Wintersemester 2010. Ist das derzeit wichtigste Datenmodell Wurde von Codd E.F. in den 70ern entwickelt Konsistenzprobleme werden durch einen Normalisierungsprozess.

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1 Wintersemester 2010

2 Ist das derzeit wichtigste Datenmodell Wurde von Codd E.F. in den 70ern entwickelt Konsistenzprobleme werden durch einen Normalisierungsprozess beseitigt MNRNameVornameGehalt 1MüllerFritz 2000 2MeyerFranz 2500 Zeile/ Tupel Spalte/ Attribut

3 Mengen sind die Wertebereiche (Domains) der beteiligten Attribute R dom (A1) x dom (A2) x dom (A3) … … …... …………. 2500 FranzMeyer2 2000 FritzMüller1 GehaltVornameNameMNR Mitarbeiter= {(1, Müller, Fritz, 2000, …), (2, Meyer, Franz, 2500, …),…}.

4 Vorname+ = (Fritz, Otto, …) Qualifikation* = (Administrator, Designer) Adresse = (Straße, Hausnummer, PLZ, Ort) Daraus folgt: Mitarbeiter = {(1, Müller, (Fritz, Otto), 2000, (Weg, 3, 12345, Stadt), (Administrator, Designer) )}. * = Wiederholungsgruppe (0,1,2,…) += Wiederholungsgruppe (1,2,3,…), mind. einmal ( )= Zusammengesetztes Attribut

5 Ai ist i-tes Attribut mit i=1, …, n. R=(A1, A2, …, An) Primärschlüssel kann auch durch eine Raute dargestellt werden: R=(A1, A2, A3, A4,…., An) R=(#(A1,A3), A2, A4, …, An) Wiederholungsgruppen und Zusammensetzungen: R = (A1, A2, A3*, A4) Mit: A3 = (A31, A32) und A4 =(A41, A42). * = Wiederholungsgruppe (0,1,2,…) += Wiederholungsgruppe (1,2,3,…), mind. einmal ( )= Zusammengesetztes Attribut

6 Vorgang wird auch Unnormalisierung genannt. RE = (A1, …, An) Wiederholungsgruppen und Zusammensetzungen werden zunächst in identischer Notation auf die Relation übertragen. E1BE2

7 RE1 = (S1, …) RE2 = (S2, …) RB = (S1, S2, BA1, …, BAn) – Primärschlüssel offen E1BE2

8 Entities und Beziehungstypen können strukturgleich auf Relationen übertragen werden Bauteil = (BNR, …) Firma = (FNR, …) Lieferant =(LNR, …) L =(BNR, FNR, LNR, Preis, Menge) – Primärschlüssel offen Bauteil L Menge Preis Lieferant Firma Lieferanten beliefern Firmen mit Bauteilen

9 Voraussetzung: Jede Postleitzahl entspricht einem Ort PLZOrt 11 gehört zu PLZ S1 Ort S2

10 S1PLZ 18010 21010 36020 S2Ort 1Graz 2Wien 3Innsbruck Identifikation durch S1, oder S2 aber ein Schlüssel (S1, S2) verletzt die geforderte Minimaleigenschaft. (Attribut kann entfernt werden!) PLZ = (S1, PLZ, S2 (Fremdschlüssel)) Ort = (S2, Ort) oder: PLZ = (S1, PLZ) Ort = (S2, Ort, S1(Fremdschlüssel) )

11 Mitarbeiter Leitet Abteilung 1 C Name MNR Abtname ABTNR Anschrift

12 Mitarbeiter = (MNR, …) Abteilung = (ABTNR, …) L = (MNR, ABTNR). –> eines von beiden ist Primärschlüssel oder: Mitarbeiter = (MNR, …, ABTNR) Abteilung = (ABTNR, ….) oder: Mitarbeiter = (MNR, …) Abteilung = (ABTNR, …, MNR).

13 Möglichkeit 1: Mitarbeiter = (MNR, …) Abteilung = (ABTNR, …) gehört zu = (MNR, ABTNR) Möglichkeit 2 Mitarbeiter = (MNR, …, Gehört_zu_Abteilung (AbtNr)) Abteilung = (ABTR, …). MitarbeiterAbteilung n1 gehört zu Semantisch verständlicher Fremdschlüssel

14 Kunde = (KNR, …) Artikel = (ArtNR, …) Kauft = (ArtNR, KNR; Anzahl, Datum, LNR) Kunde kann gleichen Artikel an verschiedenen Tagen kaufen: #(ArtNr, KNR, Datum) Kunde kann einen speziellen Artikel auch mehrmals am Tag kaufen: #(ArtNr, KNR, Datum, Lfd.Nr) KundeArtikel ncmc kauft

15 Zusatzaufgabe: 1.) Steht V für verwandt oder verheiratet? 2.) Wie wird dieses ERM in der Bachmann-Notation dargestellt?

16 Abteilung = (PNR, …) Verwand = (Wer, Mitwem, Art_der_Verwandtschaft) Beides Fremdschlüssel, beides Personalnummern

17 Transformation: Mitarbeiter=(MNR, Name, …) Leit =(MNR, Zulage, Position, …) Azubi =(MNR, Ausb, Berufsschule, …) Relationenschema: RE = (S, …) -> Supertyp, Primärschlüssel S RSE1 = (S, …) -> Subtyp, gleicher Schlüssel RSEn = (S, …) -> Subtyp, gleicher Schlüssel

18 Subtyp wird in den Supertyp mit aufgenommen Super-Typ: Person (PNR, …) Sub-Typ: Männer, Frauen Person (PNR, …, Geschlecht). Nur wenn disjunkt.

19 Spezialisierung wird als Information in den Supertyp aufgenommen Mitarbeiter = (MNR, Name, …, Mitarbeiterstatus) Leit = (MNR, Zulage, Position, …) Azubi = (MNR, Ausb, Berufsschule, …) Nachteil ist die Redundanz.

20 Beziehungen: Jede Person kann einen Kurs für beide buchen, Frauen können Kurse für Frauen buchen, Männer Kurse für Männer. Entities: Personen (Sub-Typen: Männer, Frauen), Kurs (Sub-Typen: Kurse für beide, Kurse für Frauen, Kurse für Männer) Attribute: Personennummer, Name, Vorname, Adresse, Straße, Hausnummer, Ort, PLZ, Tel, Internetadresse, Kursnummer, Kursbezeichnung, Preis, Termin.

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22 DD: Entity-Typ Person Attribute: Personennummer (PNR), Name, Vorname, Adresse=(Str, HNR, Ort, PLZ, Tel*), Internetadr*. Sub-Typen (d + t) Sup-Typ 1: Frau (F) Sub-Typ 2: Mann(M) Primärschlüssel: #(PNR) Beziehungstyp A-Buchung Beteiligte Entity-Typen: Person, KF Komplexitätsgrad: nc:mc * = Wiederholungsgruppe (0,1,2,…) += Wiederholungsgruppe (1,2,3,…), mind. einmal ( )= Zusammengesetztes Attribut

23 Person = (PNR, Name, Vorname, Adr = (Str, HNR, Ort, PLZ, Tel*), Inter*) Frauen = (PNR) Männer = (PNR) Kurs = (KNR, Kbez, Preis, Termine+) KA = (KNR) KF = (KNR) KM =(KNR) A-Buchung=(KA-KNR, Person-PNR) F-Buchung=(KF-KNR, Frauen-PNR) M-Buchung=(KM-KNR, Männer-PNR)

24 Gewährleistung und Erhaltung der Korrektheit (Konsistenz) des Datenbestandes zB wie wirkt sich eine Änderung auf die Qualität der Datenbank aus Konsistenzprobleme dieser Art werden Defekte oder Anomalien genannt. Änderungsanomalie Einfügeanomalie Löschanomalie

25 Bestimmte Informationen liegen in einer Relation mehrfach vor oder: MNr.NameVornameAbteilung 1HuberHeinzEinkauf 2MüllerAntonEinkauf KNr.NamePLZORT 1Huber8055Graz-Mariatrost 2Müller8055Graz-Mariatrost 3Meyer3100St. Pölten

26 Bsp. Änderungsanomalie: Name der Abteilung kann nicht einheitlich geändert werden Bsp. Einfügeanomalie: Projekt kann nicht ohne Mitarbeiter eingefügt werden Bsp. Löschanomalie: Wird ein Formular gelöscht, könnte ein Abteilungsname verloren gehen. Mitarbeiter = (MNR, Name, Vorname, Quali*, AbtNr, AbtName, PrArbeit+), mit PrArbeit = (PrNr, PrBez, Std)

27 Jede Relation enthält nur mehr atomare, also nicht weiter zerlegbare Attribute

28 Elimination von Zusammensetzungen und Wiederholungsgruppen. Beispiel: R= (A1,A2, A3*, A4 = (A41, A42), A5, A6, A7) R = (A1, A2, A4.A41, A4.A42, A5, A6, A7) R-A3 = (A1, A2, A3) wird zu

29 Eine Relation ist in der zweiten Normalform, wenn sie in der ersten Normalform ist und wenn es keine funktionalen Abhängigkeiten zwischen Nichtprimärschlüsselattributen und Teilen des Primärschlüssel gibt.

30 Elimination von funktionalen Abhängigkeiten mit Teilen des Primärschlüssels (partiellen funktionalen Abhängigkeiten) Beispiel: PrArbeit = (MNR, PRNR, LNR, PrBez, Std) Funktional abhängig: Für einen X-Wert (zB Schlüsselattribut) gibt es genau einen Y-Wert. Voll funktional abhängig: Alle Nichtschlüssel müssen vom gesamten Schlüssel abhängig sein, nicht nur von einem Teil. Nur 1 Primärschlüsselattribut: Alle Nichtschlüsselattribute hängen automatisch vom (gesamten) Primärschlüssel ab. =voll funktional abhängig

31 Projektbezeichnung hängt funktional nur von der Projektnummer ab PrArbeit = (MNR, PRNR, LNR, PrBez, Std) 2. Normalform: PrArbeit = (MNR, PRNR, LNR, Std) und Proj= (PRNR, PrBez). =partielle funktionale Abhängigkeit

32 #Auftr. Nr.#Artikel Nr.MengeHersteller 471122342A AG 471133673B AG 471112364B AG 481222344A AG 481244326C GmbH http://reeg.junetz.de/DSP/node7.html #SECTION03342000000000000000 Der ganze Schlüssel darf nicht verloren gehen, es dürfen auch keine Funktionen verloren gehen.

33 #Auftr. Nr.#Artikel Nr. Menge 471122342 471133673 471112364 481222344 481244326 #Artikel Nr.Hersteller 2234A AG 3367B AG 1236B AG 4432C GmbH 2. Normalform: jedes Attribut hängt vom ganzen Primärschlüssel ab.

34 Jedes Attribut sollte vom ganzen Primärschlüssel abhängen? Aufgabe/ Mitarbeiter = (PersNr, Aufgabenbereich, Name, Vorname, Abteilung)

35 Aufgabe/ Mitarbeiter = (PersNr, Aufgabenbereich, Name, Vorname, Abteilung) Mitarbeiter = (PersNr, Name, Vorname, Abteilung) Aufgabenbereich = (PersNr, AufgBereich) Mehrere Aufgabenbereiche sind möglich. Eine Relation ist automatisch in der 2. Normalform wenn sie in der ersten ist und ihr Primärschlüssel nicht zusammengesetzt ist.

36 Eine Relation ist in der dritten Normalform, wenn sie sich in der zweiten Normalform befindet und keine transitiv abhängigen Nichtprimärschlüsselattribute existieren.

37 Elimination von transitiven Abhängigkeiten (A1 -> A3 oder A1-> A2 -> A3) ZB Mitarbeiter = (MNR, Name, Vorname, AbtNr, AbtName) Mitarbeiter = (MNR, Name, Vorname, AbtNr) und Abt = (AbtNr, AbtName). wird zu

38 Beispiel Mitarbeiterformular ( 1 Entity-Typ): MNr, Name, Vorname, Quali*, AbtNr, AbtName, PrArbeit+ mit PrArbeit = (PRNr, PrBez, Std).

39 Transformation In diesem Fall eine Relation: MITARBEITER = (MNR; Name, Vorname, Quali*, AbtNr, AbtName, PrArbeit+) mit PrArbeit = (PRNR, PrBez, Std)

40 Überführung in die erste Normalform Zusammensetzungen und Wiederholungsgruppen werden aufgelöst: MITARBEITER = (MNR, Name, Vorname, ABTNR, AbtName) Quali = (MNR, LNR, Qualifikation) PRARBEIT = (MNR, PRNR, LNR, PrBez, Std) Ein Mitarbeiter kann mehrere Qualifikationen haben Projekt kann pro Mitarbeiter mehrmals auftreten

41 Überführung in die zweite Normalform 2. Normalform: jedes Attribut hängt vom ganzen Primärschlüssel ab. MITARBEITER = (MNR, Name, Vorname, ABTNR, AbtName) Quali = (MNR, LNR, Qualifikation) PRARBEIT = (MNR, PRNR, LNR, Std) PROJ = (PRNR, PrBez)

42 Überführung in die dritte Normalform Keine Nichtschlüsselattribute hängen transitiv voneinander ab. MITARBEITER = (MNR, Name, Vorname, ABTNR) ABT = (ABTNR, AbtName) Quali = (MNR, LNR, Qualifikation) PRARBEIT = (MNR, PRNR, LNR, Std) PROJ = (PRNR, PrBez)

43 Entitäten ARTIKEL = (Artikelnummer, Artikelbezeichnung, Stückpreis) KUNDE = (Kundennummer, Firmenname, Anschrift) Beziehungstypen FAKTURA = (Rechnungsnummer, Rechnungsdatum, Positionsnummer+ (lfd. Nummer auf einer Rechnung, pro Rechnung mehrere Artikel möglich), Menge, Artikelnummer, Kundennummer)

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45 ARTIKEL: in der 1. Normalform FAKTURA: in der 1. Normalform KUNDE: nicht in der 1. Normalform, da die Anschrift nicht atomar zerlegt ist. Kunde: Kundennummer Firmenbezeichnung Straße PLZ Ort Staat

46 Schlüssel: ARTIKEL: Artikelnummer KUNDE: Kundennummer FAKTURA: Rechnungsnummer u. Positionsnummer (auch Artikelnummer wäre statt Positionsnummer möglich) Funktionale Abhängigkeiten in ARTIKEL: Artikelnummer -> Artikelbezeichnung Artikelnummer -> Stückpreis Alle Schlüsselattribute sind vom ganzen Schlüssel funktional abhängig(voll funktional abhängig): 2. Normalform

47 Funktionale Abhängigkeiten in KUNDE: Kundennummer -> Firmenbezeichnung Kundennummer -> Straße Kundennummer -> Ort Kundennummer -> PLZ Kundennummer -> Staat PLZ -> Ort PLZ -> Staat Alle Schlüsselattribute sind vom ganzen Schlüssel funktional abhängig (voll funktional abhängig): 2. Normalform

48 Funktionale Abhängigkeiten in FAKTURA: Rechnungsnummer -> Rechnungsdatum Rechnungsnummer -> Kundennummer Rechnungsnummer + Positionsnummer -> Menge Rechnungsnummer + Positionsnummer -> ArtNr. FAKTURA: Rechnungsposten: Rechnungsnummer Rechnungsnummer RechnungsdatumPositionsnummer KundennummerMenge Artikelnummer Rechnungsdatum und Kundennumer sind nicht vom ganzen Schlüssel funktional abhängig: nicht in der 2. Normalform

49 ARTIKEL: ist in 3. Normalform Faktura: ist in 3. Normalform Rechnungsposten: ist in 3. Normalform KUNDE: transitive Abhängigkeiten KNr. -> Ort oder: KNr. -> PLZ-> Ort KNr. -> Staat oder: KNr. -> PLZ -> Staat KUNDE: ORTE: KundennummerPostleitzahl FirmennameOrt StraßeStaat PLZ

50 In welcher Normalform befinden sich die nachfolgenden Relationen zur Verwaltung von Leihautos. Begründen Sie Ihre Aussage? WagenNr.WagentypKunden-Nr. 2030Kleinwagen301 2040Transporter301 2070Limousine301 2090SUV301 Kunden-Nr.NameVornameGeb-Datum 301HurtigAnton20 04 73 302MeyerKatrin18 09 68 303HurtigHeidrun24 10 80 304SommerGerda03 01 90 Primärschlüssel: WagenNr. Primärschlüssel: KundenNr.

51 Prüfung erste Normalform: Die erste Normalform ist gegeben, da alle Attribute in atomarer Form vorliegen. Prüfung zweite Normalform: Die 2. NF ist gegeben, die die erste vorliegt und alle Attribute voll Funktional vom Primärschlüssel abhängig sind. Prüfung dritte Normalform: Die 3. NF ist gegeben, da die zweite vorliegt und da keine transitiven Abhängigkeiten zwischen Nichtschlüsselattributen vorliegen.

52 Schlüssel Attributgruppe, über deren Werte ein Tupel eindeutig identifiziert werden kann. (Namen können mehrfach vorkommen) Schlüsselkanditat Kein Attribut des Schlüssels kann entfernt werden, ohne dass die eindeutige Identifizierung verloren gehen kann. (Minimaleigenschaft) Primärschlüssel Ausgewählter Schlüsselkanditat Sekundärschlüssel Beliebige Attributgruppe, die aber unter Umständen nicht eindeutig identifiziert werden kann. Fremdschlüssel Primärschlüssel einer anderen Relation MNR ist ein künstlicher Schlüssel

53 Eine Relation stellt eine zweidimensionale Tabelle (Matrix) dar, sie hat einen Namen. Eine Tabellenzeile entspricht einem Tupel (Erweiterung des geordneten Paares) Spalten entsprechen den Attributen, Attribute erhalten einen Namen. Attribute nehmen Werte aus einem Wertebereich an (Domain) Im Kreuzungspunkt von Tupel und Spalte steht der Attributwert. Alle Tupel müssen paarweise verschieden sein, d. h. es darf keine zwei gleichen Tupel geben. Die Reihenfolge der Tupel und Spalten innerhalb einer Relation spielt keine Rolle. Die Anzahl der Attribute heißt Grad oder Ordnung einer Relation. Ein Tupel wird über einen (Primär-) Schlüssel eindeutig identifiziert. Attribute können strukturiert sein, d. h. sie können Zusammensetzungen und/ oder Wiederholungsgruppen sein. Eine Relation kann leer sein. Attributwerte einzelner Tupel können leer sein. Das ist dann ein Null- Wert, im Gegensatz zum Wert 0.