UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

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1 UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO SISTEMA PARA APOIO A APRENDIZAGEM DE ÁLGEBRA RELACIONAL Área de Banco de Dados por Renato Vidal Kinaipp Adriana Gomes Alves, M. Eng. Orientadora Itajaí (SC), junho de 2009

2 UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO SISTEMA PARA APOIO A APRENDIZAGEM DE ÁLGEBRA RELACIONAL Área de Banco de Dados por Renato Vidal Kinaipp Relatório apresentado à Banca Examinadora do Trabalho de Conclusão do Curso de Ciência da Computação para análise e aprovação. Orientadora: Adriana Gomes Alves, M. Eng. Itajaí (SC), junho de 2009

3 AGRADECIMENTOS Agradeço em primeiro lugar a Deus que durante toda essa caminhada iluminou o meu caminho e me deu força de vontade para nunca desistir. Aos meus pais, Eloy Vidal Kinaipp e Maria Lúcia Kinaipp, por toda a educação que tornaram a pessoa que sou e por toda confiança. E ao meu irmão, Rubens, por todo apoio e companheirismo. Ao professor André Luís Alice Raabe pelo auxílio no desenvolvimento do compilador que teve grande importância no funcionamento do sistema. A minha orientadora Adriana Gomes Alves, pela orientação durante este ano de trabalho, com diversas contribuições e cobranças que tornaram possível a realização deste trabalho. Ao meu amigo Romero Piske, pelo auxílio na utilização do ambiente de desenvolvimento Microsoft Visual Studio A todas as pessoas, professores, avaliadores e amigos que de certa forma apoiaram e contribuíram para a realização deste projeto. ii

4 SUMÁRIO LISTA DE ABREVIATURAS...v LISTA DE FIGURAS...vi LISTA DE TABELAS...viii RESUMO...ix ABSTRACT...x 1 INTRODUÇÃO PROBLEMATIZAÇÃO Formulação do Problema Solução Proposta OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos METODOLOGIA ESTRUTURA DO TRABALHO FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA BANCO DE DADOS Modelo Relacional Linguagens de Consulta COMPILADORES Processo de Tradução do Compilador Tratador de Erros FERRAMENTAS SIMILARES Interactive Data Flow Query Language Ferramenta para o Ensino de Álgebra Relacional Comparativo PROJETO ANÁLISE DE REQUISITOS Requisitos Funcionais Requisitos Não Funcionais Regras de Negócio DIAGRAMAS DE CASOS DE USO PCT01. Controle de Usuários PCT02. Controle do Professor PCT03. Controle do Site DIAGRAMA DE CLASSE MÉTODO DE CORREÇÃO DA ÁLGEBRA RELACIONAL IMPLEMENTAÇÃO...40 iii

5 4.1 MICROSOFT VISUAL STUDIO MICROSOFT SQL SERVER 2005 EXPRESS GOLD PARSER BUILDER CORREÇÃO DOS EXERCÍCIOS APRESENTAÇÃO DA FERRAMENTA INSERIR MODELO DE BASE DE DADOS CADASTRO DE PROFESSOR ELABORAÇÃO DE EXERCÍCIOS RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS TESTES E VALIDAÇÃO CONCLUSÕES TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...60 A FONTES GERADOS NA FERRAMENTA GOLD...63 B CÓDIGO FONTE DA CORREÇÃO DOS EXERCÍCIOS...65 C DOCUMENTO E RESULTADOS DE TESTE...67 iv

6 LISTA DE ABREVIATURAS DDL DML HTML IBM idfql RF RN RNF SGBD SQL TCC UNIVALI Data Definition Language Data Manipulation Language Hyper Text Markup Language International Business Machines Interactive Data Flow Query Language Requisito Funcional Regra de Negócio Requisito Não Funcional Sistema Gerenciador de Bancos de Dados Structured Query Language Trabalho de Conclusão de Curso Universidade do Vale do Itajaí v

7 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Operadores da álgebra relacional...2 Figura 2. Relações utilizadas nos exemplos...10 Figura 3. Exemplo de seleção Figura 4. Exemplo de projeção Figura 5. Exemplo de junção...11 Figura 6. Exemplo de divisão...12 Figura 7. Exemplo de união Figura 8. Exemplo de interseção Figura 9. Exemplo de diferença Figura 10. Exemplo de produto cartesiano...15 Figura 11. Um compilador Figura 12. Fases de um compilador Figura 13. Árvore sintática...19 Figura 14. Interface da ferramenta idfql...21 Figura 15. Exemplo de consulta utilizando a ferramenta idfql Figura 16. Interface da ferramenta mostrando a aba Figura 17. Pct01. Controle de usuários...29 Figura 18. Pct02. Controle do professor...33 Figura 19. Pct03. Controle do site...37 Figura 20. Diagrama de classe...38 Figura 21. Método de correção da álgebra relacional...39 Figura 22. Interface da ferramenta GOLD Parser Builder Figura 23. Gerando o programa modelo no GOLD Figura 24. Modelo de processo de execução da ferramenta GOLD Figura 25. Etapa de compilação Figura 26. Seqüência da resposta Figura 27. Modelo de base de dados Figura 28. Enviar um script com os comandos SQL...47 Figura 29. Inserindo um novo modelo de base de dados Figura 30. Fornecer privilégios aos usuários Figura 31. Elaboração de exercícios Figura 32. Resolução de exercícios...51 Figura 33. Resolução de exercício com a resposta correta Figura 34. Resolução de exercício com a resposta incorreta Figura 35. Resolução de exercício com a uma expressão mal formulada...54 Figura 36. Gráfico apresentando a dificuldade dos alunos na utilização do sistema Figura 37. Gráfico apresentando a compreensão da lógica da álgebra relacional com a utilização do sistema...56 Figura 38. Código fonte da gramática...63 Figura 39. Fonte do código intermediário...64 Figura 40. Código fonte da correção dos exercícios Parte Figura 41. Código fonte da correção dos exercícios Parte Figura 42. Documento de teste...67 Figura 43. Gráfico apresentando se o sistema pode motivar o interesse do aluno pela álgebra Figura 44. Gráfico apresentando se o aluno ficou perdido na utilização do sistema Figura 45. Gráfico apresentando se as cores e as imagens foram bem exploradas...69 vi

8 Figura 46. Gráfico apresentando como seriam melhores as aulas de álgebra relacional vii

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1. Álgebra Relacional - Notação e Sintaxe dos operadores....9 Tabela 2. SQL Cláusulas...17 Tabela 3. Comparativo das Ferramentas Similares...25 Tabela 4. UC01.01 Cadastro Usuário...30 Tabela 5. UC01.02 Responde Exercícios...31 Tabela 6. UC01.04 Responde Prova...32 Tabela 7. UC01.05 Se cadastra na turma...32 Tabela 8. UC02.01 Cria Turmas...34 Tabela 9. UC02.02 Cria Exercícios...35 Tabela 10. UC02.03 Cria Prova...36 Tabela 11. UC02.05 Aceita Aluno na Turma...37 viii

10 RESUMO KINAIPP, Renato Vidal. Sistema para Apoio à aprendizagem de Álgebra Relacional. Itajaí, f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Ciência da Computação) Centro de Ciências Tecnológicas da Terra e do Mar, Universidade do Vale do Itajaí, Itajaí, A Álgebra Relacional é um conteúdo abordado na disciplina de Banco de Dados nos cursos de computação. Trata-se de uma linguagem formal de consultas procedurais para o modelo relacional, e seus conceitos são baseados na teoria da matemática e na lógica de predicados. Como o conteúdo da Álgebra Relacional é conceitual e muito complexo, para que os alunos tenham um bom entendimento dela, é necessária muita prática através de exercícios de fixação, normalmente realizada sem o uso de qualquer ferramenta. Os professores encontram, nesta tarefa, dificuldades na correção e na avaliação dos alunos. Devido a esses problemas, este trabalho propõe uma ferramenta que visa a auxiliar os alunos na aprendizagem da Álgebra Relacional através da resolução de exercícios, permitindo a correção automática das expressões e visualização dos resultados. A ferramenta permite a geração de relatórios com o desempenho dos alunos na resolução dos exercícios, e, com isso, o professor pode verificar onde cada aluno está errando e pode ajudá-los da melhor maneira possível, tornando a assimilação da Álgebra Relacional pelos alunos mais fácil e agradável. Palavras-chave: Álgebra Relacional. Informática na Educação. Banco de Dados. ix

11 ABSTRACT Relational Algebra is a content addressed to in the Database discipline, in computing courses. This is a formal language of procedural consultations for the relational model, and its concepts are based on the theory of mathematics and the logic of predicates. As the contents of Relational Algebra are very conceptual and complex, for students to have a good understanding of it, they need much practice through fixing exercises, usually without using any tool. In this task, difficulties in correcting and assessing the students are found. Due to these problems, this study suggests a tool which aims at helping students learn Relational Algebra by solving exercises, allowing the automatic correction of expressions and the visualization of results. The tool will allow the generation of reports with the student s performance in solving the exercises, thus the teacher will be able to check where each student is missing and may help them in the best possible way, making the assimilation of Relational Algebra easier and more enjoyable. Keywords: Relational Algebra. Computing in Education. Database. x

12 1 INTRODUÇÃO A disciplina de banco de dados tem por objetivo introduzir aos alunos conceitos que permitam usar, projetar e implementar sistemas de banco de dados. Um banco de dados possui um conjunto de operações que permitem manipular os dados do banco, podendo ser de incluir novos registros, alterar dados, buscar por dados registrados, excluir, entre várias outras. Para fazer a manipulação no banco de dados, os sistemas de banco de dados comerciais oferecem uma linguagem padrão de consulta que se chama SQL (Structured Query Language Linguagem de consulta Estruturada). Ela foi concebida e desenvolvida pela IBM. A SQL proporciona uma interface de alto nível, com uma sintaxe mais amigável (ELMASRI; NAVATHE, 2005). A SQL é baseada na linguagem formal Álgebra Relacional, a qual é o conjunto básico de operações para o modelo relacional de um sistema de banco de dados. Ela é muito importante por diversas razões (ELMASRI; NAVATHE, 2005): Provê um fundamento formal para operações do modelo relacional, que são os SGBDs (Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados Relacionais); É usada como base para implementar as consultas nos sistemas gerenciadores de banco de dados relacionais; e Seus conceitos são incorporados na linguagem de consulta padrão SQL. As operações da álgebra relacional atuam nas tabelas, também chamadas de relações, para chegar ao resultado desejado. Ela trabalha de uma forma onde pega uma ou mais relações como entrada de dados e gera uma nova relação como resultado, após a aplicação das operações (SILBERCHATZ, 2006). A Figura 1 mostra de uma forma simples de como as operações da álgebra relacional funcionam.

13 Figura 1. Operadores da álgebra relacional Fonte: Adaptado de Faria (2005). No início da disciplina de Banco de Dados I na Univali (Universidade do Vale do Itajaí), os alunos estudam os conceitos da álgebra relacional, no entanto, por ser uma linguagem muito complexa, há a necessidade de muita prática para a fixação da mesma. Mesmo com todos os exercícios fornecidos pelos professores, os alunos têm certa dificuldade no aprendizado e não conseguem assimilá-la de maneira satisfatória, como informado pelos professores. Estes, por sua vez, ficam sobrecarregados com a correção dos exercícios. Pensando nestes problemas surgiu a idéia de fazer este trabalho, o qual se propõe a desenvolver um sistema que visa auxiliar os alunos na aprendizagem da álgebra relacional, e também auxiliar os professores na correção dos exercícios, ou seja, o sistema deve corrigir automaticamente os exercícios feitos pelos alunos. Neste sistema os professores criarão uma lista de exercícios, para que os alunos possam fixar os conceitos da álgebra relacional. No momento em que os alunos estiverem respondendo as questões, o sistema deverá corrigir automaticamente, auxiliando os alunos e mostrando onde estão seus erros. Após os alunos terem concluído, o sistema deve ser capaz de gerar um relatório onde registrará os acertos e erros dos alunos, onde foram os erros, entre outros dados, no qual auxiliará o professor a acompanhar o aprendizado do aluno. 2

14 O propósito deste trabalho é implementar um sistema on-line, onde só os alunos e professores cadastrados poderão ter acesso, utilizando uma linguagem de programação para internet para os arquivos de código e a linguagem HTML (Hyper Text Markup Language) para os arquivos de modelo, juntamente com algum software de Banco de Dados, tendo como principais funcionalidades: Cadastro de exercícios pelo professor; Correção dos exercícios resolvidos pelos alunos; e Geração de relatórios para o professor. No módulo do professor, ele pode cadastrar exercícios, verificar quais alunos responderam os exercícios e verificar os relatórios de cada aluno, onde serão informados quais exercícios o aluno acertou e errou, quantidade de erros e acertos, tempo de resolução dos exercícios, entre outras informações. O professor também terá acesso a relatórios gerais, ou seja, relatórios que informarão o aproveitamento da turma toda em relação à matéria passada pelo professor. Já no módulo do aluno, ele só terá acesso aos exercícios a serem resolvidos. 1.1 PROBLEMATIZAÇÃO Formulação do Problema Por se tratar de uma matéria com um embasamento teórico muito grande, e por ser muito complexa, há a necessidade de muita prática para a fixação da Álgebra Relacional. O ensino desta matéria é feito através de muitos exercícios fornecidos pelos professores, porém, os alunos resolvem estes exercícios em sala de aula, e atualmente, sem nenhum software para auxiliá-los. Com isso, os alunos têm certa dificuldade no aprendizado e não conseguem assimilá-la de maneira satisfatória. Os professores, por sua vez, ficam sobrecarregados na correção dos exercícios Solução Proposta Analisando os problemas descritos acima, surgiu a idéia de desenvolver um sistema baseado nos conceitos da álgebra relacional, que visa auxiliar os alunos na aprendizagem, resultando num embasamento sólido da álgebra relacional. Também auxiliará os professores na correção dos exercícios, isto é, o sistema deve corrigir automaticamente os exercícios feitos pelos alunos, tendo como resultado aulas com uma elaboração melhor. 3

15 1.2 OBJETIVOS Objetivo Geral O objetivo geral deste trabalho é desenvolver um sistema on-line que visa auxiliar a aprendizagem de álgebra relacional para alunos da disciplina de banco de dados Objetivos Específicos Foram considerados objetivos específicos para este trabalho: Estudar e compreender os conceitos relacionados à Álgebra Relacional; Pesquisar e analisar soluções similares; Pesquisar os conceitos e as tecnologias necessárias à implementação do sistema; Determinar os requisitos exigidos pelo sistema; Realizar a análise e projeto do sistema; Implementar o sistema; Testar e validar a implementação do sistema; e Documentar o sistema desenvolvido, e os seus resultados. 1.3 METODOLOGIA A metodologia utilizada para a realização do presente projeto foi dividida em etapas para melhor compreensão, que estão listadas abaixo: Fundamentação Teórica: Constitui em pesquisar e estudar os conceitos necessários. o Fornecer uma introdução de banco de dados, juntamente com alguns conceitos importantes como modelo de dados e linguagens de consultas; o Fornecer uma visão geral sobre a álgebra relacional e mostrar como formular algumas expressões; o Fornecer uma introdução de compiladores; e o Apresentar um comparativo entre as soluções similares e a ferramenta proposta. 4

16 Projeto: Definição dos requisitos e funcionalidades do sistema proposto. o Definição dos requisitos funcionais, requisitos não funcionais e regras de negócio que contemplam o funcionamento do sistema; o Definição dos casos de uso: controle de usuários, controle do professor e controle do site; o Definição do diagrama de classe; e o Definição do método de correção dos exercícios de álgebra relacional. Desenvolvimento: Desenvolvimento do sistema, que posteriormente passará por testes e validação. o Implementação dos módulos propostos, de acordo com a definição dos requisitos. o Desenvolvimento da estrutura do banco de dados necessário para suprir a necessidade do sistema. Testes e Validação: Realização de testes sobre a solução proposta, verificando suas funcionalidades e corrigindo-as se necessário. o Realização de testes com alunos do curso de Ciência da Computação da Univali, que estejam cursando a disciplina de Banco de Dados. Será avaliado o módulo de correção dos exercícios. Documentação: Ao longo do projeto são registrados todos os processos executados desde o levantamento do problema, a fundamentação teórica, os requisitos necessários ao sistema, o desenvolvimento, os testes, os resultados finais e conclusões. 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO No primeiro capítulo é apresentada uma introdução sobre o projeto, fazendo uma descrição geral do trabalho, identificando o problema e a sua solução, os objetivos gerais e específicos a se alcançar, e a metodologia utilizada para disposição do trabalho. No segundo capítulo (Fundamentação Teórica) são abordados alguns conceitos sobre banco de dados, sobre o modelo relacional, sobre as linguagens de consulta, dentre ela a SQL, o cálculo relacional, e a álgebra relacional. Fornece alguns conceitos sobre compiladores e para finalizar a 5

17 fundamentação teórica, é abordada duas soluções similares, e traçado um comparativo entre elas e a ferramenta proposta. O terceiro capítulo (Projeto) compreende na apresentação do sistema proposto, sua modelagem e especificações. No quarto (Implementação) e quinto (Apresentação da Ferramenta) capítulos são apresentados as ferramentas utilizadas no processo de desenvolvimento dos módulos, descrevendo as funcionalidades implementadas. O sexto capítulo apresenta os resultados dos testes aplicados com os alunos da disciplina de Banco de Dados do curso de Ciência da computação. No sétimo capítulo são apresentadas as conclusões, as dificuldades encontradas e as sugestões para trabalhos futuros. 6

18 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A fundamentação deste trabalho aborda os seguintes temas: (i) introdução à banco de dados, apresentando as linguagens de consulta, principalmente a álgebra relacional; (ii) conceitos de compiladores; e (iii) apresentação de ferramentas similares de correção automática de álgebra relacional. 2.1 BANCO DE DADOS Banco de Dados é um sistema computadorizado que tem a finalidade de armazenar informações e permitir que as mesmas sejam buscadas e alteradas quando solicitado pelo usuário. Um sistema de banco de dados envolve os dados (que ficam armazenados no banco de dados), o hardware (volumes de armazenamento secundário, processadores), o software e os usuários (programadores, administradores e usuários finais) (DATE, 2003). Os usuários que utilizam um sistema de banco de dados podem realizar diversas operações com os registros gravados no banco, como exemplo, acrescentar novos registros, inserir, excluir ou alterar dados de registros existentes, dentre outras operações. Para os usuários realizarem tais operações, utiliza-se a camada de software, chamada de SGBD, que trata todas as requisições de acesso ao banco de dados. O SGBD, portanto, isola os usuários dos detalhes de nível de hardware, oferecendo uma visão mais elevada, admitindo expressões de alto nível, como o SQL (DATE, 2003). Cada tipo de SGBD tem seu modelo de dados. O modelo de dados é um conjunto de conceitos que determina como os dados serão organizados e representados no BD (banco de dados). O modelo de dados mais popular é o modelo relacional, que é baseado na lógica e na matemática, e por conseqüência, ideal para o ensino de princípios de banco de dados (DATE, 2003) Modelo Relacional O modelo relacional é a base da tecnologia moderna de banco de dados, e é essa base que faz essa área de banco de dados uma ciência (DATE, 2003). O seu conceito foi introduzido por Ted Codd, da IBM Research, em 1970, e pela sua simplicidade e base matemática atraiu muita atenção (ELMASRI; NAVATHE, 2005).

19 O modelo relacional é um modelo onde os dados são representados como linhas em tabelas. Nesse modelo, os operadores que ficam a disposição dos usuários geram novas tabelas a partir das tabelas antigas (DATE, 2003). Ele é baseado teoricamente na teoria dos conjuntos e na lógica de predicados de primeira ordem, e se dedica principalmente ao exame da estrutura de dados, a integridade de dados e a manipulação de dados (ELMASRI; NAVATHE, 2005). A estrutura de dados apresenta todo o conceito do modelo (determinando o domínio, os atributos, as tuplas, as relações e as chaves). A integridade faz as restrições básicas para os dados e os relacionamentos, mantendo a consistência do modelo. Também faz a garantia de acesso a todos os dados sem ambigüidade, e a garantia de relacionamentos válidos (PIREZ, 2006). A manipulação de dados é a parte do modelo relacional que, além de manipular os dados, inclui os conceitos de modelos de dados que definem as restrições do banco de dados (ELMASRI; NAVATHE, 2005). A manipulação é feita através das linguagens de consultas formais e também pelo SQL Linguagens de Consulta Linguagem de consulta é a linguagem que o usuário utiliza para fazer requisições no banco de dados. Elas podem ser procedurais ou não procedurais. Na linguagem procedural o usuário deve ensinar ao sistema como realizar uma seqüência de operações no banco de dados para que obtenha o resultado desejado. Enquanto que na linguagem não procedural, o usuário apenas escreve as informações que deseja obter, sem precisar fornecer nenhum procedimento específico (SILBERCHATZ, 2006) Álgebra Relacional A álgebra relacional é uma linguagem formal de consultas procedural e faz parte da manipulação no modelo relacional. Ela basicamente consiste em um conjunto de operações, que geram uma nova relação a partir de uma ou mais relações já existentes no banco de dados. Assim, as operações da álgebra relacional nada mais são do que produção de novas relações que podem ser manipuladas pelas mesmas operações da álgebra (SILBERCHATZ, 2006). Uma seqüência dessas operações forma uma expressão de álgebra relacional. A álgebra relacional é muito importante por diversas razões (ELMASRI; NAVATHE, 2005): (i) provê um fundamento formal para operações do modelo relacional; (ii) é usada como 8

20 base para implementar as consultas nos sistemas gerenciadores de banco de dados relacionais; e (iii) seus conceitos são incorporados na linguagem de consulta padrão SQL. O objetivo fundamental da álgebra é permitir a escrita de expressões relacionais. Essas expressões servem a uma variedade de propósitos, dentre eles (DATE, 2003): Busca de dados - com base nas operações de busca, definir os dados a serem pesquisados; e Atualização de dados - fazer a inserção, alteração ou eliminação dos dados com alguma operação de atualização; A álgebra relacional define algumas operações, que servem para fazer as consultas e as alterações no banco de dados. As principais operações da álgebra relacional podem ser divididas em dois grupos (ELMASRI; NAVATHE, 2005): 1. O grupo das operações da teoria de conjunto matemática: união (union), interseção (intersection), diferença de conjunto (set difference) e produto cartesiano (cross product). 2. E o grupo das operações desenvolvidas especificamente para os bancos de dados relacionais: seleção ou restrição (select), projeção (project), junção (join) e divisão (division). sintaxe: A Tabela 1 apresenta a funcionalidade de cada operação, com suas respectivas notações e Tabela 1. Álgebra Relacional - Notação e Sintaxe dos operadores. Operação Notação Sintaxe Seleção (Select) σ σ <condição de seleção> (Relação) Projeção (Project) π π <lista de atributos> (Relação) Junção natural (Join) (Relação A Relação B) Divisão (Division) (Relação A Relação B) União (Union) (Relação A Relação B) Interseção (Intersection) (Relação A Relação B) Diferença (Set difference) (Relação A Relação B) Produto Cartesiano (Cross product) (Relação A Relação B) 9

21 Exemplos das Operações da Álgebra Relacional operação. A Figura 2 contém duas relações. Serão utilizadas estas relações para os exemplos de cada Figura 2. Relações utilizadas nos exemplos. Seleção (Select): Retorna um subconjunto de tuplas que satisfaçam uma condição de seleção pré-definida. Seguido da notação σ, que denota a seleção, vem o predicado, que descreve a condição da consulta. Após, entre parênteses, vem a relação de onde será feita a consulta. Exemplo: σ Sexo = F (ALUNOS) A seleção acima busca na relação ALUNOS todas as tuplas onde o atributo Sexo for igual a F. Esta consulta nos apresentará como resultado as informações contidas na Figura 3. Figura 3. Exemplo de seleção. Projeção (Project): Retorna determinadas colunas de uma relação. Só pode ser executada em apenas uma relação. Após a notação π, que denota a projeção, lista-se os atributos que se deseja buscar, seguido da relação entre parênteses. 10

22 Exemplo: π Nome, Cidade, Id_Professor (ALUNOS) A expressão acima projetará numa nova relação os atributos Nome, Cidade e Id_Professor da relação ALUNOS. A Figura 4 apresenta o resultado desta operação. Figura 4. Exemplo de projeção. Junção Natural (Join): Retorna uma combinação de tuplas de duas relações, partindo dos atributos em comum nas relações. É usado o operador entre duas relações para denotar esta operação. Exemplo: (ALUNOS PROFESSORES) A operação acima retorna uma combinação de todos os atributos das relações ALUNOS e PROFESSORES, onde o Id_Professor das duas relações sejam idênticos. Esta consulta apresentará como resultado as informações contidas na Figura 5. Figura 5. Exemplo de junção. Além da junção natural há outros tipos de junção: Junção Theta: Combina os registros de duas relações conforme as condições do predicado. Sintaxe: (RelaçãoA <condição de seleção> Relação B) 11

23 Equijunção: É uma junção semelhante à junção Theta, onde o predicado é sempre uma igualdade. Junção Externa: É utilizada para manter todas as tuplas das relações em uma junção, mesmo ela não tendo tuplas correspondentes na outra relação. Divisão (Division): Retorna uma relação contendo elementos da primeira relação que se relacionam com todos os elementos da segunda relação. Os atributos resultantes são os atributos da relação A que não existem na relação B. Os registros existentes na relação final são os registros da relação A combinados com os registros da relação B. É identificada pelo operado entre duas relações. Para utilizar esta operação é necessário que as relações sejam logicamente equivalentes. Exemplo: π Sexo, Id_Professor (ALUNOS) π Id_Professor (PROFESSORES) Não se pode utilizar a operação de Divisão nas relações ALUNOS e PROFESSORES, pois elas são logicamente diferentes. Então, antes da Divisão, será feito uma Projeção, para fazer duas relações logicamente equivalentes. Logo após será feita a União dessas duas relações projetadas. A consulta acima apresentará como resultado as informações da Figura 6. Figura 6. Exemplo de divisão. União (Union): Cria uma nova relação, a partir de duas ou mais relações, contendo todas as tuplas dessas relações. É identificada pelo símbolo entre duas relações. Para utilizar esta operação é necessário que as relações sejam logicamente equivalentes. 12

24 Exemplo: (π Nome, Sexo, Cidade (ALUNOS)) (π Nome_P, Sexo_P, Cidade_P (PROFESSORES)) Não se pode utilizar a operação de União para unir a relação ALUNOS e PROFESSORES, pois as relações são logicamente diferentes. Então, antes da União, será feito uma Projeção, para fazer duas relações logicamente equivalentes. Logo após será feita a União dessas duas relações projetadas. A expressão acima apresentará como resultado as informações da Figura 7. Figura 7. Exemplo de união. Interseção (Intersection): Retorna todas as tuplas que pertencem a ambas as relações. É identificada pelo símbolo entre duas relações. Para utilizar esta operação é necessário que as relações sejam logicamente equivalentes. Exemplo: (π Id_Professor (σ Sexo = M (ALUNOS))) (π Id_Professor (σ Sexo_P = F (PROFESSORES))) 13

25 Não se pode utilizar a operação Interseção diretamente nas relações ALUNOS e PROFESSORES, pois elas são logicamente diferentes. Então, antes da Interseção, será feito uma Projeção e uma Seleção, para fazer duas relações logicamente equivalentes. Logo após será feita a Interseção entre essas duas relações novas. A expressão acima apresentará como resultado as informações contidas na Figura 8. Figura 8. Exemplo de interseção. Diferença (Difference): Retorna todas as tuplas que estão na primeira relação, mas não estão na segunda relação. É identificada pelo símbolo entre duas relações Assim como a União e a Interseção. É necessário que as relações sejam logicamente equivalentes para que se possa fazer seu uso. Exemplo: (πid_professor, Sexo (ALUNOS)) (π Id_Professor, Sexo_P (PROFESSORES)) Não se pode utilizar a operação de Diferença diretamente nas relações ALUNOS e PROFESSORES, pois elas são logicamente diferentes. Então, antes da Diferença, será feito uma Projeção, para fazer duas relações logicamente equivalentes. Logo após será feita a Diferença entre essas duas relações projetadas. A Figura 9 apresenta o resultado da consulta acima. 14

26 Figura 9. Exemplo de diferença. Produto Cartesiano (Cross Product): Retorna a combinação de todas as tuplas das relações em questão. É usado o operador entre duas relações para denotar esta operação. Exemplo: (ALUNOS PROFESSORES) A consulta acima retorna uma combinação de todas as tuplas da relação ALUNOS com a relação PROFESSORES. A Figura 10 mostra o resultado desta consulta. Figura 10. Exemplo de produto cartesiano. 15

27 Cálculo Relacional O cálculo relacional é uma linguagem de consulta baseada na lógica matemática. Essa linguagem é não-procedural, ou seja, a partir de uma expressão do cálculo relacional, pode-se descrever uma consulta sem precisar especificar os procedimentos para obtenção das informações. Existem dois tipos de cálculo relacional: Cálculo Relacional de Tuplas e Cálculo Relacional de Domínio (DATE, 2003). As diferenças entre o cálculo relacional e a álgebra relacional são apenas superficiais, pois eles são logicamente equivalentes, isto é, cada expressão do cálculo relacional há uma expressão equivalente em álgebra relacional, e vice-versa Structured Query Language A Structured Query Language (SQL Linguagem de consulta estruturada) foi desenvolvida na IBM Research no início da década de É uma linguagem comercial que utiliza uma combinação de construções da álgebra e do cálculo relacional, e fornece uma linguagem declarativa de alto nível, facilitando as consultas aos usuários (SILBERCHATZ, 2006). Tornou-se uma linguagem padrão, pela fácil migração de aplicações de banco de dados, e pela sua independência de hardware e software. Com isso, passou a ser a linguagem mais apropriada e utilizada em SGBDs relacionais comerciais. A SQL é especificada por duas linguagens (SILBERCHATZ, 2006): 1. Linguagem de definições de dados (DDL Data Definition Language): permite ao usuário definir novas relações, como também excluí-las e modificá-las. 2. Linguagem de manipulação de dados (DML Data Manipulation Language): permite ao usuário selecionar, inserir, excluir e modificar dados no banco de dados. A DML é baseada na álgebra e no cálculo relacional. A estrutura de uma consulta SQL basicamente se dá por três cláusulas: select, from e where. Segue um exemplo de expressão em SQL utilizando essas cláusulas: SELECT Nome FROM TabAluno WHERE Nome=Maria 16

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