Skript Folge 2

Datenmodellierung
Datenmodellierung
Tätigkeit zur Strukturierung der
Datenbestände
Ziel:
Redundanzarme systematische
Beschreibung der zur jeweiligen
computerunterstützten Arbeit mit einem
DBMS benötigten Gegenstände,
Begriffe und deren Zusammenhänge.
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Datenmodellierung im Relationalen Modell
1. Bestimmung der relevanten Objekte
2. Bestimmung der relevanten
Eigenschaften der Objekte
3. Bestimmung der Beziehungen
zwischen den Objekten
4. Abbildung auf Tabellen
5. Normalisierung der Tabellen
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3
Datenmodellierung im Relationalen Modell
Objekte (Entities) können sein:
• Dinge
• Personen
• Gegenstände
• Vorgänge / Ereignisse
• Dokumente
alles was Eigenschaften hat!!!
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4
Datenmodellierung im Relationalen Modell
Entity-Types (Entitätentypen) sind
abstrakte (Klassen) Zusammenfassungen von
Entitäten des gleichen Typs durch
Spezifikation der Eigenschaftsstruktur der
zusammengefassten Entities
Beispiel: Mitarbeiter durch Eigenschaften
spezifiziert
Intension (Intensionale Beschreibung)
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5
Datenmodellierung im Relationalen Modell
Entitätsmengen sind konkrete Mengen von
Entities
Beispiel: die Menge der in einem Unternehmen
angestellten Personen, die sich zu jedem
Zeitpunkt ändern kann
Eine Abfrage bezieht sich auf eine
Entitätenmenge
Extension (Extensionale Beschreibung)
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Datenmodellierung im Relationalen Modell
Beispiel
Spalte / Attribut
Mitarbeiter
Datensatz
M#
M1
M2
Name
Becker
Meier
Wohnort
Basel
Lörrach
Datenelement / Datenwert
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Datenmodellierung im Relationalen Modell
Beziehung Tabelle / Relationen
R= {(M1, Becker, Basel), (M2, Meier, Lörrach)}
M#
Name
Ort
M1
M2
Becker
Meier
Basel
Lörrach
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Datenmodellierung im Relationalen Modell
Tabellendefinition
• Eindeutiger Tabellenname
• Eindeutiger Merkmalsname pro Tabelle
• Reihenfolge der Merkmale ist egal
• Anzahl der Merkmale ist beliebig (endlich)
• Anzahl der Datensätze ist beliebig (endlich)
• Die Reihenfolge der Datensätze ist beliebig
• Mit jedem Merkmal wird ein Datentyp verknüpft
• Schlüsselfeld dient der eindeutigen Identifikation
eines Datensatzes
• Es gibt keine 2 Datensätze mit identischen
Schlüsselwerten
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Datenmodellierung im Relationalen Modell
Atomare Attributwerte:
Für das Relationale Modell gilt folgende
wesentliche Einschränkung:
• Der Wert eines Attributs darf nur aus
einem „atomaren“ Attributwert bestehen.
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Datenmodellierung im Relationalen Modell
Beispiel:
Die Relation
Hobby(Name, Hobbies)
enthalte die folgenden Tupel:
• (Huber, {Drachenfliegen,Segeln, Bergsteigen})
• (Meier, Musik)
• (Mueller, {Musik, Literatur, Theater})
Nicht-atomare Attributwerte sind
• {Drachenfliegen, Segeln, Bergsteigen} und
{Musik, Literatur, Theater}.
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Datenmodellierung im Relationalen Modell
Definition:
erste Normalform
Eine Relation ist in erster Normalform
(1NF), wenn alle ihre Attribute nur
atomare Attributwerte besitzen.
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Datenmodellierung im Relationalen Modell
Beispiel:
Normalisierung in 1NF
Die Relation Hobby kann auf einfache Weise in eine Relation „Hob“
in erster Normalform überführt werden:
Relationenschema
Hob(Name: varchar(20), Hobby: varchar(30))
und folgenden Tupeln
(Huber, Drachenfliegen)
(Huber, Segeln)
(Huber, Bergsteigen)
(Meier, Musik)
(Mueller, Musik)
(Mueller, Literatur)
(Mueller, Theater)
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Das Entity-RelationshipModell
ERM bzw. E/R-Modell
ERM - Relationales Datenbankschema
• Das ERM ist optimal für die
Modellierung des konzeptionellen
Schemas für relationale DB-Systeme.
• Modellierungen im ERM können
„automatisch“ in ein relationales Modell
transformiert werden.
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ERM - Relationales Datenbankschema
• Es gibt leider keine eindeutige
Normierung der graphischen Darstellung
des ERM und deshalb sehr viele
unterschiedliche graphische Notationen.
• Es gibt diverse Erweiterungen des ERM:
– EERM (Extended Entity Relationship
Model)
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Grundkonzepte des klassischen ERM
• Entity: Gegenstände; z.B.: „Paul Müller“.
• Entity-Typ: Klasse von Gegenständen mit
gleichen Attributen.
z.B.: „Mitarbeiter“, „Kunden“, „Produkte“, „Personen“
Die Attribute „beschreiben“ die Klasse;
Graphische Notation
Rechteck:
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Entity-TypName
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Beispiele:
Entity-Typen
Reisen
Kunden
Bestellungen
Flüge
Mitarbeiter
Prozesse
Vorlesungen
Produkte
Flugzeuge
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Grundkonzepte des klassischen ERM
• Attribute: sind Eigenschaften,
Merkmale von Entities
(z.B.: Gewicht, Preis, Farbe, Lieferdatum)
• Nicht zu verwechseln mit den
Eingenschaftsausprägungen
(z.B.: 50 kg, 200 Euro, grün, 26.11.2001)
Graphische Notation
abgerundetes Rechteck:
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Attributname
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Beispiel:
Angestellter
Name
Angestellter
mit den Attributen:
Angest_Nr
Gehalt
 Name
 Angest_Nr (für Angestellten-Nummer)
 Gehalt
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Grundkonzepte des klassischen ERM
• Relationship: Beziehung zwischen Entities;
z.B.: „verheiratet mit“: „Paul Müller“ und
„Maria Müller“ .
• Relationship-Types (Beziehungstypen)
zwischen Entity-Typen
• z.B. zwischen „Kunden“ und „Produkten“
• Graphische Notation
Raute:
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RelationshipTypeName
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Beziehungen zwischen Entity-Typen
Attribut
Entity-Typ 1
R-Typ
Entity-Typ 2
Entity-Typ3
 Die Darstellung repräsentiert eine dreistellige Beziehung.
 Möglich sind beliebig viele Stellen.
 Am häufigsten sind zweistellige (binäre) Beziehungen.
 Beziehungen können zusätzlich auch Attribute zugeordnet werden
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Beziehungen zwischen Entity-Typen
Beispiel:
Professor empfiehlt Buch für Vorlesung
Semester
Professor
empfiehlt
Vorlesung
Buch
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Grundkonzepte des klassischen ERM
Domäne:
Zulässiger Wertebereich eines Attributes
Graphische Notation:
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Attributname:Domainname
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Beispiel:
Angestellter
Name:string
Angestellter
A#: int
Gehalt:int
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Grundkonzepte des klassischen ERM
Domäne
Standard-Datentypen in MS-Access
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Zahl
Text
Datum / Uhrzeit
Währung
AutoWert
Ja/Nein
Memo
Hyperlink
OLE-Objekt
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Grundkonzepte des klassischen ERM
Domäne
 In SQL können neue Domänen definiert
werden
 Mit Integritätsregeln können in SQL die
Wertebereiche von Attributen zusätzlich
eingeschränkt werden
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Entititypen mit Attributen
Textuelle Notation (allgemein):
E(A1:D1, ... , An:Dn) (mit Domänen)
E:
Ai:
Di:
Entitytyp.
Attribute i = 1 ... n.
Domänen i = 1 ... n.
Kurzform:
E(A1, ... , An)
(ohne Domänen)
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Beispiel:
Angestellter
Textuelle Notation:
Entity-Typ ANGESTELLTER
Angestellter(A# : integer, Name : string, Gehalt : integer)
-------------------------------------------------------------------------------Entities vom Typ ANGESTELLTER:
Angestellter(523, 'Bill‘, 90.000)
Angestellter(122, 'John', 50.500)
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Beispiel: Mitarbeiter
Personalnr
Raum
Mitarbeiter
Geb-Datum
Einstellungstermin
Vorname
Name
E-Mail
Telefon
Textuelle Notation:
Mitarbeiter(Personalnr,Vorname, Name, E-Mail,Telefon,Raum, Geb-Datum, Einstellungstermin)
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30
Beispiel:
Mitarbeiter mit Wertebereichen
Personalnr: int
Raum: string
Geb-Datum:
date
Mitarbeiter
Vorname: string
Einstellungstermin:date
Name:string
E-Mail:string
Telefon:string
Textuelle Notation:
Mitarbeiter(Personalnr: int, Vorname:string, Name:string, E-Mail:string, Telefon:string,
Raum:string, Geb-Datum:date, Einstellungstermin:date)
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Beispiel: Buchempfehlung
Titel
liest
Vorlesung
Semester
empfiehlt
Professor
Name
Fach
Telefon
Autor
Titel
Priorität
Buch
ISBN
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Beispiel: Bibliothek
ADatum
Titel
ISBN
InvNr
Leser
Ausleihe
Buch
Verlag
Name
Adresse
RDatum
Geschrieben
von
Lnr
Name
Autor
Autornr
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Relationships - Funktionale Beziehungen
Formulieren
Constraints (Integritätsregeln)
für faktische Einträge in der Datenbank.
und geben Hinweise zur Abbildung der
Relationship-Types auf Tabellen
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Relationships - Funktionale Beziehungen
R  E1 x ... x En wobei Ei (i= 1,...,n) Entity-Typen sind
Definitionen für n=2 (R  E1 x E2)
1:1 Relationship:
((x,y)  R  (x,z)  R)  y = z
((x,y)  R  (z,y)  R)  x = z
N:1 Relationship:
((x,y)  R  (x,z)  R)  y = z
1:N Relationship:
((x,y)  R  (z,y)  R)  x = z
N:M Relationship:
keine Einschränkung
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Funktionale Beziehungen / Beispiele
Abteilungsleiter leitet Abteilung
• 1:1-Relationship
Angestellter arbeitet in Abteilung
• N:1-Relationship
Person besitzt Haus
• 1:N-Relationship
Student hört Vorlesung
• N:M-Relationship
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Funktionale Beziehungen / Beispiele
Abteilungsleiter
1
Angestellter N
Person
1
Student
N
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leitet
arbeitet-in
besitzt
hört
1
Abteilung
1
Abteilung
N
Haus
M Vorlesung
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Relationships - Funktionale Beziehungen
..
..
..
..
..
..
Abteilungsleiter
Angestellter
leitet
1:1
arbeitet in
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N:1
..
..
..
..
.
Abteilung
Abteilung
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Relationships - Funktionale Beziehungen
Person
..
.
Student
..
..
..
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besitzt
1:N
hört
N:M
..
..
..
..
..
.
Haus
Vorlesung
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Relationships - Beispiel
N
wohnt in
1
Person
Stadt
N
1
geb. in
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40
Optional undefinierte Attribute
Entity-Typ
A
Attribut A kann undefiniert sein
also „Null-Wert“ haben.
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41
Graphische Bausteine des ERM
E
Entity-Typ E
A
Attribut A
A
Schlüssel-Attribut A
E
E1
A
R
E2
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Verbindung zwischen
Entity-Typ E und Attribut A
A kann undefiniert sein
Binäre Relationship zwischen
den Entity-Typen E1 und E2
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E/R-Modell
ISA-Relationship
ISA-Relationship
Definition
Seien E1,E2 zwei Entity-Typen.
Die Relationship
E1 isa E2
besteht genau dann, wenn E1 eine
Spezialisierung von E2 ist.
E1 heißt Subtyp des Supertyps E2.
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Spezialisierungs- /
Generalisierungsbeziehung
Synonyme
• Spezialisierung- / Generalisierung
• Unter- / Oberbegriff
• IST-Beziehung
• is-a-Relationship
• isa-Relationship
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45
ISA-Relationship
Besteht die Relationship
E1 isa E2, so erbt E1 die Attribute von E2.
Dies hat folgende Konsequenzen:
Für E1 ist lediglich die Angabe zusätzlicher Attribute
notwendig.
Die Schlüsselattribute von E2 sind auch die
Schlüsselattribute von E1.
Auf der Instanzenebene gilt: ein Entity von E1 erbt die
zugehörigen Werte aus E2.
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ISA-Relationship: Beispiel
ABTEILUNGSLEITER isa ANGESTELLTER
ABTEILUNGSLEITER(Dienstwagen:string)
ANGESTELLTER(Personalnr:int, Name:string)
In diesem Fall erbt ABTEILUNGSLEITER alle Attribute
von ANGESTELLTER (also „Personalnr“ und „Name“)
und hat das zusätzliche Attribut „Dienstwagen“.
Es besteht auch die Möglichkeit der Mehrfachvererbung,
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ISA-Relationship: Beispiel
Beispiel Mehrfachvererbung:
STUDENT isa PERSON
ANGESTELLTER isa PERSON
HIWI isa Student
HIWI isa ANGESTELLTER
STUDENT(Fachrichtung:string)
Angestellter(Fachrichtung:String)
Bei Mehrfachvererbung gleichbezeichneter Attribute sind
Massnahmen zur Konfliktlösung erforderlich
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ISA-Relationship
total
t
nicht disjunkt
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partiell
p
Isa-Beziehung:
p: partiell
t: total
disjunkt
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ISA-Relationship
Angestellter
Partielle
nicht-disjunkte
isa-Beziehung
Pilot
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p
Techniker
50
ISA-Relationship
Totale
disjunkte
isa-Beziehung
(Spezialisierung)
Mann
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Person
t
Frau
51
ISA-Relationship
Partielle
disjunkte
isa-Beziehung
(Spezialisierung)
Fahrzeug
Auto
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p
Fahrrad
52
ISA-Relationship
Partielle
nicht disjunkte
isa-Beziehung
(Spezialisierung)
Mann
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Person
p
Angestellter
53
ISA-Relationship
Partielle
nicht disjunkte
isa-Beziehung
(Spezialisierung)
Sportler
Fussballer
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p
Tennisspieler
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ISA-Relationship
Person
partiell
disjunkt
p
Manager
Angestellter
partiell
nicht disjunkt
p
Techniker
Verkäufer
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Sekretärin
Programmierer
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Disjunkte Klassifikation
Beispiel:
Mitarbeiter
Jeder Mitarbeiter
ist entweder (oder)
• Führungskraft
• Fachspezialist
• Lehrling
Mitarbeiter
Führungskraft
Fachspezialist
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t
Lehrling
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E/R-Modell
Schlüsselattribute
ERM - Schlüsselattribute
• Jede Teilmenge der Attributmenge eines
Entity-Typs, mit der die Entities dieses Typs
eindeutig identifizierbar sind, heisst Schlüssel
dieses Entity-Typs.
• Jede minimale Menge von Schlüsselattributen heisst Schlüsselkandidat.
• Der Primärschlüssel ist der beim Entwurf der
DB zur eindeutigen Identifikation der Entities
ausgewählte Schlüsselkandidat.
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ERM - Schlüsselattribute
Schlüsselkandidaten
• minimaler Schlüssel
Primärschlüssel
• ausgewählter Schlüssel zur Identifikation der
Entities in einer Tabelle
Fremdschlüssel
• Attributmenge die in einer anderen Relation
Schlüssel ist
zusammengesetzter Schlüssel
• Schlüssel, der aus mehreren Attributen
besteht
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59
ERM - Schlüsselattribute
Die Schlüsseleigenschaft kann nicht
an der Definition eines Entity-Typs
erkannt werden.
Die Attribute eines Entity-Typs
müssen so gewählt sein,
dass dadurch die Entities eindeutig
identifizierbar sind.
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Schlüsselattribute - Notation
Schlüsselattribute werden durch
Unterstreichung gekennzeichnet:
in der textlichen Notation:
Mitarbeiter(Personalnr, Name, Vorname, Gebdatum)
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In der graphischen Notation
Mitarbnr
Titel
Vorlesnr
liest
Vorlesung
Semester
empfiehlt
Professor
Name
Fach
Telefon
Autor
Titel
Priorität
Buch
ISBN
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Beispiel:
Mitarbeitereigenschaften
mit Schlüssel
Personalnr: int
Raum: string
Geb-Datum:
date
Mitarbeiter
Vorname: string
Einstellungstermin:date
Name:string
E-Mail:string
Telefon:string
Textuelle Notation:
Mitarbeiter(Personalnr: int, Vorname:string, Name:string, E-Mail:string, Telefon:string,
Raum:string, Geb-Datum:date, Einstellungstermin:date)
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