Kapitel 3

Dr. Brigitte MathiakKapitel 3

Daten- und Informationsmodellierung

Datenbanken, SS 12 Kapitel 3: Daten- und Informationsmodellierung 2

LernzieleKenntnis der Vorgehensweise beim DB-Entwurf

Grundkonzepte von UML Klassendiagrammen für Datenmodellierung

Kenntnis der Abstraktionskonzepte (Generalisierung, Aggregation)

Fähigkeit zur praktischen Anwendung der Konzepte– Erstellung von Modellen für gegebene Anwendungsszenarien– Festlegung der Primärschlüssel, Beziehungstypen, Kardinalitäten,

Existenzabhängigkeiten etc.– Interpretation gegebener Modelle

Allgemeine Vorgehensweise


reales System

Anforderungsermittlung und Analyse

Konzeptioneller Entwurf (Informationsmodellierung)

Logischer Entwurf (DB-Schema, externe Schema)

physischer Entwurf (internes Schema)

Anwendungserstellung, Systemintegration

Informationssystem

Verwendung

Ent

wur

fIm

plem

entie

rung

Tests Evaluationen

AuswertungenModifikationen

-


Informationsmodellierung

Darstellungselemente + Regeln:- Objekte und Beziehungen (Relationships)- Klassen von Objekten / Beziehungen- Eigenschaften (Attribute)

Informationen über Objekte und Beziehungen nur wenn:- relevant- unterscheidbar und identifizierbar, selektiv beschreibbar

Zusammenhänge

Sachverhalte Gegenstände

Informationen

PersonenTatsachen

Formalisierung

Objekte

Beziehungen

Attribute

Vorgänge, Veränderungen..

" Miniwelt "


Abstraktionskonzepte

Informations- und Datenmodelle basieren auf drei grundlegenden Abstraktionskonzepten:

Klassifikation: fasst Objekte (Entities, Instanzen) mit gemeinsamen Eigenschaften zu einem neuen (Mengen-) Objekt (Entity-Menge, Klasse, Objekttyp) zusammen.– Instanzen/Objekten einer Klasse unterliegen gleicher Struktur (Attribute),

gleichen Integritätsbedingungen, gleichen Operationen– mathematisch: Mengenbildung

Aggregation: Zusammenfassung potentiell unterschiedlicher Teilobjekte (Komponenten) zu neuem Objekt– mathematisch: Bildung von kartesischen Produkten

Generalisierung: Teilmengenbeziehungen zwischen Elementen verschiedener Klassen– mathematisch: Bildung von Potenzmengen (bzw. Teilmengen)– wesentlich: Vererbung von Eigenschaften an Teilmengen


Objektbeschreibung

Uni-Angestellte- Anzahl: 1000

- AttributePersonalNummer

• Typ: char

• Länge: 9

• Wertebereich: 0...999.999.999

• Anzahl Wiederholungen: 0

• Definiertheit: 100%

• Identifizierend: ja

Gehalt

• Typ: dezimal

• Länge: (8,2)

• Anzahl Wiederholung: 0


• Identifizierend: neinRang

• Typ: String

• Länge: 4

• Anzahl Wiederholung: 0


• Identifizierend: nein


Beziehungsbeschreibung: prüfen

Beteiligte Objekte:- Professor als Prüfer

- Student als Prüfling

- Vorlesung als Prüfungsstoff

Attribute der Beziehung:- Datum

- Uhrzeit

- Note

Anzahl: 100 000 pro Jahr


Prozeßbeschreibungen: Zeugnisausstellung

Häufigkeit: halbjährlich

benötigte Daten Prüfungen Studienordnungen Studenteninformation ...

Priorität: hoch

Zu verarbeitende Datenmenge 500 Studenten 3000 Prüfungen 10 Studienordnungen


Unified Modeling Language (UML)

standardisierte graphische Notation / Sprache zur Beschreibung objektorientierter Software-Entwicklung

Kombination unterschiedlicher Modelle bzw. Notationen, u.a.– Booch– Rumbaugh (OMT)– Jacobson (UseCases)

Standardisierung durch Herstellervereinigung OMG (Object Management Group):

– 1997: UML 1.1– 2001: UML 1.4– 2003: UML 2.0

Infos: www.uml.org

J. Rumbaugh, I. Jacobson, Grady Booch:The Unified Modeling Language Reference Manual (2nd Edition)

Addison-Wesley, 2004


UML: Bestandteile

UML umfasst Modellelemente (Klassen, Interfaces, Anwendungsfälle ...) Beziehungen (Assoziationen, Generalisierung, Abhängigkeiten ...) und Diagramme

Anforderungen

Analyse

Entwurf

Implementierung

Software-Entwicklung

Anwendungsfälle

KlassendiagrammeModularisierung

Klassendiagrammeverfeinert

KomponentendiagrammeCode (Klassendefinition)

Aktivitäten

SzenarienSequenzdiagramme

Kooperations-,Zustandsdiagramme

Verteilungsdiagramme,Code (Methoden)

Objektstruktur Objektverhalten

Klassensymbol: Angabe von Klassenname, Attribute (optional),Methoden (optional)

i. a. werden nur relevante Details gezeigt

Analoge Darstellung von Klasseninstanzen (Objekten) keine Methodenangabe


UML: Darstellung von Klassen und Objekten

Student StudentMatrNr: intName: String

Student

semester(): intsumSWS(): short

Student

semester(): intsumSWS(): short

MatrNr: intName: String

rudi :Student S2: Student

MatrNr: 12345Name: Maier


UML: Darstellung von Klassen (2)

Detaildarstellung auf Implementierungsebene Attributspezifikation:

Sichtbarkeit Name: Typ = Default-Wert { Eigenschaften } Operationen:

Sichtbarkeit Name (Parameterliste) : Rückgabeausdruck { Eigenschaften } Sichtbarkeit: öffentlich / public (+), geschützt / protected (#), privat (-) unterstrichen: Klassen-Attribute / -Operationen Darstellung von Bedingungen (Constraints) innerhalb geschweifter { .. }

Windowsize: Areavisibility: Boolean

Window

display()hide()

+size: Area = (100,100)#visibility: Boolean = false+default-size: Rectangle-xptr: Xwindow*

Window{abstrakt, autor=Joe}

+display()+create()-attachXWindow(xwin:Xwindow*)


ArbeitetIn

Assoziationsname

UML: Assoziationen

Repräsentation von Beziehungen (relationships)optional: Festlegung eines Assoziationsnamens, seiner

Leserichtung (bzw.), von Rollennamen, Sichtbarkeit von Rollen (+, -, #) sowie Kardinalitätsrestriktionen

Klasse 1 Klasse 2Rolle 1 Rolle 2

Person AbteilungRolle 1 Rolle 2


Rmin2..max2

UML: KardinalitätsrestriktionenVerfeinerung der Semantik eines Beziehungstyps durch

Kardinalitätsrestriktionen: x .. y mindestens x, maximal y Objekte nehmen an der Beziehung teil 0 ..* optionale Teilnahme an der Beziehung (alternativ ' * ' = 'many') 1 ..* obligatorische teilnahme an der Beziehung 0 .. 1 "es kann nur einen geben" (oder keinen) 1 genau 1

für binäre Assoziation: Multiplizität min1..max1 (min2..max2) bedeutet, dass zu jedem E2 (E1) - Element

wenigstens min1 (min2) und höchstens max1 (max2) Instanzen von E1 (E2) enthalten sein müssen (mit 0 <= mini <= maxi, maxi >= 1)

Bezugnahme zur „gegenüberliegenden“ Klasse.. erlaubt Unterscheidung, ob Beziehungsteilnahme

optional (Mindestkardinalität = 0) oder obligatorisch (Mindestkardinalität 1 ) ist

E1 E2min1..max1

e1 nimmt an [min2, max2] Beziehungen vom Typ R teil

e2 nimmt an [min1, max1] Beziehungen vom Typ R teil

notwendig für Beziehungen mit eigenen Attributen gestrichelte Linie Name der Assoziations-Klasse entspricht dem der Assoziation

alternativ:


UML: Assoziations-Klassen

Studenten Professoren** Prüfungstermin

Studenten Professoren*

Prüfungstermin

* * *

Punkte und DreieckeFarben von DreieckenTisch und TischbeinFahrzeug und RadBuch und BücherregalAutor und BuchAutor, Buch und BücherregalArbeiter und ArbeitgeberArbeiter, Arbeitgeber und Lohn


Übung – Wie modelliert man…


UML: Is-A Beziehungen

Is-A-Beziehung zwischen Klassen (Entity-Mengen) E1 is-a E2 bedeutet, dass jedes Objekt aus E1 auch ein Objekt aus E2 ist,

jedoch mit zusätzlichen strukturellen Eigenschaften Substitutionsprinzip: alle Instanzen einer Subklasse sind auch

Instanzen der SuperklasseVererbung von Eigenschaften (Attribute, Integritätsbedingungen,

Methoden ...) der Superklasse an alle Subklassen Wiederverwendbarkeit, Erweiterbarkeit keine Wiederholung von Beschreibungsinformation, Fehlervermeidung

Subklasse 1

Superklasse

Subklasse 1 Subklasse 1

Superklasse

Subklasse 1 PKW

Fahrzeug

LKW

KennzeichenHalterBaujahr


Spezialisierung: Definitionen

Klasse: Menge von Entities (Entity-Mengen, Superklassen,Subklassen)

Subklasse: Klasse S, deren Entities eine Teilmenge einer Superklasse G sind (is-a-Beziehung), d.h. S G, d. h. jedes Element (Ausprägung) von S ist auch in G.

Spezialisierung: Z (G) = {S1, S2, ... Sn}Menge von Subklassen Si mit derselben Superklasse G

Zusätzliche Integritätsbedingungen: Vollständigkeit(Überdeckung) und Disjunktheit von Spezialisierungen

Z heisst vollständig (complete), falls gilt: G = Si i = 1..nandernfalls partiell (incomplete).

Z ist disjunkt (disjoint), falls Si ∩ Sj = { } für i ≠ jandernfalls überlappend (overlapping).


Arten von SpezialisierungenX

Y Z

disjunkte Spezialisierungen (Partitionierung)

Subklassen

überlappende Spezialisierungen

vollständig, disjunkt (complete, disjoint)

Y ZX

Y ZX

vollständig, überlappend (complete, overlapping)

partiell, disjunkt (incomplete, disjoint)

YZ

XY Z

X

partiell, überlappend (incomplete, overlapping)

Superklasse

Dackel und HundWaldi und HundFrauen, Männer und MenschenFrauen, Männer und HochzeitAngestellter und Chef


Übung – Wie modelliert man…


UML: Part-Of Beziehungen

Part-of-Beziehung (Teil-von-Beziehung) zwischen Komponenten und Aggregatobjekten

Elemente einer Subkomponente sind auch Elemente aller Superkomponenten dieser Subkomponente

Referenzsemantik ermöglicht, dass ein Objekt gleichzeitig Elemente verschiedener Komponenten bzw. Subkomponente von mehreren Superkomponenten sein kann - Netzwerke, (n:m) Beziehungen möglich

Wertesemantik (Komposition): Teil-Objekt gehört genau zu einem Aggregat-Objekt; Existenzabhängigkeit!

Aggregatklasse

Komp. Klasse 1 Komp. Klasse 1

Aggregatklasse

Komp. Klasse 1 Komp. Klasse 1

Aggregation Komposition


Kombination von Generalisierung und Aggregation

Rahmen

Rohre Lenker

Räder

Felgen Speichen

Fahrräder

Unmotorisierte Fahrzeuge

Segler PKW

Motorisierte Fahrzeuge

LKW

Fahrzeuge


Kombination von Generalisierung und Aggregation

Rahmen

Rohre Lenker

Räder

Felgen Speichen

Fahrräder

Unmotorisierte Fahrzeuge

Segler PKW

Motorisierte Fahrzeuge

LKW

Fahrzeuge

Was ist die Beziehung zwischen Deckel und Topf?Raum und Tisch?Baum und Blatt?Buch und Buchstabe?Buch und Titel?Dackel und Hund?Lassie und Hund?Buch und Lesen?Beamer, Sehen und Student?Auto, Fahrer, Geschwindigkeit?Party, Haus, Gast, Geburtstag?…


Übung


Zusammenfassung

DB-Entwurf umfasst Informationsanalyse konzeptioneller Entwurf (-> Informationsmodell) logischer Entwurf (-> logisches DB-Schema) physischer Entwurf (-> physisches DB-Schema)

UML-Klassendiagramme: standardisiert Spezifikation von Verhalten (Methoden), nicht nur strukturelle Aspekte genauere Kardinalitätsrestriktionen (Multiplizitäten) Unterstützung der Abstraktionskonzepte der

Generalisierung / Spezialisierung, Aggregation / Komposition

keine festen Regeln zur eigentlichen Informationsmodellierung(i.A. mehrere Modellierungsmöglichkeiten einer Miniwelt)

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Kapitel 3