Βάσεις Δεδομένων. Σχεσιακό Μοντέλο Δεδομένων. Βασίλειος Βεσκούκης Ορισμός Βάσης Δεδομένων Δομή Περιορισμοί

Transcript

1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Αγρονόμων Τοπογράφων Μηχανικών Βάσεις Δεδομένων Βασίλειος Βεσκούκης Βασικές πράξεις της Σχεσιακής Αλγεβρας Σχεσιακό Μοντέλο Δεδομένων Ορισμός Βάσης Δεδομένων Δομή Περιορισμοί Πράξεις: Σχεσιακή άλγεβρα Εκτελούνται πάνω σε σχέσεις Παράγουν νέες σχέσεις... Κατηγορίες πράξεων Πράξεις συνόλων Σχεσιακές πράξεις Πράξεις υπολογισμού Πράξεις ενημέρωσης Διάκριση πράξεων ως προς τα τελούμενα Ατομικές (unary): εκτελούνται πάνω σε μία σχέση Δυαδικές (binary): εκτελούνται πάνω σε δύο σχέσεις

2 Ενα παράδειγμα Η ΒΔ "company" την οποία θα χρησιμοποιήσουμε στη συνέχεια (σχήμα) Ενα παράδειγμα

3 Ενα παράδειγμα Η ΒΔ "company" την οποία θα χρησιμοποιήσουμε στη συνέχεια (στιγμιότυπο μέρος ) Ενα παράδειγμα Η ΒΔ "company" την οποία θα χρησιμοποιήσουμε στη συνέχεια (στιγμιότυπο μέρος )

4 Ατομικές πράξεις της σχεσιακής άλγεβρας Επιλογή (selection) Εκτελείται πάνω σε μία σχέση R καιορίζειμιανέα, η οποίαπεριέχειμόνο εκείνες τις πλειάδες (tuples) της σχέσης R, οι οποίες ικανοποιούν ένα καθορισμένο κριτήριο επιλογής (κατηγόρημα predicate) σ predicate (R) Αλλος συμβολισμός: R [predicate], πχ EMPLOYEE [ salary> ] Προβολή (projection) Εκτελείται πάνω σε μία σχέση R καιορίζειμιανέα, η οποία περιέχει ένα κάθετο υποσύνολο της R με όλες τις τιμές των ιδιωμάτων (attributes) που καθορίζονται κατά την εκτέλεση της σχέσης, χωρίς διπλές αναφορές Π a, ( ) a,..., a n R Παράδειγμα

5 Παράδειγμα Παράδειγμα

6 Παράδειγμα Πράξεις συνόλων της σχεσιακής άλγεβρας Ενωση (Union) ΗένωσηδύοσχέσεωνR και S είναι μια νέα σχέση η οποία περιλαμβάνει όλες τις πλειάδεις (εγγραφές) και των δύο σχέσεων, χωρίς επαναλήψεις. Οι R, S πρέπει να είναι συμβατές προς ένωση. R S Τομή (Intersection) R ΗτομήδύοσχέσεωνR και S είναι μια νέα σχέση η οποία περιλαμβάνει όλες τις πλειάδεις (εγγραφές) που ανήκουν και στις δύο σχέσεις. Οι R, S πρέπει να είναι συμβατές προς ένωση. S R S R S R S R S 6

7 Παράδειγμα STUDENT INSTRUCTOR STUDENT INSTRUCTOR Πράξεις συνόλων της σχεσιακής άλγεβρας Διαφορά (Difference) ΗδιαφοράδύοσχέσεωνR και S ορίζει μια νέα σχέση η οποία περιλαμβάνει τις πλειάδες που ανήκουν στη σχέση R και δεν ανήκουν στη σχέση S. Οι R, S πρέπει να είναι συμβατές προς ένωση. R S Καρτεσιανό γινόμενο (Cartesian product) Το καρτεσιανό γινόμενο R και S ορίζει μια νέα σχέση της οποίας οι πλειάδες είναι η συνένωση (concatenation) κάθε πλειάδας της σχέσης R με όλες τις πλειάδες της σχέσης S. R S R A B R S S A A A B B B R S R S 7

8 Παράδειγμα STUDENT INSTRUCTOR INSTRUCTOR STUDENT Παράδειγμα TEACHER Teacher_ID TLNAME COURSE Course_ID CNAME CHOURS ΒΔ ΜΑΤΗ 0 ΜΑΤΗ TEACHER x COURSE Teacher_ID TLNAME Course_ID CNAME CHOURS ΒΔ ΜΑΤΗ 0 ΜΑΤΗ ΒΔ ΜΑΤΗ 0 ΜΑΤΗ ΒΔ ΜΑΤΗ 0 ΜΑΤΗ 8

9 Πράξεις συνένωσης (join) Επειδή......το καρτεσιανό γινόμενο (R x S) συνήθως έχει ως αποτέλεσμα μια πολύ μεγαλύτερη σχέση από αυτή που χρειαζόμαστε Ορίζουμε Ενα σύνολο πράξεων συνένωσης (JOIN) οι οποίες μπορούν να παραχθούν (εκφραστούν) ως ακολουθίες πράξεων καρτεσιανού γινομένου και επιλογής, με διάφορες παραλλαγές Πράξεις JOIN Θήτα-συνένωση (Theta-join) Συνένωση ισότητας (Equijoin) Φυσική συνένωση (Natural join) Εξωτερική συνένωση (Outer join) Μερική συνένωση (Semi-join) Πράξεις συνένωσης Θήτα-συνένωση (theta-join) Ηθήτα-συνένωση δύο σχέσεων R και S υπότησυνθήκη(κατηγόρημα) F ορίζει μιασχέσηπουπεριέχειτιςπλειάδεςτουκαρτεσιανούγινομένουτωνr και S οι οποίες ικανοποιούν το κατηγόρημα F. Το κατηγόρημα F είναι κριτήριο επιλογής, εκπεφρασμένο στη μορφή R.a i op S.b i όπου op είναι ένας τελεστής σύγκρισης (<, <=, >, >=, =,!=) R >< F S = σ F ( R S), ισοδύναμα : R[ F] S Συνένωση ισότητας (equjoin) Στην περίπτωση που το κριτήριο συνένωσης (κατηγόρημα F) περιλαμβάνει μόνο ισότητα, τότε η θήτα-συνένωση ονομάζεται συνένωση ισότητας R >< S = σ ( R S) F F 9

10 Παράδειγμα TEACHER >< CHOURS > COURSE, ισοδύναμα TEACHER[ CHOURS > ] COURSE TEACHER Teacher_ID TLNAME COURSE Course_ID 0 CNAME ΒΔ ΜΑΤΗ ΜΑΤΗ CHOURS TEACHER [CHOURS>] COURSE Teacher_ID TLNAME Course_ID CNAME ΒΔ ΒΔ ΒΔ CHOURS Πράξεις συνένωσης Φυσική συνένωση (natural join) Είναι μια συνένωση ισότητας μεταξύ δύο σχέσεων R και S, με κριτήριο όλα τα κοινά γνωρίσματα (attributes) των R και S, τα οποία περιλαμβάνονται στο αποτέλεσμα μόνο μία φορά R >< S, R* R. x, S. y S R* S Εξωτερική συνένωση ([left] outer join) Η (αριστερή) εξωτερική συνένωση περιλαμβάνει και τις πλειάδες της σχέσης R οι οποίες δεν έχουν αντίστοιχες τιμες των πεδίων συνένωσης στην S. Οι τιμές που λείπουν, ορίζονται ως κενές (NULL) R < R. x, S. y S Κατ' αναλογία, υπάρχουν επίσης: Δεξιά εξωτερική συνένωση (Right outer join) Πλήρης εξωτερική συνένωση (Full outer join) 0

11 Παράδειγμα TEACHERS TEACHERID FLNAME EIDIKOTHTA SCHOOL NOMOS ΦΥΣΙΚΟΣ ΒΟΙΩΤΙΑ ΠΕΤΡΟΥ ΠΕΤΡΟΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗ ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ 6 ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΥ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΟΣ ΚΟΡΙΝΘΙΑ 9 ΠΑΝΑΓΙΩΤΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ UNIVERSITIES UCODE UNAME USTUDENTS USTAFF LOCATION ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ 0 ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ Παράδειγμα TEACHERS x UNIVERSITIES TEACHERID FLNAME EIDIKOTHTA ΦΥΣΙΚΟΣ ΦΥΣΙΚΟΣ ΦΥΣΙΚΟΣ ΦΥΣΙΚΟΣ SCHOOL NOMOS ΒΟΙΩΤΙΑ ΒΟΙΩΤΙΑ ΒΟΙΩΤΙΑ ΒΟΙΩΤΙΑ UCODE UNAME ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ USTUDENTS USTAFF LOCATION ΠΕΤΡΟΥ ΠΕΤΡΟΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗ ΠΕΤΡΟΥ ΠΕΤΡΟΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗ ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ 89 ΠΕΤΡΟΥ ΠΕΤΡΟΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ 0 ΠΕΤΡΟΥ ΠΕΤΡΟΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗ ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ 89 ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ 0 ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΥ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΟΣ ΚΟΡΙΝΘΙΑ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΥ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΟΣ ΚΟΡΙΝΘΙΑ ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ 89 6 ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΥ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΟΣ ΚΟΡΙΝΘΙΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ 0 6 ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΥ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΟΣ ΚΟΡΙΝΘΙΑ ΠΑΝΑΓΙΩΤΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ 89 9 ΠΑΝΑΓΙΩΤΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ 0 9 ΠΑΝΑΓΙΩΤΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ

12 Παράδειγμα TEACHERS TEACHERID FLNAME EIDIKOTHTA SCHOOL NOMOS ΦΥΣΙΚΟΣ ΒΟΙΩΤΙΑ ΠΕΤΡΟΥ ΠΕΤΡΟΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗ ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ 6 ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΥ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΟΣ ΚΟΡΙΝΘΙΑ UNIVERSITIES 9 ΠΑΝΑΓΙΩΤΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ UCODE UNAME USTUDENTS USTAFF LOCATION ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ 0 ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ TEACHERS * TEACHERS.SCHOOL=UNIVERSITIES.UCODE UNIVERSITIES TEACHE RID FLNAME EIDIKOTHTA SCH OOL NOMOS UCODE UNAME USTUDENTS USTAFF LOCATION ΦΥΣΙΚΟΣ ΒΟΙΩΤΙΑ ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ 89 ΠΕΤΡΟΥ ΠΕΤΡΟΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ 0 Σ ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΥ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΟΣ ΚΟΡΙΝΘΙΑ ΠΑΝΑΓΙΩΤΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ 0 Σ Παράδειγμα TEACHERS TEACHERID FLNAME EIDIKOTHTA SCHOOL NOMOS ΦΥΣΙΚΟΣ ΒΟΙΩΤΙΑ ΠΕΤΡΟΥ ΠΕΤΡΟΣ ΚΑΤΕΡΙΝΗ ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ 6 ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΥ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΟΣ ΚΟΡΙΝΘΙΑ 9 ΠΑΝΑΓΙΩΤΟΥ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ UNIVERSITIES UCODE UNAME USTUDENTS USTAFF LOCATION ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ 0 ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σ TEACHERS * TEACHERS.SCHOOL=UNIVERSITIES.UCODE,TEACHERS.NOMOS=UNIVERSITIES.LOCATION UNIVERSITIES TEACHERID FLNAME EIDIKOTHTA SCHOOL NOMOS UCODE UNAME USTUDENTS USTAFF LOCATION ΦΥΣΙΚΟΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΥ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ

13 Πράξεις συνένωσης Μερική συνένωση (semijoin) ΗμερικήσυνένωσηδύοσχέσεωνR και S είναι μια σχέση που περιλαμβάνει τις πλειάδες της σχέσης R οι οποίες συμμετέχουν στην ένωση R και S R > F S R > F S = Π A( R >< F S) Όπου Α είναι όλα τα γνωρίσματα (attributes) της R Η πράξη της διαίρεσης Εστω ότι ΗσχέσηR έχει το σύνολο των γνωρισμάτων (attributes) A ΗσχέσηS έχει το σύνολο των γνωρισμάτων (attributes) Β Β είναι υποσύνολο του Α C=A-B, δηλαδή C είναι το σύνολο των γνωρισμάτων της R που ΔΕΝ είναι γνωρίσματα της S Διαίρεση Η διαίρεση "R διά S" oρίζει μια σχέση πάνω από τα γνωρίσματα C η οποία αποτελείται από τις πλειάδες που ταιριάζουν στο συνδυασμό κάθε πλειάδας της S R S R, S T T A B Π Π, B A C C ( R) T T T (( S T ) R)

14 Σχεσιακή άλγεβρα Η σχεσιακή άλγεβρα περιγράφει τις πράξεις για το χειρισμό των σχέσεων σχεσιακές πράξεις SELECT: επιλογή γραμμών (πλειάδων) από μια σχέση PROJECT: επιλογή στηλών (γνωρισμάτων) από μια σχέση JOIN: συνδυάζει τις σχετικές πλειάδες δύο σχέσεων σε μια πλειάδα πράξεις συνόλων UNION: ένωση των πλειάδων δύο σχέσεων INTERSECTION: τομή πλειάδων δύο σχέσεων DIFFERENCE: διαφορά των πλειάδων δύο σχέσεων πράξεις υπολογισμού ΑVERAGE, SUM, MAX, MIN, COUNT πράξεις ενημέρωσης INSERT, DELETE, UPDATE: εισαγωγή, διαγραφή κι ενημέρωση πλειάδων

15 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Αγρονόμων Τοπογράφων Μηχανικών Βάσεις Δεδομένων Βασίλειος Βεσκούκης Εισαγωγή στη γλώσσα SQL (Structured Query Language) Η γλώσσα SQL Η γλώσσα SQL (Structured Query Language) Βασίζεται στη σχεσιακή άλγεβρα Είναι μια δηλωτική γλώσσα (μη-διαδικαστική) στην οποία περιγράφουμε τι θέλουμε κι όχι πώς θα το αποκτήσουμε Μπορεί να ενσωματωθεί σε άλλες γλώσσες προγραμματισμού Το λογισμικό του ΣΔΒΔ (optimizer - βελτιστοποιητής) αναλαμβάνει την εύρεση τουτρόπουανάκτησηςτωνδεδομένωναπότηβάση H SQL αποτελείται από δύο μέρη γλώσσα ορισμού δεδομένων (DDL) εντολές για τη δημιουργία πινάκων της ΒΔ, καθώς και ευρετηρίων πάνω σε πεδία πινάκων για ταχύτερη προσπέλαση στα δεδομένα γλώσσα χειρισμού δεδομένων (DML) εντολές για την εισαγωγή, διαγραφή ή τροποποίηση των τιμών των πλειάδων ενός πίνακα, καθώς και εντολές οριστικής καταχώρησης ή ακύρωσης των εργασιών που έγιναν στη ΒΔ

16 Η γλώσσα SQL Εντολές γλώσσας ορισμού δεδομένων (DDL) CREATE TABLE (δημιουργία πίνακα) CREATE INDEX (δημιουργία ευρετηρίου) CREATE VIEW (δημιουργία όψης) DROP TABLE (διαγραφή πίνακα) DROP INDEX (διαγραφή ευρετηρίου) DROP VIEW (διαγραφή όψης) MODIFY (τροποποίηση της δομής των αντικειμένων της βάσης, δηλ, πινάκων, ευρετηρίων, όψεων) Η γλώσσα SQL Εντολές γλώσσας ορισμού δεδομένων (DDL) Παράδειγμα δημιουργίας πίνακα: CREATE TABLE πίνακας (όνομα_στήλης τύπος_στήλης, ); π.χ.: CREATE TABLE ΔΙΚΑΙΩΜΑΤΑ (ΚΑΕΚ VARCHAR(6), ΔΙΚΑΙΟΥΧΟΣ VARCHAR(8), ΠΟΣΟΣΤΟ INTEGER, ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ DATE); Παράδειγμα δημιουργίας ευρετηρίου: CREATE INDEX ευρετήριο ON πίνακας (όνομα_στήλης); π.χ.: CREATE INDEX ΕΥΡ_ΔΙΚΑΙΟΥΧΩΝ ΟΝ ΔΙΚΑΙΟΥΧΟΙ (ΕΠΩΝΥΜΟ); 6

17 SQL Γλώσσα ορισμού δεδομένων: Παραδείγματα Υλοποίηση του σχήματος ΒΔ του παραδείγματος TEACHERS TEACHERID TLNAME EIDIKOTHTA SCHOOL NOMOS UNIVERSITIES UCODE UNAME USTUDENTS USTAFF LOCATION COURSES COURSEID CNAME CHOURS CTYPE PROVIDED_BY COURSE UNIVERSITY YEAR CREATE TABLE TEACHERS(TEACHERID INT, TEXT(0), TLNAME TEXT(0), EIDIKOTHTA TEXT(0), SCHOOL TEXT(0), NOMOS TEXT(0)); CREATE TABLE UNIVERSITIES(UCODE TEXT(0), UNAME TEXT(0), USTUDENTS INT, USTAFF INT, LOCATION TEXT(0)); CREATE TABLE COURSES(COURSEID INT, CNAME TEXT(0), CHOURS INT, CTYPE TEXT()) CREATE TABLE PROVIDED_BY(COURSE INT, UNIVERSITY TEXT(0), YEAR TEXT(0)) Η γλώσσα SQL Εντολές γλώσσας χειρισμού δεδομένων (DΜL) SELECT (ανάκτηση δεδομένων από πίνακα) INSERT (εισαγωγή πλειάδων σε πίνακα) DELETE (διαγραφή πλειάδων από πίνακα) UPDATE (ενημέρωση στήλης πίνακα) COMMIT WORK (ολοκλήρωση διεργασίας) ROLLBACK WORK (κατάργηση διεργασίας, φέρει τη ΒΔ στην κατάσταση του τελευταίου COMMIT) 7

18 Η γλώσσα SQL Εντολές γλώσσας χειρισμού δεδομένων (DΜL) παράδειγμα ανάκτησης δεδομένων από πίνακες SELECT στήλη FROM πίνακας WHERE συνθήκη ; π.χ.: SELECT * FROM ΔΙΚΑΙΟΥΧΟΙ ; SELECT KAEK, ΕΜΒΑΔΟΝ FROM ΓΕΩΤΕΜΑΧΙΑ WHERE ΕΜΒΑΔΟΝ >.000 ; SELECT ΔΙΚΑΙΟΥΧΟΙ.ΕΠΩΝΥΜΟ, ΔΙΚΑΙΟΥΧΟΙ.ΟΝΟΜΑ FROM ΔΙΚΑΙΟΥΧΟΙ, ΔΙΚΑΙΩΜΑΤΑ WHERE ΔΙΚΑΙΩΜΑΤΑ.ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ > //97 AND ΔΙΚΑΙΟΥΧΟΣ.ΚΩΔΙΚΟΣ = ΔΙΚΑΙΩΜΑΤΑ.ΔΙΚΑΙΟΥΧΟΣ ; 8