Corso di Informatica
(Basi di Dati)
Lezione 5 (14 gennaio 2009)
Modello Relazionale: vincoli di integrità
Da:
Atzeni, Ceri, Paraboschi, Torlone - Basi di Dati
Lucidi del Corso di Basi di Dati 1, Prof. Carlo Batini, Laurea in Informatica,
AA 2007-2008
1
Vincoli di integrità
Le strutture del modello relazionale (viste nella
lezione precedente) permettono di organizzare i
dati relativi alla realtà di interesse. Non è vero
però che qualsiasi istanza su di uno schema (così
definito, fino a questo punto) di una Base di Dati
rappresenti informazioni corrette per
l’applicazione.
Si consideri ad esempio la seguente istanza sullo
schema di Base di Dati definito nella lezione
precedente (con le tre tabelle Studenti, Corsi
ed Esami), modificato aggiungendo l’attributo
2
Lode alla tabella Esami.
Vincoli di integrità
Studenti
Matricola
Cognome
Nome
DataNascita
200768
Verdi
Fabio
12/02/1972
937653
Rossi
Luca
10/10/1971
937653
Bruni
Mario
01/12/1971
Lode
CodiceCorso
05
01
04
01
Esami
MatricolaStudente
200768
937653
937653
276545
Corsi
Codice
01
03
04
Voto
36
28
30
25
Titolo
Analisi
Chimica
Chimica
lode
lode
Docente
Giani
Melli
Belli
3
Vincoli di integrità
Quali sono gli aspetti scorretti nell’istanza
precedente?
 nella tabella Esami
 il valore di Voto, in corrispondenza dello
studente con matricola 200768, è 36 (e il
voto deve essere <= 30!)
 il valore dell’attributo Lode, per lo
studente con matricola 937653, non è nullo
nonostante il valore di Voto sia 28 (e la lode
si ha solo per un voto pari a 30!)
4
Vincoli di integrità
Quali sono gli aspetti scorretti nell’istanza
precedente?
 nella tabella Esami
lo studente con matricola 200768 ha
sostenuto un esame con codice 05 che però
non compare nella tabella Corsi
 lo studente con matricola 276545 non
compare nella tabella Studenti e quindi non si
hanno informazioni su di esso
 nella tabella Studenti ci sono due studenti
che hanno lo stesso numero di matricola
5
Vincoli di integrità
Un vincolo di integrità è una proprietà
che deve essere soddisfatta da tutte le
istanze della Base di Dati al fine di
rappresentare un’informazione corretta.
Un vincolo è un predicato che associa ad
un’istanza un valore booleano:
 VERO se l’istanza è corretta
 FALSO se l’istanza NON è corretta
6
Vincoli di integrità
I vincoli di integrità sono dunque
proprietà dello schema, cioè si
riferiscono a tutte le istanze dello
schema e:
 permettono una rappresentazione più
accurata della realtà
 contribuiscono alla qualità dei dati, cioè
fanno in modo che i dati rappresentino
correttamente la realtà
 portano in fase di progettazione alla
definizione di uno schema di qualità
7
Vincoli di integrità
I vincoli di integrità sono possono essere
di tipo:
 intrarelazionale, cioè definiti
all’interno di una relazione (o tabella)
 interrelazionale, cioè definiti tra due o
più relazioni (o tabelle)
8
Vincoli di integrità
I vincoli di tipo intrarelazionale che
vedremo sono:
 vincoli su singolo valore di attributo (o
vincoli di dominio)
 vincoli di ennupla (o di tupla)
 vincoli di chiave e di chiave primaria
Il vincolo di tipo interrelazionale che
vedremo è il vincolo di integrità
referenziale
9
Vincoli su singolo valore
I vincoli su singolo valore coinvolgono un
singolo attributo di una relazione.
Ad esempio il valore di Voto delle ennuple
della tabella Esami, definito sul dominio
degli interi, può assumere valori che
vanno da 18 a 30. Il vincolo è quindi
esprimibile dalla seguente espressione
booleana:
(Voto >= 18) AND (Voto <= 30)
10
Vincoli di ennupla
I vincoli di ennupla coinvolgono l’insieme
dei valori di un’intera ennupla di una
relazione.
Ad esempio le ennuple della relazione
Esami devono soddisfare il seguente
vincolo:
(Voto = 30) OR NOT (Lode = lode)
11
Vincoli su singolo valore e di
ennupla
Un vincolo su singolo valore o di ennupla è
soddisfatto se ogni ennupla dell’istanza
della relazione, sulla quale è definito, ha
valori che soddisfano il vincolo stesso.
12
Vincoli di chiave e di chiave
primaria
La motivazione di un vincolo di chiave e di
chiave primaria è la necessità di disporre
di informazioni che permettano di
rappresentare ogni oggetto della realtà di
interesse tramite un’unica ennupla. In
altre parole si ha la necessità di
identificare in maniera univoca le ennuple
di una relazione.
13
Definizione di superchiave e di
chiave
Data una relazione (o tabella) avente
schema R(X), dove X è l’insieme degli
attributi, un insieme K contenuto in X è una
superchiave per R se R non contiene due
ennuple distinte t1 e t2 tali che t1[K]= t2[K].
Si dice che K è superchiave minimale (o
semplicemente chiave) se non contiene al
suo interno nessun’altra superchiave, cioè
se nessun sottoinsieme di K è esso stesso
una superchiave.
14
Superchiave e chiave (esempi)
Nella tabella Studenti3 l’attributo Matricola è una
chiave in quanto è una superchiave (non ci sono due
studenti con lo stesso numero di matricola) minimale
(la superchiave è composta da un solo attributo)...
Studenti3
Matricola
Cognome
Nome
Corso
DataNascita
276545
485745
200768
Rossi
Rossi
Neri
Mario
Mario
Piero
Ing Inf
5/12/1978
587614
587544
Neri
Rossi
Mario
Piero
Ing Mecc 3/11/1976
Ing Mecc 10/07/1979
Ing Inf
3/11/1976
Ing El
5/12/1978
15
Superchiave e chiave (esempi)
… L’insieme di attributi (Cognome, Nome,
DataNascita) è una superchiave minimale e quindi è
un’altra chiave. Infatti nessun altro sottoinsieme di
(Cognome, Nome, DataNascita) è una superchiave...
Studenti3
Matricola
Cognome
Nome
Corso
DataNascita
276545
485745
200768
Rossi
Rossi
Neri
Mario
Mario
Piero
Ing Inf
5/12/1978
587614
587544
Neri
Rossi
Mario
Piero
Ing Mecc 3/11/1976
Ing Mecc 10/07/1979
Ing Inf
3/11/1976
Ing El
5/12/1978
16
Superchiave e chiave (esempi)
… L’insieme di attributi (Matricola, Cognome, Nome,
DataNascita) è una superchiave ma non è una chiave
in quanto contiene le due chiavi (Matricola) e
(Cognome, Nome, DataNascita).
Studenti3
Matricola
Cognome
Nome
Corso
DataNascita
276545
485745
200768
Rossi
Rossi
Neri
Mario
Mario
Piero
Ing Inf
5/12/1978
587614
587544
Neri
Rossi
Mario
Piero
Ing Mecc 3/11/1976
Ing Mecc 10/07/1979
Ing Inf
3/11/1976
Ing El
5/12/1978
17
Superchiave e chiave (esempi)
… L’insieme di attributi (Cognome, Corso) è una
chiave.
Studenti3
Matricola
Cognome
Nome
Corso
DataNascita
276545
485745
200768
Rossi
Rossi
Neri
Mario
Mario
Piero
Ing Inf
5/12/1978
587614
587544
Neri
Rossi
Mario
Piero
Ing Mecc 3/11/1976
Ing Mecc 10/07/1979
Ing Inf
3/11/1976
Ing El
5/12/1978
18
Superchiave e chiave
NOTA BENE!
Data una relazione avente schema R(X), dove
X è l’insieme degli attributi, si ha che X è
superchiave per definizione. Infatti tutte le
ennuple della relazione sono per definizione
distinte.
19
Vincolo di chiave
Dato uno schema di relazione R(X), un
vincolo di chiave su un sottoinsieme K di X,
impone che ogni istanza di R(X) deve essere
tale che, per ogni coppia di ennuple t1 e t2, si
ha t1[K] diverso da t2[K].
20
Vincolo di chiave (esempio)
Sullo schema della tabella Studenti3 si possono
definire ad esempio due vincoli di chiave
rispettivamente su K1=(Matricola) e su
K2=(Cognome,Nome,DataNascita).
L’istanza di Studenti3 delle slide precedenti (usata
per definire superchiave e chiave) rispetta
chiaramente tali due vincoli.
L’istanza precedente non rispetterebbe invece un
vincolo di chiave definito su K3=(Cognome, Nome) in
quanto ci sono due ennuple che su K3 hanno valore
(Rossi, Mario)
21
Vincolo di chiave
Le chiavi sono importanti perché:
 permettono di identificare gli oggetti
della base di dati
 accedere agli oggetti della base di dati
 correlare le informazioni tra relazioni
diverse
22
Vincolo di chiave (esempio)
La slide successiva riporta la Base di Dati
(della lezione precedente) in cui in rosso
sono evidenziati il vincolo di chiave definito
per la tabella Studenti (sull’attributo
Matricola) e quello per la tabella Corsi
(sull’attributo Codice). Il legame tra
Studenti e Corsi (tabella Esami) avviene
grazie alla definizione dei due vincoli di
chiave che consentono infatti di legare ogni
ennupla di Esami a un’unica ennupla di
Studenti e a un’unica ennupla di Corsi.
23
Vincolo di chiave (esempio)
Studenti
Matricola
Cognome
Nome
DataNascita
276545
Rossi
Maria
25/11/1971
485745
Neri
Anna
23/04/1972
200768
Verdi
Fabio
12/02/1972
587614
Rossi
Luca
10/10/1971
Esami
MatricolaStudente
276545
276545
200768
Corsi
Codice
01
03
04
Voto
28
27
24
Titolo
Analisi
Chimica
Chimica
CodiceCorso
01
04
04
Docente
Giani
Melli
Belli
24
Valori nulli
In una Base di Dati si ha spesso a che fare con
informazione incompleta e quindi con valori
nulli.
Un valore nullo può essere dovuto al fatto che:
 il valore esiste ma è sconosciuto (tipo 1)
 il valore è inesistente (tipo 2)
 il valore è senza informazione (non si
conosce oppure non esiste, non si sa nulla…)
(tipo 3)
Un DBMS non riesce purtroppo a distinguere il
preciso significato di un valore nullo
25
Valori nulli (esempio)
Ad esempio si consideri un‘istanza della
semplice tabella Prefetture sotto riportata
Prefetture
Città
IndirizzoPrefettura
Roma
Firenze
Tivoli
Via Manzoni
Chiasso
26
Valori nulli (esempio)
…Il valore nullo di Firenze è di tipo 1 in
quanto a Firenze esiste sicuramente una
Prefettura e quindi in questo caso non si
conosce il suo indirizzo. Il valore nullo
relativo a Tivoli è di tipo 2 poiché Tivoli non
è provincia e quindi non esiste una
Prefettura. Infine per Chiasso non si sa nulla
(tipo 3) dal momento che si trova in Svizzera
e in Svizzera non si sa se ci sono le
Prefetture.
27
Valori nulli
Come si rappresentano i valori nulli nel modello
relazionale?
Possibilità 1:
usare particolari valori del dominio
dell’attributo. Ad esempio: 0, la stringa
nulla, etc.
Questa possibilità è un po’ rischiosa in
quanto si potrebbero utilizzare valori
che poi diventano significativi…
28
Valori nulli
Come si rappresentano i valori nulli nel modello
relazionale?
Possibilità 2:
si usa un particolare valore denotato con
NULL. Di conseguenza, data una ennupla
t, si ha che il valore t[A] in
corrispondenza dell’attributo A è un
valore del dominio di A oppure il valore
NULL.
29
Chiavi e valori nulli
I valori nulli possono riguardare una
chiave o parte di essa?
Sì, anche se in presenza di valori nulli
non è permesso alla chiave di svolgere
correttamente le sue due funzioni di (1)
identificare le ennuple della Base di Dati
e (2) di determinare i riferimenti con
altre relazioni.
Quindi la presenza di valori nulli nelle
30
chiavi deve essere limitata!
Vincolo di chiave primaria
Dalle considerazioni della slide precedente
emerge la necessità di definire un vincolo di
chiave in cui i valori nulli non siano ammessi.
Questo nuovo tipo di vincolo prende il nome di
chiave primaria (primary key).
Per uno schema di relazione R(X) si possono
definire più di un vincolo di chiave e un solo
vincolo di chiave primaria
Nella Base di Dati della slide successiva, si
possono definire due chiavi primarie
rispettivamente su Matricola di Studenti e su
Codice di Corsi (colonne in rosso).
31
Vincolo di chiave primaria
(esempio)
Studenti
Matricola
Cognome
Nome
DataNascita
276545
Rossi
Maria
25/11/1971
485745
Neri
Anna
23/04/1972
200768
Verdi
Fabio
12/02/1972
587614
Rossi
Luca
10/10/1971
Esami
MatricolaStudente
276545
276545
200768
Corsi
Codice
01
03
04
Voto
28
27
24
Titolo
Analisi
Chimica
Chimica
CodiceCorso
01
04
04
Docente
Giani
Melli
Belli
32
Vincolo di integrità
referenziale
Dati due schemi di relazione R1(X1) e R2(X2), un
vincolo di integrità referenziale (chiave esterna
o foreign key) di R1 (detta interna) rispetto a R2
(detta esterna o master), impone che un
sottoinsieme K1 di X1 sia legato ad un
sottoinsieme K2 di X2, definito come chiave
primaria per R2. In altre parole, tale vincolo
impone che ogni ennupla t1 in R1 abbia valori su
K1 che compaiano come chiave primaria in R2.
Negli esempi successivi le chiavi esterne sono
evidenziate in blu, mentre le chiavi primarie
33
sono evidenziate in rosso.
Vincolo di integrità
referenziale (esempio1)
Studenti
Matricola
Cognome
Nome
DataNascita
276545
Rossi
Maria
25/11/1971
485745
Neri
Anna
23/04/1972
200768
Verdi
Fabio
12/02/1972
587614
Rossi
Luca
10/10/1971
Esami
MatricolaStudente
276545
276545
200768
Corsi
Codice
01
03
04
Voto
28
27
24
Titolo
Analisi
Chimica
Chimica
CodiceCorso
01
04
04
Docente
Giani
Melli
Belli
34
Vincolo di integrità
referenziale (esempio2)
Infrazioni
Codice
Data
Vigile
Provincia
Numero
34321
1/2/95
3987
MI
39548K
53524
4/3/95
3295
TO
E39548
64521
5/4/96
3295
PR
839548
73321
5/2/98
9345
PR
839548
Auto
Provincia
MI
TO
PR
Numero
39548K
E39548
839548
Cognome
Rossi
Rossi
Neri
Nome
Mario
Mario
Luca
Attenzione! Quando si definiscono chiavi esterne che coinvolgono
più di un attributo occorre rispettare l’ordine degli attributi.
In questo caso infatti (Provincia, Numero) in Infrazioni fa
riferimento a (Provincia,Numero) in Auto presi in questo ordine.
35
Vincolo di integrità
referenziale (violazione)
Cosa succede quando l’aggiunta, la
modifica o la cancellazione di una
ennupla viola un vincolo di integrità
referenziale?
Sono possibili tre meccanismi
compensativi:
 rifiuto dell’operazione
 eliminazione in cascata
 introduzione di valori nulli
36
Vincolo di integrità
referenziale (violazione)
Ad esempio nella Base di Dati dell’esempio
precedente (Infrazioni e Auto) se si tenta
di eliminare da Auto una ennupla a cui è
associata un’infrazione in Infrazioni, viene
violato il vincolo di integrità referenziale.
Le slide successive mostrano il
comportamento di due dei meccanismi di
compensazione in seguito alla cancellazione
della ennupla (TO, E39548, Rossi, Mario)
da Auto.
37
Vincolo di integrità
referenziale (violazione)
Eliminazione in cascata della ennupla (53524,
4/3/95, 3295, TO, E39548) da Infrazioni
Infrazioni
Codice
Data
Vigile
Provincia
Numero
34321
1/2/95
3987
MI
39548K
53524
4/3/95
3295
TO
E39548
64521
5/4/96
3295
PR
839548
73321
5/2/98
9345
PR
839548
Auto
Provincia
MI
TO
PR
Numero
39548K
E39548
839548
Cognome
Rossi
Rossi
Neri
Nome
Mario
Mario
Luca
38
Vincolo di integrità
referenziale (violazione)
Introduzione di valori nulli nella ennupla
(53524, 4/3/95, 3295, TO, E39548) in
Infrazioni
Infrazioni
Codice
Data
Vigile
Provincia
Numero
34321
1/2/95
3987
MI
39548K
53524
4/3/95
3295
NULL
NULL
64521
5/4/96
3295
PR
839548
73321
5/2/98
9345
PR
839548
Auto
Provincia
MI
TO
PR
Numero
39548K
E39548
839548
Cognome
Rossi
Rossi
Neri
Nome
Mario
Mario
Luca
39