Podstawy baz danych

Przedmiot ten w całości poświęcony będzie bazom danych. Celowo nie wspominam o relacyjnych, bowiem w trakcie semestru poznamy kilka rodzajów baz danych. Niemniej, zacząć należy od zrozumienia, czym się i do czego służą Bazy Danych.

Czym jest baza danych?

Jako bazę danych rozumiemy uporządkowaną kolekcję danych, wykorzystywanych do modelowania danych, ich kształtu i związków między nimi. Technicznie rzecz biorąc, każdą formę zbierania danych, chociażby przy użyciu kartki papieru i długopisu, możemy określić jako bazę danych. Niemniej, na tych zajęciach zajmować się będziemy jedynie informatyczną implementacją baz danych. Najprostszym jej przykładem będą pliki tekstowe i arkusze kalkulacyjne i to właśnie arkuszami kalkulacyjnymi posłużymy się jako wstępnym przykładem do zrozumienia, czym są i jak działają bazy danych. Poniższy przykład przechowuje informacje o studentach i ich ocenach

Pojedyncza komórka sama w sobie właściwie nie przedstawia dla nas żadnej wartości informacyjnej, bowiem pojedyncza dana

niewiele nam mówi. Nie wiemy, czego się tyczy, jaką wiedzę opisuje. Taka pojedyncza komórka, zwana wartością pola nie przekazuje nam żadnej wartościowej informacji.

Cały wiersz również sam w sobie nie powie nam nic interesującego, bo brakuje mu jednego ważnego aspektu - kontekstu

W powyższym wypadku nie wiemy, czy Jan to imię, 4 to liczba palców lewej ręki, a 74% to ulubione stężenie alkoholu pana Jana w Long Island Ice Tea, czy jednak są to racjonalniejsze dane. Sama dana pozbawiona kontekstu jest nic nie warta. Dopiero postawienie takiej danej w kontekście przedstawia jakąkolwiek wartość informacyjną

Wiele takich danych, przedstawionych w uporządkowany sposób stworzy nam bazę danych. Baza taka składa się z jednej lub wielu tabel o ściśle określonej strukturze. Oznacza to, że w ramach jednej tabeli wszystkie rekordy będą przedstawiane w identyczny sposób. W powyższym przykładzie, każdy wiersz w pierwszej komórce posiada imię, w drugiej nazwisko itd.

Podstawowe pojęcia

• Encja (tabela), w teorii relacyjnej określana również jako relacja. Baza danych składa się z przynajmniej jednej tabeli, a każda tabela składa się z przynajmniej jednego pola. Nazwę tabeli określamy rzeczownikiem w liczbie mnogiej, np. Wyniki, Oceny, Adresy
• Krotka (rekord) - unikatowy wpis w tabeli opisujący cechy jakiegoś obiektu, składa się na niego zestaw pól w jednym wierszu.
• Atrybut (pole) - wizualnie kolumna. W praktyce jest to najmniejszy element struktury bazy danych, opisujący jedną cechę rekordu. Kolumny nazywamy rzeczownikiem w liczbie pojedynczej, np. Ulica, Imię, PESEL
• Klucz główny (klucz podstawowy) - Specjalne pole tabeli, która pozwala na jednoznaczną identyfikację rekordu. Oznaczany skrótem PK od ang. Primary Key. Technicznie rzecz biorąc występować może klucz główny łączony, czyli wiele pól, które razem pozwolą jednoznacznei zidentyfikować rekord, w praktyce odradzany.

Wracając zatem do wcześniejszego przykładu. Mamy tabelę Oceny, składającą się z pól Imię, Nazwisko, Kolos 1, Ocena. Czy widzimy tu kandydata na kolumnę, która mogłaby być kluczem głównym? Możemy mieć przecież w naszym arkuszu wielu Janów, wielu Nowaków, nawet kilku Janów Nowaków ma potencjał, by się tu znaleźć. Wynik procentowy z kolokwium również powtórzy się wielokrotnie, wystarczy, że dwie osoby zdobędą max. Ocena tym bardziej będzie się powtarzać. W takiej sytuacji znaleźć musimy jakąś cechę tych wszystkich obiektów, która będzie unikatowa. Dla studentów będzie to na przykład numer indeksu

Taką jedną tabelę możemy zatem porównać do pojedynczego arkusza kalkulacyjnego, jednak przestrzegać musimy kilku zasad:

• Każde pole powinno zawierać jedną wartość
• Nazwa pola pozwala jednoznacznie zidentyfikować rodzaj tej wartości

W źle zaprojektowanych bazach danych standardowymi błędami będą

• Pola złożone - zawierające więcej niż jedną wartość w ramach jednego pola - np. Imię i Nazwisko, Kod pocztowy i Miasto
• Pola wielowartościowe - zawierające kilka powtórzeń tego samego elementu, np. pole Uprawnienia, zawierające “admin, user”
• Pole obliczeniowe - zawierające wynik obliczenia wartości z dwóch lub więcej pól lub złączenia treści dwóch lub więcej pól z tabeli.

Dla przykładu:

Pojedyncza kolumna powinna przedstawiać jedną, niepodzielną informację. Dlatego w tabelach raczej unikać będziemy przechowywać pola “Adres” a oddzielne “Ulica”, “Numer Domu”, “Miasto”, “Kod pocztowy”

Zadanie na zajęcia

Zaplanuj, jakie dane powinna porzechowywać tabela Pracownik znajdująca się w bazie danych pewnej firmy usługowej. Proszę o projekt zawierający nazwy kolumn oraz 2 przykładowe rekordy. Proponuję skorzystać z arkusza kalkulacyjnego lub kartki i długopisu

Relacje

Jak sama nazwa przedmiotu wskazuje, zajmujemy się tutaj relacyjnymi bazami danych. O co zatem chodzi z relacjami? Tabele w bazie mogą być ze sobą w jakiś sposób powiązane. Inaczej rzecz ujmując, między dwiema tabelami zachodzi relacja, jeśli można w jakiś sposób skojarzyć rekordy z jednej tabeli z rekordami z drugiej i zachodzi pomiędzy nimi logiczny związek.

Stwórzmy dla przykładu tabele Osoby oraz Oceny - pamiętajcie, że to tylko przykładowe dane, w normalnej bazie danych byłoby ich znacznie więcej.

Osoby

Oceny

Z tabeli Oceny wywnioskować możemy, że do indeksu s2137 przypisana jest ocena 3.5 z RBD. Z tabeli Osoby wywnioskować możemy, że do indeksu s2137 przypisany jest Jan Nowak. W taki sposób łączyć będziemy ze sobą dane znajdujące się w oddzielnych tabelach, ale ze sobą powiązane. Istnieją 3 rodzaje relacji

• jeden do jednego - 1:1 - Najprostszy do zrozumienia rodzaj relacji. Łączy dokładnie jeden rekord z Tabeli 1 z dokładnie jednym rekordem z Tabeli 2. Stosowany często do rozszerzania pewnych informacji. Dla przykładu, w danym momencie jedna osoba może posiadać tylko jeden paszport w danym kraju. W momencie wydania nowego, stary jest unieważniany. Dlatego w krajowej bazie danych paszport możemy połączyć z daną osobą połączeniem 1:1. Zapis na diagramie ERD:

  erDiagram
    PERSONS ||--|| PASSPORTS : have
  

• jeden do wielu - 1:n - Odrobinę bardziej złożony i bardzo często stosowany. W tym rodzaju relacji jeden rekord z Tabeli 1 przypisany może być do wielu rekordów z Tabeli 2. Przykładem takiej relacji może być związek pomiędzy przedstawionymi wyżej tabelami Osoby i Oceny, ale również przedstawiony poniżej przykład, w którym wiele biletów lotniczych może być przypisanych do jednego paszportu, ale na jednym bilecie może być tylko jeden paszport.

  erDiagram
    PASSPORTS ||--|{ TICKETS : "have assigned"
  

• wiele do wielu - m:n - Ten rodzaj relacji określa, że wiele rekordów z Tabeli 1 może być przypisanych do wielu rekordów Tabeli 2. W implementacji bazy danych taka relacja wymaga stworzenia dodatkowej tabeli, tzw. łączącej lub asocjacyjnej. Spotkać się można również z określeniem tabela agregująca, ale jest ono błędne. Przykładem takiej relacji może być sytuacja z rezerwacjami lotniczymi, w której na jednej rezerwacji znajduje się wiele osób, a każda osoba może być prypisana do wielu rezerwacji.

  erDiagram
    PERSONS }|--|{ BOOKINGS : "are on"
  

---

Zadania do laboratorium

1. Korzystając z przedstawionych w laboratorium przykładów zaproponuj zestaw pól zawierających wszystkie potrzebne informacje dla każdej z tabel PERSONS, PASSPORTS, TICKETS i BOOKINGS
2. Korzystając z narzędzia Vertabelo lub draw.io spróbuj zamodelować układ relacji łączący wszystkie z wymienionych wyżej tabel