Modelo de Dados Relacional

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1 Modelo de Dados Relacional

2 Introdução O modelo relacional representa um banco de dados como um conjunto de relações Informalmente, uma relação é uma tabela de valores, onde cada linha representa uma coleção de dados relacionados Cada linha de uma tabela representa um fato que tipicamente corresponde a uma entidade ou relacionamento do mundo real

3 Conceitos Básicos As linhas de uma relação (tabela) são chamadas de tuplas Ao cabeçalho de cada coluna dá-se o nome de atributo O conjunto de valores que pode aparecer em cada coluna é chamado de domínio

4 Conceitos Básicos Esquema de relação Descreve a relação R(A 1,A 2,...,A n ), onde: R Nome da relação A i Nome de um atributo n Grau da relação Cada Atributo A i e o nome de um papel desempenhado por algum dominio D no Esquema da relação R Exemplo: Student(Name, SSN, HomePhone, Address, OfficePhine, Age,GPA)

5 Conceitos Básicos Relação r(r) Conjunto de tuplas: r = {t 1,t 2,..., t m } Cada tupla é uma lista ordenada de valores: t = <v 1,v 2,..., v n > Attributo A i na tupla t: t[a i ] r(r) dom(a 1 ) x dom(a 2 ) x... x dom(a n )

6 Características de uma Relação As tuplas de uma relação não são ordenadas Benjamin Bayer Bluebonnet Lane null Registros em um arquivo são ordenados de acordo com a posição em que são armazenados no disco

7 Características de uma Relação Uma tupla é uma lista ordenada de valores O valor de cada atributo em uma tupla é atômico Atributos compostos e multivalorados não são permitidos O valor especial null é utilizado para representar valores não conhecidos ou não aplicáveis a uma determinada tupla Um esquema de relação pode ser visto como uma declaração ou asserção Esquema de relação = Predicado Valores em cada tupla satisfazem o predicado

8 Restrições de Integridade Restrições de domínio Especificam que o valor de cada atributo A de uma relação deve ser um valor atômico do domínio dom(a) Restrições de chave Por definição todas as tuplas sao distintas Um conjunto de atributos SK de um esquema de relação R tal que, para duas tuplas quaisquer t 1 e t 2 de r(r), t 1 [SK] t 2 [SK] é uma super-chave de R Super-chave default: todos os atributos Uma chave de R é uma super-chave com a propriedade adicional de que nenhum de seus subconjuntos também seja uma super-chave de R {SSN,Name,Age} = super-chave; {SSN} = chave

9 Restrições de Integridade Restrições de chave Um esquema de relação pode ter mais de uma chave chaves candidatas Dentre as chaves candidatas de um esquema de relação, uma delas é indicada como chave primária e as demais constituem as chaves alternativas

10 Restrições de Integridade Restrições em valores null Especifica se a um atributo e permitido ter valores null Exemplo. Todo Estudante deve ter um nome válido, nao-null

11 Esquema de um BD Relacional Um esquema de banco de dados relacional S define: um conjunto de esquemas de relação R = {R 1,R 2,...,R n }, e um conjunto de restrições de integridade I S = (R,I)

12 Esquema de um BD Relacional

13 Restrições de Integridade Além das restrições de domínio e de chave as seguintes restrições de integridade são parte do modelo relacional: Restrição de integridade de entidade Nenhum componente de uma chave primária pode ser nulo

14 Restrições de Integridade Restrição de integridade referencial Usada para manter a consistencia entre tuplas de duas relacoes Uma tupla em uma relação que se refere a outra relação deve referenciar uma tupla existente nesta outra relação Aparecem devido aos relacionamentos entre entidades Seja FK um conjunto de atributos de um esquema de relação R 1 definido sobre o mesmo domínio dos atributos da chave primária PK de outro esquema R 2. Então, para qualquer tupla t 1 de R 1 : t 1 [FK] = t 2 [PK], onde t 2 é uma tupla de R 2 ou t 1 [FK] é nulo

15 Restrições de integridade referencial

16 Restrições de Integridade A restrição de integridade referencial pode ser expressa pela notação R 1 [FK] R 2 [PK], onde PK é a chave primária de R 2 e FK é a chave estrangeira de R 1 Exemplos: EMPLOYEE[DNO] DEPARTMENT[DNUMBER] WORKS_ON[ESSN] EMPLOYEE[SSN] WORKS_ON[PNO] PROJECT[PNUMBER]

17 Instância de um BD Relacional Houston

18 Instância de um BD Relacional

19 Opções de Remoção da RIR A cada RIR R 1 [FK] R 2 [PK] é possível associar uma opção de remoção que especifica como a remoção de uma tupla de R 2 é executada em relação a R 1 As opções de remoção possíveis são: bloqueio propagação substituição por nulos Notação: onde op {b, p, n} op R 1 [FK] R 2 [PK],

20 Exemplos de RIR EMPLOYEE(FNAME,MINT,LNAME,SSN,BDATE,ADDRESS,SEX, SALARY,SUPERSSN,DNO) n EMPLOYEE[SUPERSSN] EMPLOYEE[SSN] b EMPLOYEE[DNO] DEPARTMENT[DNUMBER] DEPARTMENT[DNAME,DNUMBER,MGRSSN,MGRDATE] b DEPARTMENT[MGRSSN] EMPLOYEE[SSN] DEPT_LOCATIONS(DNUMBER,LOCATION) p DEPT_LOCATIONS[DNUMBER] DEPARTMENT[DNUMBER]

21 n b b p b b p b Restrições de integridade referencial com opções de remoção

22 Operações sobre Relações As operações sobre um BD relacional podem ser classificadas em: Operações de recuperação (consulta) Operações de atualização Operações de atualização (sobre tuplas): Inserção (insert) Remoção (delete) Modificação (modify)

23 Operações sobre Relações Operações de atualização Restrições de integridade não podem ser violadas Inserção Restrição de Dominio: valor fora do dominio Restrição de Chave: valor ja existe Restrição de integridade de entidade: se chave for null Restrição de integridade referencial: se chave estrangeira referencia tupla inexistente Ação default: rejeitar inserção (com explicação)

24 Operações sobre Relações Operações de atualização Restrições de integridade não podem ser violadas Remoção Restrição de integridade referencial: tupla deletada e referenciada por chaves estrangeiras Ação default: rejeitar inserção (com explicação) Segunda opção: propagar remoção de tuplas que violem uma restrição de integridade referencial Terceira Opcao: Modificar o valor da chave estrangeira para nulo

25 Operações sobre Relações Operações de atualização Restrições de integridade não podem ser violadas Modificação Modificar o valor de um atributo que nao e chave primaria ou estrangeira não causa problemas (se o valor for do dominio, e, se for null, que este valor seja permitido) Modificar a chave primaria e igual a remover uma tupla e inserir outra Modificar chave estrangeira: SGBD deve verificar se novo valor do atributo referencia tupla existente

26 Álgebra Relacional Conjunto de operações básicas usadas para manipular relações especificação de consultas As operações da álgebra são divididas em: Operações de conjunto: união, interseção, diferença e produto cartesiano Operações específicas: seleção, projeção, junção e divisão Toda operação da álgebra relacional tem como resultado uma relação

27 Operação de Seleção Seleciona um subconjunto de tuplas de uma relação que satisfazem uma condição de seleção Notação: σ <cond> (<nome da relação>) Exemplos: σ DNO = 4 (EMPLOYEE) σ SALARY>30000 (EMPLOYEE) σ (DNO = 4 AND SALARY>25000) (EMPLOYEE)

28 Operação de Seleção σ (DNO = 4 AND SALARY>25000) OR (DNO=5) (EMPLOYEE)

29 Operação de Projeção Projeta as tuplas de uma relação sobre um determinado conjunto de atributos Notação: π <atributos> (<nome da relação>) Exemplos: π LNAME,FNAME,SALARY (EMPLOYEE) π SEX,SALARY (EMPLOYEE)

30 Operação de Projeção π LNAME,FNAME,SALARY (EMPLOYEE) π SEX,SALARY (EMPLOYEE)

31 Seqüência de Operações Várias operações podem ser combinadas para formar uma expressão da álgebra relacional π FNAME,LNAME,SALARY (σ DNO = 5 (EMPLOYEE))

32 Seqüência de Operações Pode-se especificar relações temporárias e alterar o nome dos atributos da relação resultante: TEMP σ DNO=5 (EMPLOYEE) R(FIRSTNAME, LASTNAME, SALARY) π FNAME,LNAME,SALARY (TEMP) R

33 Operações de Conjunto União: Efetua a união de duas relações compatíveis Notação: R S Diferença: Efetua a diferença entre duas relações compatíveis Notação: R S Interseção: Efetua a interseção de duas relações compatíveis Notação: R S

34 Operações de Conjunto Duas relações R(A1,A2,..., An) e S(B1,B2,..., Bn) são (união) compatíveis quando tiverem o mesmo grau e dom(ai) = dom(bi) Exemplo: RESULT1 π SSN ( σ DNO = 5 (EMPLOYEE)) RESULT2(SSN) π SUPERSSN (σ DNO = 5 (EMPLOYEE)) RESULT RESULT1 RESULT2

35 Operações de Conjunto STUDENT INSTRUCTOR STUDENT INSTRUCTOR Duas relações compatíveis STUDENT INSTRUCTOR INSTRUCTOR STUDENT

36 Operações de Conjunto Produto Cartesiano: combina as tuplas de duas relações. Notação: R S Exemplo: FEMALE_EMPS σ SEX = F (EMPLOYEE) EMPNAMES π FNAME, LNAME, SSN (FEMALE_EMPS)

37 Produto Cartesiano EMP_DEPENDENTS EMPNAMES DEPENDENT ACTUAL_DEPENDENTS σ SSN = ESSN (EMP_DEPENDENTS) RESULT π FNAME,LNAME,DEPENDENT_NAME (ACTUAL_DEPENDENTS)

38 Operação de Junção Combina as tuplas de duas relações que satisfazem uma determinada condição Notação: R <cond> S A condição de junção é geralmente da forma <cond 1 > AND <cond 2 > AND... AND <cond n >, onde <cond i > é uma expressão A θ B, sendo A um atributo de R, B um atributo de S e θ um dos operadores {=,<,,>,, }

39 Operação de Junção Exemplo: DEPT_MGR DEPARTMENT MGRSSN=SSN EMPLOYEE Uma operação de junção que envolva apenas condições de igualdade é chamada de eqüi-junção Uma junção natural é uma eqüi-junção na qual o segundo atributo de cada condição de igualdade é eliminado da relação resultante (uma junção natural é geralmente definida sobre atributos de mesmo nome) Notação: R S

40 Exemplos de Junção Natural DEPT (DNAME,DNUM,MGRSSN,MGRSTARTDATE) DEPARTMENT PROJ_DEPT PROJECT DEPT DEPT_LOCS DEPARTMENT DEPT_LOCATIONS

41 Conjunto Completo de Operações O conjunto de operações {σ,π,,, } é um conjunto completo, ou seja, todas as demais operações da álgebra relacional podem ser derivadas dessas operações. Exemplo: R S (R S) ((R-S) (S-R)) R <cond> S σ <cond> (R S)

42 Operação de Divisão Seja a consulta: recupere os nomes dos empregados que trabalham em todos os projetos em que o empregado John Smith trabalha Esta consulta pode ser expressa usando a operação de divisão ( ) da seguinte forma: SMITH σ FNAME = John AND LNAME = Smith (EMPLOYEE) SMITH_PNOS π PNO (WORKS_ON ESSN = SSN SMITH) SSN_PNOS π ESSN,PNO (WORKS_ON) SSNS(SSN) SSN_PNOS SMITH_PNOS RESULT π FNAME,LNAME (SSNS EMPLOYEE)

43 Operação de Divisão SSN_PNOS π ESSN,PNO (WORKS_ON) SMITH_PNOS π PNO (WORKS_ON ESSN = SSN SMITH) SSNS(SSN) SSN_PNOS SMITH_PNOS

44 Operação de Divisão T R S

45 Exemplos de Consultas Liste o nome e o endereço dos empregados que trabalham para o departamento Research RESEARCH_DEPT σ DNAME= Research (DEPARTMENT) RESEARCH_DEPT_EMPS (RESEARCH_DEPT DNUMBER = DNO EMPLOYEE) RESULT π FNAME,LNAME,ADDRESS (RESEARCH_DEPT_EMPS)

46 Exemplos de Consultas Para cada projeto localizado em Stafford, liste o número do projeto, o número do departamento que o controla, e o nome, endereço e data de nascimento do gerente desse departamento ST_PROJS σ PLOCATION = Stafford (PROJECT) CTR_DEPT ST_PROJS DNUM=DNUMBER DEPARTMENT PROJ_DEPT_MGR CTR_DEPT MGRSSN=SSN EMPLOYEE RESULT π PNUMBER,DNUM,LNAME,ADDRESS,BDATE (PROJ_DEPT_MGR)

47 Exemplos de Consultas Liste o nome dos empregados que trabalham em todos os projetos controlados pelo departamento número 5 DP5_PRJ(PNO) π PNUMBER (σ DNUM=5 (PROJECT)) EMP_PRJ(SSN,PNO) π ESSN,PNO (WORKS_ON) RESULT_EMP_SSNS EMP_PRJ DP5_PRJ RESULT π LNAME,FNAME (RESULT_EMP_SSNS EMPLOYEE)

48 Exemplos de Consultas Liste o nome dos empregados que não têm dependentes ALL_EMPS π SSN (EMPLOYEE) EMPS_WITH_DEPS(SSN) π ESSN (DEPENDENT) EMPS_WITHOUT_DEPS (ALL_EMPS EMPS_WITH_DEPS) RESULT π LNAME,FNAME (EMPS_WITHOUT_DEPS EMPLOYEE)

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