Corso Di Basi Di Dati 04 Progettazione Logica

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A.A. 2005/2006 Basi di Dati e Laboratorio 1

Corso di Basi di Dati e Laboratorio

PROGETTAZIONE LOGICAProf. Silvana Castano


PROGETTAZIONE LOGICA

SCHEMA CONCETTUALE (i.e., E-R)

SCHEMA LOGICO(specifico del DBMS, i.e., relazionale)

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ATTIVITA’

• Ristrutturazione dello schema concettuale(generale, indipendente dallo specifico modello logico)

• Traduzione nello schema logico(si fa riferimento ad uno specifico modello logico, per noi sarà il modello relazionale)

• Verifica di ‘normalizzazione’ sullo schema logico ottenuto


RISTRUTTURAZIONE DI SCHEMI ER

• Modifiche apportate allo schema ER sulla base di valutazioni legate ai parametri di carico della BD

• Classi di modifiche:• Analisi dei dati derivati (ridondanza)• Eliminazione delle gerarchie di generalizzazione• Scelta degli identificatori primari

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INPUT

• Schema Concettuale (ER) dei dati• Dati quantitativi sul carico applicativo della

BD• Modello logico obiettivo (i.e., relazionale)


CARICO APPLICATIVO DELLA BD

• Carico: insieme di applicazioni che la BD dovrà supportare

• Per valutare il carico operativo della BD è necessario conoscere informazioni circa:– Volume dei dati (nr. medio di occorrenze di ogni

entità/associazione, nr. medio di partecipazioni delle entità alle associazioni)

– Operazioni più frequenti• Tipologia: interattiva o batch• Frequenza: nr. Medio di esecuzioni in un certo intervallo di

tempo• Dati coinvolti negli accessi: entità e/o associazioni

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ANALISI DEI DATI DERIVATI

• Presenza di attributi il cui valore è derivato (es., valore aggregato) ovvero può essere calcolato mediante algoritmi a partire da altri valori memorizzati nella BD

• VANTAGGIO: Efficienza, si evita di ricalcolare il valore derivato ogni volta

• SVANTAGGI: Overhead di elaborazione ==> necessità di mantenere la consistenza tra i dati derivati ed i dati costituenti. Occupazione di memoria


DATI DERIVATI

Attributi derivabili da altri attributi della stessa entità

Attributi derivabili da altri attributi di altre entità

Fattura netto

IVAlordo

composizione(1,N) (1,N)

Acquisto Imp. totale Prodotto prezzo

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DATI DERIVATI

Attributi derivabili da operazioni di conteggio di occorrenze

Associazioni derivabili dalla composizione di altre associazioni(cicli)

Persona residenza(1,1) (1,N)

Città Nr. abitanti

Corso

Professore

insegnamento(1,1)

(1,1)

frequenzaStudente (1,N)(0,N)

docenza(0,N) (1,N)


ANALISI DEI DATI DERIVATI

• La convenienza del mantenimento degli dati derivati va valutata confrontando:

– Nr. di operazioni necessarie per calcolare il dato derivato

VS.– Nr. di operazioni di aggiornamento extra necessarie

per mantenere la consistenza della BD in presenza del dato derivato

– Memoria addizionale utilizzata

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ELIMINAZIONE GERARCHIE DI GENERALIZZAZIONE

• I modelli logici come il relazionale non rappresentano esplicitamente le gerarchie di generalizzazione

• Occorre rappresentarle attraverso tipi di entità e associazioni

• 3 opzioni:– 1: Mantenimento della sola entità superclasse– 2: Mantenimento delle sole entità sottoclassi– 3: Mantenimento di tutti i tipi di entità


Opzione 1

• Si mantiene solo la superclasse e si eliminano le sottoclassi

• Ristrutturazioni sullo schema– Aggiunta di un nuovo attributo TIPO sull’entità generica per

mantenere la distinzione tra le varie occorrenze dell’entità generica

– Revisione delle cardinalità di associazioni/attributi definiti sulle entità sottoclasse (la cardinalità minima diventa zero)

• Applicabilità: tutti i tipi di gerarchie

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ESEMPIO

WordProc.

Ingegnere

Usa

Specializzazione(0,N)

(0,N)

(t,e)

Direttore Nr. Subalterni

Dipartimentoafferisce(1,1) (0,N)

Impiegato CF

Nome

Segretario Skill


ESEMPIO opzione 1

WordProc.

Usa

Nr.SubalterniSpecializzazione

(0,N)

(0,N)

(0,1)(0,1)

Tipo (S/I/D)

CF

SkillNome Impiegato

(0,1)


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• Si mantengono solo le sottoclassi e si elimina la superclasse

• Ristrutturazioni sullo schema– Ereditarietà esplicita di tutti gli attributi e associazioni della

superclasse sulle sottoclassi– Non si alterano le cardinalità delle associazioni definite sulle

sottoclassi

• Applicabilità: gerarchie di tipo TE

Opzione 2


ESEMPIO opzione 2

Dipartimento

WordProc.

DirettoreIngegnere

afferisce

Usa

(0,N)

(1,1)

Nr.Subalterni

Specializzazione

(0,N)

(0,N)

CF

Nome

CF Nome

afferisce afferisce

(0,N)

(1,1)

(0,N)

(1,1)

SegretarioSkillCF

Nome

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• Si mantengono sia la superclasse sia le sottoclassi

• Ristrutturazioni sullo schema– Si definiscono associazioni ‘1:1’ esplicite tra la superclasse ed

ogni sottoclasse per la rappresentazione dei legami ‘is-a’ della gerarchia.

– Le sottoclassi sono identificate esternamente dalla superclasse– Non si alterano le cardinalità delle associazioni preesistenti

• Applicabilità: tutti i tipi di gerarchie

Opzione 3


Impiegato

WordProc.

DirettoreIngegnereSegretario

Usa

CF

Nome

Nr.Subalterni

Specializzazione

Skill

(0,N)

(0,N)

èèè(0,1)

(0,1)(0,1)

(1,1) (1,1) (1,1)

ESEMPIO opzione 3


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• Dopo gli aggiornamenti, occorre verificare che per ogni istanza delle specializzazioni esista una istanza dell’entità generica

• Per le generalizzazioni totali, occorre verificare che ad ogni istanza della generalizzazione corrisponda un’istanza di qualche specializzazione

MANTENIMENTO DI TUTTE LE ENTITA’


ANALISI DELLE GERARCHIE

• Le scelte tra le alternative sono guidate dalla tipologia di operazioni che sono eseguite sulle entità della gerarchia.

• La maggioranza delle operazioni usa attributi di gerarchia, senza distinzione tra le istanze delle specializzazioni

Alternativa 1 assicura un numero minore di accessi rispetto alle altre due alternative

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• La maggioranza delle operazioni usa contemporaneamente attributi dell’entità generica ed attributi di singole specializzazioni e la gerarchia è di tipo ‘(t,e)’


Alternativa 2 assicura un risparmio di memoria rispetto ad ‘1’, per assenza di valori nulli e riduzione di accessi rispetto a ‘3’ perché non si visita l’entità generica per accedere ad alcuni attributi


• La maggioranza delle operazioni usa attributi dell’entità generica e di sue specializzazioni, anche non contemporaneamente

• N.B. Gerarchie a più livelli sono trattate ricorsivamente, partendo dal basso


Alternativa 3 assicura un risparmio di memoria rispetto ad ‘1’, per assenza di valori nulli e riduzione dei tempi di accesso rispetto a ‘2’ per un numero minore di attributi

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SCELTA DEGLIIDENTIFICATORI PRIMARI

• Identificazione della chiave primaria per il relazionale

CRITERI DI SCELTA IN ER• Identificatori con possibili valori nulli non possono essere

scelti come primari• Un identificatore semplice è da preferire ad identificatori

composti (e.g., uso di identificatori surrogati)• Identificatore usato da molte operazioni è da preferire


ELIMINAZIONE DIATTRIBUTI MULTIVALORE

• Un attributo multivalore ‘a’ di un’entità E è rappresentato mediante una nuova entità E’ e una associazione R tra E’ con E (caso particolare di partizionamento)

Card(E, R) = Card(a)

• Alcuni DBMS consentono la rappresentazione di attributi multivalore

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Recapito

(1,N) (1,1)

ESEMPIO

(1,N)Agenzia

Nome

IndirizzoCittà

Telefono

Agenzia

Nome

Indirizzo

Città

TelefonoNumero


• Alternativa 1: si considerano tutti gli attributi componenti come attributi dell’entità

ELIMINAZIONE DI ATTRIBUTI COMPOSTI

Via Città

Indirizzo

CAP

PersonaCF

NomeEtà

ViaCittàCAP

PersonaCFNomeEtà

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• Alternativa 2: si considera l’attributo composto come un unico attributo (con dominio stringa di caratteri), unione di tutti i componenti.

ELIMINAZIONE DIATTRIBUTI COMPOSTI

Via Città

Indirizzo

CAP

PersonaCF

NomeEtà

PersonaCFNomeEtà

Indirizzo


PROGETTAZIONE LOGICA DI BD RELAZIONALI

• Generazione dello schema relazionale a partire dallo schema dati ER (Regole di Trasformazione)

• Verifica di Normalizzazione sullo schema relazionale generato (verifiche di normalizzazione possono essere svolte anche sullo schema concettuale integrato)

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TRADUZIONE DA ER A RELAZIONALE

• Traduzione di tipi di entitàUn tipo di entità E={K, W}, con- K={a1, a2, …, at} identificatore di E- W={a(t+1), …, am} attributi descrittivi di E

è tradotto in una relazione con schemaE(a1,a2, …, at, a(t+1), …, am) = E(K, W)

con chiave primaria K


Persona(CF, Nome, Indirizzo, Età)

• Si applica a tutte le entità dello schema (le generalizzazioni sono già state ristrutturate)

ESEMPIO

PersonaCF

NomeEtà

Indirizzo

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GENERAZIONE DELLO SCHEMA RELAZIONALE - ASSOCIAZIONI

• Per la trasformazione di associazioni occorre considerare:– Tipo di associazione (binaria, N-aria)– Vincoli di integrità:

• cardinalità massime (‘1:1’, ‘1:N’, ‘N:M’)• cardinalità minime

(partecipazione opzionale/obbligatoria)


• R tra E1={K1, W} e E2={K2, X} e Max-Card(E1, R)= n e Max-Card(E2, R)= n, con– K1 identificatore di E1– W insieme di attributi descrittivi di E1– K2 identificatore di E2– X insieme di attributi descrittivi di E2– C={c1, …, cq} attributi descrittivi di R (se definiti)

ASSOCIAZIONI ‘N:M’

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• E’ trasformata in una relazione con schema:R(K1, K2, C)

con chiave primaria K1 ∪ K2• Valutare se C può diventare parte della chiave

primaria, (es.: Serie storiche)• Se C = ∅, lo schema di relazione R possiede

solo gli attributi chiave delle entità partecipanti

ASSOCIAZIONI ‘N:M’


Studente (Matricola, Nome, Indirizzo)Corso (Codice-Corso, Nome)Frequenza (Matricola, Codice-Corso, Voto)

ESEMPIO

Frequenza(1, N) (1,N)

StudenteMatricola

NomeIndirizzo

Corso

Codice-Corso

Nome

Voto

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• R tra E1={K1, W} e E2={K2, X} e Max-Card(E1, R)= 1 e Max-Card(E2, R)= 1, con– K1 identificatore di E1– W insieme di attributi descrittivi di E1– K2 identificatore di E2– X insieme di attributi descrittivi di E2– C attributi descrittivi di R (se definiti)

ASSOCIAZIONI ‘1:1’


• R è rappresentata mediante chiave esterna in uno dei due schemi di relazione definiti per E1 ed E2:– E1(K1, W, K2, C)

E2(K2, X)oppure

– E1(K1, W)– E2(K2, X, K1, C)

ASSOCIAZIONI ‘1:1’

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ESEMPIO Partecipazione Obbligatoria

Cliente (Codice-Cli, Nome, Indirizzo, Cod-Carta, Tipo)CartaCredito (Cod-Carta, Tipo, Scadenza)

Possiede(1, 1) (1,1)

Cliente

Codice-Cli

Nome Indirizzo Scadenza

CartaCredito

Cod-Carta Tipo


Cliente (Codice-Cli, Nome, Indirizzo)CartaCredito (Cod-Carta, Tipo, Scadenza, Codice-Cli)

Possiede(0, 1) (1,1)

Cliente

Codice-Cli

Nome Indirizzo Scadenza

CartaCredito

Cod-Carta Tipo

ESEMPIO Partecipazione Opzionale

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• R tra E1={K1, W} e E2={K2, X} e Max-Card(E1,R)=1 e Max-Card(E2,R)= N (o viceversa)

con– K1 identificatore di E1– W insieme di attributi descrittivi di E1– K2 identificatore di E2– X insieme di attributi descrittivi di E2– C attributi descrittivi di R (se definiti)

ASSOCIAZIONI ‘1:N’


• R è rappresentata aggiungendo la chiave esterna K2 nello schema di relazione definito per E1, dove si aggiunge anche l’insieme C

• E1(K1, W, K2, C)• E2 (K2, X)

• Se C = ∅, si aggiunge solamente K2

ASSOCIAZIONI ‘1:N’ (‘N:1’)

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Città (Nome, Nr.Abitanti, NomeStato)Stato (Nome, Governatore, Popolazione)

ESEMPIO

Locazione(1, 1) (1,N)

CittàNome

Nr.Abitanti

Stato Nome

Governatore

Popolazione


Emissione(0, 1) (1,N)

Ordine (Nr.Ordine, Data)Venditore (Nome, Telefono)Emissione (Nr.Ordine, Nome, Sconto)

Soluzione consigliata in presenza di un numero elevato di ordini emessi senza venditore

Ordine

Nr.OrdineDataSconto

ESEMPIO - Partecipazione Opzionale

Venditore

NomeTelefono

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• E1={K1, W} entità debole E2={K2, X} entità forte, con R tra E1 e E2, Max-Card(E1, R)= 1, con

• K1 ∪ K2 identificatore esterno di E1• W insieme di attributi descrittivi di E1• K2 identificatore di E2• X insieme di attributi descrittivi di E2

• La chiave dell’entità debole contiene l’identificatoredell’entità forte:

• E1={K1, K2, W}• E2={K2, X}

ENTITA’ CON IDENTIFICATORE ESTERNO


Afferenza(0, N)

(1,1)Impiegato

Codice-Imp

Impiegato (Codice-Imp, Codice-Rep, Nome)Reparto (Codice-Rep, Locazione)

Nome

GENERAZIONE SCHEMA RELAZIONALE ESEMPIO Identificatore Esterno

Reparto

Codice-Rep

Locazione

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ASSOCIAZIONI N-arie

• R associazione N-aria tra E1, E2, …, Ep con E1={K1, W}, E2={K2, X}, …, Ep={Kp, Z}, con C (eventuale) insieme di attributi descrittivi di R

• Si procede in maniera analoga alle associazioni binarie ‘N:M’

• R è trasformata in una relazione con schema:E(K, C)

• con chiave primaria K = K1 ∪ K2 ∪ … ∪ Kp o un suo sottoinsieme (necessaria verifica di minimalità)

• Se C = ∅, lo schema di relazione R possiede solo gli attributi chiave delle entità partecipanti


• R ricorsiva su E={K, W}‘N:M’

• R è di tipo ‘N:M’, è trasformata in una relazione con schema:

R(K’, K’’)dove K’ e K” coincidono con K, ma sono opportunamente ridenominati per evidenziare il ruolo di E nei due rami di R

GENERAZIONE SCHEMA RELAZIONALEASSOCIAZIONI RICORSIVE

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‘1:N’• R è di tipo ‘1:N’, due alternative:

• Come sopraR(K’, K’’)

con chiave primaria K’, ridenominata da K per il ramo con Max-Card = 1 in R

• Si segue la regola delle ‘1:N’R(K, W, K’’)

con K’’ chiave ridenominata secondo il ramo con Max-Card = N in R

GENERAZIONE SCHEMA RELAZIONALERELAZIONI RICORSIVE


N:M Impiegato (Nome, Età)Direzione (NomeDirettore, NomeSubalterno)

1:N Impiegato (Nome, Età, NomeDirettore)

DirezioneSubalterno Direttore

Impiegato

NomeEtà

ESEMPIO

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