29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 1
Modelování dat
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 2
Datový model
• Definuje neměnné atributy a strukturu dat.
• Slouží jako stabilní základ procesního modelu.
• Data, která systém uchovává, jsou relativně konstantní. V čase
se daleko více mění způsob jejich zpracování, než jejich
struktura.
• Datový model vyjadřuje vztahy, které nejsou zachyceny
v procesních modelech.
• Vztahy v datovém modelu nesmí být porušeny při transformaci
dat jednotlivými procesy.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 3
Komponenty datového modelu
• Entita - objekt, o němž uchováváme informace
- Je identifikovatelná (existuje způsob, jak odlišit jednotlivé entity
od sebe).
- Je potřebná , hraje významnou roli ve vytvářeném systému.
- Je popsána nejméně jedním, ale zpravidla více atributy.
• Entitní množina
- Množina entit stejného druhu, typu.
• Vztah - vztah mezi entitami, který evidujeme a o němž
uchováváme informace
MUDr. Spaček je ošetřujícím lékařem pana Vopičky.
Na zájezd se přihlásili pan Mňouk a pan Muk.
Host si rezervoval pokoj.
vztah
typ vztahu
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 4
Komponenty datového modelu
• Vztahová množina
- Množina vztahů stejného druhu, typu.
• Atribut
- Vlastnost entity nebo vztahu, jejíž hodnotu chceme uchovat
a používat v systému.
• Doména atributu
- Obor hodnot atributu.
Terminologické posuvy v některé literatuře:
typ entity - entita typ vztahu - vztah
entita - instance (výskyt) entity vztah - instance (výskyt) vztahu
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 5
Datový slovník - notace
= skládá se z
+ a zároveň
( ) nepovinná část (0 nebo 1)
[ | ] výběr jedné z možností
{ } iterace (1 nebo více) a=1{b}15
* * komentář
@ identifikátor (klíč)
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 6
Příklad - Objednávka
Objednávka č. 2006-007-24
Sportovní potřeby, Mírotvůrců 17, 602 00 Brno
Datum vystavení: 23.4.2006
Datum dodání: 30.4.2006
Zákazník: č. 007,
Dr. Jaroslav Ráček
Zboží:
Číslo Název Kusů Cena za kus
PB666 Baseballová pálka Magnum 30 499
H46 Helma Tvrďák 30 ---
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 7
Příklad - Objednávka
OBJEDNÁVKA = @číslo objednávky + datum vystavení
objednávky + číslo zákazníka + jméno zákazníka + (datum
dodání) + { číslo výrobku +název výrobku+ počet objednaných
výrobků + ( cena za výrobek )}
jméno = titul + křestní jméno + (prostřední jméno) + příjmení
titul = [ Mr. | Mrs. | Miss. | Dr. | Prof. ]
křestní jméno = { přípustný znak}
přípustný znak = [ A - Z | a - z | ‘ | ]
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 8
Definice datového elementu - DE
Definice zachycuje zjištěná fakta o DE
• Význam DE v kontextu aplikace
• Kompozice DE, pokud je složen z jiných DE
• Hodnoty, kterých může DE nabývat
Příklady:
váha = * váha pacienta při přijetí *,
* jednotky: kg; rozsah: 1 - 200 *
pohlaví = * hodnoty [M | F] *
zákazníkova adresa = [doručovací adresa | účtovací adresa |
doručovací adresa + účtovací adresa]
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 9
Entity
Datové modelování hledá entity jako popisy
• konkrétních věcí - zaměstnanec, součástka
• událostí - dopravní nehoda, operace
• pojmů - pojistka, smlouva
Pro každý objekt, událost, pojem zkoumáme
• k čemu slouží (účel)
• z čeho se skládá
„Top-down“ řešení datového modelu
1. výběr (nalezení) entit
2. návrh diagramu entit a vztahů (ERD)
3. přidání atributů
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 10
Diagram entit a vztahů - ERD
Komponenty ERD:
• Entity (objektové typy, objekty, entitní množiny)
- identifikovatelné, potřebné, více atributů.
• Relace, vztahy
- vztah, který je nutné pamatovat, nelze odvodit nebo
mechanicky vypočítat
• Indikátory vztažených entit
• Indikátory nadtypů/podtypů
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 11
Grafické prky ERD
Entita
Entita
Entita
Entita
Právě jeden výskyt
Žádný nebo jeden výskyt
Jeden nebo více výskytů
Žádný, jeden nebo více výskytů
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 12
Příklad - Studium
Entity: student, předmět, učitel
Vztahy: student - studuje - předmět
učitel - přednáší - předmět
učitel - cvičí - předmět
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 13
Arity - násobnosti vztahů
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 14
ERD s vícenásobnými vztahy
Vztah nabízí má atributy: platební podmínky, termíny.
Vztah dodal má atributy: údaje z dodacího listu.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 15
ERD s vícenásobnými vztahy
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 16
Povinné, nepovinné a rekurzivní vztahy
povinný vztah
nepovinný vztah
rekurzivní vztah
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 17
Asociovaná entita
Kupní smlouva existuje pouze jako výsledek vztahu mezi jinými
objekty, k nimž je připojena.
asociovaná
entita
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 18
Nadtypové a podtypové entity
Vztah „generalizace - specializace“, „dědičnost“
nadtypová
entita
podtypová
entita
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 19
ERD s nadtypovým vztahem
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 20
ERD s nadtypovým vztahem
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 21
Doporučený postup tvorby ERD
1. Vytvoření iniciálního ERD
- Pochopení uživatelské aplikace
- Interview s uživatelem
- Jiné techniky získání dat
2. Přidání entitních množin
- Dále použít metodu postupného zjemňování
- Po vytvoření prvotního datového modelu nalézt
atributy entit na základě
- existujícího funkčního (procesního) modelu
- seznamu datových elementů od zákazníka
- existujícího datového slovníku od
zákazníkových „databázistů“
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 22
Doporučený postup tvorby ERD
3. Prověrka entit na základě seznamu datových elementů
- Některé datové elementy (DE) lze přidat jen k některým
entitám, u jiných entit stejné entitní množiny nemají smysl.
- Některé DE lze aplikovat na všechny entity dvou různých
entitních množin.
- Některé DE uplatněné u entitní množiny popisují vztahy
mezi jinými entitními množinami.
4. Odstranění entitních množin
- Entity tvořené pouze identifikátorem.
- Entitní množiny s jedinou entitou.
- Volně zavěšené asociativní entity.
- Odvozené vztahy.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 23
Vnořené entity
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 24
Zrušení entity
Předpokládáme, že zaměstnanec má
nejvýše 1 manželského partnera.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 25
Zrušení entity
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 26
Zrušení nepotřebného vztahu
povinnost obnovit
lze odvodit z údajů entit
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 27
Entity a klíče
• Jednoznačná identifikace
- Každá entita je unikátně identifikována klíčem.
• Úspornost (nonredundance)
- Zrušením libovolné položky klíče je porušeno pravidlo
jednoznačné identifikace.
• Kandidátní klíče
- Více položek může být použito pro jednoznačnou identifikaci
ve funkci klíče.
primární klíč#
výběr
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 28
Normalizace dat (E.F.Codd) - 1. normální forma
Uspořádání dat takovým způsobem, abychom se vyhnuli možným
anomáliím a problémům, které mohou vzniknout při práci s daty.
zam# jmeno sex odb# praxe
osoba
odbornost
zam# jmeno sex
1.normální forma
zam# +odb# praxe
Def.1.NF:V záznamech se nevyskytují opakující se skupiny položek.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 29
1. normální forma
2 definice 1.NF:
• Datový záznam je v 1. NF, pokud všechny jeho komponenty
jsou atomické.
• Datový záznam je v 1. NF pokud se v něm nevyskytují
opakující se skupiny položek
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 30
1. normální forma
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 31
1. normální forma
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 32
2. normální forma
Požaduje plnou funkční závislost všech neklíčových atributů
na celém klíči.
Datová položka B záznamu R funkčně závisí na datové položce
A z R, pokud v libovolném časovém okamžiku každé hodnotě
A odpovídá nejvýše jedna sdružená hodnota B v záznamu R.
A identifikuje B.
zam# plat
funkční závislost
Př.: Zaměstnanec bere plat. Klíč zam# jednoznačně určí plat.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 33
Plná funkční závislost
Datová položka nebo kolekce datových položek B záznamu R
jsou plně funkčně závislé na kolekci datových položek A
záznamu R , pokud je B funkčně závislé na celém A, ale
nikoliv na vlastní podmnožině A.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 34
2. Normální forma - příklady
zam# jméno plat projekt# datum dokončení
programátor# balík# jméno progr. jméno balíku hodiny
Př.: Entita ZAMESTNANEC
Př.: Entita AKTIVITA_PROGRAMATORA
Splňuje 2.NF.
Nesplňuje 2.NF.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 35
2. Normální forma - příklad konverze
součást# dodavatel# název dodav. údaje dodav. cena
dodavatel# název dodav. údaje dodav.
součást# dodavatel# cena
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 36
Problémy „nebytí“ ve 2. normální formě - příklady
Dokud nám dodavatel nedodá součást, nemůžeme zapsat jeho
adresu a další údaje.
Pokud přestane dodavatel dočasně zásobovat, pak zrušení
záznamu o součásti zruší i jeho údaje.
Jakákoliv změna v údajích o dodavatelích je komplikovaná
(vyhledání a oprava více záznamů).
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 37
2. Normální forma - jiná definice
zam# jméno plat projekt# datum dokončení
Př.: Entita ZAMESTNANEC
funkční závislosti primárního klíče
funkční závislosti alternativního klíče
Def.: 2.NF:
Záznam R je ve 2.NF, pokud je v 1.NF a každá neklíčová
položka v R je plně funkčně závislá na každém kandidátním
klíči R.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 38
3. normální forma - tranzitivní závislost
A B C
A B B C
C transitivně závisí na A.
Def. 3NF (jednoduše):
Záznam je ve 3.NF, pokud je ve 2.NF a každý atribut je funkčně
závislý na klíči a pouze na klíči.
Def. 3.NF (přesněji):
Záznam R je ve 3.NF, pokud je ve 2.NF a každá neklíčová
položka R je netranzitivně závislá na každém kandidátním klíči z R.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 39
Problémy „nebytí“ ve 3. normální formě
Př.: ZAMESTNANEC
zam# jméno plat projekt# datum dokončení
není 3.NF
Problémy „nebytí“ ve 3.NF
- Dokud nepřidělíme pracovníky na projekt, nemůžeme zapsat
datum ukončení.
- Jestliže všichni opustí projekt, zrušíme veškerou informaci
o datu ukončení.
- Změnu data ukončení je nutné provést na mnoha místech.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 40
4. normální forma - podmíněná závislost
zákazník# jméno adresa stát daň
zákazník# jméno adresa stát zákazník# daň
ZÁKAZNÍCI ZÁKAZNÍCI DOMÁCÍ
podmíněná závislost
4.NF odstraňuje podmíněné funkční závislosti.
Daň strháváme těm, kteří sídlí ve stejném státě jako naše firma.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 41
Příklad - Normalizace do 4.NF
opakující se
skupiny
primární klíč
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 42
Příklad - Normalizace do 4.NF
tranzitivně závislé
atributy
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 43
Příklad - Normalizace do 4.NF
hotovo
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 44
Příklad - Normalizace do 4.NF
atribut závislý
na části klíče
část klíče
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 45
Příklad - Normalizace do 4.NF
Závěr: Upravené entitní množiny byly vhodně pojmenovány,
všechny jsou ve 4.NF. (Pracovník) je jméno výchozí
množiny před normalizací.
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 46
Příklad - Normalizace do 4.NF - Vygenerování ERD
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 47
Příklad ERD - Doprava
řidičský průkaz
kniha jízd
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 48
Příklad ERD - Vztahy M x N
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 49
Příklad ERD - Osobní záznamy
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 50
Příklad ERD - Učebnice
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 51
Příklad ERD - Veřejná knihovna
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 52
Příklad ERD - Nahrazení vztahu asociovanou entitou
29.9.2008 © Jiří Sochor, Jaroslav Ráček 53
Příklad - Úprava n-ární relace
… ale spíše se jedná
o asociovanou entitu.
Objednávka může být
samostatným objektem, …