Linguagem de Consultas com suporte a Preferências

AULA 10 PPG107 - 2012

SISTEMAS DE BANCO DE DADOS –Pós-graduação em CC - UFU

Modelo de Preferência

R(A1,...,An) : esquema relacional Operadores de Preferências locais:

Atuam sobre os valores dos atributos. Permitem obter os melhores valores de acordo com

algum critério. Operadores de Preferências globais

Atuam sobre as tuplas Resultam de uma combinação de operadores locais Permitem obter as melhores tuplas de R(A1,...,An),

satisfazendo de acordo com algum critério.

Operadores Locais : Aproximação

AROUND <valor alvo> Favorece valores próximos de um valor alvo. Caso o valor alvo existe no banco de dados, este é

retornado. Caso contrário, o mais próximo deste valor é retornado.

BETWEEN [low,up] Favorece valores dentro do intervalo [low,up] Caso valores dentro do intervalo [low, up] existem, tais

valores são retornados. Caso contrário, os valores mais próximos de low ou up

são retornados.

Exemplo

SELECT * FROM VIAGENS

PREFERRING DURATION AROUND 14

SELECT * FROM VIAGENS

PREFERRING

START-DAY BETWEEN [1/9, 5/9]

Operadores Locais: Minimização, Maximização LOWEST (atributo)

Valores mínimos são privilegiados HIGHEST(atributo)

Valores máximos são privilegiados Versão SQL (agregados MIN e MAX)

Em PrefSQL é possivel aplicar LOWEST e HIGHEST sobre uma expressão aritmética envolvendo diversos atributos ou mesmo sobre o resultado de uma store procedure.

Exemplo

SELECT * FROM APART

PREFERRING HIGHEST(Area)

SELECT * FROM APART

PREFERRING LOWEST(Preço/Area)

Operadores Locais Favoritos / não-desejados

POS(Atributo,Pos-set) x < y se x não está em Pos-set e y ɛ Pos-set

NEG(Atributo,Neg-set) x < y se x ɛ Neg-set e y ε Neg-set

POS/NEG(Atributo,Pos-set,Neg-set) x < y se (x ɛ Neg-set e y ε Neg-set) ou (x ɛ Neg-set e x ɛ Pos-set e y ε Pos-set )

POS/POS(Atributo,Pos1-set,Pos2-set) x < y se (x ɛ Pos1-set e y ɛ Pos2-set) ou (x ɛ Pos1-set e x ɛ Pos2-set e y ɛ Pos1-set) ou

(x ɛ Pos1-set e x ɛ Pos2-set e y ɛ Pos2-set)

Exemplo

SELECT * FROM HOTELS

PREFERRING

POS/NEG (LOCAL,{centro,lidice},{umuarama})

Prefiro um hotel no centro ou no bairro lidice. Caso

não tenha nenhum disponível, pode ser qualquer um menos no umuarama.

Composição de Preferências Locais

Composição Pareto = todos os atributos tem igual importância t = (a1,…,an) s=(b1,…,bn) t > s se

Existe i talque ai > bi e Para todo j ≠ i, bj não é melhor do que aj (ou

ambos são indiferentes, ou aj > bj)

Exemplo

SELECT * FROM HOTELS

PREFERRING

POS/NEG (LOCAL,{centro,lidice},{umuarama})

AND

Preço BETWEEN [110, 150]

Introduzindo ordem de importância entre os atributos CASCADE

Associa diferentes níveis de importância às preferências locais

Aplica uma preferência após a outra. A ordem em que são apresentadas as

preferências é igual à ordem de importância entre os atributos

Exemplo

SELECT * FROM HOTELS

PREFERRING

POS/NEG (LOCAL,{centro,lidice},{umuarama})

CASCADE

Preço BETWEEN [110, 150]

CASCADE

Dog-Accepted = ‘sim’

Combinando composição Pareto com CascadeExemplo: cliente comprando um carro usado.CARRO(MARCA,CATEGORIA,PREÇO,COR,POTENCIA,KM)

(1) Meu carro favorito deve ser da marca Chevrolet. Não admito outra marca de carro. Restrição forte sobre MARCA – não se trata de uma

preferência, mas de uma exigência.

(2) Prefiro que seja uma caminhonete, mas se não tiver, prefiro que não seja van.

Preferência POS/NEG sobre CATEGORIA

Combinando composição Pareto com Cascade - continuação(3) Igualmente importante, quero gastar em torno de 40

mil reais e o carro deve ser tão potente quanto possível.

Preferência AROUND sobre PREÇO e HIGHEST sobre POTENCIA

(4) Menos importante para mim é a cor, embora se for para escolher, prefiro vermelho.

Preferência POS sobre COR

(5) Se houver muitas opções possiveis, decido pelo que tem menos quilômetros rodados.

Preferência LOWEST sobre KM

Combinando composição Pareto com Cascade - continuação

SELECT * FROM CARRO

WHERE MARCA = ‘Chevrolet’

PREFERING

POS-NEG(CATEGORIA,{Caminhonete},{Van})

AND PREÇO AROUND 40000

AND HIGHEST(POTENCIA)

CASCADE POS(COR,{Vermelho})

CASCADE LOWEST(KM)

Funções de Qualidade

Tuplas selecionadas ou rejeitadas pela cláusula WHERE: razão da aceitação ou rejeição é clara – não

satisfaz a condição especificada.

Tuplas selecionadas ou rejeitadas pela cláusula PREFERRING : Razão da aceitação ou rejeição não é clara –

não depende somente da tupla, mas também de seus competidores.

As Funções de Qualidade

TOP(A) : verdadeiro se o valor para o atributo A é o melhor.

LEVEL(A) = n se o valor do atributo A dista do valor optimal de n unidades. O valor optimal está no nível 1.

DISTANCE(A) : para atributos numéricos.DISTANCE(A) = n se

| valor(A) – valor optimal | = n

ExemploCarro MARCA COR KM

Alfa Ro Branco 19Honda Verde 19Jaguar Amar. 35Audi Verm. 40

Mercedes Verm 43Toyota Amar. 51

SELECT MARCA, COR, KM, LEVEL(COR), DISTANCE(KM)FROM CARROPREFERRING POS-POS(COR, {branco}, {Amarelo}) AND KM AROUND 40

t1t2t3t4

t5t6

t1 t2

t3t4 t5

t6

t3

MARCA COR KM L(COR) DIST(KM)

Audi Verm. 40

Jaguar Amar. 35

Alfa Ro Branco

3 0

2 5

19 1 21

Exemplo - continuação

RESULTADO

t4

t3

t1

Controle de Qualidade

Utilizado para retornar melhores alternativas, quando as preferências não podem ser totalmente satisfeitas.

Utilizada também quando o usuário estabelece um certo grau de qualidade para as respostas.

Exemplo

Um cliente de uma agência de viagens procura um “pacote” que tenha início por volta do dia 3 de Julho e dure aproximadamente 2 semanas. Mas não aceita variações acima de dois dias para cada critério.

SELECT *

FROM VIAGEM

PREFERRING start_day AROUND ‘3/7/2009’

AND DURATION AROUND 14

BUT ONLY DISTANCE(start_day) <= 2

AND DISTANCE(duration) <= 2

Bloco básico de PrefSQL

SELECT <Lista atributos, funções de qualidade>

FROM < tabelas>

WHERE <condições>

PREFERRING <condições de preferência>

GROUPING <lista de atributos>

BUT ONLY <condições but_only>

ORDER BY <lista de atributos>

Semântica de PrefSQL

Executa as operações de junção da cláusula FROM e seleciona as tuplas verificando as condições da cláusula WHERE. Obtém-se assim uma relação R.

Encontra as tuplas optimais com relação às preferências da cláusula PREFERRING.

As tuplas optimais pertencentes à relação R são retornadas caso exista alguma nestas condições.

Caso contrário: considera todas as tuplas de R satisfazendo a condição BUT ONLY e retorna aquelas que não são dominadas.

Plano de Execução básico

R1 Rn…

WHERE ----: SELEÇÃO

SelectBest ---: SELECIONA TUPLAS NÃO-DOMINADAS

SELECT ------: PROJEÇÃO

FROM ----: OPERADOR DE JUNÇÃO

BEST-: TUPLASOPTIMAIS satisfazendo condição do Where

BUT-ONLY

≠ ø

= ø

Exemplo

t1 t7

t2

t4

t3t6

t5

Não satisfaz a restrição “hard”da cláusula where

Tuplaideal

t2 e t4 são as melhores satisfazendo as preferências

t2 satisfaz a restrição but-onlyt4 não satisfaz a restrição but-only

Resposta: t2

Banco de dados só contémt2, t4, t5, t7

Características da versão 1.3

Consultas de PREFSQL podem ser invocadas como sub-consulta do comando INSERT.

Sub-consultas da cláusula WHERE não podem conter a cláusula PREFERRING.

A cláusula ORDER BY não aceita ordenação por valores de uma função de qualidade.

Ordenação por função de qualidade deve ser codificada de forma ad-hoc.

Implementação de PrefSQL

Implementação iniciou em 1997- grupo alemão da Universidade de Augsburg. Primeira versão comercial em 1999.

Consultas com preferências são traduzidas em consultas SQL.

Um driver JDBC de Preferências se responsabiliza por esta tradução e otimização.

Em seguida o driver JDBC standard de SQL envia a consulta para o SGBD.

O otimizador SQL do SGBD otimiza a consulta mais uma vez.

O plano de execução mais adequado é executado pelo SGBD.

Esquema Geral

Aplicação (ex. e-comércio) Driver JDBC de Preferências

Otimizador de Preferências

Driver JDBC standard do SQLSQL do SGBD

Procedimento Geral para encontrar as melhores tuplas

1. Max:= ø

2. Seleciona uma tupla t1 em R

3. Insere t1 em Max se não existe nenhuma tupla t2 em R que é melhor do que t1.

4. Repete passos (2) e (3) até que todas as tuplas foram selecionadas.

5. Retorna Max = tuplas não-dominadas.

Otimizador de Preferências

Pode invocar algoritmos específicos (bibliotecas) para encontrar as melhores tuplas.

OU Pode invocar um tradutor que transforma a

consulta com preferência em uma consulta SQL normal.

Cabe ao otimizador de preferências analisar qual a melhor política.

Exemplo

Select * FROM CARROSPREFERRING MARCA = ‘Audi’ ANDDIESEL = ‘sim’

Semântica Pareto: t1 > t2 se

t1(MARCA) = ‘Audi’ E t2(MARCA) ≠ ‘Audi’ E t1(DIESEL) = t2(DIESEL)

t1(MARCA) = ‘Audi’ E t2(MARCA) ≠ ‘Audi’ E t2(DIESEL) = ‘não’

t1(DIESEL) = ‘sim’ E t2(DIESEL) = ‘não’ E t1(MARCA) = t2(MARCA)

t1(DIESEL) = ‘sim’ E t2(DIESEL) = ‘não’ E t2(MARCA) ≠ ‘Audi’

Tradução em SQL

Create View Aux ASSELECT *, CASE WHEN MARCA = ‘Audi’ THEN 1 ELSE 2 END AS MARCA-

LEVEL, CASE WHEN DIESEL = ‘Sim’ THEN 1 ELSE 2 END AS DIESEL-LEVELFROM CARROS;

AUX MARCA MODELO KM DIESEL MARCA-LEVEL DIESEL-LEVEL 1 1 1 2 2 1 2 2

Tradução em SQL

INSERT INTO MAX

SELECT MARCA, MODELO, KM, DIESEL FROM AUX A1

WHERE NOT EXISTS

(SELECT * FROM AUX A2

WHERE (A2.MARCA-LEVEL < A1.MARCA-LEVEL AND

A2.DIESEL-LEVEL <= A1.DIESEL-LEVEL)

OR

(A2.DIESEL-LEVEL < A1.DIESEL-LEVEL AND

A2.MARCA-LEVEL <= A1.MARCA-LEVEL)

Discussão

PrefSQL não é uma extensão de SQL standard. Não tem um poder de expressão maior.

SQL3 é mais expressivo do que SQL standard SQL3 permite consultas recursivas É provado que não é possivel realizar consultas

recursivas somente com os operadores do SQL standard.

Qualquer operador de otimalidade que tem a semântica BMO (Best Matches Only) pode ser expresso com os operadores do SQL standard.