Basi di dati Progettazione di basi di dati

Basi di dati

Progettazione di basi di dati

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Progettazione di basi di dati

• La progettazione di una base di dati è una delle attività del processo di sviluppo di un sistema informativo

íva inquadrata nel contesto più ampio di ciclo di vita di un sistema informativo

Ciclo di vita di un sistema informativo

Studio di fattibilità Raccolta dei requisiti

e analisi Progettazione

Prototipazione Implementazione

Validazione e testing

Funzionamento

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Ciclo di vita di un sistema informativo

Studio di fattibilità: determinazione dei costi delle diverse alternative e delle priorità di

realizzazione delle componenti del sistema

Raccolta e analisi dei requisiti:definizione delle proprietà e delle funzionalità del sistema

informativo

– richiede interazione con l’utente

– produce una descrizione completa, ma informale del sistema da realizzare

Ciclo di vita di un sistema informativo

Progettazione: suddivisa in progettazione dei dati e delle applicazioni.

– produce descrizioni formali

Prototipazione: realizzazione rapida di una

versione semplificata del sistema per valutarne le caratteristiche.

– può portare a modifica dei requisiti o revisione del progetto

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Ciclo di vita di un sistema informativo Implementazione: realizzazione del sistema

informativo secondo le caratteristiche definite nella fase di progettazione

Validazione e testing: verifica del corretto funzionamento e della qualità del sistema informativo

Funzionamento: operatività del sistema – richiede operazioni di gestione e

manutenzione

Progettazione di una base di dati

• La base di dati costituisce un componente importante del sistema complessivo

ímetodologia di progettazione basata sui dati:

– la progettazione della base di dati precede la progettazione delle applicazioni che la utilizzano

– attenzione maggiore alla fase di progettazione rispetto alle altre fasi

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Metodologia di progettazione

• Una metodologia di progettazione consiste in – decomposizione dell’attività di progetto in

passi successivi indipendenti tra loro

– strategie da seguire nei vari passi e criteri per la scelta delle strategie

– modelli di riferimento per descrivere i dati d’ingresso e di uscita delle varie fasi

Progettazione basata sui dati

• Per le basi di dati, metodologia basata sulla separazione delle decisioni

– cosa rappresentare nella base di dati

íprogettazione concettuale – come rappresentarlo

íprogettazione logica e fisica

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Fasi della progettazione di basi di dati

Requisiti applicazione Progettazione

concettuale

Progettazione logica

Progettazione fisica

Schema concettuale

Schema logico

Schema fisico

Progettazione concettuale

• Rappresentazione delle specifiche informali sotto forma di schema concettuale

– descrizione formale e completa, che fa riferimento ad un modello concettuale

– indipendenza dagli aspetti implementativi (modello dei dati)

– obiettivo è la rappresentazione del contenuto informativo della base di dati

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Progettazione logica

• Traduzione dello schema concettuale nello schema logico

– fa riferimento al modello logico dei dati prescelto

– si usano criteri di ottimizzazione delle operazioni da fare sui dati

– qualità dello schema verificata mediante tecniche formali (normalizzazione)

Progettazione fisica

• Specifica dei parametri fisici di memorizzazione dei dati (organizzazione dei file e degli indici)

– produce un modello fisico, che dipende dal DBMS prescelto

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Il modello E-R (Entity-Relationship)

• E` il modello concettuale più diffuso

• Fornisce costrutti per descrivere le specifiche sulla struttura dei dati

– in modo semplice e comprensibile – con un formalismo grafico

– in modo indipendente dal modello dei dati, che può essere scelto in seguito

• Ne esistono numerose varianti

Costrutti principali del modello E-R

• Entità

• Relationship

• Attributi

• Identificatori

• Generalizzazioni e sottoinsiemi

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Entità

• Rappresenta classi di oggetti del mondo reale (persone, cose, eventi, ...), che hanno

– proprietà comuni

– esistenza autonoma

• Esempi: dipendente, vendita, articolo

• Un’occorrenza di un’entità è un oggetto della classe che l’entità rappresenta

Nome entità

Relationship

• Rappresenta un legame logico tra due o più entità

• Esempi: esame tra studente e corso, residenza tra persona e città

• Da non confondere con la relazione del modello relazionale

– a volte tradotto con il termine associazione

Nome relationship

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Esempi di relationship

Esame

Studente Corso

Residenza

Persona Comune

Nascita

Occorrenze di relationship

• Un’occorrenza di una relationship è una n-upla (coppia nel caso di relazione binaria) costituita da occorrenze di entità, una per ciascuna delle entità coinvolte

• Non vi possono essere n-uple identiche

s₂ s₃

s₁

e₁

c₁ c₂

c₃ c₄ e₂

e₃ e₄ e₅

í Non è possibile che uno studente sostenga due volte lo stesso esame

Studente Corso

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Relationship ternaria

Esame

Studente Corso

Tempo

• Uno studente può ripetere lo stesso esame in tempi diversi

• Esempio di istanza di esame

s₁ c₁ t₁ s₁ c₁ t₂

...

Occorrenze di relationship ternaria

Studente Corso

s₁

e₁

c₁ c₂ e₂

e₃

e₄ s₂

t₁

t₂ Tempo

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Relationship ricorsiva

• Relationship di un’entità con se stessa

• Se la relationship non è simmetrica, occorre definire i due ruoli dell’entità

Genitore Persona

Incrocio

Via Padre Figlio

Attributo

• Descrive una proprietà elementare di un’entità o di una relazione

• Esempi:

– cognome, nome, matricola sono attributi che descrivono l’entità studente

– voto è un attributo che descrive la relationship esame

• Ogni attributo è caratterizzato dal dominio, l’insieme dei valori ammissibili per l’attributo

Nome attributo

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Esempi di attributi

Esame

Studente Corso

Tempo Residenza

Persona Comune

Nascita

Nome Cognome

Codice Fiscale

Nome Provincia Data Nascita

Data Trasferimento

Nome Cognome

Matricola

Data Voto

Codice Nome Nome

Docente

Attributo composto

• Raggruppamento di attributi affini per significato o per uso

• Esempio

Nome attr.

composto

Nome attr. 1 Nome attr. 2 Nome attr. i

Indirizzo

Via

Numero Civico CAP

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Cardinalità delle relationship

• Sono specificate per ogni entità che partecipa ad una relationship

• Descrivono numero minimo e massimo di occorrenze di una relationship a cui può partecipare una occorrenza di un’entità

– minimo assume i valori 0 (partecipazione opzionale) o 1 (partecipazione obbligatoria) – massimo varia tra 1 (al più una occorrenza) e

N (numero arbitrario di occorrenze)

Cardinalità delle relationship

• Corrispondenza 1 a 1

Rettore

Professore (0,1) (1,1) Università

p₄ p₁

r₁

u₁ p₂

u₂ p₃

r₂

Professore Università

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Cardinalità delle relationship

• Corrispondenza 1 a N

Residenza

Persona (1,1) (1,N) Comune

p₄ p₁

r₁

c₁ p₂

c₂ p₃

r₂ r₃

r₄

Persona Comune

Cardinalità delle relationship

• Corrispondenza molti a molti

Esame Superato

Studente Corso

(0,N) (0,N)

s₄ s₁

e₁

c₁ s₂

c₃ s₃

e₂ e₃

e₄

c₂

Studente Corso

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Relationship ternaria

Esame

Studente Corso

Tempo (0,N)

(1,N)

(0,N)

Osservazioni

• Le cardinalità minime raramente sono 1 per tutte le entità coinvolte in una relationship

• Le cardinalità massime di una relationship n-aria sono (praticamente) sempre N

íse la partecipazione di un’entità E ha

cardinalità massima 1, è possibile eliminare la relationship n-aria e legare l’entità E con le altre mediante relationship binarie

neonato parto ostetrica

madre

neonato in_cura ostetrica

madre nascita

(1,1) (1,n)

(1,n)

(1,n)

(1,n) (1,1) (1,1)

Cardinalità di un attributo

• Può essere specificata per gli attributi di entità o relationship

• Descrive numero minimo e massimo di valori

dell’attributo associati ad una occorrenza di un’entità o di una relationship

– se è omessa corrisponde ad (1,1)

– minima 0 corrisponde ad attributo che e’ opzionale – massima N corrisponde ad attributo che può

assumere più di un valore per la stessa occorrenza (attributo multivalore)

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Cardinalità di un attributo

Persona

Nome Cognome

Codice Fiscale

Titolo Studio (0,N)

Professione (0,1)

Identificatore

• E` specificato per ogni entità

• Descrive i concetti (attributi e/o entità) dello

schema che permettono di individuare in modo univoco le occorrenze delle entità

– ogni entità deve avere almeno un identificatore

– può esistere più di un identificatore appropriato per un’entità

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Identificatore interno

• Semplice: costituito da un solo attributo

Persona

Nome Cognome

Codice Fiscale

• Composto: costituito da più attributi

Persona

Nome Cognome

Data Nascita

Professione

Identificatore esterno

• L’entità che non dispone internamente di attributi sufficienti per definire un identificatore è

denominata entità debole

• L’entità debole deve partecipare con cardinalità (1,1) in ognuna delle relationship che forniscono parte dell’identificatore

Nome

Cognome Iscrizione

Studente Università

(1,1) (0,N)

Matricola

Nome Città

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Identificatore esterno

• E` possibile rappresentare nello stesso ordine più linee ordine per lo stesso prodotto?

Numero

Data Ordine Prodotto

(1,1)

Descrizione

Quantità

Codice Prodotto

Linea Ordine

(1,1)

(0,N)

In Per (0,N)

Prezzo

Osservazioni

• Un identificatore esterno può coinvolgere

un’entità a sua volta identificata esternamente

ínon si devono generare cicli di identificazione

• Le relationship non hanno identificatori

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Generalizzazione

• Descrive un collegamento logico tra un’entità E, e una o più entità E₁, E₂,…, E_n, in cui E

comprende come caso particolare E₁, E₂,…, E_n – E, detta entità padre, è una generalizzazione

di E₁, E₂,…, E_n

– E₁, E₂,…, E_n , dette entità figlie, sono una specializzazione di E

E

E₁ E₂ ... E_n

Generalizzazione: esempio

Persona

Nome Cognome

Codice Fiscale

Uomo Donna

Situazione Militare

Persona Uomo Donna

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Generalizzazione: esempio

Sportivo

Nome Cognome

Numero Tessera

Sciatore Velista

Specialità

Ruolo

Sportivo

Sciatore

Velista

sia sciatore, sia velista né sciatore,

né velista

Generalizzazione: proprietà

• Ogni occorrenza di un’entità figlia è anche un’occorrenza dell’entità padre

• Ogni proprietà dell’entità padre (attributi,

identificatori, relationship, altre generalizzazioni) è anche una proprietà di ogni entità figlia

íproprietà nota come ereditarietà

• Un’entità può essere coinvolta in più generalizzazioni diverse

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Generalizzazione: esempio non corretto

Persona

Nome

Cognome

Codice Fiscale

Uomo Donna

Situazione Militare (0,1)

Cognome

Generalizzazione: proprietà

• Caratteristiche ortogonali:

– generalizzazione totale se ogni occorrenza dell’entità padre è un’occorrenza di almeno una delle entità figlie, parziale altrimenti

– esclusiva se ogni occorrenza dell’entità padre è al più un’occorrenza di una delle entità figlie, sovrapposta altrimenti

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Generalizzazione: esempio

Persona

Nome Cognome

Codice Fiscale

Uomo Donna

Situazione Militare

Persona Uomo Donna

(t,e)

Generalizzazione: esempio

Sportivo

Sciatore

Velista

sia sciatore, sia velista né sciatore,

né velista

Sportivo

Nome Cognome

Numero Tessera

Sciatore Velista

Specialità

Ruolo

(p,s)

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Sottoinsieme

• Caso particolare di generalizzazione con una sola entità figlia

– la generalizzazione è sempre parziale e esclusiva

Dipendente

A Termine ^{Data Fine} _Contratto

Documentazione di schemi E-R

• Dizionario dei dati: permette di arricchire lo schema E-R con descrizioni in linguaggio naturale di entità, relationship ed attributi

• Vincoli d’integrità sui dati: non sempre possono essere indicati esplicitamente in uno schema E- R; possono essere descritti in linguaggio

naturale

• Regole di derivazione dei dati: permettono di esplicitare che un concetto dello schema può essere ottenuto (mediante inferenza o calcolo aritmetico) da altri concetti dello schema

• Concetto iniziale • Concetto risultante

Strategia bottom-up: trasformazioni

• Concetto iniziale • Concetto risultante

• Si vuole realizzare una base di dati per una societa’ che eroga corsi, di cui vogliamo rappresentare i dati dei partecipanti ai corsi e dei docenti.

Per i partecipanti (circa 5000), identificati da un codice, si vuole memorizzare il codice fiscale, il cognome, l’eta’, il sesso, il luogo di nascita, il nome dei loro attuali datori di lavoro, i posti dove hanno lavorato in precedenza insieme al periodo, l’indirizzo e il numero

telefonico, i corsi che hanno frequentato (i corsi sono in tutto 200) e il giudizio finale. Si vuole rappresentare anche i seminari che stanno

attualmente frequentando, e per ogni giorno, i luoghi e le ore dove sono tenute le varie lezioni.

I corsi hanno un codice, un titolo e possono avere varie edizioni, con le date di inizio e fine, e numero dei partecipanti.

Se gli studenti sono liberi professionisti, vogliamo conoscere l’area di interesse e, se lo possiedono, il titolo. Per coloro che lavorano alle dipendenze di altri, vogliamo conoscere il livello ricoperto e la

posizione.

Per gli insegnanti (circa 300) rappresentiamo il cognome, l’eta’ il posto dove sono nati, il nome del corso che insegnano e di quelli che hanno gia’ insegnato e che possono insegnare. Rappresentiamo anche tutti i loro recapiti telefonici. Inoltre, i docenti possono essere dipendenti interni della societa’ o collaboratori esterni.

partecipante corso docente partecipazione docenza

schema scheletro

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partecipante CF

cognome sesso

codice

eta’ citta’_nascita

dipendente professionista

area titolo_professionale posizione livello

(t,e)

datore di lavoro

datore_di_lavoro nome telefono

partecipante

dipendente professionista (p,e)

occupazione_

attuale

occupazione_

passata data_inizio

data_inizio data_fine (1,1)

(0,n)

(0,n) (0,n)

corso

edizione_corso lezione

partecipante

partecipazione_

corrente

partecipazione_

passata votazione

titolo codice appartenenza

composizione

data_

inizio data_

fine (1,1)

(0,n) (1,n)

(1,1) orario

aula

(0,n) (0,n)

(0,n) (0,n)

docente

corso

edizione_corso

appartenenza (1,1)

(0,n)

docente

collaboratore interno (t,e)

abilitazione (1,n) (1,n)

docenza_

corrente

docenza_

passata (0,1)

(0,1) (0,n) (0,n)

cognomeCF eta’

citta’_nascita telefono

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• Si vuole realizzare una base di dati per la gestione degli ordini di un grossista che tratta articoli di tre categorie: fiori, piante e accessori.

Ogni articolo e’ caratterizzato da un codice, da una descrizione, dalla quantita’ disponibile in magazzino e dalla scorta minima. Inoltre, i fiori e le piante sono caratterizzati dal loro nome scientifico, ma mentre i fiori hanno una durata media le piante possono essere o non essere

sempreverdi.

Il grossista emette ordini per i fornitori che sono caratterizzati da codice fiscale, ragione sociale, indirizzo, citta’ e numero di telefono. Gli ordini sono univocamente numerati e descrivono gli articoli ordinati e la

quantita’. Alla consegna della merce da parte del fornitore, una bolla accompagna la merce e riporta un numero d’ordine (che dipende dal fornitore stesso), la data, gli articoli e la relativa quantita’. La bolla

corrisponde ad evadere uno o piu’ ordini, ma un ordine viene evaso al piu’ da una bolla.

I dettaglianti, caratterizzati da un codice fiscale, ragione sociale,

indirizzo, citta’, e numero di telefono, ordinano e ricevono articoli a loro volta dal grossista. Gli ordini emessi dai dettaglianti sono numerati

secondo una numerazione che dipende dal dettagliante stesso e

specifica gli articoli ordinati e la relativa quantita’. Alla consegna della merce il grossista emette una bolla con la data, un codice univoco, il nome del dettagliante, gli articoli consegnati e la relativa quantita’.

Ogni bolla puo’ evadere piu’ di un ordine, ma ogni ordine e’ evaso da una sola bolla.

Esercizio 3

• Si vuole realizzare una base di dati per una videoteca che gestisce il

noleggio di videocassette. Ciascuna videocassetta e’ caratterizzata da un codice interno, un codice internazionale, un titolo, un regista, un insieme di interpreti con i rispettivi ruoli. Per gli interpreti si memorizza solo il nome, il cognome e un codice identificativo. Ogni videocassetta appartiene a una o piu’ categorie (d’azione, d’orrore, rosa, drammatico…).

Le cassette vengono noleggiate dai clienti che devono aver chiesto

precedentemente una tessera la cui validita’ e’ l’anno solare e serve anche per identificare i clienti (ma un cliente con la tessera non e’ obbligato a

noleggiare una videocassetta). Inoltre un cliente e’ caratterizzato dal

cognome, nome, indirizzo, citta’ di residenza, numero di telefono. Inoltre si vogliono memorizzare i clienti morosi, cioe’ quei clienti che restituiscono per almeno tre volte consecutive una videocassetta in ritardo. Dei clienti morosi si vogliono memorizzare anche la data dell’ultimo noleggio in cui il cliente ha consegnato in ritardo.

Ogni volta che un cliente noleggia una o piu’ videocassette si apre un contratto di noleggio che e’ caratterizzato da un numero, data d’inizio e di scadenza, dal prezzo complessivo e dalle videocassette noleggiate. Per evitare che una cassetta venga noleggiata contemporaneamente da piu’ di un cliente si tiene conto se e’ attualmente disponibile. Inoltre le cassette noleggiate con un unico contratto possono essere restituite in date diverse.

Infine si vuole tenere traccia anche di tutti i noleggi passati.

• Si vuole realizzare una base di dati per il sistema informativo di una sala di concerti. Ciascun concerto in programma e’ identificato da un codice numerico, dal titolo e dalla descrizione. Ogni concerto e’

composto da una serie di pezzi musicali caratterizzati da un titolo e da uno o piu’ autori.

L’esecutore del concerto e’ identificato da una matricola, ha un

nome e uno stato d’origine e puo’ essere un solista o un’orchestra.

Per le orchestre si memorizzano il direttore e i componenti (che possono suonare in una sola orchestra) con il loro numero totale.

Inoltre di ciascun componente si memorizza la matricola (che dipende dall’orchestra), il nome, la data di nascita e l’insieme di strumenti usati. Invece per i solisti si memorizza solo lo strumento.

I concerti si tengono in sale caratterizzate da un codice univoco, dal nome, indirizzo, capienza massima, numero di posti a sedere e uno o piu’ numeri di telefono. Un concerto puo’ essere programmato in date diverse e sale diverse ed avere un prezzo di biglietto diverso a seconda della programmazione.

Esercizio 5

• Si vuole realizzare una base di dati per il sistema informativo che gestisce le legislature del Parlamento Italiano. Ad ogni elezione viene generata una nuova legislatura che ha un numero progressivo, una data d’inizio e fine.

I parlamentari si dividono in deputati e senatori che sono caratterizzati dal codice fiscale, cognome, nome, data di nascita, partito di appartenenza e l’eta’. Inoltre i senatori si distinguono in senatori eletti e a vita (dei quali si deve memorizzare il Presidente della Repubblica che li ha nominati, la data e la legislatura). Per i parlamentari eletti e’ necessario memorizzare le

legislature delle quali hanno fatto parte (una stessa persona puo’ diventare sia senatore che deputato) tenendo presente che della Camera fanno

parte 630 deputati, mentre del Senato, 315 senatori. Inoltre per ogni parlamentare eletto in una legislatura si vuole tenere traccia del collegio che li ha eletti che e’ caratterizzato da un codice, denominazione, regione di appartenenza e tipo (per senatori o deputati). Un collegio per senatori puo’ eleggere al massimo 1 senatore, mentre un collegio per deputati al massimo 4 deputati. Si noti che l’insieme dei collegi puo’ variare da

legislatura a legislatura.

Infine si vogliono memorizzare le leggi approvate, dove ciascuna legge e’

identificata da un codice, possiede un titolo, una data di approvazione con voti a favore e contro alla Camera e analogamente in Senato. Nel caso di voto palese si vuole sapere come hanno votato i parlamentari (a favore,

• Si vuole realizzare una base di dati per la gestione di un consorzio di campeggi. Ogni campeggio e’ caratterizzato da un codice

univoco, un indirizzo, una descrizione, il numero dei posti

disponibili, e il numero totale di servizi e docce calde disponibili.

I posti sono numerati in modo univoco per ciascun campeggio, e sono suddivisi in posti per tenda (di cui sono note le dimensioni), per camper o roulotte (di cui e’ nota la posizione dell’attacco alla corrente elettrica, e il numero di posti per auto o moto).

I clienti sono caratterizzati dal codice fiscale, nome e documento di identita’ (tipo, numero e data di scadenza) consegnato all’arrivo.

Per ogni cliente si memorizza il posto occupato e il periodo di permanenza. Inoltre, le prenotazioni di un posto si effettuano

memorizzando il nome del cliente, il posto e le date di inizio e fine prenotazione.