Relaatioista TIETOJENKÄSITTELYTIETEIDEN LAITOS, JUHA IISAKKA 11-14

Transkriptio

1 Relaatioista

2 Sarakenimistä relaation kaava tulisi olla yksiselitteinen attribuutin roolinimen tulisi auttaa ymmärtämään attribuutin tarkoituksen OSASTO(NIMI,NRO, TNRO, SIJAINTI) mitä tarkoittaa TNRO? viiteavaimella ei tarvitse olla sama roolinimi kuin perusavaimella, johon se viittaa!

3 Null (Null values) ei arvoa tyhjä arvo voi tarkoittaa: monikolle ei kuulu ko. arvo (entäs "-"?) arvoa ei tiedetä (entäs "?"?) arvoa ei ole ehditty tallettaa TIETOJENKÄSITTELYTIEIDEN LAITOS, JUHA IISAKKA 11-14

4 Null käytetään: arvoa ei tiedetä uusi rivi luodaan ja ei ehditä heti tallettaa tietoja uusi sarake luodaan ryhmitysfunktiot voivat ohittaa ko. rivin pyrittävä mahd. mukaan välttämään jos ei ole relevanttia tietoa. SQL:ssä omat vertailuoperaattorit. SQL:ssä ei saa verrata normaalitietoa ja nullia!

5 valheelliset monikot liitos muiden kuin avainehdokkaiden kesken on vaarallinen esim: on olemassa relaatio: PROJEKTILAISET(PNRO,TNRO,PNIMI, TNIMI,TUNNIT,SIJAINTI) josta projektioidaan kaksi relaatiota SIJAINNIT(TNRO,SIJAINTI) ja PROJ1(PNRO,SIJAINTI) tehdään liitos SIJAINTI-attribuutin avulla (SIJAINNIT JOIN PROJ1)

6

7 Normalisointi

8 redundanssi Samaa tai samanarvoista tietoa säilytetään useammassa kuin yhdessä paikassa tietokannassa. Tieto, jota ei voi johtaa toisaalle talletetusta tiedosta, ei ole redundanttista Periaatteessa täysin ei-redundanttinen vaatii surrogaatit

9 redundanssi redundanssin muodot Fyysinen redundanssi Infologinen redundanssi Huomiotta jätetty redundanssi Tuntematon redundanssi Redundanssia pyritään poistamaan, mutta joskus sitä tiedostetusti jätetään tietokantaan

10 redundanssi Hyödyt: Harkiten käytettynä nopeuttaa hakuja Auttaa tietokannan palautuksessa, jos tietokanta vaurioituu Haitat: Talletettu enemmän tietoa -> isompi tietokanta Useaan paikkaan talletettu tieto on työläämpi päivittää

11 Normalisointi normalisointi tarkoittaa epätyydyttävän relaatiokaavan hajoittamista pienempiin relaatiokaavoihin, joiden relaatiot yhdessä säilyttävät peruskaavan relaatioon talletettavan informaation. normalisointi ei takaa tietokannan laatua, jos infologinen malli (ER kaavio esim.) ei vastaa todellisuutta. normalisointimalleja ovat (järjestyksessä) 1., 2., 3., BCNF, 4., 5. ja DKNF.

12 Normalisointi tavoitetilana voidaan pitää BCNF muotoa. tietokantaa ei tarvitse aina normalisoida loppuun saakka normalisoinnin tarkoituksena on ennenkaikkea poistaa rendundanssi tietokannasta. täysin normalisoidussa tietokannassa ainoastaan entiteetin perusavain on redundanttinen tieto

13 Normalisointi tietokannan suunnittelussa ollaan kiinnostuneita tiedon ominaisuuksista, jotka ovat aina tosia (ajasta riippumattomia), ei sellaisista, jotka sattuvat olemaan tosia tiettynä ajanhetkenä. suunnittelun perusperiaate on se, että yksi tieto esitetään vain yhdessä paikassa (vältytään redundanssilta) ja yhdessä relaatiossa esitetään vain yhtä entiteettiä koskevaa tietoa.

14 Funktionaalinen riippuvuus (functional dependency) semanttinen käsite löytäminen osa tiedon ymmärtämisprosessia

15 Funktionaalinen riippuvuus X ja Y ovat attribuuttiyhdistelmiä relaatiossa R, Y on funktionaalisesti riippuvainen X:stä (X à Y), joss niissä monikoissa joissa on X:ssä yksi ja sama arvo, on myös aina Y:ssä sama arvo. kaikki relaation attribuutit ovat aina funktionaalisesti riippuvia avainehdokkaista. ei vaadita, että X olisi avainehdokas eli ei ole välttämätöntä, että X:n arvo esiintyisi ainoastaan yhdellä R:n rivillä.

16 täydellinen (funktionaalinen) riippuvuus Y on täysin funktionaalisesti riippuvainen X:stä, joss X à Y ja ei ole olemassa X:n osajoukkoa, josta Y olisi funktionaalisesti riippuvainen. jos Y on funktionaalisesti riippuva X:stä, mutta ei täydellisesti, niin X on luonnollisesti attribuuttikombinaatio.

17 Funktionaaliset riippuvuudet X,Y,Z, W ovat saman relaation attribuuttien joukkoja 1 Jos X Y, niin X à Y 2 Jos X à Y, niin XZ à YZ 3 Jos X à Y ja Y à Z, niin X à Z (Transitiivinen riippuvuus) 4 Jos X à YZ, niin X à Y 5 Jos X à Y ja X à Z, niin X à YZ 6 Jos X à Y ja WY à Z, niin WX à Z

18 1. NF Kaikkien attribuuttien tulee olla atomisia ja niiden arvojen homogeenisia eikä toistokenttiä hyväksytä. Periaatteessa kaikki oikeat relaatiot ovat 1NF.

19 1NF... Törppöware on laadukkaiden muovisten keittiötavaroiden valmistaja, joka myy tuotteitaan esittelijäverkoston kautta. Vakituiset emännät (tai isännät) järjestävät kotonaan Törppöware-kutsuja, joissa esittelijä esittelee (ja myy) yrityksen tuotteita TÖRPPÖkutsut(esittelijä#, esittelijännimi, esittelijänosoite, esittelykunta, piiri, emäntä#, emäntänimi, emäntäosoite, vieraita, pvm).

20 1 NF Ongelma : Esittelijä ei ole pitänyt vielä yhtään esittelyä -> emäntä# ja pvm saisivat NULL arvon, eli esittelijää ei voi tallettaa relaatioon, Sama koskee emäntiä

21 2 NF. Relaatio on 2 NF, joss jokainen attribuutti, joka ei sisälly perusavaimeen, on täydellisesti funktionaalisesti riippuva perusavaimesta. Jaetaan Törppökutsut 3 relaatioon Törppöesittelijä(esittelijä#, nimi, osoite, esittelykunta, piiri) Emäntä(emäntä#,nimi, osoite, esittelykunta, piiri) Kutsut(esittelijä#, emäntä#, vieraita, pvm).

22 2 NF. Ongelmia : 1) Jos kunnassa ei ole yhtään esittelijää, ei voida tietää, mihin piiriin se kuuluu, 2) Jos kunnan piiri vaihtuu, tulee se muuttaa kaikkiin kunnassa toimivien esittelijöiden tietoihin (redundanssia!).

23 BCNF (Boyce-Codd Normal Form) Boycen parantama versio 3 NF:stä. Arkikielen 3 NF relaatio on BCNF, joss se on 2 NF ja yksikään attribuutti ei ole funktionaalisesti riippuvainen mistään muusta kuin avainehdokkaista. siis transitiivisia riippuvaisuuksia ei saa olla (X->Z kun: X -> Y ja Y->Z ja Y ei ole avainehdokas).

24 BCNF yleisesti relaation tulisi olla BCNF (tai vähintään 3NF), mikäli ER malli on tehty huolella, pitäisi relaation olla 3 NF. Jatketaan Törppöesittelijä-relaation jakoa ja jaetaan se kahtia. Esittelijä(esittelijä#, nimi, osoite, esittelykunta)" Esittelykunta(kunta, piiri)"

25 3 NF. Coddin alkuperäinen normaalimuoto superavain on sellainen attribuutti(yhdistelmä), joka on jokaisella relaation rivillä yksilöllinen. kaikki avainehdokkaat ovat superavaimia, mutta superavain voi sisältää myös muita attribuutteja

26 3 NF. relatio on 3. NF joss aina kun relaatiossa esiintyy täydellinen funtionaalinen riipuvuus X à Y, niin joko X on superavain tai Y on osa jotain avainehdokasta eli avainehdokkaisiin kuulumattomat attribuutit eivät ole täydellisesti funktionaalisesti riippuvia toisistaan ja ovat täydellisesti funktionaalisesti riippuvaisia avainehdokkaista

27 3 NF. 3NF:n määritelmä kärsii puutteista, kun relaatiossa: On useita avainehdokkaita Nämä avainehdokkaat ovat attribuuttikombinaatioita Avainehdokkaat ovat päällekkäisiä (niillä on ainakin yksi yhteinen attribuutti). näitä puutteita varten on kehitetty BCNF normaalimuoto.

28 A DATABASE IS IN THRID NORMAL FORM WHEN EVERY ATTRIBUTE DEPENDS ON THE KEY, THE WHOLE KEY, AND NOTHING BUT THE KEY, SO HELP ME CODD. (SCOTT W. AMBLER: BUILDING OBJECT APPLICATIONS THAT WORK.) "Key" = perusavain HUOM: Tarkoittaa itseasiassa BCNF:ää Koskee samalla tavoin mahdollisia avainehdokkaita.

29 Moniarvoinen riippuvuus Jos relaation attribuutit voidaan jakaa kolmeen ryhmään A, B ja C siten että A:n yhtä arvoa kohden on hyvin määritelty joukko arvoja B:lle ja A:n yhtä arvoa kohden on hyvin määritelty joukko arvoja C:lle" Mutta B ja C ovat toisistaan riippumattomia. " Silloin A ->>B ja A->>C "

30 4 NF. Relaation r kaava R on 4NF joss relaatiossa on attribuuttien osajoukot A ja B, joilla on ei triviaali moniarvoinen riippuvuus A=>>B, niin kaikki R:n attribuutit ovat myös funktionaalisesti riippuvaisia A:sta, jonka tulee olla avainehdokas. (Triviaali moniarvoinen riippuvuus: relaatiossa ei ole muita attribuutteja kuin A ja B.)

31 4 NF. Kuvitellaan koulu, jossa on opettajia, kursseja ja kurssikirjoja. Jokainen opettaja, joka voi opettaa jotain kurssia, voi opettaa mistä tahansa kurssikirjasta, joka kurssilla on. Nyt on relaatio: KURSSI(kurssinNimi, ope, kirja) jossa ovat seuraavat monikot: matikka Heikki Algebra ja me matikka Tuomas Differentiaalit relaatiossa voi myös olla seuraavat monikot: matikka Tuomas Algebra ja me matikka Heikki Differentiaalit

32 4 NF. Nyt ope on moniarvoisesti riippuvainen kurssin nimestä. (Kuvitellaan kurssin nimi X:ksi ja ope y:ksi.) Myös kirja on moniarvoisesti riippuvainen kurssin nimestä. Ope ja kirja sen sijaan eivät ole riippuvia toisistaan, tätä merkitään: kurssinimi ->> ope kirja

33 4 NF. Tällainen relaatio joudutaan normalisoimaan neljänteen normaalimuotoon kahdeksi pienemmäksi relaatioksi: OPETUS(kurssiNimi, ope) ja KURSSIKIRJA(kurssiNimi, kirja) eli OPETUS kertoo, ketkä osaavat opettaa tiettyä kurssia, ja KURSSIKIRJA taas kertoo, mitkä kirjat soveltuvat tietylle kurssille. Tämä oli haluttu kertoa myös alkuperäisellä relaatiolla.

34 liitosriippuvuus ja 5. normaalimuoto (join dependency) relaatio r toteuttaa liitosriippuvuuden, jos sen projektioiden yhteenliittäminen tuottaa täydellisen relaation r 5. normaalimuoto (5NF): (myös: PJ/NF projection-join normal form) relaatio r on 5NF joss jokainen liitosriiip-puvuuden täyttävä projektio r:stä sisältää avainehdokkaan. Muussa tapauksessa r pitää jakaa hajottaa liitosriippuvuuden toteuttaviin projektiorelaatioihin.

35 Domain-Key Normal Form (DKNF) Jokainen relaation ehto on looginen seuraus relaation avainten ja arvoalueiden määrityksistä Avain: perus- ja ehdokasavain Arvoalue (domain): attribuutin arvoalue DK/NF on ylin normaalimuoto, eli sitä korkeampia normaalimuotoja ei teoreettisesti voi olla.

36 DKNF... "If every table has a single theme, then all functional dependencies will be logical consequences of keys. All data value constraints can them be expressed as domain constraints Since keys are enforced by the DBMS and domains are enforced by edit checks on data input, all modification anomalies can be avoided by just these two simple measures." --Michael Nicewarner DKNF:n ongelmana on, että ei ole aina selvää, milloin relaatio on siinä. Samoin sen määritys ei kerro miten, huono relaatio saadaan siihen.