed S

91 CDS(SiglaCDS: string, NomeCDS: string, Tipo: string)
ESEMPIO - I Consideriamo l’associazione SEGUE tra STUDENTI e CDS (Corso di Studi). STUDENTI(Nome:string, Matricola: string, Provincia: string, AnnoNascita:int, SiglaCDS*: string) CDS(SiglaCDS: string, NomeCDS: string, Tipo: string) Il fatto che un corso di studi è associato ad uno studente si modella prevedendo nello schema della relazione STUDENTI un campo che assume come valori la chiave primaria di CDS, cioè SiglaCDS. SiglaCdS* è chiave esterna nella relazione STUDENTI, e serve a rappresentare un’associazione univoca da STUDENTI a CdS

92 ESEMPIO - II

93 ESEMPIO - III Il dominio di SiglaCDS* nella relazione STUDENTI coincide col dominio di SiglaCDS nella relazione CDS Se in una istanza di STUDENTI l’attributo SiglaCDS assume il valore “XYZ”, deve esistere, nella istanza di CDS una ennupla con SiglaCDS = “XYZ” Il motivo è ovvio; se una studente è iscritto a “XYZ”, deve esistere il Corso di Studi “XYZ” Tale proprietà si chiama Vincolo di integrità referenziale, e deve essere sempre soddisfatto da una chiave esterna:

94 DA MODELLO A OGGETTI A MODELLO RELAZIONALE - I
Data una descrizione di una base di dati con i meccanismi di astrazione del modello a oggetti, la sua trasformazione con il modello relazionale è alquanto laboriosa perché bisogna trattare la descrizione delle associazioni la descrizione delle gerarchie di classi le eventuali proprietà strutturate e multivalore e passare ad una loro descrizione con attributi atomici. Inoltre, essendo il modello relazionale meno espressivo del modello a oggetti, in generale si può procedere in più modi nella trasformazione e la scelta fra possibili alternative va fatta cercando di ottimizzare lo spazio di memoria occupata dalla base di dati e le prestazioni delle applicazioni.

95 DA MODELLO A OGGETTI A MODELLO RELAZIONALE - II
Nella conversione di uno schema espresso con il modello a oggetti gli obiettivi da perseguire sono: 1. rappresentare le stesse informazioni; 2. minimizzare la ridondanza; 3. agevolare il recupero dei dati in relazione. In generale nella conversione occorre duplicare delle informazioni e non si possono sempre rappresentare direttamente tutti i vincoli imposti dai meccanismi del modello a oggetti. Per garantire la coerenza dei dati duplicati, e il rispetto dei vincoli non esprimibili nel modello relazionale, occorre quindi definire opportunamente le operazioni che modificano la base di dati.

96 DA MODELLO A OGGETTI A MODELLO RELAZIONALE - III
La trasformazione di uno schema a oggetti in uno schema relazionale avviene eseguendo i seguenti passi: rappresentazione delle classi rappresentazione delle associazioni uno a uno e uno a molti; rappresentazione delle associazioni molti a molti o non binarie; rappresentazione delle gerarchie di inclusione; rappresentazione degli attributi multivalore; appiattimento gli attributi composti

97 1. Rappresentazione delle classi
Una classe C è rappresentata da una relazione R i cui attributi sono quelli di C si traduce in Studenti(Matricola, Nome, AnnoImmatric)

98 2. Rappresentazione delle associazioni uno a uno e uno a molti
Come abbiamo già visto nell’esempio degli studenti e dei corsi di studi, le associazioni uno a molti si rappresentano aggiungendo agli attributi della relazione rispetto a cui l’associazione è univoca una chiave esterna che riferisce l’altra relazione. ESEMPIO: la relazione tra corsi di studi e studenti, essendo univoca rispetto ai corsi di studi, si rappresenta aggiungendo agli studenti una chiave esterna SiglaCDS. Quando l’associazione è uno ad uno la chiave esterna si aggiunge ad una qualunque delle due relazioni, preferendo quella rispetto a cui l’associazione è totale. Se l’associazione ha degli attributi, questi vanno aggiunti alla relazione a cui si aggiunge la chiave esterna.

99 ESEMPIO - I Studenti(Matricola, Nome, AnnoImmatric, Codice*)
CorsidiLa(Codice, Nome, Tipo) la chiave esterna Codice* rappresenta l’associazione è_iscritto N.B. È un grave errore fare il contrario. Lo schema: Studenti(Matricola, Nome, AnnoImmatric) CorsidiLa(Codice, Nome, Tipo, Matricola*) rappresenta Corsi di Laurea ai quali può essere iscritto un solo studente!

100 ESEMPIO - II Dipartimenti(Nome, Facoltà, Cod*) Docenti(Cod, Settore) o
Se l’associazione è 1 a 1, cioè univoca in entrambi i versi, allora sono corrette entrambe le soluzioni. Dipartimenti(Nome, Facoltà, Cod*) Docenti(Cod, Settore) o Dipartimenti(Nome, Facoltà) Docenti(Cod, Settore, Nome*) La prima soluzione è migliore, ma entrambe sono corrette

101 3. Rappresentazione delle associazioni molti a molti o non binarie
Un’associazione molti a molti tra due classi si rappresenta aggiungendo allo schema una nuova relazione che contiene due chiavi esterne che riferiscono le due relazioni coinvolte. precisamente: se A è un’associazione multivalore da R ad S e da S ad R, A è rappresentata con uno schema di relazione in cui gli attributi sono le chiavi primarie pkR di R e pkS di S. A (pkR*, pkS*) Se l’associazione ha degli attributi, questi attributi vengono aggiunti alla nuova relazione, e non vanno a far parte della chiave della nuova relazione. Se l’associazione è multivalore in entrambi i versi, non è possibile rappresentarla con una chiave esterna. Viene introdotto un nuovo schema di relazione, che rappresenta le coppie di oggetti in associazione. In modo analogo, un’associazione ternaria si modella aggiungendo una nuova relazione che contiene tre chiavi esterne.

102 ESEMPIO - I CorsidiLa(Codice,Nome,Facoltà,Tipo)
Docenti(CodDoc, Settore) Insegna(Codice*, CodDoc*) Una ennupla di Insegna rappresenta una coppia (Corso_di_Lurea, Docente) di oggetti in associazione. Osserviamo che le chiavi di CorsidiLa e di Docenti sono chiavi esterne in Insegna, ed entrambe ne costituiscono la chiave primaria. Il docente identificato dal CodDoc 1592 insegna ai corsi di laurea identificati dai codici Inf, SBC e Mat , il docente identificato dal CodDoc 3014 insegna al corso di laurea identificato dai codici Inf, ecc...

103 ESEMPIO - II CorsidiLa(Codice,Nome,Facoltà,Tipo)
Docenti(CodDoc, Settore) Insegna(Codice*, CodDoc*, NumIns)

104 4. Rappresentazione delle gerarchie fra classi
Sia data una classe A con due sottoclassi B e C, tali che i tipi associati alle tre classi abbiano, rispettivamente, attributi (XA), (XA XB) e (XA XC), e sia KA la chiave primaria di A. Nel modello relazionale vi sono almeno tre modi diversi di rappresentare questa situazione: Relazione unica Partizionamento verticale Partizionamento B e C sono sottoclassi => hanno gli stessi attributi di A

105 Persone(CF, Nome, Tel, Matricola, Facoltà, Attività e Reddito)
4. Rappresentazione delle gerarchie fra classi Relazione unica Si definisce un’unica relazione con attributi (XA XB XC D) che raccoglie tutti gli elementi delle tre classi; gli attributi XB e XC possono assumere il valore nullo, e l’attributo D serve a indicare la classe a cui appartiene l’elemento. ESEMPIO: Consideriamo la classe Persone con attributi CF, Nome e Tel e due sottoclassi: Studenti, con attributi Matricola e Facoltà, e Lavoratori, con attributi Attività e Reddito Secondo la relazione unica definiremo un’unica relazione Persone con tutti gli attributi Persone(CF, Nome, Tel, Matricola, Facoltà, Attività e Reddito)

106 ESEMPIO Un solo schema di relazione, che contiene tutti gli attributi
Con questa soluzione viene ignorata la gerarchia: si perdono le sottoclassi

107 4. Rappresentazione delle gerarchie fra classi
Partizionamento verticale Si definiscono tre relazioni RA(XA), RB(KA*, XB), RC(KA*, XC), dove RA contiene tutti gli elementi della classe A, anche se stanno in qualche sottoclasse, mentre RB ed RC contengono solo quegli attributi, degli elementi di B e di C, che non sono in XA (attributi propri delle sottoclassi), ed una chiave esterna KA* che permette di ritrovare in RA il valore degli altri attributi. ESEMPIO si definiscono le relazioni Persone, con attributi CodFisc, Nome e Tel, Studenti con attributi CodFisc, Matricola e Facoltà e la relazione Lavoratoricon attributi CodFisc, Attività e Reddito. La relazione Persone contiene il codice fiscale il nome ed il telefono di tutte le persone, mentre le altre due relazioni contengono gli attributi propri delle sottoclassi, nonché il codice fiscale, che permette di risalire al nome; Persone(CodFisc, Nome, Telefono) Lavoratori(CodFisc*, Attività, Reddito) Studenti(CodFisc*, Matricola, Facoltà)

108 ESEMPIO Persone(CodFisc, Nome, Telefono)
Lavoratori(CodFisc*, Attività, Reddito) Studenti(CodFisc*, Matricola, Facoltà) Gli attributi di una persona che lavora sono divisi tra le due relazioni Persona (gli attributi di tutte le persone), e Lavoratori (gli attributi specifici dei lavoratori). Il collegamento tra i due insiemi di attributi (cioè l’ereditarietà) si ottiene con la chiave esterna. Analogamente per gli studenti. Si osservi che la gerarchia non è totale (Chiara e Guido non sono né studenti né lavoratori) non è esclusiva (Dante è studente e lavoratore) ma queste proprietà non si possono esprimere nello schema relazionale

109 4. Rappresentazione delle gerarchie fra classi
Partizionamento orizzontale Si definiscono tre relazioni RA(XA), RB(XA,XB), RC(XA, XC), dove RA contiene solo gli elementi della classe A che non stanno in nessuna delle sottoclassi, mentre RB ed RC contengono tutti gli elementi di B e di C NOTA: se le sottoclassi costituiscono una copertura, la relazione RA(XA) non viene definita perché sarebbe sempre vuota. ESEMPIO: trattandosi di sottoclassi che non soddisfano il vincolo di copertura si definiscono le relazioni Persone con attributi CodFisc, Nome, Telefono, Studenti con attributi CodFisc, Nome, Telefono, Matricola e Facoltà e la relazione Lavoratori con attributi CodFisc, Nome, Telefono, Attività e Reddito. La relazione Persone contiene le informazioni delle persone che non sono né studenti né lavoratori, la relazione Studenti contiene le informazioni degli studenti e la relazione Lavoratori contiene le informazioni dei lavoratori. Persone(CodFisc, Nome, Telefono) Lavoratori(CodFisc*, Attività, Reddito , Nome, Telefono) Studenti(CodFisc*, Matricola, Facoltà , Nome, Telefono)

110 ESEMPIO Tre schemi indipendenti, uno per ogni classe, contenenti tutti gli attributi di ciascuna classe Anche con questa soluzione viene ignorata la gerarchia: si perde la superclasse Si osservi che con nessuna delle tre soluzioni è in generale possibile esprimere i vincoli strutturali della gerarchia, vale a dire i vincoli di disgiunzione e di totalità

111 Utenti(Codice, Cognome) TelefoniUtenti(Codice*, Telefono)
5. Rappresentazione delle proprietà multivalore Una proprietà multivalore di una classe C si rappresenta eliminando il corrispondente attributo da C e creando una relazione con due attributi: una chiave esterna che fa riferimento alla chiave primaria di C ed un attributo che corrisponde all’attributo multivalore da trasformare. Un oggetto con chiave primaria K ed in cui l’attributo assume valore A1, ..., An si rappresenta poi inserendo nella nuova relazione n coppie (K, A1), ..., (K,An). ESEMPIO: si immagini che un utente abbia attributi Codice, Cognome e Telefoni, con Telefoni multivalore. Applicando la trasformazione, si ottengono le due seguenti relazioni: Utenti(Codice, Cognome) TelefoniUtenti(Codice*, Telefono)

112 Attori(CodFilm*, Attore)
ESEMPIO Film(CodFilm,Titolo,Regista,Anno) Attori(CodFilm*, Attore) Osservazione: La chiave della relazione Attori è costituita dalla coppia di attributi (CodFilm,Attore); per questo motivo possiamo rappresentare, per lo stesso film, più attori (ed anche più film per lo stesso attore). Avremmo anche potuto rappresentare la classe Film così: Film(CodFilm,Titolo,Regista,Anno,Attore) ove la chiave è costituita dalla coppia di attributi (CodFilm,Attore). Ma questa non è una buona rappresentazione: Se in un film recitano 12 attori, il titolo, il regista e l’anno saranno rappresentati 12 volte.

113 6. Appiattimento degli attributi composti
Se un attributo A di uno schema di relazione è di tipo strutturato con campi Ai, si sostituisce A con gli attributi Ai. Se A faceva parte della chiave primaria dello schema di relazione, si sostituisce A con gli attributi Ai nella chiave, e poi si verifica che non esista un sottoinsieme degli attributi della nuova chiave primaria che è esso stesso una chiave. Sullo schema relazionale ottenuto si ripetono questa trasformazione e la precedente finché esistono schemi di relazioni con proprietà composte e proprietà multivalore. ESEMPIO: se gli Utenti hanno un attributo strutturato Indirizzo con attributi Via, CAP e Città, applicando la trasformazione alla relazione Utenti(Codice, Cognome, Indirizzo) si ottiene lo schema di relazione Utenti(Codice, Cognome, Via, CAP, Città)

114 Riassumendo Le regole di traduzione
Entità: diventano tabelle ed i loro identificatori chiavi primarie Associazioni 1-1: se obbligatorie si procede come per le 1-N scegliendo il lato in cui includere gli attributi e la chiave esterna; se una opzionale si includono gli attributi e la chiave esterna sul lato“obbligatorio”; se entrambe opzionali si costruisce una tabella autonoma come per il caso N-N. Associazioni1-N:gli attributi dell’associazione e la chiave primaria della tabella relativa all’entità dal lato “N” sono inclusi nella tabella relativa all’entità dal lato“1”. Associazioni N-N: diventano tabelle con chiave primaria formata dall’unione delle chiavi delle entità coinvolte

115 Confronto tra modello E-R e modello Relazionale
Nonostante una evidente analogia tra Classe e Relazione Oggetto e Ennupla Attributo(E-R) e Attributo(Rel) sussiste in realtà una significativa differenza tra i concetti nei due modelli Non sempre una relazione rappresenta una classe: può rappresentare una associazione o un attributo multivalore Non sempre un’ ennupla rappresenta un oggetto: può rappresentare una coppia di oggetti in associazione o un possibile valore di un attributo multivalore Non sempre un attributo Rel rappresenta un attributo E-R: può rappresentare un oggetto di un’altra classe (chiave esterna)

116 Informazione incompleta
ll modello relazionale impone ai dati una struttura rigida: le informazioni sono rappresentate per mezzo di ennuple solo alcuni formati di ennuple sono ammessi: quelli che corrispondono agli schemi di relazione I dati disponibili possono non corrispondere al formato previsto Es: PERSONE(Nome, SecondoNome, Cognome) Franklin Roosevelt Delano Nome Cognome SecondoNome Winston Churchill Charles De Gaulle Josip Stalin

117 Informazione incompleta: soluzioni?
Non conviene (anche se spesso si fa) usare valori del dominio (0, stringa nulla, “99”, ...): potrebbero non esistere valori “non utilizzati” in fase di utilizzo (nei programmi) sarebbe necessario ogni volta tener conto del “significato” di questi valori Tecnica rudimentale ma efficace: valore nullo:  denota l’assenza di un valore del dominio (e non è un valore del dominio) si possono (e debbono) imporre restrizioni sulla presenza di valori nulli

118 Troppi valori nulli studenti Matricola Cognome Nome Data di nascita
6554 Rossi Mario 05/12/1978 9283 Verdi Luisa 12/11/1979 NULL Rossi Maria 01/02/1978 esami Studente Voto Corso NULL 30 NULL NULL 24 02 9283 28 01 Codice Titolo Docente 01 Analisi Mario 02 Chimica NULL Verdi corsi

119 Tipi di valore nullo (almeno) tre casi differenti valore sconosciuto
valore inesistente valore senza informazione I DBMS non distinguono i tipi di valore nullo Citta’ IndirizzoPrefettura Roma Via Quattro Novembre Genova NULL Ovada Prato

120 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) Ad uno schema associamo un insieme di vincoli e consideriamo corrette (valide, ammissibili) le istanze che soddisfano tutti i vincoli Un'istanza può soddisfare altri vincoli Vincoli di integrità: Esistono istanze di basi di dati che, pur sintatticamente corrette, non rappresentano informazioni possibili per l’applicazione di interesse

121 La Conoscenza Astratta nel modello Relazionale
Nel modello relazionale si possono esprimere i seguenti vincoli: Vincolo di chiave Vincolo di chiave esterna Tipo di un attributo Attributo obbligatorio Vincoli strutturali delle associazioni (non completamente)

122 La Conoscenza Astratta nel modello Relazionale
Rispetto al modello E-R, non è possibile rappresentare i vincoli delle gerarchie, mentre è possibile, solo in parte, rappresentare i vincoli strutturali delle associazioni Questo schema E-R si traduce nello schema relazionale S(h, a, k*) T(k, b) che rappresenta l’univocità e la totalità di R da S a T, ma non consente di esprimere la sua totalità da T ad S.

123 Una base di dati "scorretta"
Studente Voto Lode Corso 32 01 276545 30 e lode 02 787643 27 03 739430 24 04 Esami 32 27 e lode 739430 Matricola 276545 787643 Cognome Rossi Neri Bianchi Nome Mario Piero Luca Studenti 787643

124 Vincolo di integrità Proprietà che deve essere soddisfatta dalle istanze che rappresentano informazioni corrette per l’applicazione Un vincolo è una funzione booleana (un predicato): associa ad ogni istanza il valore vero o falso Perchè? descrizione più accurata della realtà contributo alla “qualità dei dati” utili nella progettazione (vedremo) usati dai DBMS nella esecuzione delle interrogazioni non tutte le proprietà di interesse sono rappresentabili per mezzo di vincoli formulabili in modo esplicito

125 Tipi di vincoli Vincoli intrarelazionali: coinvolgono una singola relazione del database. Esempi vincoli di ennupla vincoli di chiave vincoli su valore Vincoli interrelazionali: coinvolgono diverse relazioni del database. Esempio: vincoli di integrità referenziale

126 Vincoli di ennupla (Voto  18) AND (Voto  30)
Esprimono condizioni sui valori di ciascuna ennupla, indipendentemente dalle altre ennuple Caso particolare: vincoli di dominio: coinvolgono un solo attributo 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")

127 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)

128 Importanza delle chiavi
Chiave: insieme di attributi che identificano univocamente le ennuple di una relazione L’esistenza delle chiavi garantisce l’accessibilità a ciascun dato della base di dati Le chiavi permettono di correlare i dati in relazioni diverse: il modello relazionale è basato su valori In presenza di valori nulli, i valori della chiave non permettono di identificare le ennuple di realizzare facilmente i riferimenti da altre relazioni

129 non ci sono due ennuple con lo stesso valore sull’attributo Matricola
Chiave primaria Chiave su cui non sono ammessi nulli Notazione: sottolineatura Matricola 78763 65432 Nome Piero Mario 87654 43289 Cognome Neri Rossi Corso Ing Mecc Ing Inf Ing Civile NULL Nascita 86765 5/12/78 10/7/79 3/11/76 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 Data di Nascita

130 Un'altra chiave Matricola 27655 78763 65432 Nome Piero Mario 87654
67653 Cognome Neri Rossi Corso Ing Inf Ing Mecc Nascita 5/12/78 10/7/79 3/11/76 Rossi 5/12/78 Mario Rossi Mario 3/11/76 {Cognome, Nome, Nascita} è un’altra chiave:

131 Integrità referenziale
Informazioni in relazioni diverse sono correlate attraverso valori comuni in particolare, valori delle chiavi (primarie) le correlazioni debbono essere "coerenti"

132 Esempio Infrazioni Codice 34321 73321 64521 53524 Data 1/2/95 4/3/95
5/4/96 5/2/98 Vigile 3987 3295 9345 Prov Numero MI TO PR 39548K E39548 839548 Matricola 3987 3295 9345 Vigili Cognome Rossi Neri Nome Luca Piero Mario Mori Gino 7543 Auto Prov Numero MI TO PR 39548K E39548 839548 Cognome Rossi Neri Nome Mario Luca 29/03/2017

133 Infrazioni Codice 34321 73321 64521 53524 Data 1/2/95 4/3/95 5/4/96
5/2/98 Vigile 3987 3295 9345 Prov Numero MI TO PR 39548K E39548 839548 3987 3987 3295 3295 3295 9345 9345 L’associazione tra infrazioni e vigili è 1:N, è univoca rispetto a vigili => la chiave esterna va in infrazioni Matricola 3987 3295 9345 Vigili Cognome Rossi Neri Nome Luca Piero Mario Mori Gino 7543

134 Vincolo di integrità referenziale
Un vincolo di integrità referenziale (“foreign key”) fra gli attributi X di una relazione R1 e un’altra relazione R2 impone ai valori su X in R1 di comparire come valori della chiave primaria di R2 ES: vincoli di integrità referenziale fra: l’attributo Vigile della relazione INFRAZIONI e la relazione VIGILI

135 Violazione di vincolo di integrità referenziale
Infrazioni Codice 34321 73321 64521 53524 Data 1/2/95 4/3/95 5/4/96 5/2/98 Vigile 3987 3295 9345 Prov Numero MI TO PR 39548K E39548 839548 TO E39548 In auto la chiave primaria è formata da (Prov, Numero) Auto Prov Numero MI TO PR E39548 F34268 839548 Cognome Rossi Neri Nome Mario Luca TO E39548

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

137 Azioni compensative Esempio:
Viene eliminata una ennupla causando una violazione Comportamento “standard”: Rifiuto dell'operazione Azioni compensative: Eliminazione in cascata Introduzione di valori nulli

138 Eliminazione in cascata
Impiegati Matricola 34321 64521 53524 Cognome Rossi Neri Verdi Progetto IDEA XYZ NULL 73032 Bianchi 53524 Neri XYZ Progetti Codice IDEA BOH XYZ Inizio 01/2000 07/2001 09/2001 Durata 36 24 Costo 200 120 150 XYZ 07/2001 24 120

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

140 ESEMPI ESERCIZI

141 Esempio: Noleggio DVD Un negozio noleggia film in DVD
il negozio dispone di un catalogo dei film; ogni film è identificato dal codice DVD nel catalogo sono specificati il titolo del film, il regista, gli attori principali, la loro nazionalità ed il personaggio interpretato nel film, l’anno di produzione ciascun film è indicizzato da un insieme di termini (una lista di parole che descrivono sinteticamente il contenuto del film) I film possono essere anche in lingua originale (diversa dall’italiano); in tal caso nel catalogo è detto di che lingua si tratta, e se il film è sottotitolato. di ogni film presente nel catalogo il negozio dispone di uno o più DVD, ciascuno identificato dalla sua collocazione; se un DVD è noleggiato, interessa sapere il cliente che l’ha noleggiato e la data del noleggio. i clienti sono identificati da un codice; di essi interessa inoltre cognome, nome, indirizzo, telefono.

142 Come si procede? Si individuano le classi le associazioni
gli attributi le chiavi le gerarchie

143 Individuare le classi Le entità presenti nella realtà e che sono interessanti nel modello sono i film, i dvd, gli attori, i clienti; le classi individuate sono: gli attori costituiscono una classe in quanto interessano delle loro proprietà (nazionalità,…), mentre del regista interessa solo il nome, e quindi va considerato un attributo i dvd costituiscono una classe; sono concettualmente distinti dai film, e interessa sapere a chi sono noleggiati, ed in quale data Film Attori DVD Clienti

144 Individuare le associazioni
DVD Film contiene N:1 recita N:M èNoleggiato: 1:N Clienti Attori è parziale su film: ad un film possono non essere associati attori contiene è un’associazione N:1 perché un dvd rappresenta solo un film, mentre ad un film possono essere associati più dvd

145 Individuare attributi e chiavi
Attori nome nazionalità DVD collocazione data noleggio Clienti codice cliente cognome nome telefono indirizzo(città, via) codice DVD titolo regista anno lingua sottotitoli/no-sottotitoli termini Film

146 Schema relazionale FILM( codiceDVD, titolo, regista, anno, lingua, sottotitoli) rappresenta la classe FILM; l’attributo Termini non è rappresentato perchè è multivalore. Attori( nome, nazionalità) rappresenta la classe Attori Recita( codiceDVD*, nome* ) rappresenta l’associazione N:M recita DVD( collocazione, dataNoleggio, codiceDVD*, codiceCliente*) rappresenta la classe DVD e le associazioni contiene e èNoleggiato Clienti( codiceCliente, cognome, nome, telefono, città, via) l’associazione N:M si rappresenta creando una nuova relazione contenente le chiavi delle 2 classi in associazione l’associazione 1:N si rappresenta introducendo nella relazione che rappresenta la classe su cui si ha l’unicità la chiave dell’altra classe; ad es in dvd abbiamo 2 chiavi esterne se l’associazione è 1:1 è indifferente dove si mette la chiave

147 Individuare le gerarchie
Film In Lingua DVD Film DVD noleggiati contiene N:1 recita N:M èNoleggiato: 1:N Clienti Attori

148 Individuare attributi e chiavi
Clienti Attori codice cliente cognome nome telefono indirizzo(città, via) nome nazionalità DVD collocazione codice DVD titolo regista anno termini Film DVD noleggiati data noleggio Film In Lingua lingua sottotitoli/no-sottotitoli

149 Esempio Un impiegato ha codice,cognome ed uno stipendio;può partecipare ad un progetto definito da un budget e da un nome;l’impiegato può dirigere un solo dipartimento definito da un nome e dal telefono ma può afferire in date differenti a più dipartimenti; il dipartimento ha una sede composta da un indirizzo e da una città

150

151 Esercizio La segreteria di un corso di laurea deve gestire alcune informazioni relative all’orario delle lezioni. informazioni: aule, corsi, lezioni le aule sono identificate da un codice, di ogni aula interessa il numero dei posti, l’edificio in cui è situata, se ha o non ha proiettore alcune aule sono dotate di calcolatori, in questo caso interessa sapere il numero dei pc i corsi sono identificati da un codice; di ogni corso interessa il nome e il docente le lezioni sono caratterizzate da un’ora d’inizio, un’ora di fine, un giorno della settimana, il semestre ogni lezione è tenuta in un’aula e si riferisce ad un corso