Basi di dati

Martina Contestabile Ingegneria Informatica — III anno A.A. 2022/23

Basi di Dati

Martina Contestabile — Mat. 7310441

Martina Contestabile Ingegneria Informatica — III anno A.A. 2022/23

Introduzione 17

• Definizione 17
• Alcuni tipi di basi di dati 17
• Tradizionali 17
• Basi di dati multimediali 17
• Geographic Information Systems (GIS) 17
• Data Warehouse, data lake 17
• Real time 17
• NoSQL 17
• Alcuni settori di impiego 17
• Sistema informativo 17
• Funzioni 17
• Informazioni gestite da SI 17
• Codifica delle informazioni 17
• Dati e informazioni 18
• Dato 18
• Informazione 18
• Caratteristiche dei dati 18
• Sistema informatico 18
• Collocazione dei sistemi informativi 18
• Schema generale del SI 19
• Processi di elaborazione 19
• Base di dati 19
• DBMS - Data Base Management System 19
• Condivisione dei dati 19
• Efficienza 20
• Esempio — I dati sulle lezioni e loro orari 20
• Possibili problemi 20

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Modello dei dati 21

• Due tipi di modelli 21
• Modelli logici 21
• Modelli concettuali 21
• Costrutti del modello 21
• Schema 21
• Istanza 21
• Indipendenza dei dati 21
• Fisica 21
• Logica 22
• Architettura di un DBMS 22
• Architettura in informatica 22

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• Architettura a due livelli di un DBMS 22
• Esempio — Agendina 22
• Esempio di rappresentazione fisica di una base di dati — L’indice primario 22
• Architettura a due livelli per DBMS — Problemi 22
• Architettura standard (ANSI/SPARC) a tre livelli per DBMS 22
• Classificazioni di DBMS 22
• Modello dei dati 22
• Numero di utenti 23
• Numero di siti su cui la BD è distribuita 23
• Linguaggi ed utenti del DB 23
• Linguaggi utilizzati in un DBMS 23
• Data description language — DDL 23
• Data manipulation language — DML 23
• Linguaggi per interagire con le basi di dati 23
• Testuali interattivi 23
• Con comandi immersi in un linguaggio ospite 23
• Con comandi immersi in un linguaggio ad hoc 23
• Con interfacce amichevoli non testuali 23

Modello Entity-relationship — ER 24

• La progettazione di basi di dati 24
• Schema e modello 24
• Strutture di rappresentazione nel modello Entità-Relazione 24
• Entità 24
• Entità 24
• Rappresentazione grafica di entità 24
• Definizione di entità 24
• Entità e istanze di entità 24
• Commenti 25

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• Attributi di entità 25
• Il concetto di attributo di entità 25
• Dominio di attributo 25
• Rappresentazione grafica di attributo 25
• Attributi composti 26
• Relazioni — Associazioni 26
• Il concetto di relazione 26
• Sintassi — Rappresentazione grafica di relazione 26
• Notazione 26
• Relazioni a livello di istanze 26
• Commenti 26
• Esempio 27

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• Domanda 27
• Il concetto di attributo di relazione 27
• Sintassi — Rappresentazione grafica di attributo di relazione 27
• Criteri per scegliere le strutture giuste 27
• Scelta tra entità e attributo 27
• Cardinalità delle entità nelle relazioni 28
• Cardinalità nella vita di tutti i giorni 28
• Definizione di cardinalità (minima e massima) 28
• Esempio di vincolo di cardinalità 28
• Tipi di relazioni 29
• Cardinalità maggiormente utilizzate per la cardinalità minima 29
• Cardinalità maggiormente utilizzate per la cardinalità massima 29
• Classificazione delle relazioni binarie 30
• Esercizio 30
• Cardinalità degli attributi 30
• Una prima classificazione 30
• Scalare semplice 30
• Multipla 30
• Composta 31
• Opzionale 31
• Relazioni n-arie 31
• Relazioni n-arie — Grado maggiore di 2 31
• Livello estensionale 31
• Relazioni n-arie con attributi 31
• Relazioni definite sulla stessa Entità 31
• Cardinalità nelle relazioni n-arie 32
• Identificatori 32
• Identificatori di entità 32

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• Tipi di identificatori 32
• Identificatore interno 33
• Identificatore esterno 33
• Osservazione 33
• Entità deboli 33
• Relazione (o legame) IS-A tra entità 34
• Rappresentazione grafica della relazione IS-A tra entità 34
• Ereditarietà su entità nel modello ER 34
• Principio di ereditarietà 34
• Generalizzazione tra entità 34
• Rappresentazione della generalizzazione 35
• Tipi di generalizzazione tra entità 35

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• Esempio di generalizzazione completa 35
• Esempio di generalizzazione non completa 35
• Generalizzazioni ed ereditarietà 35
• Diverse generalizzazioni della stessa classe 35
• Differenza tra due IS-A e una generalizzazione 36
• Gerarchie 36
• Definizioni 36
• Un’ulteriore specializzazione 36

Progettazione concettuale 38

• Fasi della progettazione di una base di dati 38
• Problemi della fase di raccolta dei requisiti 38
• Raccolta e analisi dei requisiti 38
• Problemi della fase di progettazione concettuale 38
• Necessità di strategie 38
• Analisi dei dati 39
• Analisi dei requisiti 39
• Come si raccolgono i requisiti 39
• Possibili fonti 39
• Acquisizione e analisi dei requisiti 39
• Problemi nella acquisizione per interviste 40
• Requisiti 40
• Documentazione descrittiva 40
• Organizzazione di termini e concetti 40
• Analisi dei requisiti 41
• Caso 41
• Gruppi di frasi omogenee 41
• Design pattern 41
• Reificazione di attributo di entità 42

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• Part-of 42
• Instance of 42
• Reificazione di relazione binaria 42
• Identificazione esterna 42
• Reificazione di relazione ricorsiva 43
• Generalizzazione (sottoinsieme) parziale 43
• Storicizzazione di concetto 43
• Evoluzione di concetto 43
• Relazione ternaria 44
• Reificazione di relazione ternaria 44
• Strategie di progettazione 44
• Strategie semplici 44

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• Quelle viste nelle lezioni precedenti — Modello E-R 44
• Strategie di progetto vere e proprie 44
• Strategia top-down 44
• Strategia bottom-up 45
• Strategia inside-out 46
• Le precedenti strategie 47
• Definizione dello schema scheletro 47
• Le due strategie miste che seguono si differenziano sul come procedere dopo aver individuato lo schema scheletro 49
• Metodologia top-down 49
• Metodologia mista 50
• Vantaggi e svantaggi delle quattro strategie 50
• Qualità di uno schema concettuale 51
• Definizione di qualità 51
• Correttezza 51
• Correttezza rispetto ai requisiti 51
• Correttezza rispetto al modello 51
• Pertinenza 51
• Il seguente schema è pertinente? 51
• Minimalità 51
• Leggibilità 51
• Leggibilità grafica 52
• Leggibilità concettuale 52

Modello relazionale 53

• Il modello logico dei dati 53
• Cos’è un modello logico 53
• Introduzione al modello relazionale 53
• Relazione matematica 53

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• Esempio 53
• Quesito 53
• Quesito 54
• Proprietà 54
• Esempio 54
• Struttura non posizionale 54
• Relazioni — Tabelle 54
• Domanda 54
• Riferimenti tra relazioni 55
• Vantaggi 55
• Quesito 55
• Il modello relazionale è basato su valori 55
• Definizioni rilevanti nel modello relazionale 55

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• Schema di relazione 55
• Schema di base di dati 55
• Esempi di schema di relazione 55
• N-upla 55
• Esempi di n-upla e di singolo valore 56
• Istanza di relazione 56
• Istanza di base di dati 56
• Due parole sinonime 56
• Il modello relazionale — Strutture nidificate 56
• La stessa realtà può essere rappresentata con più schemi 56
• Abbiamo scoperto una caratteristica importante 56
• Particolari tipi di relazioni — Strutture nidificate 57
• Esempio 57
• Vincoli di integrità — Introduzione 57
• Relazioni come rappresentazione di una realtà osservata 57
• Vogliamo rappresentare gli studenti e gli esami che hanno superato con voto, lode, sì oppure no, e data 58
• Abbiamo scoperto un altro concetto fondamentale: il vincolo di integrità 58
• Vincoli intrarelazionali 58
• Vincoli interrelazionali 58
• I vincoli intrarelazionali 58
• Tipi di vincoli intrarelazionali 58
• Quesito 59
• Vincoli di ennupla 59
• Sintassi per i vincoli di n-upla 59
• Valore di verità dei vincoli di n-upla 59
• Vincoli di chiave 60
• Vita comune vs basi di dati 60
• Motivazione 60

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• Identificazione delle n-uple 60
• Il concetto di chiave 60
• Un'altra chiave 60
• Vincoli, schemi e istanze 61
• Esistenza delle chiavi 61
• Importanza delle chiavi 61
• I valori nulli 62
• Informazione incompleta 62
• Esempio di Agenda 62
• Tre tipi di valore nullo 62
• Quesito 63
• L’informazione incompleta 63

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• Come possiamo rappresentarla? 63
• Come si rappresenta l’informazione incompleta nel modello relazionale 63
• Regole che devono valere per le chiavi e i valori nulli 63
• Chiavi e valori nulli 63
• Chiave primaria 64
• Quesito 64
• Vincolo di integrità referenziale 64
• Domande intuitive 64
• Esempio 64
• Definizione informale 64
• Quesito 65
• Vincolo di integrità referenziale 65
• Negli esempi precedenti 65
• Meccanismi di supporto alla gestione di vincoli di integrità referenziale 65

Progettazione logica 66

• I modelli logici 66
• Attenzione 66
• Ingresso e uscita all’attività di progettazione logica 66
• Obiettivo della progettazione logica 66
• Correttezza ed efficienza 66
• Correttezza 66
• Efficienza 66
• Fasi della progettazione logica 67
• Fase 1 — Ristrutturazione dello schema E-R 67
• Attività della fase 1 di ristrutturazione dello schema ER 67
• 1.1 Analisi delle ridondanze 67
• 1.2 Eliminazione delle generalizzazioni 68
• 1.3 Partizionamento/accorpamento di entità e relazioni 71

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• 1.4 Scelta degli identificatori primari 72
• Fase 2 – Traduzione nel modello relazionale 73
• 2.1 Traduzione entità 73
• Piano di lavoro 73
• 2.2 Regole per le entità 73
• Regola 73
• Dimostrazione informale di correttezza della regola per la traduzione delle entità 73
• 2.3 Regole per le relationship 73
• Osservazione generale per le relationship 73
• Applicazione della regola generale 74
• Applicazione della regola generale — Caso delle relazioni molti a molti 74
• Relationship n-arie 75

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• Fase 2 — Traduzione relazioni 75
• Traduzione delle relationship uno a molti 75
• Relationship uno a molti 75
• Considerazione 76
• Vincoli definiti sullo schema 76
• Traduzione di entità con identificazione esterna 76
• Entità con identificazione esterna 76
• Commento 76
• Relationship uno a uno 76
• Traduzione finale 77
• Idea di base 77
• Metodologia di traduzione 77
• Esempio di traduzione di uno schema completo 78

Algebra relazionale 79

• Linguaggi di interrogazione per basi di dati relazionali 79
• Dai modelli ai linguaggi 79
• Linguaggi per basi di dati relazionali 79
• Operazioni sullo schema 79
• Operazioni sui dati 79
• Linguaggi di interrogazione per basi di dati relazionali 79
• Algebra relazionale 79
• Ottimizzazione di interrogazioni 79
• Algebra relazionale 80
• Algebra relazionale vs SQL 80
• Operatori dell'algebra relazionale 80
• Operatori insiemistici — Regole 80
• Semantica e sintassi di un operatore dell’algebra 80
• L’operatore Unione 81

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• L’operatore Intersezione 81
• L’operatore Differenza 82
• Limiti degli operatori insiemistici 82
• Ridenominazione 82
• Esempio 83
• Quesito 83
• Quesito 83
• Selezione 83
• Esempio 83
• Simboli e termini equivalenti utilizzati nel seguito 84
• Sintassi 84
• Sintassi della condizione — Anche detta formula proposizionale 84

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• Esempio 84
• Altri esempi di condizioni 84
• Semantica 84
• Riconsideriamo l’esempio 84
• Selezione con valori nulli 85
• Un risultato non desiderabile 85
• Altro risultato non desiderabile 85
• Soluzione in algebra relazionale e valori nulli 85
• Valutazione della selezione 85
• Domanda 85
• Proiezione 86
• Un limite dell’operatore di selezione 86
• Selezione e proiezione 86
• Proiezione 86
• Proiezione, sintassi e semantica 86
• Quesito 86
• Cardinalità delle proiezioni 86
• Selezione e proiezione 87
• Quesito 87
• Limiti dei precedenti operatori 87
• Join 87
• Esempio — Prove scritte in un concorso pubblico 87
• Una prima tipologia di join — Il join naturale 88
• Sintassi e semantica 88
• Un join completo, con n x m n-uple 88
• Join, problemi con le n-uple che non si accoppiano 88
• Esigenza di un nuovo Join — Il Join esterno 88
• Esempio di Join esterno sinistro 89

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• Esempio di Join esterno destro 89
• Esempio di Join esterno full 89
• Prodotto cartesiano 89
• Il theta-join 89
• Esempio di theta-join 90
• L’equi-join 90
• Esempio di equi-join 90
• Join naturale e equijoin 90
• Interrogazioni in algebra relazionale 90
• Metodo per produrre interrogazioni in algebra relazionale 90
• Applichiamo il metodo rispondendo passo per passo a una domanda 91
• Idiomi di interrogazione 91

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• Standard 91
• Esempio 91
• Relazione di esempio 92
• Minimo e massimo 92
• Principio di complementarietà 92
• Minimo/massimo assoluto 92
• Minimo/massimo relativo 92
• Minimo/massimo assoluto «decentrato» 92
• Cardinalità 93
• Osservazioni 93
• Per ogni 93

Il linguaggio di interrogazione SQL-DML 94

• SQL concetti base 94
• SQL e i due tipi di operazioni sui dati 94
• L’operazione SELECT non nidificata 94
• Qualità di una interrogazione 94
• Correttezza 94
• Efficienza 94
• Comprensibilità (o leggibilità) 94
• Interrogazioni SQL 94
• Istruzione SELECT 94
• Sintassi 94
• Semantica 94
• Clausola WHERE 95
• Un primo insieme di esercizi introduzione 95
• Specifiche della base dati di riferimento 95
• Ora, per allenarci, eseguiamo alcune interrogazioni «a mente» 95
• Osservazione 95

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• Primo obiettivo 95
• Clausola FROM — Notazione punto e alias 96
• SELECT e le sue abbreviazioni 96
• Ridenominazione 96
• SELECT e ridenominazioni 96
• SELECT e abbreviazioni 96
• Selezione senza proiezione 97
• Proiezione, senza selezione 97
• Espressioni aritmetiche nella target list 97
• Sono ammesse espressioni aritmetiche nella target list 97
• Funzioni aritmetiche 97
• Clausola WHERE 97

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• Condizione complessa 97
• Operatore LIKE 98
• Valori nulli 98
• Clausola FROM 99
• Notazione punto (.) 99
• Gestione duplicati in SQL con la clausola DISTINCT 99
• Semantica in SQL della clausola DISTINCT 99
• Selezione, proiezione e join insieme — Torniamo all’esempio principale 100
• L’operatore JOIN 100
• Prodotto cartesiano 100
• Theta join 100
• Theta vs Natural Join 101
• Join naturale 101
• Esaminiamo con maggiore precisione l’operatore di ridenominazione 101
• Utilità delle ridenominazioni 101
• Ridenominazioni e variabili 101
• SELECT con ridenominazione del risultato 102
• JOIN 102
• Join implicito 102
• Join esplicito 102
• SELECT con join esplicito 102
• Ulteriore estensione: join naturale (meno diffuso) 102
• SQL – Join esplicito 102
• SQL – Join naturale 103
• Join interni ed esterni 103
• Join interno, detto anche INNER JOIN 103
• Join esterno, detto anche OUTER JOIN 103
• Self join 105

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• Ordinamento del risultato 105
• Ordinamento su più attributi 106
• Sintassi e semantica 106
• Esercizio 106
• Limiti dei precedenti operatori 106
• Operatori aggregati 106
• Semantica degli operatori aggregati 106
• Operatori aggregati 106
• Esempio 106
• COUNT 107
• COUNT e valori nulli 107
• Altri operatori di aggregazione 107

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• Min e max 108
• Attenzione 108
• Raggruppamenti e l’operatore GROUP BY 108
• Limiti degli operatori aggregati 108
• Operatori aggregati e raggruppamenti 109
• Semantica delle interrogazioni con operatori aggregati e raggruppamenti 109
• GROUP BY 109
• Esempio 109
• Regola da rispettare nella clausola GROUP BY 110
• Esempio 110
• Esempio 110
• Condizioni sui gruppi 111
• Esempio 111
• Clausola HAVING 111
• Condizioni sui gruppi 111
• Esempio 112
• Quando applicare la WHERE e quando la HAVING? 112
• Sintassi della select, riassumiamo 113
• Interrogazioni di tipo insiemistico 113
• Unione, intersezione e differenza 113
• Semantica degli operatori 113
• Notazione posizionale 113
• Differenza 114
• Intersezione 114
• Interrogazioni nidificate — Introduzione 114
• Interrogazioni nidificate 114
• Confronto di uno o più attributi con il risultato di una sottointerrogazione 114
• Interrogazioni nidificate 114

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• Forma generale delle interrogazioni nidificate 115
• Semantica informale delle interrogazioni nidificate 115
• Operatori in e not in 115
• Quantificazione esistenziale, esiste e non esiste 116
• Esempio di uso della EXISTS 117
• Query correlate 117
• Commenti 118

La normalizzazione 119