Le basi del

Data BaseData Base Management System:

il modello reticolare dei dati

di Andrea de Prisco

L'argomento di questo mese riguarda i sistemi di gestione per basi di dati di tipo reticolare.Nati da una proposta del Data Base Task Group del Codasyl

(Conference on data systems languages)per sopperire alle limitazioni proprie del modello gerarchico,

pur senza l'appoggio della lBMsi sono notevolmente diffusi nell'ultimo decennio.

I sistemi reticolari

La caratteristica principale del modelloreticolare dei dati è quella di strutturareuna base come un grafo più che come glialberi di definizione visti lo scorso mese peril modello gerarchico. Un grafo, in genera-le, e quella di figura I: vediamo dei nodi,contrassegnati da lettere, e degli archi traquesti. In generale, anche se bisognerebbeparlare di multigrafi, più archi possonocollegare due nodi qualsiasi. Va fatto nota-re che il grafo non è qualcosa che riguardasolo basi di dati, ma un normalissimo stru-mento matematico usato in più campi pervisualizzare particolari situazioni: bastavolta per volta mettersi d'accordo su cosa èun nodo e cosa rappresentano gli archi.Nel caso delle basi di dati, ogni nodo deno-ta un insieme di dati e (indovinate un po')gli archi tra questi le associazioni tra dati.La direzione della freccia è importante co-me vedremo in seguito in quanto, di fatto,le associazioni sono orientate: vanno da unparticolare insieme a un altro.

Il meccanismo delle associazioni tra datisi realizza tramite delle classi dette appun-to associazione, generalmente non mostra-te nel grafo per non complicarlo ulterior-mente: basta la freccia.

Le associazioni vanno tutte da una clas-se detta Padre (o dominio) a una classedetta Figlia (o codominio). Resta intesoche una classe Figlia (relativamente a unaassociazione) può essere a sua volta Padredi un'altra classe (relativamente a un'altraassociazione). Ad esempio, tornando allafigura I (posto che i nodi sono insiemi) laclasse C è padre della classe D e figlia dellaclasse B.

La distinzione tra domini e codomini, èdovuta al fatto che le associazioni hanno

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tutte diretta multipla e inversa univoca:ogni elemento della classe Padre può esserein associazione con più elementi della clas-se Figlia, ma gli elementi della classe Figliasono in associazione con un solo elementodella classe Padre. Per ricordarselo bastapensare ai propri figli: "dunque ... io ho piùfigli .... i miei figli hanno un solo padre (!)".

In figura 2 è mostrato un pezzettino dibase di dati: l'associazione HalnPrestitodalla classe Utenti alla classe Materiali(toh! la biblioteca!). Il vincolo implicito deltipo di associazione non è violato: ogniutente può avere più libri in prestito, ogni

Figura 1

libro prestato può stare al più presso unsolo utente.

Le associazioni si realizzano creando u-na classe supplementare (detta classe asso-ciazione) che contiene elementi del tipo:

(a1, [b1, b2, b3,..., bn))

dove a I è un puntatore alla classe dominio,[b l ,... ,bnj una sequenza di puntatori allaclasse codominio. C'è un elemento di que-sto tipo per ogni elemento della classe Pa-dre, eventualmente con la sua sequenzavuota se non è in associazione con alcun"figlio" (un utente che non ha, al momento

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Le Basi del Dara Base

plicemente dicendo: Utente Pippo Haln-Prestito Biancaneve e i sette nani. Da que-sto momento potremo ad esempio cercarel'utente Pippo e conoscere quali libri ha inprestito così come cercare il libro di Bian-caneve e risalire da questo all'utente che sen'è impossessato. Questo è un classico e-sempio di navigazione nella base: da unaclasse si passa ad un'altra sfruttando leassociazioni tra dati.

Analizziamo ora il caso in cui l'associa-zione è surgettiva, ad esempio tra la classeUtenti e la classe MaterialiPrestati. È ov-vio che, rispetto al caso precedente, gli u-tenti come entità del mondo osservato (!)non cambiano; diversa è la situazione per imateriali: se cataloghiamo un libro in pre-stito, oltre a Autore e Titolo, un'altra in-formazione importante è il nome dell'uten-te al quale è stato consegnato. Gli elementidi MaterialiPrestati avranno in tutto trecampi: Autore, Titolo e Utente. Le asso-ciazioni surgettive sono dette anche auto-matiche essendo automatica la correlazio-ne tra dati. È chiaro che tutti i libri prestatiche hanno nel campo utente Tizio sono inprestito all'utente Tizio.

Per definire un'associazione surgettivasi indicano le classi che essa coinvolge equale condizione gli elementi devono sod-disfare per essere tra loro in relazione. Adesempio, sempre nella definizione scrivere-mo qualcosa del genere:

HalnPrestito automatic set Utenti -+ Mate-rialiPrestati on Nome = Utente.

HalnPrestito è il nome della associazio-ne; automatic set indica che l'associazioneè surgettiva (set in inglese vuoi dire ancheassociazione); seguono le classi coinvolte ela freccia che indica la direzione (per com-prenderci in merito a univocità della inver-sa e molteplicità della diretta); on Nome-=Utente indica la condizione da soddisfa-re per generare correlazione. Nome è unattributo (un campo) di un elemento Uten-ti, Utente come detto prima è un campo diun elemento della classe MaterialiPrestati.

Automatic sta nel fatto che basterà inse-rire un elemento in classe MaterialiPrestatiper averlo subito correlato con l'elementopadre. Chiaramente l'elemento padre deveesistere nella classe Utenti, altrimenti av-viene un fallimento dell'operazione. Comeper le associazioni non surgettive, potremocomodamente navigare tra i dati, sposta n-doci per mezzo delle associazioni tra classidiverse.

Un tipo di associazione non contempla-to affatto dai sistemi reticolari è l'associa-zione con diretta e inversa multipla, comequella di figura Sa tra studenti e esami:molteplicità nel fatto che uno studente hasuperato più esami e un esame è stato supe-rato da più studenti. Per descrivere ciò coni meccanismi propri dei sistemi reticolari siricorre a una classe ausiliaria codominio didue associazioni rispettivamente con le dueclassi, come mostrato in figura 5 b. Po-tremmo ad esempio archiviare anche i ver-bali d'esame in una classe apposita e risol-vere il nostro problema. Un verbale d'esa-

Classe Figl ia(codomin io)

Classe ·Figl ia(codomin io)

+-----------+

La definizione della base

elementi di classi Figlia, surgettivamente inrelazione con classi Padre, inversamentenon associati con alcun elemento.

Un'altra limitazione (ben) imposta dalleassociazioni surgettive è che non è possibi-le distruggere un elemento della classe Pa-dre senza distruggere anche gli elementinella classe Figlia ad esso correlati. I siste-mi reticolari in commercio, a seconda dilibere scelte di progetto, si comportano incasi del genere in due diversi modi. Se di-struggiamo un elemento di una classe Pa-dre, in associazione surgettiva con altri ele-menti di un'altra classe, o il sistema aborti-sce l'operazione segnalando un messaggiodi errore o automaticamente distrugge an-che i figli, eventualmente facendo una verae propria strage ricorsivamente anche alivelli inferiori (figli dei figli ecc.).

Quando vogliamo costruire una base didati di tipo reticolare, dobbiamo innanzi-tutto ben definire il suo schema: il suografo di definizione. Dobbiamo cioè averele idee chiare su tutte le classi da adopera-re, sulle varie associazioni (non senza sta-bilire per ognuna di esse il vincolo di sur-gettività o meno) e conoscere la struttura, ivari campi, degli elementi delle varie classi.La struttura degli elementi non avrà espli-citi riferimenti a associazioni, ma sarà sem-plicemente una lista di campi o attributi.

Ad esempio, un utente avrà un nome,un'età, un recapito, un numero telefonico ealtre informazioni ad esso relative. Un li-bro della classe materiali avrà un autore,un titolo, una posizione all'interno dellabiblioteca.

Per definire le associazioni si dovrà indi-care un nome e le classi Padre e Figlia cheriguarda. Sempre in merito alla figura 2HalnPrestito è un'associazione tra Utentie Materiali. Nel caso di associazioni nonsurgettive basta questo. Quando un libro èprestato a qualcuno, basterà comunicareal sistema di costruire l'associazione sem-

Cl asse'Associazione

/

+-----------+! !

----------------1._' Materiali

+-----------i\~I I1-------1··· .

!-----I~.IHa InPrest i to 1----, Mater ial i !r-- .! !

'-- --J ----...+ +

Utent i

Classe Padre(domin io)

+------------+

+------------+

Ut e n t i

Figura 2

Classe Padre(domi n io)

Figura 3

+------------+,

+------------+

Inversa totale o parziale

attuale, alcun libro in prestito). 1\ puntato-re potrebbe, ad esempio, essere il numerod'ordine di inserimento nella base di dati.

In figura 3 è mostrata l'associazione difigura 2, come effettivamente realizzata.La classe al centro, come detto, contienetutti gli elementi del tipo visto sopra. Èchiaro che non tutti gli elementi del domi-nio hanno lo stesso numero di figli, e ciògiustifica l'imprecisato numero di freccecon l'insieme codominio.

La figura 4 mostra un particolare: l'u-tente Aurelio Tinti ha in prestito I Promes-si Sposi, l'Eneide e la Divina Commedia.L'utente è la registrazione n. 492, i tre testi,rispettivamente, 65, 321 e 142. L'elementocentrale, che realizza la correlazione, con-tiene semplicemente i 4 numeri (per l'esat-tezza il primo numero e gli altri 3).

Per non complicare troppo le cose, ab-biamo volutamente tralasciato un partico-lare: nei sistemi reticolari esistono due tipidi associazioni tra dati, fermo restando chequanto detto vale in tutti i casi.

La distinzione riguarda la totalità o me-no dell'inversa, in parole tecniche la sur-gettività o la non surgettività. Un'associa-zione tra dati si· dice totale se "colpisce"uno per uno tutti gli elementi della classeFiglia; parziale o non totale se esistonoelementi nella classe Figlia non colpiti daalcun elemento nella classe Padre.

L'associazione HalnPrestito di figura 2è un esempio di associazione non surgetti-va: è ovvio che nella biblioteca ci sarannolibri non prestati ad alcuno (presenti real-mente tra gli scaffali). Se la classe colpitafosse invece qllella dei Materiali Prestati (enon, indifferentemente, di tutti i libri), l'as-sociazione sarebbe di tipo surgettivo: ognilibro della classe sarà (necessariamente) fi-glio di qualche utente. In altre parole, seappartiene alla classe Materiali PrestativuoI dire che è presso qualche utente. Ilsistema stesso assicurerà che non esistono

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Le Basi del Data Base

~;--pc:'c·mm'--;'--------------~·~---~::~::---+Pr'ogr'ammi

+-----~~::ter

ter --> Programmi on Modello = Computer-DaUsare

ProgrammatoriComputer automatic set Com-puter -->

Programmatori ori Modello = ComputerU-sato

Programmi Fatti automatic set Programma-tori --> Programmi on Programmatore = Nome

È Usato automatic set Programmi --> Utenzeon Nome = Programma

Usa automatic set Utenti --> Utenze on No-me=Utenti

Se al momento attuale volessimo carica-re la nostra base di dati dovremmo innan-

Figura 6

+-----~--+

Programmatori

CO.,"'~:::::::::::::::! !+-------------+

Ut en t i

Usa

+------------+,

+------------+

+------------+E'Usato

HaFatto

+._------------+

Computer

grammatore e ogni utenza riguarda sia unprogramma che un utente.

Per prima cosa definiremo la strutturadegli elementi delle 5 classi, per semplicitàuseremo solo campi di tipo stringa.

Computer <-> (Marca, Modello, Memoria)Programmi <-> (NomeProgramma, Spe-

cie, Programmatore, ComputerDaUsare)Programmatori <-> (Nome, Indirizzo, Com-

puterUsato)Utenti <-> (Nome, Recapito)Utenza <-> (Programma, Utente)Le associazioni le definiremo cosÌ:ProgrammiComputer automatic set Compu-

Facciamo un esempio

me conterrà la matricola dello studente, ilcodice dell'esame da lui superato, il voto,la data e altre informazioni a scelta. Pernavigare nella base, ad esempio per cono-scere quali esami ha superato lo studenteRossi, partendo da questo nella classe Stu-denti scenderemo in Verbali chiedendo alsistema i figli di Rossi in q uesta classe e perogni elemento in Verbali chiederemo al si-stema i relativi padri in Esami. Analogodiscorso per navigazioni in senso opposto,partendo da Esami, volendo conoscere adesempio quali studenti ne hanno superatouno in particolare.

In figura 6 è mostrata una ipotetica basedi dati per gestire la vendita delle cassettecon i programmi pubblicati su MCmicro-computer. Ipotetica, ripetiamo: restiamocioè nel didattico-teorico.

Le classi dati usate sono in tutto 5, anchese la classe Utenze sta li solo per simulareun'associazione con diretta e inversa mul-tipla come nell'esempio di figura 5.

Abbiamo la classe degli Utenti in cuimemorizzeremo i vari lettori che hannoordinato cassette. La classe Programmato-ri conterrà informazioni circa l'autore delprogramma; la classe Programmi l'elencodelle varie cassette disponibili e per com-pletezza useremo anche la classe Computerche conterrà l'elenco delle macchine oggi. .In commercIo.

Le associazioni sono tutte surgettive: in-fatti, ogni programmatore usa un compu-ter, ogni programma gira su un computer,ogni programma è stato scritto da un pro-

+---------+

Esami

+---------+

+---------+

+---------+

Verbali

d'Esame+-----------+

+ - - - - -'- --- - - +

5b

! Studenti'!

+...._--------+

+----------+

diventa:

5a

Figura 5

Lo schema:

+----------+" ,! Student i !-------»-0-«-------! Esami!! !

!65' I Promessi Sposi!+--+------------------+

!321! L'Eneide !+---+----------+

+---+--------------------+'142! La Divina Commedia!+---+--------------------+

Ha InPrest Ho+-----------+---------------------+! Padre:492 ' Figli: 142 321 65 !

Figura 4

n. Nome+---+---------+-------+!492! AureI io ! Tinti!+---+---------+-------+

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zitutto inserire le varie macchine sul mer-cato, o almeno quelle di cui sono disponi-bili programmi su cassetta.

Segue l'inserimento dei vari collabora-tori e lettori che hanno contribuito ad am-pliare la mini Software Bank di Me. ota-re che automaticamente avremo anchecorrelato i vari programmatori con le mac-chine della classe computer.

Solo a questo punto potremo inserirel'elenco dei programmi su cassetta, ancheloro immediatamente associati alle relativemacchine e ai loro padri (programmatori).

Supponiamo ora che il lettore Bartolo-meo Cirilli ordini il programma OthelloVIC 20, chiaramente già inserito nella basetra le cassette disponibili. Dato che il Cirillisi rivolge per la prima volta a MC, occorre-rà inserire prima lo stesso tra gli utenti epoi archiviare l'utenza. Per fare quest'ulti-ma operazione inseriremo nella classe U-tenze l'elemento (Othello VIC 20, Bartolo-meo Cirilli) che automaticamente si corre-lerà con i rispettivi elementi nelle classiProgrammi e Utenti, venendo a formare difatto l'associazione tra il Cirilli e il pro-gramma acquistato.

Analogamente, se lo stesso richiederàaltre cassette, basterà sempre e solo incre-mentare la classe Utenze con coppie deltipo « ProgrammaAcquistato >, Barto-lomeo Cirilli).

Proviamo ora un po' a farci una bellanavigata nella base di dati: ad esempio, sivuoi conoscere quale computer ha il lettoreMassimo Manzi: sappiamo solo che ha or-dinato alcune cassette, ma non ricordiamoquali. La prima operazione da compiere ècercare il Manzi tra gli Utenti, ad esempiocon un comando (classico) del tipo:

UnUtente = get Utenti with Nome = Massi-mo Manzi

Un Utente è una variabile che ora puntaalla registrazione cercata. Potremmo aquesto punto chiedere i fìgli del Manzi inUtenza: ne basterà uno, a noi interessarisalire al computer (si suppone che il Man-zi non acquisti cassette per macchine diver-se). L'operatore classico per chiedere i fìglidi un elemento è member; ha come para-metro il nome dell'associazione coinvoltaessendo possibile che più associazioni col-leghino due classi. Scriveremo qualcosa deltipo:

UnaUtenza = member (Usa) 01UnUtentecontinuiamo a spostarci, questa volta chie-dendo il padre (in Programmi) dell'utenzapuntata dalla variabile Una Utenza:

UnProgramma = owner (ÈUsato) 01UnaU-tenzal'operatore owner restituisce appunto ilpadre. La nostra allegra navigata si con-clude chiedendo il padre in Computer delprogramma trovato (che se non avete per-so il fìlo è uno dei programmi del Manzi):

IIComputer = owner(ProgrammiComputer)01 UnProgrammail tutto si conclude con

Print Marca. Modello 01 IIComputervedremo cioè apparire marca e modello delcomputer dell'utente lettore Massimo Man-zi. Possiamo ammainare le vele. •

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