Az egyed–kapcsolat modell

Egy adatbázis tervezésekor először azt kell megértenünk, milyen tényeket akarunk nyilvántartani és mely tények tartoznak egymáshoz. Ha rögtön táblákat és idegen kulcsokat rajzolunk, könnyen belekeverjük a megoldás technikai részleteit egy még tisztázatlan feladatba. Az egyed–kapcsolat modell (ER-modell) a megvalósítás előtti, fogalmi szintű térkép: az adatok csoportjait, tulajdonságait, összefüggéseit és fontos korlátozásait mutatja meg.

Képzeljünk el egy oktatási portált. A tanuló kurzusra jelentkezik, a kurzust oktató vezeti, a kurzus alkalmakból áll, és meghatározott idősávban termet foglalnak hozzá. A „tanuló”, „kurzus” és „oktató” nem egyszerű oszlopnevek: mindegyik önállóan előforduló dolgok csoportját jelöli. A „jelentkezik” ezzel szemben egy olyan tény, amely két csoport tagjait rendeli egymáshoz.

Az ábra a típusokat és a rájuk vonatkozó szabályt ábrázolja, nem a portál minden aktuális rekordját. Ha ma nincs még tanuló egy kurzuson, a KURZUS egyedtípus akkor is része a modellnek. A tényleges tanulók és kurzusok később egyedelőfordulások lesznek.

A KURZUS egyedtípusnak egy előfordulása például a „SQL alapok – 2026 ősz” konkrét kurzuskiírás. Ugyanígy az OKTATÓ egyedtípus egy előfordulása egy meghatározott tanár. A konkrét előfordulás nem keverhető össze a típus nevével: a KURZUS dobozba a csoport nevét írjuk, a kurzusok adatait pedig az egyedeknél adjuk meg.

Az egyedtípus neve legyen egyes számú, jól értelmezhető főnév: KURZUS, nem „kurzusok és tanulók”. Nem az dönti el az egyedtípus létjogosultságát, hogy a leendő adatbázisban biztosan lesz-e külön tábla. Azt kérdezzük: van-e önálló azonossága, jellemzője és szerepe a feladatban? Az ER-modellből a relációs modellre történő leképezés csak később következik.

A KURZUS attribútuma lehet a kurzus_id, a cím vagy a férőhely. A férőhely például nem lehet negatív szám. Egy „közepes” nehézségi szint csak akkor érvényes, ha előre meghatároztuk a választható szinteket. A tartomány tisztázása megelőzi a hibás adatbevitel jelentős részét.

Az egyszerű attribútum a feladat szempontjából tovább már nem bontandó. Az összetett attribútum belső részekre bontható; ezek tovább is tagolhatók. Ez a fogalmi bontás nem írja elő, hogy az adatbázisban szó szerint „időtartam” nevű fizikai oszlop legyen. Ha a két összetevőt sosem használjuk külön, az összetett alak csak fölösleges bonyolítás lehet; ha külön is szűrünk rájuk, segíthet az igények megértésében.

Az egyértékű attribútum egy előforduláshoz egy értéket rendel. A többértékű attribútum ugyanahhoz az előforduláshoz több értéket is rendelhet: például egy kurzus keresési kulcsszavai lehetnek „SQL”, „JOIN” és „lekérdezés”. A forrásattribútum értékét tároljuk vagy rögzítjük; a származtatott attribútumot más értékekből számítjuk. A szabad helyek számításánál különösen fontos, hogy a törölt jelentkezés ne foglaljon helyet.

A KURZUS címe nem biztos kulcs: lehet két külön évben két „SQL alapok” kurzus. A kurzus_id alkalmas azonosító, ha minden kurzuskiíráshoz külön, nem újrahasznosított értéket rendelünk. A TANULÓ neve sem feltétlenül egyedi; egy belső tanuló_id egyértelműbb és későbbi névváltozáskor is állandó marad.

A kulcs kiválasztásához három kérdés segít. Biztosan egyedi? Ne csak a jelenlegi néhány sorban legyen egyedi. Mindig rendelkezésre áll? Üres azonosítóval nem lehet megbízhatóan hivatkozni. Stabil? Olyan értéket válassz, amelyet nem kell gyakran módosítani. Az ER-ábrán a kulcsattribútum nevét aláhúzással jelöljük.

Egy kapcsolathoz tartozó adatot sem szabad tévesen valamelyik fél azonosítójává tenni. A FELVESZ kapcsolatban a jelentkezés dátuma ugyanannak a tanulónak kurzusonként eltérhet. A kurzus és a tanuló azonosítója együtt azonosíthatja a jelentkezést, ha rögzítjük, hogy ugyanaz a tanuló ugyanarra a konkrét kurzuskiírásra legfeljebb egyszer jelentkezhet.

Egy kurzus több tanórából, azaz ALKALOM előfordulásból áll: 1. alkalom, 2. alkalom, 3. alkalom. A sorszám egy kurzuson belül egyedi, de több különböző kurzusnak is van „1. alkalma”. Így a sorszám csak részleges kulcs. Az alkalom teljes azonosítója a szülő kurzus_id értéke és a saját sorszáma együtt: (kurzus_id, sorszám).

Ha az 1. alkalomról azt mondjuk, hogy „normalizálás”, még nem tudjuk, melyik kurzushoz tartozik. A „K48 kurzus 1. alkalma” már egyértelmű. Az ALKALOM a kurzus nélkül a választott nyilvántartásban nem értelmezhető, ezért teljesen részt vesz a RÉSZE azonosító kapcsolatban. A kurzus viszont a kihirdetés pillanatában még létezhet rögzített alkalmak nélkül; a KURZUS részvétele ebben az állapotban részleges.

A TANULÓ FELVESZ KURZUS bináris kapcsolat egy előfordulása például: „T17 tanuló felveszi a K48 kurzust”. Ugyanennek a kapcsolatnak egy attribútuma a jelentkezési dátum. A tanulóhoz önmagában nem rendelhetjük: ha T17 két kurzusra különböző napokon jelentkezett, két külön dátumról beszélünk. A KURZUS RÉSZE ALKALOM szintén bináris, de egészen más jelentésű: azt rögzíti, mely alkalmak tartoznak a kurzushoz.

Előfordulhat, hogy ugyanaz a két egyedtípus több különböző jelentésű kapcsolatban áll: például egy OKTATÓ VEZETI és egy másik OKTATÓ ELLENŐRZI ugyanazt a KURZUS-t. Ezt nem érdemes azonos név nélküli vonallal összemosni. A kapcsolatnak olyan igés nevet adj, amelyből mondat olvasható: „Az oktató vezeti a kurzust.”

Az egyedtípus saját magával is kapcsolatban állhat. Egy KURZUS ELŐFELTÉTELE egy másik KURZUS-nak; a két előfordulás szerepét meg kell különböztetni: előfeltétel és ráépülő kurzus. Ilyen önhivatkozó kapcsolat esetén különösen könnyű összekeverni az irányt.

Részvétel: minden előfordulásnak részt kell-e vennie a kapcsolatban? Számosság: legfeljebb hány másik előforduláshoz kapcsolódhat egy előfordulás? Ezeket egymástól függetlenül kell tisztázni. Az „egy” jelölés az ábrán a legfeljebb egyet rögzíti; az, hogy legalább egy szükséges-e, a teljes részvételből következik.

Az 1:N szabály irányát mindig szóban is mondd el. Az „egy oktató több kurzust vezethet” állításban az oktató oldalához az 1, a kurzus oldalához az N érték kapcsolódik, ha azt jelöljük, hogy egy oktató hány kurzushoz, illetve egy kurzus hány oktatóhoz rendelhető. A kurzus felelős oktatójának kötelezősége ettől külön szabály.

A portál heti órarendjében azt rögzítjük, melyik kurzus melyik termet melyik idősávban használja. Ezt a három tényt együttesen kell ismernünk: csak „kurzus–terem”, „kurzus–idősáv” és „terem–idősáv” párokból még nem feltétlenül derül ki az eredeti beosztás. A BEOSZTÁS ezért ebben a feladatban háromszerepű kapcsolat KURZUS, TEREM és IDŐSÁV között.

Ha csak a három páronkénti kapcsolathalmaz maradna meg, tévesen összeállhatna az (SQL labor, 101-es terem, szerda 11:00) hármas: van SQL–101 pár, van SQL–szerda pár és van 101–szerda pár is, ám a fenti beosztásban ilyen közös hármas nincs. A 101-es termet abban az idősávban az Excel gyakorlat használja. Ez mutatja, hogy a három párkapcsolat összekapcsolása hamis találatot hozhat létre.

Egy ternáris kapcsolat számossága nem olvasható le három önálló 1:N vagy M:N címkéből. A szabályt a másik két résztvevő rögzítése mellett kell pontosan kimondani. Ha egy (terem, idősáv) párhoz legfeljebb egy kurzust engedünk, az egy terem adott idősávbeli kizárólagos használatát fejezi ki. A mostani három sor teljesíti ezt a feltételt. A megadott üzleti szabály után lehet helyesen jelölni a ternáris számosságot.

Később finomíthatjuk a modellt: a konkrét, sorszámozott ALKALOM is részt vehet a beosztásban a KURZUS helyett. Ebben az esetben azt kell külön megmondani, hogy egy alkalom hányszor, hány teremben és hány idősávban tartható meg. Egy ilyen finomítás nem jogosít fel arra, hogy az eredeti háromrésztvevős tényt gondolkodás nélkül három bináris kapcsolatra cseréljük.

A gyenge egyedtípusnak létezik más, szintén elfogadott ER-jelölése is; itt azonban végig a szaggatott téglalapot és szaggatott azonosító rombuszt használjuk. A teljes részvételt vastag vonal, a részlegeset vékony vonal jelöli. Az 1, N és M betűket a kapcsolathoz vezető élek mellé írjuk. A származtatott attribútumot itt szövegben jelezzük; hozzá nem vezetünk be olyan új rajzjelet, amely összekeverhető volna a gyenge egyedtípus szaggatott jelölésével.

Összerakjuk az eddigi döntéseket egyetlen áttekintő ábrába. A modell szándékosan egy konkrét oktatási portál szabályait írja le; egy másik intézmény jogosan választhat más számosságot vagy más egyedtípusokat.

1. Határ kijelölése: a portál tanulókat, kurzuskiírásokat, felelős oktatókat, sorszámozott alkalmakat és a heti órarend termeit, idősávjait tartja nyilván. A tananyagfájlok tárolása most kívül esik ezen a modellen.
2. Egyedtípusok: TANULÓ, KURZUS, OKTATÓ, ALKALOM, TEREM és IDŐSÁV. ALKALOM gyenge típus, mert a sorszám csak kurzuson belül egyedi.
3. Azonosítók: tanuló_id, kurzus_id, oktató_id, terem_id és idősáv_id. Egy konkrét ALKALOM azonosítója (kurzus_id, sorszám).
4. Kapcsolatok: a TANULÓ FELVESZ KURZUS-t (M:N), az OKTATÓ OKTAT KURZUS-t (1:N), az ALKALOM RÉSZE a KURZUS-nak (azonosító 1:N), a KURZUS, a TEREM és az IDŐSÁV pedig a BEOSZTÁS kapcsolatban szerepel.
5. Korlátozások: egy kurzusnak pontosan egy felelős oktatója van; minden rögzített alkalomnak pontosan egy szülő kurzusa van. A tanuló és a kurzus létezhet jelentkezés nélkül. Az órarend egy (terem, idősáv) párjához legfeljebb egy kurzust engedünk.

Az áttekintő ábrán az ALKALOM a kurzus sorszámozott tanóráját jelöli, míg a BEOSZTÁS a kurzus heti terem- és idősávhasználatát rögzíti. A kétféle tény külön kérdésre válaszol: „Mi a kurzus harmadik órája?” és „Hol, mikor tartjuk a kurzust?” A TEREM és IDŐSÁV attribútumait az ábra áttekinthetősége érdekében nem rajzoltuk ki; mindkettőnek saját azonosítót tervezünk. Ha egyes alkalmak helyszíne vagy időpontja eltér a rendszeres órarendtől, külön szabályként kell rögzítenünk az eltéréseket, vagy az alkalmakhoz tartozó beosztást kell modelleznünk.

A terv ellenőrzésekor konkrét kérdéseket teszünk fel: Létezhet-e kurzus jelentkező nélkül? Igen. Létezhet-e ALKALOM KURZUS nélkül? Nem. Jelentkezhet-e ugyanaz a tanuló egy kurzusra kétszer? A fenti FELVESZ kapcsolatnál nem, ezért ha ismételt vagy visszavont jelentkezéseket is meg akarunk őrizni, további attribútumokra vagy önálló jelentkezési előfordulásokra lesz szükség. Kaphat-e két kurzus azonos címet? Igen, ezért a cím nem kulcs.

Próbáld meg először saját szavakkal megfogalmazni a választ; a mintamegoldás a kérdés megnyitásakor jelenik meg.

Ha az egyedeket, azonosítókat, részvételt és kapcsolati számosságokat önállóan meg tudod indokolni, készen állsz arra, hogy az ER-modellből később relációs sémát alakíts ki.