Εισαγωγή στις Βάσεις Δεδομένων (ΒΔ) ΣΧΟΛΗ ΙΚΑΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΙΚΑΡΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Α. ΑΝΔΡΕΑΤΟΣ Ιούλιος 2011
Βασικές έννοιες Δεδομένα: τυποποιημένα στοιχεία σε προκαθορισμένη μορφή κατάλληλη για περαιτέρω επεξεργασία. Πληροφορία: εξάγεται από τα δεδομένα και χρησιμοποιείται περαιτέρω. ΒΔ: αυστηρώς τυποποιημένη συλλογή σχετικών μεταξύ τους δεδομένων, καταλλήλως οργανωμένων. ΣΔΒΔ: λογισμικό χειρισμού ΒΔ
Βασικές έννοιες (2) Ένα ΣΔΒΔ είναι ένα εύχρηστο εργαλείο δημιουργίας & διαχείρισης μιας ΒΔ με ταχύτητα και αποτελεσματικότητα και διαλειτουργικότητα με άλλα λογισμικά. Πληροφοριακό Σύστημα: ΒΔ + ΣΔΒΔ Χρήστες: όσοι χρησιμοποιούν μια ΒΔ. Διάφορες κατηγορίες χρηστών με διαφορετικά προνόμια [δικαιώματα]: Δημιουργία, εισαγωγή στοιχ, αλλαγή, διαγραφή, ανάκληση & παρουσίαση δεδ.
Πλεονεκτήματα ΒΔ Ευκολία, ταχύτητα Ασφάλεια [προνόμια χρηστών] Προστασία από βλάβες υλικού Επιβολή περιορισμών ορθότητας Έλεγχος πλεονασμών Διαλειτουργικότητα Ταυτόχρονη χρήση Ευελιξία παρακολούθησης μοντέλου κόσμου (τροποποίηση ΒΔ)
Στοιχεία ΒΔ Τύποι δεδομένων [int,text,char κλπ] Πεδία: θέσεις μνήμης συγκεκριμένου τύπου δεδ. Εγγραφή: μια τυποποιημένη συλλογή πεδίων Αρχείο ΒΔ: μια συλλογή ομοειδών εγγραφών
Ιεραρχικό [δεκ. 60] Μοντέλλα ΒΔ Δικτυωτό [δεκ. '70] Σχεσιακό [σήμερα] Αντικειμενοστρεφές [αύριο;] Μικτά Εμείς θ' ασχοληθούμε αποκλειστικά με το Σχεσιακό μοντέλλο.
Σχεσιακό μοντέλλο [εφεξής] Οντότητα: αφηρημένη αναπαράσταση ενός πραγματικού αντικειμένου ή έννοιας Κατηγορήματα = γνωρίσματα οντότητας. Παράδειγμα οντοτήτων: Ομάδα,παίκτης, αγώνας. --> εντοπίστε κατηγορήματα. Κλειδί: ένα κατηγόρημα που χαρακτηρίζει μοναδικά μιαν οντότητα.--> δώστε π.χ.
Αναπαράσταση Οντότητας με κατηγορήματα Μια οντότητα αναπαρίσταται μ' ένα ορθογώνιο παραλληλόγραμμο με τα κατηγορήματά της ως ελλείψεις γύρω-γύρω. Παράδειγμα:
Σχέσεις μεταξύ οντοτήτων [Λόγος πληθυκότητας ] 1 προς 1 1 προς Ν [ 1 προς πολλά ] Μ προς Ν [ πολλά προς πολλά ] Διαγράμματα σχέσεων οντοτήτων
Μοντέλο Οντοτήτων- Συσχετίσεων Οντότητες, που αναπαριστούν φυσικές οντότητες του πραγματικού κόσμου, και Συσχετίσεις, που αναπαριστούν αλληλεξαρτήσεις των οντοτήτων, ή δράσεις. Η συσχέτιση μεταξύ δύο οντοτήτων χαρακτηρίζεται από τον βαθμό πληθυκότητας Τρεις δυνατότητες: [1:1, 1:Ν, Μ:Ν]
Πώς προκύπτει ο βαθμός πληθυκότητας Ένας προμηθευτής μας προμηθεύει με διάφορα προϊόντα. Από την πλευρά του προμηθευτή, πρόκειται για μια σχέση ένα προς πολλά, συμβολικά 1:Ν. Αντιστρόφως τώρα, ένα προϊόν το παίρνουμε πάντα από τον ίδιο [δηλ. ένα] προμηθευτή. Από την πλευρά του προϊόντος πρόκειται για μια σχέση ένα προς ένα, συμβολικά 1:1. Μια τέτοια σχέση ονομάζεται σχέση ένα προς πολλά, συμβολικά 1:Ν. Όπου το 1 βρίσκεται στην πλευρά του προμηθευτή και το Ν στην πλευρά του προϊόντος.
Διάγραμμα σχέσεων οντοτήτων (Σ-Ο) (ή οντοτήτων-συσχετίσεων) ΟΝΟΜΑ ΑΙΘΟΥΣΑ ΑΣΜΑ ΥΨΟΣ ΚΩΔ ΑΡΧΗΓΟΣ ΙΚΑΡΟΣ ΑΝΗΚΕΙ ΣΕ ΤΑΞΗ Εντός ελλείψεων τα κατηγορήματα. Η υπογράμμιση δηλώνει το πρωτεύον κλειδί
Παραδείγμα Μοντέλου Οντοτήτων-Συσχετίσεων
Βήματα σχεδίασης διαγράμματος Σ-Ο 1) Εντοπίζουμε βασικές έννοιες του κειμένου 2) Επιλέγουμε Οντότητες, γνωρίσματα, κλειδί 3) Αναγνωρίζουμε τις σχέσεις και τα γνωρίσματα των οντοτήτων 4) Εντοπίζουμε τον τύπο των σχέσεων 5) Σχεδιάζουμε προσχέδιο διαγρ. Σ-Ο χωρίς γνωρίσματα και κλειδιά 6) Ελέγχουμε, βελτιώνουμε & εμπλουτίζουμε. Ξένος σ 69
Κανόνες κατασκευής σχήματος βάσης δεδομένων από το μοντέλο οντοτήτων-συσχετίσεων (1/2) Κάθε οντότητα απεικονίζεται σε ένα πίνακα. Για κάθε συσχέτιση που και οι δύο ακμές της είναι πληθικότητας 1:Ν (έχει συνολικό βαθμό πληθικότητας, δηλαδή, Μ:Ν), κατασκευάζουμε και τον αντίστοιχο πίνακα. Ο πίνακας περιλαμβάνει ως πεδία τα πρωτεύοντα κλειδιά των οντοτήτων που εμπλέκονται στη συσχέτιση. Για κάθε συσχέτιση που η μία ακμή της είναι πληθυκότητας 1:Ν και η άλλη 1:1 (έχει συνολικό βαθμό πληθυκότητας, δηλαδή, 1:Ν), προσθέτουμε στην οντότητα που συνδέεται με πληθυκότητα 1:1, ένα πεδίο που είναι εξωτερικό κλειδί του πίνακα της άλλης οντότητας.
Κανόνες κατασκευής σχήματος βάσης δεδομένων από το μοντέλο οντοτήτων-συσχετίσεων (2/2) Στις συσχετίσεις που και οι δύο ακμές τους είναι πληθυκότητας 1:1 (με συνολικό βαθμό πληθικότητας, δηλαδή, 1:1) κάνουμε το ίδιο, χωρίς να έχει ιδιαίτερη σημασία το πού τοποθετείται το επιπλέον πεδίο. Φροντίζουμε για κάθε πίνακα να υπάρχει πρωτεύον κλειδί. Φροντίζουμε ώστε όλα τα εξωτερικά κλειδιά να είναι δηλωμένα επίσης. Για κάθε πεδίο κάθε πίνακα καθορίζουμε τον τύπο του (αριθμός, κείμενο, ημερομηνία, κλπ.). Επιπλέον, μπορούμε να καθορίσουμε περιορισμούς για τον αν επιτρέπεται κάποια εγγραφή να μην έχει τιμή στο εν λόγω πεδίο.
Κανονικοποίηση Κανονικοποίηση είναι η διαδικασία απαλοιφής των πλεονασμών κατά την αποθήκευση δεδομένων σε μια ΒΔ. Η πλήρης εφαρμογή της διαδικασίας κανονικοποίησης οδηγεί στην αποθήκευση κάθε δεδομένου ακριβώς μια φορά στη βάση (Σκουρλάς, 2000, σ. 96). Η σταδιακή εφαρμογή της διαδικασίας εξασφαλίζει ότι η βάση μας θα είναι στην α, β, γ, δ, ε κανονική μορφή (normal form). Σε όσο πιο προχωρημένη κανονική μορφή είναι η βάση μας, τόσο πιο αποδοτική και αποτελεσματική θα είναι. Επίσης, τόσο πιο εύκολη θα είναι η συντήρησή της.
Κανονικοποίηση Ακανόνιστη μορφή δεδομένων: περιγραφή κειμένου ή όλα σ' ένα πίνακα. Αναποτελεσματικό σενάριο, καταλαμβάνει πολύ χώρο δίσκου [πλεονασμός] και έχει διάφορα προβλήματα [ακεραιότητας δεδ].
Παράδειγμα ακανόνιστης μορφής δεδομένων:
Α' κανονική μορφή Σε κανένα πεδίο δεν πρέπει να υπάρχουν σύνθετα γνωρίσματα (πολλαπλές τιμές) [Σκ.102] Για να τραπεί στην Α' κ.μ ένας πίνακας, πρέπει: να εξαλειφθούν οι επαναλαμβανόμενες πληροφορίες και να δημιουργηθούν ξεχωριστοί πίνακες για τα σύνθετα γνωρίσματα (με αποφυγή πλεονασμού)
Β' κανονική μορφή Μια ΒΔ είναι στην β' κ.μ. όταν για κάθε πίνακά της ισχύει ότι: τα χαρακτηριστικά [γνωρίσματα] που δεν βασίζονται στο κλειδί, δεν πρέπει να εξαρτώνται από ένα τμήμα του πρ. κλειδιού (δηλ. δεν πρέπει να υπάρχουν σ' έναν πίνακα πεδία που δεν σχετίζονται άμεσα με το πρωτ. κλειδί)
Β' κανονική μορφή Αν το πρ. κλειδί ενός πίνακα είναι σύνθετο (πολλά πεδία) και ένα τμήμα του [1 πεδίο] οριζει μονοσήμαντα κάποιες στήλες, αυτά πρέπει να αποτελέσουν ξεχωριστό πίνακα. Σκ. 104
Γ' κανονική μορφή Για μια ΒΔ που είναι στην γ' κ.μ ισχύει ότι: δεν πρέπει να υπάρχει κανένα γνώρισμα (πεδίο) που να μην εξαρτάται από το πρ. κλειδί. Αν υπάρχουν τέτοια πεδία, πρέπει να μεταφερθούν σε ξεχωριστούς πίνακες.
Αποτέλεσμα κανονικοποίησης είναι η ευκολία συντήρησης της ΒΔ, η οικονομία χώρου και η ακεραιότητα των δεδομένων μας.
Πρακτικοί κανόνες σχεδίασης πινάκων α) Συμμαζεύετε τα στοιχεία κάθε οντότητας σε ξεχωριστό πίνακα. β) Είναι καλύτερο από πρακτικής απόψεως να ορίζετε απλά κλειδιά [συνήθως τεχνητά, δηλ. κωδικούς] παρά σύνθετα [δηλ. αποτελούμενα από δύο ή περισσότερα γνωρίσματα στήλες του πίνακα]. γ) Φροντίστε όλα τα στοιχεία που αποθηκεύετε σε πίνακα μιας οντότητας να εξαρτώνται άμεσα από το πρωτεύον κλειδί.
Εφαρμογή Χωρισθείτε σε ομάδες των τριών και σχεδιάστε μιαν απλή ΒΔ των μαθημάτωνκαθηγητών-βιβλίων. Ζητούνται (σε ηλ. μορφή OpenOffice): α) Περιγραφή και αιτιολογήσεις των επιλογών σας β) Διάγραμμα Ο-Σ γ) Πίνακες οντοτήτων και συσχετίσεων
Βασικό βιβλίο μαθήματος Οι σημειώσεις διανέμονται υπό την άδεια creative commons BY-NC-SA [GR] www.creativecommons.gr
Βιβλιογραφία Ανδρεάτος Α. (2010). Σημειώσεις Βάσεων Δεδομένων με MySQL και PHP. Εκδόσεις Υπηρεσίας Αεροπορικών Εκδόσεων, Δεκέλεια, 2010. Meloni, Julie (2004). Μάθετε PHP, MySQL & Apache Όλα σε Ένα & CD. ISBN: 960-512-442-4. Εκδότης: Μ. ΓΚΙΟΥΡΔΑΣ ( www.mgiurdas.gr). ΓΙΑΝΝΑΚΟΥΔΑΚΗ, Ε.Ι. (1999). ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ. ISBN: 960-85122-6-3. Εκδότης: Ε. ΜΠΕΝΟΥ. Ξένος Μ. & Χριστοδουλάκης Δ. (2002). «Εισαγωγή στις Βάσεις Δεδομένων». Εκδ. Παπασωτηρίου, Αθήνα.