Parte II Modelo de Dados Relacional. Evandro E. S. Ruiz

Transcrição

1 Parte II Modelo de Dados Relacional Evandro E. S. Ruiz 1

2 Intro Modelo relacional introduzido por Ted Codd (IBM) em 1970 Modelo simples matematicamente. Usa conceitos de relações matemáticas Algo como uma tabela de valores Primeiras implementações de BD nesta abordagem datam de 1980 SGDB atuais: Oracle, SQL Server, PostgreSQL, MySQL 2

3 Conceitos do Modelo Relacional BD é visto como um conjunto de relações ( relacionamentos) Relações Tabelas de valores Linhas: coleções de valores de dados relacionados Linha: corresponde a um fato, um registro Linha: instância de um tipo entidade Nomes da tabela e nomes das colunas ajudam a interpretação do significado no mundo real Veja figura a seguir: 3

4 Relação: Exemplo 4

5 Relação: Exemplo abordaremos o null mais adiante 5

6 Terminologia Linha = Tupla (corresponde aos fatos) Cabeçalho = Atributo (nome do atributo). Atributos são valorados Tabela = Relação O tipo de dado que descreve os tipos de valores que podem aparecer em cada coluna e representado pelo domínio de valores possíveis 6

7 Domínio: definições lógicas Domínio é um conjunto de valores atômicos (indivisíveis) Exemplos: Número_telefone: 8 dígitos válidos Número_CPF: 11 dígitos válidos (e validado) Data_nasc: domínio e ser validada (dd/mm/aaaa) Nome_departamento: nomes válidados (cadeias de caracteres) 7

8 Domínio e tipo (formato) Para cada domínio deve ser especificado um tipo de dado ou formato Exemplo: Número_telefone: (ddd) dddd-dddd, para d=dígito numérico decimal Data_nasc: dd/mm/aaaa, para dd=dia (dígitos decimais), dia <=31 etc. Muitos atributos podem possuir o mesmo domínio, mas os papéis são diferentes Exemplo: números de telefone residencial e de escritório 8

9 Relações: características Relação = conjunto de tuplas (tabela de valores) Não tem ordem definida entre as tuplas (linhas) Ordenação não é parte da definição de tupla Não há preferência SGBD implementam as tuplas de modo a recuperar todas num único intervalo de tempo 9

10 Relação: não há ordem nas tuplas 10

11 Ordenação de valores nas tuplas Tupla é uma lista ordenada de n valores Ordenação dos valores (atributos) é importante no nível físico, não no nível lógico Na recuperação dos valores, a ordem dos atributos numa tupla pode ser utilizada pela linguagem de acesso aos dados 11

12 Relação: outra ordenação das tuplas 12

13 Esquema de relação Nome da relação + lista de atributos Exemplo: ALUNO (Nome: string, SSN: string, FoneResidencia: string,..., Idade: integer, MPG: real) onde MPG=média ponderada global Os SGDBs permitem (requerem) a definição de um esquema para o BD O esquema é parte da documentação do BD 13

14 Nulls Representam valores desconhecidos de atributos Ou valores que não se aplicam Ou valor desconhecido Exe: null para o valor de FoneEscritorio indica que talvez a pessoa não tenha um escritório Exe: null para CPF quando atributo de uma Pessoa mas instanciado numa criança Atributo não se aplica 14

15 Interpretação de tuplas Tupla: interpretação de um fato, uma instância, uma asserção Exe: Aluno nome cujo SSN é xxx tem yy anos e mora... Algumas relações apresentam fatos sobre entidades Outras relações representam relacionamentos Valores em cada tupla satisfazem o predicado (uso em Prolog) 15

16 Restrições Um BD pode conter muitas tuplas em várias relações Tuplas relacionadas de diversas maneiras Reforçamos que um BD e a aplicação vinculada podem precisar de restrições para funcionarem Restrições são (derivadas) de regras do minimundo, do modelo, do domínio da aplicação São 3 os tipos de restrição: 16

17 As restrições 1. Inerentes ao modelo de dados Exe: Não existem tuplas repetidas 2. Restrições baseadas em esquema (esquema de relação) Restrições operacionalizadas através de DDL (data definition language) Esquema de relação descreve atributos e tipos de dados Exe: Número_telefone: (ddd) ddddd-dddd, para d=dígito numérico decimal São o tipo que importa quando o assunto é modelo relacional São as restrições do modelo relacional para nosso caso 3. Restrições baseadas em aplicação Programas aplicativos controlam o acesso aos dados do BD Exe: Dados que um tipo de usuário pode acessar. 17

18 As restrições 1. Inerentes ao modelo de banco de dados Exe: Não existem tuplas repetidas 2. Restrições baseadas em esquema (esquema de relação) Restrições operacionalizadas através de DDL (data definition language) Esquema de relação descreve atributos e tipos de dados Exe: Número_telefone: (ddd) ddddd-dddd, para d=dígito numérico decimal São o tipo que importa quando o assunto é modelo relacional São as restrições do modelo relacional para nosso caso 3. Restrições baseadas em aplicação Programas aplicativos controlam o acesso aos dados do BD Restrições mais amplas, difíceis de impor no modelo relacional 18

19 Restrições baseadas em esquema As restrições baseadas em esquema são as principais restrições que podem ser expressas no modelo relacional. Nestas restrições incluímos: 1. Restrições de domínio 2. Restrições de chaves e em valores null 3. Restrições de integridade de identidade 4. Restrições de integridade referencial Explicando cada uma 19

20 Restrições de domínio Especificadas no esquema das relações Especificadas dentro de cada tupla São restrições de domínio: o valor do atributo e o tipo de dados char, boolean, integer, real, string etc A linguagem SQL específica tipos de dados no padrão internacional 20

21 Restrições de chave e de valores null Relação = conjunto de tuplas Por definição, todas instâncias (elementos de um conjunto) são distintas, portanto as instâncias não podem ter a mesma combinação de valores Ou seja, duas tuplas não podem ter a mesma combinação de valores para todos os atributos, portanto Agora vamos abrir um parênteses para explicar o conceito de superchave 21

22 Chave primária É a chave candidata mínima formada por um ou mais atributos da relação que garantem a unicidade das instâncias Exe: número do telefone (+ data de nascimento) Superchave é uma chave candidata não mínima que não necessita de algum atributo já possua para garantir a unicidade da instância. No popular é uma chave formada com atributos a mais. 22

23 Restrições de chave e em valores null Podem existir outros subconjuntos de atributos para os quais duas tuplas não tenham a mesma combinação de valores (em qq estado r de R), ou seja, t1[sk] t2[sk] para subconjuntos de atributos Sk= superchave e, t1 e t2 duas tuplas Estes subconjuntos são Superchave Sk e especificam uma a restrição de unicidade (duas tuplas distintas não pode ter o mesmo valor) Uma superchave pode ter atributos redundantes, logo o conceito mais vantajoso é o de chave (sem redundância) 23

24 Restrições de chave Duas tuplas distintas não podem ter o mesmo valor para Sk (Sk = subconjunto de atributos) Toda relação tem, pelo menos, uma superchave padrão (default) Uma chave não apresenta redundância 24

25 Restrições de chave Uma chave deve satisfazer duas restrições: 1. Duas duplas distintas não podem ter valores idênticos em todos os atributos da chave 2. É uma superchave mínima, ou seja, não podemos remover atributos e ainda manter a unicidade garantida em 1 O valor de um atributo-chave identifica unicamente cada tupla na relação. 25

26 Restrições de chave: exemplo Chave 26

27 Diferença chave X superchave SSN é uma chave 27

28 Diferença chave X superchave conjunto de atributos é uma superchave Todo conjunto de atributo que contiver SSN é uma superchave 28

29 Diferença chave X superchave conjunto de atributos é uma superchave Superchave não é uma chave de ALUNO pois remover Nome ou Idade ainda nos deixa com uma superchave 29

30 + sobre chave Toda superchave formada por um único atributo também é uma chave Uma chave com vários atributos exige que todos garantam a propriedade de unicidade Uma chave é um propriedade que não varia no tempo do BD Ela deve ser mantida quando inserimos novas tuplas Nome não pode ser uma chave pois podemos incluir nomes idênticos aos anteriores. 30

31 Esquema de relação com mais de uma chave duas chaves candidatas duas chaves candidatas 31

32 Esquema de relação com mais de uma chave uma pode ser chave primária uma chave primária identifica uma tupla 32

33 Restrição NOT NULL Especifica se os valores null são ou não permitidos Por exemplo: se toda tupla de Aluno tem um valor válido, não nulo, para o atributo Nome, então Nome para Aluno deve ser NOT NULL (não nulo) As DDL que especificam os esquemas auxiliam na especificação desta restrição 33

34 Fechando...até aqui Definições e restrições aplicam-se às relações únicas e seus atributos Mas um BD apresenta muitas relações BD Relacional S é um conjunto de esquemas de relação S={R1, R2,..., Rn} e um conjunto de restrições de integridade IC Um estado de um BD relacional de S é um conjunto dos estados da relações {r1, r2,..., rn} de forma que cada ri satisfaça as restições de integridade especificadas em IC. Um estado BD que obedece as restrições de integridade é chamado de estado válido 34

35 Exemplo de uso da abordagem relacional Veremos a seguir um esquema de um BD relacional que chamamos Empresa = {Empregado, Departamento, Depto_Locações, Projeto, Trabalha_em, Dependente} Atributos sublinhados = chave primária Usaremos este mesmo esquema em outras ocasiões adiante 35

36 Exemplo: Chaves primárias 36

37 Exemplo: Chaves primárias compostas Uma chave primária pode ser composta por 2 ou mais atributos 37

38 Exemplo: Mesmo conceito Mesmo conceito do mundo real: o número de um Depto 38

39 Mesmo conceito: ainda... Mesmo conceito do mundo real: o número de um Depto Mesmo conceito do mundo real: o número de um Depto 39

40 Mesmo conceito: ainda... Atributos que representam o mesmo conceito podem ou não ter o mesmo nome em diferentes relações 40

41 Mesmo conceito: ainda... Mesmo conceito e nomes diferentes numa mesma relação. Isso distingue seus significados 41

42 Um estado possível para o BD Empresa 42

43 SGDB e linguagem de definição de esquemas Cada SGBD relacional deve ter uma linguagem de definição de dados DDL é uma linguagem de definição de dados Data Definition Language SGDBs atuais (maior parte) usam SQL como DDL 43

44 + sobre restrições Além das restrições de: Domínio; Chave; e NOT NULL Devemos considerar: Restrição de integridade de entidade; e Restrição de integridade referencial 44

45 Restrição de integridade de entidade Estabelece que nenhum valor da chave primária pode ser null Chave primária identifica instâncias da relação (tuplas individuais) Esta restrição também é estabelecida pela DDL 45

46 Restrição de integridade referencial Ocorre entre duas relações (é um relacionamento) Usada para manter a consistência entre duas tuplas de duas relações Uma tupla de uma relação que refere-se a outra tupla existente de outra relação Isto é manter consistência Veja exemplo na figura a seguir: DNO em Empregado deve referenciar a um DNumero de Departamento 46

47 Chave estrangeira Definição: Dadas as relações R1 e R2. Um conj. de atributos FK de R1 é uma chave estrangeira de R1 que fazem referência a R2, se FK satisfizer a duas regras: 1. Os atributos FK têm o mesmo domínio dos atributos da chave primária PK de R2. Diz-se que FK referencia R2. 2. Um valor de FK numa tupla t1 do estado r1, ou ocorre como valor de PK para uma tupla t2 em r2 ou é null. Se t1[fk]= t2[pk] diz-se que t1 refere-se a t2. R1 é a relação de referência. R2 é a relação referida. Veja exemplo a seguir: 47

48 DNO: chave estrangeira 48

49 DNO: chave estrangeira corresponde ao valor da chave primária DNUMERO, ou null 49

50 Esta é uma chave estrangeira Esta é uma chave primária A chave primária de DEPT_LOCALIZACOES é a composição de dois atributos DNUMERO e DLOCALIZACAO 50

51 Quem é o supervisor de John Smith? 51

52 Quem é o supervisor de John Smith? 52

53 Exemplo de restrição de integridade referencial Chaves estrangeiras apontam para chaves primárias 53

54 Exemplo de restrição de integridade referencial cp cp ce ce cp ce ce cp cp ce cp ce ce ce 54

55 Outros tipos de restrições Restrições de integridade semântica Exe: O salário de um empregado não pode ser maior que o do seu supervisor, ou então, O número máximo de horas que um empregado pode trabalhar, em todos os projetos, é 56 Podem ser especificadas na aplicação que atualiza o BD (mais comum) ou Pelo uso de linguagem de especificação de restrição 55

56 Operações de atualização e tratamento de violações de restrição 56

57 Operações no BD BD relacional temos dois tipos de operações: Recuperações; e Atualizações Três operações básicas de atualização: 1. insert; (insere tupla) 2. delete; (remove tupla) e 3. modify (modifica valor de atributos em tuplas existentes) 57

58 Relembrando o esquema da relação EMPREGADO 58

59 insert < Cecilia, F, Kolonsky, null, , Rua A, 388, F, 28000, null, 4> em EMPREGADO Viola restrição de integridade de entidade. null para chave primária 59

60 insert < Alicia, J, Zelaya, , , Rua A, 388, F, 28000, null, 4> em EMPREGADO Viola restrição de chave pois outra tupla com mesmo valor de SSN já existe 60

61 insert < Cecilia, F, Kolonsky, null, , Rua A, 388, F, 28000, null, 7> em EMPREGADO Viola restrição de integridade referencial. Não existe valor DNUMERO=7 61

62 Como resolver problemas com insert? 1.Default: rejeitar a inserção. Aplicação poderia explicar o motivo 2.Tentar corrigir o motivo para rejeição 3.Outra opção: inserir nova tupla. Exemplo: iserir tupla com DNUMERO=7 62

63 delete tupla TRABALHA_EM com ESSN= e PNO=10 OK! 63

64 delete tupla EMPREGADO com SSN= Não aceitável. Há tuplas em TRABALHA_EM que se referem a esta tupla. Viola integridade referencial. 64

65 delete tupla EMPREGADO com SSN= Não aceitável. Há tuplas em TRABALHA_EM que se referem a esta tupla. Viola integridade referencial. DEPARTAMENTO também é atingida. 65

66 Como resolver problemas com delete? 1.Default: rejeitar a remoção. Aplicação poderia explicar o motivo 2.Remoção em cascata (propagação). Eliminação das tuplas que fazem referência a tupla removida 3.Modificar os valores dis atributos de referência que causam a violação Trocar por null (se não for chave primária) ou valor válido 66

67 Por hoje é só, pessoal! Obrigado! 67