Data Modeling

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Data Modeling

• 데이터와 현실 설계

• 데이터 모델의 개념

• 개체 타입과 관계 타입

• ER 다이어그램

• 제약 조건

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데이터의 세계

현실 세계(개체)

개체 타입

속성

값

개념 세계(개념) 컴퓨터 세계(데이터)

레코드 타입

필드

값 특성

값 개체

값 사실

추상화 개념적 구조 논리적 구조 (데이터 모델)

변환 데이터 모델링 개념적

모델링

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데이터베이스와 현실 세계

논리적 구조 개념적 구조

저장 데이터베이스

현실 세계

개체

개념 세계 정보 모델링

일치성

데이터 모델링

데이타 구조화

컴퓨터 세계 데이터 구조화 개념적 모델링

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데이터 모델의 개념

 A data model 은

?

– collection of concepts for describing data

 A schema 는

?

– description of a particular collection of data, using the a given data model

 The relational model of data is the most widely used model today.

– Main concept: relation, basically a table with rows and columns

– Every relation has a schema, which describes the columns, or fields.

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데이터 모델에 표시할 요소

 구조(structure)

– 논리적으로 표현된 개체 타입들 간의 관계로서 데이터 구조 및 정적 성질을 표현

 연산(operation)

– 데이터베이스에 저장된 실제 데이터를 처리하는 작업에 대한 명세로서 데이터베이스를 조작하는 기본 도구

 제약조건(constraint)

– 데이터베이스에 저장될 수 있는 실제 데이터의 논리적인 제약조건

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개체 타입 _(1/5)

 개체 타입(entity type)

– 이름과 속성(애트리뷰트)들로 정의됨 – 개체 집합(entity set) :

특정 개체 타입에 대한 인스턴스 집합

 속성(애트리뷰트)의 유형

– 단순 속성과 복합 속성

– 저장 속성과 유도(파생) 속성 – 널 속성

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개체 타입 _(2/4)

주소

도 시(군,읍) 동(면)번지 우편번호

동(면) 번지 아파트번호

 복합 속성(composite attribute)

– 몇 개의 기본적인 단순 속성들로 분해할 수 있는 속성

– 사용자가 때로는 복합 속성을 하나의 단위로 사용하고, 때로는 그 부속 속성 값을 참조하는 경우에 유용

– 복합 속성이 항상 전체로만 참조된다면 그것을 다시 부속 속성으로 분해할 필요가 없음

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 유도(파생) 속성(derived attribute)

– 다른 속성의 값으로부터 계산된 속성

– 주민등록번호로부터 얻어진 나이, 성적으로부터 계산된 평균 성적, 원금, 예치기간, 이자율로부터 계산된 이자 – 유도 속성은 통계관련 엔티티 경우 이용되며, 일반

엔티티에서는 많이 사용되지 않음

– 유도 속성이 가지는 업무로직을 기술하여 데이터의

정합성이 유지되어야 하고, 단순 속성이 생성, 수정, 삭제될 때 유도속성도 함께 고려해야 됨

– ER 다이어그램에서 점선 타원으로 표현함

개체 타입 (3/4)

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 널 속성(null attribute)

– 어떤 개체 인스턴스가 어느 특정 속성에 대한 값을 갖고 있지 않을 때 사용

– not applicable : ?

• 미혼인 사람의 배우자 이름

– unknown : ?

• missing: 값이 존재하지만 누락인 경우 ^학생 개체의 이름이 널인 경우

• not known: 값이 존재하는지 모르는 경우 ^취미 있는지 조차도 모르는 경우

개체 타입 (4/4)

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관계 타입(1/2)

교수 과목

시간 장소

강의

애트리뷰트를 가진 관계 타입

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관계 타입(2/2)

 전체 참여(total participation)

– A-B 관계에서 개체 집합 B의 모든 개체가 A-B 관계에 참여

– ex) 학과 – 교수

 부분 참여(partial participation)

– A-B 관계에서 개체 집합 B의 일부 개체만 A-B 관계에 참여

– ex) 과목 – 학생 (휴학생 허용 시)

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 관계의 차수는 관계로 연결된 엔티티 타입들의 개수를 의미

 실 세계에서 가장 흔한 관계는 두 개의 엔티티 타입을 연결하는 2진 관계

관계 타입의 특성( _1/2)

EMPLOYEE DEPARTMENT

PROJECT PART

SUPPLIER SUPPLIES

WORKS

1진 관계 2진 관계

3진 관계 n진 관계

SUPERVISES EMPLOYEE

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 카디날리티 비율은 한 엔티티가 참여할 수 있는 관계의 수를 의미

 두 개의 엔티티 E1과 E2 타입을 연결하는 2진 관계에서

 1 : 1 관계 ?

예) 부부 사이의 배우자 관계

• 1 : N 관계 ?

예) 각 학생은 한 명의 지도교수가 정해지고, 각 지도교수는 여러 명의 학생들을 지도

• M : N 관계 ?

예) 각 학생은 여러 과목을 수강하고, 각 과목은 여러 명의 수강학생들이 있음

관계 타입의 특성(2/2)

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ER 다이어그램

 1976. Peter Chen

 ER 모델의 그래픽 표현

– 개체 타입 (entity type)

– 관계 타입 (relationship type) – 속성(attribute)

– 링크(link)

– 레이블(label) : 관계의 사상, 원소 수를 표현 일대일(1:1), 일대다(1:n), 다대다(n:m)

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ER 다이어그램 : 예제

교수

학생 등록 과목

지도 교수 강의

번호

교수

이름 전공 학과

시간

장소

학번 이름 주소 학년 과목

번호

과목

이름 학점 성적

Key 속성은?

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ER 다이어그램 : 예제

교수

학생 등록 과목

지도 교수 강의

번호

교수

이름 전공 학과

시간

장소

학번 이름 주소 학년 과목

번호

과목

이름 학점 성적

Key 속성은?

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ER 다이어그램 : 예제

교수

학생 등록 과목

지도 교수 강의

번호

교수

이름 전공 학과

시간

장소

학번 이름 주소 학년 과목

번호

과목

이름 학점 성적

? ?

?

? ?

?

Relationship ?

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ER 다이어그램 : 예제

교수

학생 등록 과목

지도 교수 강의

번호

교수

이름 전공 학과

시간

장소

학번 이름 주소 학년 과목

번호

과목

이름 학점 성적

n m

n 1 1

n

Relationship ?

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 적은 노력으로 쉽게 배울 수 있고, 전문가가 아니어도 이해하기 쉬움

 자연어보다 좀더 정형적이고, 구현에 독립적임

 데이터베이스 설계자들이 최종 사용자들과 의사 소통을 하는데 적합함

 ER 모델을 기반으로 만들어진 다수의 CASE 도구

- 예) ERWin, Visio, DataArchitect, PowerBuilder 등

 이런 도구들은 ER 설계를 자동적으로 Oracle, Sybase 등의 데이터 정의어로 변환하고, 어떤 도구는 XML로 변환함

 ER 모델링은 데이터베이스 설계를 위한 그래픽 표기법

ER Model(1/6)

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ER Model(2/6)



Entity

– Real-world object distinguishable from other objects – An entity is described using a set of attributes.

– Each entity has a key.

– Each attribute has a domain.

Employees ssn name

lot

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ER Model(3/6)



Relationship

– Association among two or more entities

– E.g., Adella works in pharmacy department

lot

dname

budget did

since name

Works_In Departments Employees

ssn

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ER Model(4/6)

budget

name

qty pid

name

Contract Part Dept

did

Supplier

sid

name

addr



Relationship

– An n-ary relationship R relates n entity sets E1 ... En; each relationship in R involves entities e1  E1, ..., en  En.

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ER Model(5/6)



Relationship

– Same entity set could participate in different relationship sets.

Works_

In

Manage

^Dept

Employee

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ER Model(6/6)



Relationship

– Same entity set could participate in different “roles” in same relationship set.

Reports_To lot name

Employees

subordinate supervisor

ssn

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Key Constraints

 Consider Manages: each Department has at most one manager, according to the key constraint on Manages ?

dname

budget did

since

lot name

ssn

Manages

Employees Departments

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Key Constraints

 Consider Manages: each Department has at most one manager, according to the key constraint on Manages ?

dname

budget did

since

lot name

ssn

Manages

Employees Departments

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Participation Constraints

 Does every department have a manager?

– If so, this is a participation constraint:

the participation of Departments in Manages is said to be total.

• Every did value in Departments table must appear in a row of the Manages table (with a non-null ssn value!) ?

dname

budget did

since

lot name

ssn

Manages

Employees Departments

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Participation Constraints

 Does every department have a manager?

– If so, this is a participation constraint:

the participation of Departments in Manages is said to be total.

• Every did value in Departments table must appear in a row of the Manages table (with a non-null ssn value!)

lot

name dname

budget did

since

name dname

budget did

since

Manages Departments

Employees ssn

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Weak Entities

 A weak entity can be identified uniquely only by considering the primary key of another (owner) entity.

– Owner entity set and weak entity set must participate in a one-to- many relationship set (one owner, many weak entities).

– ?

lot name

pname age

Dependents Employees

ssn

Policy

1 n

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Weak Entities

 A weak entity can be identified uniquely only by considering the primary key of another (owner) entity.

– Owner entity set and weak entity set must participate in a one-to- many relationship set (one owner, many weak entities).

– Weak entity set must have total participation in this identifying relationship set.

lot name

pname age

Dependents Employees

ssn

Policy

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ISA Hierarchies

Contract_Emps name

ssn

Employees

lot

hourly_wages

ISA

Hourly_Emps

contractid hours_worked

 As in C++ or other PLs, attributes are inherited.

 If we declare A ISA B,

every A entity is also considered to be a B entity.

 Reasons for using ISA:

To add descriptive attributes specific to a subclass

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Specialization & Generalization

 Specialization

– Top-down design process

– ISA relationship also referred to as superclass - subclass relationship.

 Generalization

– Bottom-up design process

– Specialization and generalization are simple inversions of each other.

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ER 다이어그램 표기법

개체 타입

약한 개체 타입

관계 타입

약한 관계 타입

전체 참여 개체 타입

애트리뷰트

키 애트리뷰트

부분 키 애트리뷰트

복합 애트리뷰트

유도 애트리뷰트

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 ERWin 등의 CASE 도구들에서는 새발(crow-feet) 표기법이 흔히 사용됨

 새발 표기법에도 여러 가지 변형들이 존재함

ER 모델의 또 다른 표기법

Entity 1 Entity 2 Entity 3

• : 0을 의미

• : 1을 의미

• : 이상을 의미

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Object-Relational Data Models

 Extend the relational data model by

including object orientation and constructs to deal with added data types.

 Allow attributes of tuples to have complex types, including non-atomic values such as nested relations.

 Provide upward compatibility with existing relational languages.

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XML: Extensible Markup Language

 Defined by the WWW Consortium (W3C)

 Originally intended as a document markup language not a database language

 The ability to specify new tags, and to create nested tag structures made XML a great way to exchange data, not just documents

 XML has become the basis for all new generation data interchange formats.

 A wide variety of tools is available for parsing, browsing and querying XML documents/data.

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Summary(1/2)



ER model is popular for conceptual design

– Constructs are expressive, close to the way people think about their applications

 Basic constructs:

–

entities, relationships, and attributes

 Some additional constructs:

–

weak entities and ISA hierarchies

 Note: There are many variations on ER model

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Summary(2/2)

 Several kinds of integrity constraints can be

expressed in the ER model: primary key constraints,

foreign key constraints, participation constraints

 Some constraints (notably, functional dependencies) cannot be expressed in the ER model.



Constraints play an important role in determining

 ER design is subjective. There are often many ways to model a given scenario!