Ders # 2

VERİ TABANI DERS NOTLARI

data modeling with ER

References

• ER section from “Elmasri, Navathe, Fund. of Database Systems, 5th ed.,

Addison Wesley”

Outline

Overview of Database Design Process

Example Database Application (COMPANY)

ER Model Concepts Entities and Attributes

Entity Types, Value Sets, and Key Attributes

Relationships and Relationship Types

Weak Entity Types

Roles and Attributes in Relationship Types

ER Diagrams - Notation

ER Diagram for COMPANY Schema

EER modelling (Spacification/Generalization, Superclass/ Subclass, Hierarcies, Lattices)

Alternative Notations – UML class diagrams, others

Overview of Database Design Process

Two main activities:

Database design

Applications design

Applications design focuses on the programs and interfaces that access the database

Generally considered part of software engineering

Use Data-flow, sequence

diagrams or scenarios

ER

ER Model Concepts- Entities, Attributes

Entities and Attributes Entities are specific objects or things in the mini-world that

are represented in the database. For example the EMPLOYEE John Smith, the Research

DEPARTMENT, the ProductX PROJECT

Attributes are properties used to describe an entity. For example an EMPLOYEE entity may have the attributes

Name, SSN, Address, Sex, BirthDate

A specific entity will have a value for each of its attributes. For example a specific employee entity may have Name='John

Smith', SSN='123456789', Address ='731, Fondren, Houston, TX', Sex='M', BirthDate='09-JAN-55‘

Each attribute has a value set (or data type) associated with it – e.g. integer, string, subrange, enumerated type, …

ER Model Concepts -Entity Types and Key Attributes

Entities with the same basic attributes are grouped or typed into an entity type. ( EMPLOYEE and PROJECT are entity types) an entity type is displayed in a rectangular box in ER diagram.

An attribute of an entity type for which each entity must have a unique value is called a key attribute of the entity type. Attributes are displayed in ovals, and is connected to its entity type

Each key is underlined in ER model

For example, SSN of EMPLOYEE.

A key attribute may be composite. (At the next slide, VehicleTagNumber is a key of the CAR entity type with components (Number, State).)

An entity type may have more than one key. (At the next slide, VehicleIdentificationNumber (popularly called VIN), VehicleTagNumber (Number, State), aka license plate number.)

Types of attribute: Simple, Composite, Multivalued

Simple: Each entity has a single atomic value for the attribute. (SSN or DateofBirth)

Composite: composition of several components. Address(Apt#, House#, Street, City, State, ZipCode, Country), or Name(FirstName, MiddleName, LastName).

Multi-valued: existence of multiple values for that attribute. (For example, Color of a CAR or PreviousDegrees of a STUDENT. (Denoted as {Color} or {PreviousDegrees}. )

EXAMPLE: Entity Type CAR with

two keys and a corresponding

Entity Set Composite

attribute

A key

A key

Multivalued

attr.

Entity set is the collection of entities stored in the database

Previous slide shows three CAR entity instances in the entity set for CAR

Same name (CAR) used to refer to both the entity type and the entity set

Entity set is the current state of the entities of that type that are stored in the database

ER Model Concepts-

Entity Set

three CAR entity instances in the entity set for CAR

ER Model Concepts :Relationships, Relationship Types and

Relationship Set A relationship relates two or more distinct entities with a specific

meaning. For example, EMPLOYEE John Smith works on the ProductX PROJECT, or

EMPLOYEE Franklin Wong manages the Research DEPARTMENT.

Relationships of the same type are grouped or typed into a relationship type.Identifies the

relationship name

participating entity types,

degree of a relationship,

cardinality ratio,

existence dependency)

Relationship Set: The current state of a relationship type.

Example COMPANY Database We need to create a database schema design based on the following

(simplified) requirements of the COMPANY Database:

The company is organized into DEPARTMENTs. Each department has a name, number and an employee who manages the department. We keep track of the start date of the department manager. A department may have several locations.

Each department controls a number of PROJECTs. Each project has a unique name, unique number and is located at a single location.

We store each EMPLOYEE’s social security number, address, salary, sex, and birthdate.

Each employee works for one department but may work on several projects.

We keep track of the number of hours per week that an employee currently works on each project.

We also keep track of the direct supervisor of each employee.

Each employee may have a number of DEPENDENTs.

For each dependent, we keep track of their name, sex, birthdate, and relationship to the employee.

Initial Design of COMPANY DB Based on the requirements, we can identify four initial entity types in the COMPANY

database:

DEPARTMENT, PROJECT, EMPLOYEE and DEPENDENT

The initial attributes shown are derived from the requirements description

In the refined design, some attributes from the initial entity types are refined into

relationships:

Manager of DEPARTMENT -> MANAGES

Works_on of EMPLOYEE -> WORKS_ON

Department of EMPLOYEE -> WORKS_FOR

Controlling_Department of PROJECT CONTROLS

Supervisor of EMPLOYEE SUPERVISION

Dependent_name of DEPENDENT DEPENDENTS_OF

In general, more than one relationship type can exist between the same participating entity

types(MANAGES and WORKS_FOR are distinct relationship types between EMPLOYEE

and DEPARTMENT (Different meanings and different relationship instances.)

COMPANY DB ER DIAGRAM

Recursive

relationship

Recursive relationship type

In a recursive relationship type. Both participations are same entity type in different

roles. In ER diagram, we need to display role names to distinguish participations.

For example, SUPERVISION relationships between EMPLOYEE (in role of supervisor or boss) and (another) EMPLOYEE (in role of subordinate or worker).

In following figure, first role participation labeled with 1 and second role participation labeled with 2.

Another Entity Type: Weak Entity Types An entity that does not have a key attribute

A weak entity must participate in an identifying relationship type with an owner or identifying entity type

Weak Entities are identified by the combination of:

A partial key of the weak entity type

The particular entity they are related to in the identifying entity type

Example:

A DEPENDENT entity is identified by the dependent’s first name, and the specific EMPLOYEE with whom the dependent is related

Name of DEPENDENT is the partial key

DEPENDENT is a weak entity type

EMPLOYEE is its identifying entity type via the identifying relationship type DEPENDENT_OF

Weak entity types can be represented as complex (composite, multivalued) attributes. How to decide?

Different structures may occur s.a.:

>1 number of levels of weak entity types

>1 number of identifying entity type

>1 degree of identifying relationship

Attributes and Constraints of Relationships A relationship type can have attributes: (HoursPerWeek of

WORKS_ON )

A value of HoursPerWeek depends on a particular (employee, project) combination

Most relationship attributes are used with M:N relationships

In 1:N relationships, they can be transferred to the entity type on the N-side of the relationship

Cardinality Ratio (eleman sayısı oranı) (specifies maximum participation) : (1:1),(1:N) or (N:1), (M:N)

Shown by placing appropriate numbers on the relationship edges.

Existence Dependency (varolma bağımlılığı) Constraint (specifies minimum participation, called participation constraint : TOTAL or PARTIAL )

PARTIAL: zero (optional participation, not existence-dependent)

TOTAL: one or more (mandatory participation, existence-dependent)

Total shown by double line, partial by single line. ( Look at the COMPANY ER diagram for examples..)

Summary of notation for ER

diagrams

Relationships of Higher Degree Relationship types of degree 3 are called ternary and of degree n are

called n-ary relationship which is not equivalent to n binary

relationships.

If needed, the binary and n-ary relationships can all be included

in the schema design

Determining the cardinalities depends on the scenario.

≠ ≡

• Which one conveys more information?

(s,j,p) ≠ (s,p) (j,p) (s,j)

One more step further: If we do not want

to use weak entity type, how to design?

Redundancy in n-ary relationships If a particular binary relationship can be derived from a higher-

degree relationship at all times, then it is redundant

the TAUGHT_DURING binary relationship in figure below can be derived

from the ternary relationship OFFERS (based on the meaning of the

relationships)

the OFFERED_DURING binary relationship in figure below can be derived from the ternary relationship OFFERS (based on the meaning of the

relationships)

Redundant!

Redundant!

In case CAN_TEACH is 1-1

relationship; what do you think

about OFFERS relationship?

Constraint on Ternary relationships

Determine the key of SUPPLY..? M

N

1

M

1

1

Determine the key of SUPPLY..?

• It is usually hard to determine the constraints..

• An M or N indicates no constraint..

• A 1 indicates that an entity can participate in at most one relationship

instance that has a particular combination of the other participating entities

Redundancy / dependency problem in ER (in general)

18

ENROLL

PROF

SECTION

N

1 N

1

N

1

GRADE

N

1 N

STUDENT

N

N

YEAR

1

N

1

N

1

se N

COURSE 1

cs N

DEPT

1

1 N

1

1

PERMIT

1

1

PLATE MODEL

1

N

STUDENT

1 N

GPA DEPT

N N

1 N MAJOR_GPA

STUDENT

1 N

GPA DEPT

1 N

1 N MAJOR

_GPA

STUDENT

1 N

GPA

DEPT

N

1

STUDENT

_MAJOR

N

1

MAJOR_

GPA

N

1

Dependency problem

Redundancy problem in ER (in general)

19

ENROLL

SECTION

N

1

STUDENT 1

se N

COURSE 1 cs

N

1

GRADE

N EId Öğrenci aynı SECTION’a çok

defalar kayıt olup her kaydı

için farklı notlar alabilir. Buna

engel olmak; yani «öğrenci

bir SECTION’a bir kez kayıt

olabilir.» koşulunu şemaya

nasıl dahil edebiliriz..?

«Öğrenci bir COURSE’a bir kez kayıt olabilir.» koşulunu sorudaki şemaya

nasıl dahil edebiliriz..

Some refinements after design Attributes relationships (if attribute refers to

another entity type)

Attributes entity types (if an attribute exists in

several entity types)

entity type attribute (if an entity type has a single

attribute and has only 1 relationship)

Choices concerning the degree of relationships.

Top-down&bottomup refinements are defined for large-scale designs.

Example-1 Şehirler, ülkeler ve nehirleri gösteren bir veritabanı

tasarımı.

Şehir Ülke

Nehir

R

S

1 N N

M

Nehirlerin hangi şehirlerden geçtiğini tutmak istersek?

Şehir Ülke

Nehir

R

S

1 N

N M

Example-2 Bir şirketteki bölümler ve personel bilgilerini tutan Bölüm-Personel veri

tabanını düşünelim. Her bölüm çok sayıda personele sahiptir ve her personel en fazla bir

bölüme bağlıdır.

Bir bölümün sadece bir yöneticisi (mutlaka) vardır.

Bölüm için Bid, personel için Pid anahtardır.

Buna göre aşağıdaki durumları birbirinden bağımsız olarak cevaplayınız…

Bir bölümün yöneticisi ancak o bölüme bağlı bir personel olabiliyor ise, Nasıl bir ER modeli çizilebilir?

Bir bölümün yöneticisi herhangi bir personel olabiliyor ise, Nasıl bir ER modeli çizilebilir?

1 N

1 N

1 N

B P ç

Y?

B P ç

y

bid pid

Example-3

SATIŞ FORMU

SatışNO: 12 Tarih: 11.06.2009

SatırNo ParçaNo Parçaİsim Tanım Miktar

Birim

Fiya

t Toplam

1 23645 ayakkabı Spor,basketbol 1 110 110

2 12674 gomlek klasik tarz 2 80 160

3 ... ...

GenelTopl

am: 880

Yukarıda satış bilgileri tutan örnek bir satış formu içeriği görülmektedir. Buna karşılık gelen

veri tabanı, SATIŞ, PARÇA ve SATIR olmak üzere 3 varlık setinden oluşmaktadır. (Aynı

ParçaNolu parçalar farklı satırlarda tekrar edebilir.)

Bu varlık setlerini, özeliklerini ve aralarındaki ilişkileri gösteren ER diyagramını çiziniz.

Satış

Satır

ss

satışno

1

N

ps

Parça

tarih

geneltoplam

1

N

satırno

toplam miktar

Not: satırno,

partial key oluyor.

pisim

parçano Birim fiyat

tanım

Satır

ss

N

Trafik sigorta şirketine ait sürücüler ve yapılan kazalar hakkında bilgi saklayan bir veri tabanı tasarımı:

Her sürücünün ehliyet no, isim

Her aracın plakası

Her kaza için kaza_no, tarih ve yer bilgisi

Bir araç bir sürücü üzerine kayıtlıyken, bir sürücünün çok sayıda aracı olabilir.

Sürücünün hangi araç ile hangi trafik kazasını yaptığını ve kazanın masrafı

Example-4

sürücü araç sahip

1 N

yaptı N

tarih

kaza

1

sürücü araç sahip 1 N

kaza

N

tarih N

ehliyetno

isim

plaka

kaza_no

Bir kazada, birden çok araba varsa, yer alan arabalarin bulunması yukarıdaki haliyle ancak aynı tarihli(yıl/gün/saat/saniye) ve aynı

yerdeki kazaların bulunması ile türetilebilir. Bu Mantıksal (ilişkisel model) aşamada sorgu ile yapılabilir.. Bu bilgiyi kavramsal aşamaya, ER’a, taşımak farklı yollar ile olabilir:

1. Aynı kaza içersinde yer alan arabalara ait olan kazalara aynı kaza_no verelim. Bunu sağlamak KAZA varlık setinin zayıf olması ile

olabilir; kaza_no üzerinden o numarali kazadaki araçlara veya sürücülere ulaşabiliriz.. Her araca ait masraf bilgisi tutlabilir.. 2. ARAÇ ile KAZA arasında N-N lik bir bağıntı tanımlayabiliriz. Bu bağıntıya tarih ve yer bilgisi ekleriz. Her araca ait masraf bilgisi

tutlabilir.. 3. ARAÇ-ARAÇ arasında N-N’lik bir bağıntı tanımlarız.Burda bir kaza_no olmadığı için; tarih niteliği multi-value olması gerekir.. Her araca

ait masraf bilgisi tutulamaz..

GPS konum

sürücü araç sahip

yaptı N

kaza

1 isim

plaka GPS konum

tarih

kaza_no

1 N

sürücü araç sahip

yaptı N

kaza

N isim

plaka GPS konum

tarih

kaza_no

1 N

masraf

masraf

Example-5 Birden çok oyuncu içeren takımlar arasında, iki takım içeren oyunlar

ile ilgili bilgiler tutulmak isteniyor. (Oyuncu en fazla bir takımın elemanı olabilir. )

her oyunda hangi takımların yer aldığı (hangi takım ev sahibi hangisi misafir olduğu) ve oyunun tarihi ve sonucu gibi bilgiler tutuluyor.

her oyunda takımın hangi oyuncularının yer aldığı bilgisi takip ediliyor.

oyuncu takım ait

1 N

ev

N skor

tarih

oyun

1

misafir

N

1 skor oynar

N

M

sonuç

PK

Example-6 Bir banka hesabına ait işlemler hakkında işlem zamanı(gün,saat), işlem tipi

ve miktar bilgileri tutuluyor.bu olayı takip eden ER diyagramı:

hesap işlem ait

1 N

gün saat

GS tip

miktar Not: gün,saat

partial key oluyor. işlem ait

Yukarıdaki çözüm, bir hesap üzerinde aynı saat içinde işlem yapılmaması durumunda geçerlidir. Bu koşul kalktığı zaman, tasarım işlem zamanı olarak sistem zamanını saklamalıdır;

hesap işlem ait

1 N

gün saat

GSS tip

miktar Not:

gün,saat,saniye partial key oluyor.

işlem ait

saniye

Farklı hesaplarda aynı saat içinde

aynı miktar ve tip işlem olabilir!!!

Farklı hesaplarda aynı saniye içinde

aynı miktar ve tip işlem olabilir!!!

c isimli“çizgi” geometrik nesnesi, şekilde görüldüğü gibi (x1,y1), (x2,y2) noktaları ile tanımlanmaktadır.

Sadece nokta ve çizgi varlıklarını tutan bir veri tabanı tasarlanmak isteniyor. (NOT: varlıkların ismi, özellikleri, ilişkilerin cardinality değerlerini belirmeyi unutmayın.., çizgilerin yönü yok!)

Example-7 (x1,y1)

(x2,y2)

NOKTA çizgi

N

N

x y

xy

isim

c

NOKTA1 NOKTA2

x y x y isim

1 N

1

1.yol:

2.yol:

ÇİZGİ çizgi çizgi ÇİZGİ

N

İsim, partial key oluyor

Example-8

Dünya üzerindeki gemi limanları ve gemi hareketlerini tutan bir veri tabanı tasarımı.

Limanların hangi ülkede hangi okyanusta olduğu saklanıyor. Limanların sadece isimleri saklanıyor. Farklı ülkelerde aynı isimde limanlar olabilir.

Gemilerin tipleri (denizaltı, yolcu, tekne, savaş gemisi gibi.) var, hangi tiplerin varolduğu listelenebilmeli..

Her geminin bağlı olduğu bir liman vardır. Bir geminin bir limanı ziyaret ile ilgili sadece giriş ve çıkış tarihleri saklanmalı. Gemi aynı limana çok defalar uğrayabilir.

Gemi hareketleri, geminin tarihçesi ile tutulmalı. Bu tarihçe bilgisi geminin hangi gün va zamanda hangi enlem boylamda bulunduğu bilgilerinden örnekler saklamaktadır. Gemi tabiki aynı noktada farklı zamanlarda bulunabilir.

FIGURE 7.7 from Elamsri/Navathe

An ER schema for a SHIP_TRACKING database.

Liman

ziyaret

gemi N

N

T_çıkış T_giriş

SHIP

history

Ship_movement

timestamp

long.

latt.

sname

owner

N

1

Liman

ziyaret

gemi N

1

T_çıkış Tarih(Giriş) N

Bir geminin ziyarete başlama tarihi sadece bir liman için olabilir. O zaman

VISITS varlık setinin bağlı olduğu güçlü varlık seti SHIP yeterli.

Example-9 Figure 3.17, Elmasri/Navathe book

Example 10 Adayların şirketler ile yaptıkları görüşme ve teklif edilen iş pozisyonunu takip etmek

istiyoruz.

Aday bir şirketin birden çok bölümü ile görüşme yapabilir ve her bölümden farklı pozisyon

teklifler alabilir; bir bölümden ancak 1 pozisyon teklifi alabilir.

Teklif edilen pozisyonun maasi, özellikleri gibi bir takım özellikler daha tutulmak isteniyor..

Görüşmenin yapıldığı gün (yıl/ay/gün) bilgisi tutluyor. Aynı bölüm ile görüşme ancak farklı

bir günde olabiliyor.

Gerek aday isimleri gerek şirket isimleri sistemde biricik olduğunu varsayabiliriz..

Bölüm hakkında bir bilgi tutulmuyor.

31

ADAY BÖLÜM mülakat

N

yaptı N Tarih(gün)

ŞİRKET

1

isim isim

N

isim pozisyon

MÜLAKAT

görüşme ADAY ŞİRKET

BT

Tarih(gün)

Bölüm

N

teklif N

POZİSYON

1

isim

maaş ......

1 1 isim isim