temporÁlnÍ databÁze a tsql2
DESCRIPTION
TEMPORÁLNÍ DATABÁZE A TSQL2. Markéta Ulrychová, Yan Zaytsev ZS 2013/2014. Obsah. Úvod Rozbor příkladů Temporální projekce a spojení Časové domény Datové modely TSQL. Úvod. Čas je potřeba uchovat a pracovat s ním: Klasický databázový systém Zachycuje stav systému v daném okamžiku - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
TEMPORÁLNÍ DATABÁZEA
TSQL2
Markéta Ulrychová, Yan ZaytsevZS 2013/2014
Obsah
ÚvodRozbor příkladůTemporální projekce a spojeníČasové doményDatové modelyTSQL
Úvod
Čas je potřeba uchovat a pracovat s ním:Klasický databázový systémZachycuje stav systému v daném okamžikuJak pracovat se starými daty?
Temporální databázový systémPodporuje práci s časem – zohledňuje časové vlastnosti vkládaných datJednodušší dotazy přes časová období
Příklad (1)
Tabulka (SQL):Zaměstnanci (Jméno, Plat, Funkce)
Dotaz: Jaký plat má p. Novák?SELECT Plat FROM Zaměstnanci
WHERE Jméno = 'Novák'
Příklad (2)
Rozšíření tabulky:Zaměstnanci (Jméno, Plat, Funkce,
Datum_narození DATE)
Dotaz: Kdy se p. Novák narodil?SELECT Datum_narození FROM Zaměstnanci
WHERE Jméno = 'Novák'
Příklad (2)
Rozšíření tabulky:Zaměstnanci (Jméno, Plat, Funkce,
Datum_narození DATE)
Dotaz: Kdy se p. Novák narodil?SELECT Datum_narození FROM Zaměstnanci
WHERE Jméno = 'Novák'
Příklad (3)
Rozšíření tabulky (2):Zaměstnanci (Jméno, Plat, Funkce,
Datum_narození,Datum_od DATE,Datum_do DATE)
Dotaz: Jaký je aktuální plat p. Nováka?SELECT Plat FROM Zaměstnanci
WHERE Jméno = 'Novák'
AND Datum_od <= CURRENT_DATE
AND CURRENT_DATE <= Datum_do
Temporální projekce (1)
Jméno Plat Funkce Datum_narození Datum_od Datum_do
Novák 10 000 Poslíček 1975-04-01 1995-01-01 1995-06-01
Novák 20 000 Poslíček 1975-04-01 1995-06-01 1995-10-01
Novák 20 000 Posel 1975-04-01 1995-10-01 1996-03-02
Novák 20 000 Vrchní posel 1975-04-01 1996-03-02 1997-01-01
Jméno Plat Datum_od Datum_do
Novák 10 000 1995-01-01 1995-06-01
Novák 20 000 1995-06-01 1997-01-01
Dotaz: Kdy měl p. Novák jaký plat?
Temporální projekce (2)
1) Repeat-until cyklus – není v SQL
2) NOT EXISTS (SQL) – velmi dlouhý dotaz
Temporální projekce (3)
3) TSQL2:SELECT Plat FROM Zaměstnanci
WHERE Jméno = 'Novák'
Srůstání (časových intervalů)V klasických DB systémech nízká podpora
Temporální spojení (1)
Tabulky (přerozdělení):Zaměstnanci_plat (Jméno, Plat,
Datum_od DATE, Datum_do DATE)
Zaměstnanci_funkce (Jméno, Funkce,
Datum_od DATE, Datum_do DATE)
Dotaz: Jaká je historie platů p. Nováka?
Temporální spojení (2)
SQL: Rozbor případůanalýza překrývání časových intervalů v Zaměstnanci_plat a Zaměstnanci_funkce4 případy - jednoduchý, ale dlouhý SQL SELECT dotazTSQL2:SELECT Zaměstnanci_plat.Jméno, Plat, Funkce
FROM Zaměstnanci_plat, Zaměstnanci_funkce
WHERE Zaměstnanci_plat.Jméno = Zaměstnanci_funkce.Jméno
Shrnutí I.
Práce s časově závislými daty je běžná, potřebná.Velmi malá podpora klasických databází ==> temporální databáze a databázové systémy.
Časové domény (1)
Temporální logika: čas = libovolná množina okamžiků s částečným uspořádáním
Časové modely podle uspořádání:Lineární – úplné uspořádáníRozvětvený – do “teď” lineární, pak se může větvit do několika linií (budoucnost)Cyklický – např. dny v týdnu
Časové domény (2)
Časové modely podle hustoty:Diskrétní – každý okamžik má jediného následníkaHusté – “časové mezery”Spojitý – neobsahuje mezery
Absolutní x relativní čas
Časové domény (3) – datové typyOkamžik (time instant)DATE (den, rok)TIME (sekundy)TIMESTAMP (zlomek sekundy)Úsek (time period)Doba mezi dvěma okamžiky (10:40-12:20)Interval (time interval)doba trvání (90 minut)Množina okamžiků (instant set)Množina úseků (temporal elements)Sjednocení úseků
Vztah události a času
2 ortogonální dimenze:Čas platnosti (valid time)Doba, kdy byla událost v realitě pravdivá – kdy se stalaI v budoucnosti
Transakční čas (transaction time)Doba, kdy byla událost reprezentovaná v DBPouze minulost a současnost
Událost a čas – datové modely (1)
SnapshotNepodporuje ani čas platnosti ani transakční časKlasický relační modelPři změně reality se mění stav relace (vložení, odebrání, změna prvků)
Událost a čas – datové modely (2)
Transaction-time modelPodporuje pouze transakční časPosloupnost snapshotů indexovaných transakčním časemNemění existující dataAppend-only (snapshot)Hledání v minulosti
Událost a čas – datové modely (3)
Valid-time modelPodporuje pouze čas platnostiDotazy i na fakta platná v budoucnostiMožná úprava čehokoli
Událost a čas – datové modely (4)
Bitemporální modelPodporuje čas platnosti i transakční čas4D: n-tice, hodnoty atributů, čas platnosti, transakční časappend-only
Shrnutí II.
Snaha časových modelů splnit mnoho cílů:Jasná sémantika aplikaceKonzistenceMinimální rozšíření stávajícího modeluSnadná implementaceVysoký výkonVýsledek: mnoho nekompatibilních datových modelů s mnoha dotazovacími jazyky
TSQL2
The Temporal Structured
Query Language
cílem je sjednotit přístup k temporálním datovým modelům a dotazovacím jazykůmrozšíření k SQL92
TSQL2
Lineární časová struktura, omezeni (+-18 miliard let)diskrétní reprezentace reálného časuNelze se ptát, zda okamžik A předchází okamžik B – pouze v rámci zvolené granularity (vteřiny, dny,...)DATE, TIME, TIMESTAMP, INTERVAL, PERIOD
TSQL2
striktní nadmnožina SQL92pro příklad temporálních relací budeme používat databázi pacientů
CREATE TABLE Predpis(Jmeno CHAR(30), Lekar CHAR(30), Lek CHAR(30), Davka CHAR(30), Frekvence INTERVAL MINUTE)
AS VALID STATE DAY AND TRANSACTIONfrekvence je počet minut mezi dávkamivalid time – na kdy je lék předepsántransaction time – příchod záznamu do databáze
TSQL2
striktní nadmnožina SQL92pro příklad temporálních relací budeme používat databázi pacientů
CREATE TABLE Predpis(Jmeno CHAR(30), Lekar CHAR(30), Lek CHAR(30), Davka CHAR(30), Frekvence INTERVAL MINUTE) AS VALID STATE DAY AND TRANSACTION
frekvence je počet minut mezi dávkamivalid time – na kdy je lék předepsántransaction time – příchod záznamu do databáze
TSQL2
snímková – žádná temporální podporavalid-time state AS VALID STATEvalid-time event AS VALID EVENTtransaction-time AS TRANSACTIONbitemporal state AS VALID STATE AND TRANSACTIONbitemporal event AS VALID EVENT AND TRANSACTIONtyp relace se může změnit ALTER TABLE
TSQL2 – Druhy relací
Novým klíčovým slovem SNAPSHOT získáme snímek z temporální relaceKdo někdy měl předepsané léky?
SELECT SNAPSHOT Jmeno
FROM PredpisKdo někdy měl předepsaný aspirin?
SELECT SNAPSHOT Jmeno
FROM Predpis
WHERE Lek = ‘Aspirin’
TSQL2
Kdo měl předepsané léky a kdy?
SELECT Jmeno
FROM PredpisDefaultní chování vrací historiiTSQL2 automaticky provádí koalescenciVýsledkem je množina řádků, každý s periodou, kdy pacient bral jeden či více léků
TSQL2
Jeden z nejsilnějších prostředkůKoalescence se automaticky provádí na výsledek dotazu – toto umožňuje provést ji na řádky v klauzuli FROM
TSQL2 - Přeorganizování
Kdo bral lék celkem déle než 6 měsíců?
SELECT Jmeno, Lek
FROM Predpis(Jmeno, Lek) AS P
WHERE CAST(VALID(P) AS INTERVAL MONTH)
> INTERVAL ‘6’ MONTHPřeorganizování na Jmeno a Lek, výsledkem je maximální doba kdy byl lék předepsán VALID(P) vrací valid-time prvky z Poperátor CAST konvertuje co vyjde z valid
TSQL2 - Přeorganizování
Kdo užíval Aspirin celou dobu, kdy byl v lekarně?
SELECT SNAPSHOT P1.Jmeno
FROM Predpis(Jmeno) AS P1, P1(Lek) AS P2
WHERE P2.Lek = ‘Aspirin’ AND VALID(P2) = VALID(P1)
SpárováníJak přeorganizování, tak spárování je „syntaktické cukrátko,“ dá se přepsat pomocí vnořených selectů
TSQL2 - Přeorganizování
Často chceme zkoumat maximální periody timestampklíčové slovo PERIODKdo bral stejný lék déle než 6 měsíců v kuse?
SELECT SNAPSHOT Jmeno, Lek , VALID(P)
FROM Predpis(Jmeno, Lek)(PERIOD) AS P
WHERE CAST(VALID(P) AS INTERVAL MONTH)
> INTERVAL ‘6’ MONTH
TSQL2 - Štěpení (Partitioning)
Pro každý pár lék-jméno pouze jeden výsledek s maximální délkou užívání.štěpení není „syntaktické cukrátko“
TSQL2 - Štěpení (Partitioning)
Jaké léky měla Michaela předepsány v roce 1996?
SELECT Lek
VALID INTERSECT(VALID(Predpis), PERIOD ‘[1996]’ DAY)
FROM Predpis
WHERE Name = ‘Michaela’Výsledkem je seznam léků společně s časem, kdy byl předepsán.
TSQL2 - VALID
INSER INTO Predpis
VALUES(‘Michaela’, ‘Dr. Sova’, ‘Aspirin’, ‘100mg’,
INTERVAL ‘8:00’ MINUTE)Nespecifikovali jsme timestamp, default:
VALID PERIOD(CURRENT_TIMESTAMP,
NOBIND(CURRENT_TIMESTAMP))Otevřený konec (konec je aktualní čas)
TSQL2 – Modifikace dat
INSER INTO Predpis
VALUES(‘Michaela’, ‘Dr. Sova’, ‘Aspirin’, ‘100mg’,
INTERVAL ‘8:00’ MINUTE)
VALID PERIOD ‘[1996-01-01 – 1996-06-30]’
automatická koalescencetransaction time je roven CURRENT_TIMESTAMPVALID je taky použitelné i v DELETE a UPDATE
TSQL2
DELETE může změnit více záznamů kvůli překrývání timestampů – režii řeší TSQL2
UPDATE Predpis
SET Davka TO ‘50mg’
WHERE Name = ‘Melanie’ AND Lek = ‘Aspirin’
Dojde ke změně všech současných a budoucích! dávek
TSQL2
Doteď jsme se zabývali jen stavem, který je po nějaký čas pravdivýEventy zaznamenávají okamžité události
CREATE TABLE LabTest (Jmeno CHAR(30), Lekar CHAR(30), TestID INTEGER) AS VALID EVENT HOUR AND TRANSACTION
TSQL2 – Události (Event Relations)
Byly některé pacienty jedinými příjemci testů nařízených lékařem? (Lékar nařídíl testy jen pro jediného pacienta, a tento pacient byl příjemcem testu jen od jedíného lekaře)
SELECT L1.Jmeno, L2.Lekar
FROM LabTest(Jmeno) AS L1, L1(Lekar) AS L2,
LabTest(Lekar) AS L3
WHERE VALID(L1) = VALID(L2) AND L2.Lekar = L3.Lekar
AND VALID(L1) = VALID(L3)
TSQL2 – Události (Event Relations)
Doteď jsme neřešili, že tabulka Predpis podporuje transaction timeJaké předpisy Michaela měla?
SELECT Lek
FROM Predpis
WHERE Jmeno = ‘Michaela’Vrací historii jak je nejlépe známá, včetně oprav
TSQL2 – Transaction time
Můžeme udělat v databázi rollbackKdyby bylo 1.6.1996, jaké předpisy by Michaela měla?
SELECT Lek
FROM Predpis AS P
WHERE Jmeno = ‘Michaela’
AND TRANSACTION(P) OVERLAPS DATE ‘1996-06-01’
Default je TRANSACTION(P) OVERLAPS CURRENT_TIMESTAMP
TSQL2 – Transaction time
Kdy byla Michaelina data, validní k 1.6.1996 naposled opravována?
SELECT SNAPSHOT BEGIN(TRANSACTION(P2))
FROM Predpis AS P1 P2
WHERE P1.Jmeno = ‘Michaela’ AND P2.Jmeno = ‘Michaela’
AND VALID(P1) OVERLAPS DATE ‘1996-06-01’
AND VALID(P2) OVERLAPS DATE ‘1996-06-01’
AND TRANSACTION(P1) MEETS TRANSACTION(P2)
TSQL2 – Transaction time
SELECT COUNT(*)
FROM Predpis
WHERE Jmeno = ‘Michaela’vrací valid-time state relacijak se měnil počet předpisů v libovolném bodě v čase
TSQL2 – Agregační funkce
TSQL2 přidává funkci RISINGnejdelší období, kdy atribut monotónně rostl
SELECT SNAPSHOT RISING (Davka)
FROM Predpis
WHERE Jmeno = ‘Michaela’ AND Lek = ‘Aspirin’
dotaz vrátí množinu období, kdy atribut rostl
TSQL2 – Agregační funkce
SQL dovoluje schéma měnit pomocí ALTER - vývoj.Pokud má relace podporu transaction-time tak se schéma pro tuto relaci verzujeV praxi se celé schéma stane množinou relací transacion-timeKdyž chci jinou verzi: SET SCHEMA DATE ‘1996-08-19’
TSQL2
surrogate – unikátní hodnota, vhodná k porovnání na shodu; TSQL2 přidává sloupec SURROGATE a unární funkci NEWvacuuming – odstranění zastaralých dats podporou transaction-time data nemizí z databáze, ale přidá se timestamp o smazání
TSQL2
přidává práci s prvky které se mění časemlze používat i konvenční relaceperiody jsou nový typ s daným trváním v čase
TSQL2 - Shrnutí
Carlo Zaniolo: Advanced Database SystemsC.J. Date, H. Darven, N. Lorentzos: Temporal Data & the Relational Model
Zdroje