Desenvolvimento de uma base de dados. Relação. Modelo lógico: SGBD relacional

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1 Desenvolvimento de uma base de dados Realidade Bases de dados relacionais e SQL Conceitos básicos de bases de dados relacionais A 3ª forma normal Structured Query Language (SQL) Modelo conceptual (e.g. Modelo Entidade-Associação) Modelo lógico (e.g. Modelo Relacional) Graça Abrantes 2 Modelo lógico: SGBD relacional Baseiam-se num conjunto de conceitos teóricos apresentados em 1970 por E. F. Codd. Vantagens dos SGBD relacionais: simplicidade dos conceitos que utilizam existência de definições formais para os conceitos permitiram uma rápida divulgação permitiram a adesão de diversos fabricantes de software; adequação à representação de muitos dos aspectos que constituem a realidade Relação Nas bases de dados relacionais a estrutura fundamental é a relação. Uma relação é definida por um esquema e uma tabela. Um esquema é composto: pelo nome da relação pelos nomes dos atributos 3 4 1

2 Tabelas e esquemas - exemplos Tabela exemplo: Esquema desta tabela: Conc_1998 (FID, Shape, AREA, PERIMETER, COD_NUTS, DTCC, DT, DISTRITO, AGRUPC, CONCELHO) Outros exemplos de esquema de uma tabela: PqCampismo(código, designação, capacidade, prop) Rios (FID, Shape, LENGTH, CODRIOS, DESIGNAÇÃO, TIPO) Atributos Um atributo A i toma valores num conjunto D i chamado domínio do atributo. O domínio determina o tipo de valores que o atributo pode tomar. Dado U={A 1, A 2,...,A n }, uma relação R sobre U é um subconjunto de D 1 xd 2 x...xd n. A cada tuplo deste produto cartesiano dá-se o nome de instância da relação R Tabela O conjunto das instâncias da relação R constituí uma tabela em que - as linhas são as instâncias (ou registos) - as colunas são os atributos (ou campos) 7 Observações os valores de cada atributo pertencem a um mesmo domínio; o valor de um atributo é sempre atómico; isto é, numa tabela, no cruzamento de uma linha com uma coluna só pode existir um valor de atributo; numa relação não podem existir instâncias iguais; a ordem porque se encontram as instâncias de uma relação e os seus atributos é irrelevante; podem existir instâncias sem valores em alguns dos seus atributos; neste caso o atributo diz-se opcional e o seu valor é null; os nomes (ou identificadores) dos atributos que constituem o esquema de uma relação são únicos nessa relação. 8 2

3 Chave(s) de uma relação Um conjunto de atributos que tomam valores diferentes para cada instância da relação é uma chave da relação. cada instância pode ser identificada pelo valor da chave: o valor da chave nunca se repete. Uma chave pode ser composta por um ou mais atributos. Um atributo que pertence à chave, designa-se por Atributo primário; um atributo que não pertence à chave, designa-se por Atributo não primário. Chave primária de uma relação é um subconjunto mínimo de atributos cujos valores permitem identificar de modo único cada uma das instâncias dessa relação. 9 Chave primária e chave estrangeira Nos SGBD relacionais, para representar as associações existentes entre as várias entidades utilizam-se esquemas de relações em que figuram atributos comuns. Exemplo: Uma chave estrangeira de uma relação é um conjunto de atributos que é chave primária de outra relação. Chave primária i da tabela Distrito 10 Modelo relacional: 1ª forma normal Todos os atributos tomam valor único. Exemplo: Em vez de nome tipo fronteira Tejo principal marítima, terrestre Mondego principal marítima fazer: nome tipo fronteira fronteira marítima terrestre Tejo principal sim sim Mondego principal sim não 11 Modelo relacional - Dependências funcionais Dada um relação R definida sobre um conjunto de atributos U={A 1, A 2,, A n }, diz-se que o atributo A k depende funcionalmente do atributo A i (A i A k ) se e só se sempre que duas instâncias tiverem o mesmo valor em A i tiverem também o mesmo valor em A k. Dependência funcional 12 3

4 Modelo relacional: 2ª forma normal A relação tem que estar na 1ª forma normal Não existem dependências funcionais entre atributos que não pertencem à chave primária e partes da chave primária a 2ª forma normal só é relevante quando a chave primária de uma tabela é composta por mais do que um atributo Modelo relacional: 3ª forma normal A tabela tem que estar na 2ª forma normal Não existem dependências funcionais entre atributos que não pertencem à chave primária Por exemplo, a tabela conc_1998 não está na 3ª forma normal 13 Nota: aqui só está uma parte da tabela conc_1998; mesmo retirando o atributo DISTRITO, esta tabela ainda não verificaria a 3ª forma normal porque contém mais dependências funcionais... (ver pág. 18) 14 Normalização A passagem de uma forma normal para outra pode implicar a decomposição de uma tabela num conjunto de tabelas. Exemplo: 2ª FN 3ª FN Exemplo: dada a tabela na 2ª forma normal COD_NUTS DTCC CONCELHO DT DISTRITO RC SINTRA 11 Lisboa RC OEIRAS 11 Lisboa substituir por 2 tabelas: COD_NUTS DTCC CONCELHO DT RC SINTRA 11 RC OEIRAS CODDT DISTRITO 11 Lisboa 16 4

5 Tabela normalizada (3ª forma normal) Numa tabela que verifica as primeiras três formas normais,,qualquer q atributo que não pertence à chave primária depende completamente e exclusivamente da totalidade dessa chave. Por que é que a tabela abaixo não está na 3ª forma normal? Exemplo: Suponha que tem que estruturar um tema relativo a árvores notáveis numa estrutura de dados vectoriais de um sistema de informação geográfica (SIG). Para cada árvore pretende registar o nome comum, o nome científico, a família, a altura da árvore e o diâmetro do tronco (DAP). Existe um milhar de árvores notáveis na região de interesse, havendo várias espécies representadas por diversos indivíduos. Como estruturaria essa informação no SIG? 19 Consistência, redundância e formas normais Para evitar redundâncias e para facilitar a manutenção da consistência dos dados na base de dados, as tabelas devem verificar as formas normais. A primeira forma normal é obrigatoriamente respeitada por uma relação. A segunda forma normal é obrigatoriamente respeitada por uma relação cuja chave primária seja simples. A segunda forma normal nas relações que possuem chave primária composta e a terceira forma normal asseguram a não existência de um certo tipo de redundâncias na base de dados. 20 5

6 Structured Query Language (SQL) SQL é uma linguagem normalizada (ANSI) para consultas e actualizações de bases de dados relacionais. A instrução SELECT As consultas a uma base de dados relacional fazem-se em SQL recorrendo à instrução SELECT. Esta instrução permite criar conjuntos de registos de uma ou mais tabelas da base de dados seleccionados segundo diversos critérios A cláusula WHERE na instrução SELECT A cláusula WHERE (exemplos) SELECT atributo1, atributo2,... (ou *) FROM tabela1, tabela 2,... WHERE condição; esta instrução selecciona os registos que verificam a condição; na condição podem ser utilizados operadores relacionais (<, <=, >, >=, =, <>), operadores lógicos (NOT, AND, OR) e os operadores IN e LIKE. 23 select * from solo where CODSOLO >= 800 select * from solo where CODSOLO > 400 and CODSOLO <= 700 select * from solo where not ( CODSOLO > 400 and CODSOLO <= 700) select * from solo where CODSOLO <= 400 or CODSOLO > 700) (1) (1) Nota: esta instrução selecciona exactamente as mesmas features que a instrução anterior select * from conc_1998 where CONCELHO like A% select * from rios where "TIPO" = 'Principal' or "DESIGNACAO" in ( 'Fronteira terrestre', 'Fronteira marítima' ) select * from conc_1998 where CONCELHO = 24 6

7 A cláusula WHERE nos SIG Cruzamento de tabelas ( join ) Nos SIG a condição da instrução SELECT também pode utilizar operadores relacionais espaciais: intersect, are within a distance of, contain, are within, touch the boundary of, A cláusula FROM especifica o(s) nome(s) da(s) tabela(s) em que se encontram os registos a seleccionar. A instrução SELECT produz o produto cartesiano das tabelas especificadas, isto é, cada registo do resultado é composto por um registo de cada uma dessas tabelas. Num cruzamento (join) )de tabelas a cláusula l WHERE é utilizada para seleccionar no resultado do produto cartesiano os tuplos que correspondem a registos em que o valor de uma chave estrangeira é igual ao valor de uma chave primária. 26 Exemplo (cruzamento ou join): SELECT * FROM conc,valoracrescentado WHERE DTCC=codigo; onde codigo é a chave primária da tabela ValorAcrescentado e DTCC é a correspondente chave estrangeira na tabela conc. Outro exemplo: Suponha que pretende estruturar para uma determinada região um tema relativo a culturas agrícolas numa estrutura de dados vectoriais de um sistema de informação geográfica g (SIG). Para cada parcela de terreno ocupada por uma determinada cultura pretende-se registar (i) o nome comum da espécie, (ii) o nome científico, (iii) o rendimento médio da cultura na região, (iv) a data da sementeira ou plantação e (v) a área da parcela. A região de interesse é um concelho rural do norte de Portugal, com um elevado índice de desagregação das parcelas. 1. Que estrutura de dados deve usar? 2. Explique porque é vantajoso usar duas tabelas na base de dados do sistema de informação geográfica, uma referente a objectos espaciais, outra com informação não espacial. 3. Como deve proceder para através de pesquisas à base de dados que estruturou obter informação, para cada tipo de cultura, sobre a primeira data de sementeira/plantação na região?

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