Aufgabe Vorschlag B1 - Aufgabe 2 · Abitur Hessen Informatik LK 2021

Thema: Relationenalgebra · Aus der Prüfung LK (2021)

Aufgabenstellung

Klimadatenbank

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) unterhält die relationale Datenbank MIRAKEL. In dieser Datenbank werden Wetterdaten zusammen mit den sie beschreibenden Metadaten verwaltet.

Automatisierte Messstationen führen unterschiedliche Messprogramme aus. Ein Messprogramm beschreibt, welche Daten wie und wann zu messen sind. Ein wichtiges Messprogramm ist das Programm 10-Minuten-Werte. In diesem Programm werden die folgenden Größen alle 10 Minuten gemessen und an MIRAKEL übertragen:

Größe · Einheit · Kodierung des Parameters in MIRAKEL

Luftdruck in Stationshöhe · hpa · PP_10

Momentane Temperatur in 2 m Höhe · °C · TT_10

Momentane Temperatur in 5 cm Höhe · °C · TM5_10

Relative Feuchte in 2 m Höhe · % · RF_10

Taupunkttemperatur in 2 m Höhe · °C · TD_10

Die Daten werden in MIRAKEL in der Relation 10_min_werte (Material 1) zusammen mit einer Kennzahl für das Qualitätsniveau (QN) gespeichert.

Über eine Webseite gestattet der DWD lesenden Zugriff auf die Relation 10_min_werte. Ergänzend kann man die Relation Metadaten_Geraete (Material 2) herunterladen, die Metadaten zu der Relation 10_min_werte enthält.

Material 1

Auszug aus der MIRAKEL-Relation 10_min_werte

StationsID · Messdatum · Messuhrzeit · QN · PP_10 · TT_10 · TM5_10 · RF_10 · TD_10

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1420 · 2019-12-31 · 22:50:00 · 2 · 1023,5 · 0,3 · -1,5 · 88,3 · -1,4

... ·... ·... ·... ·... ·... ·... ·... ·...

2601 · 2019-12-31 · 22:50:00 · 3 · 935,2 · -3 · -3,4 · 97,5 · -3,3

2601 · 2019-12-31 · 23:00:00 · 5 · 935,3 · -3 · -3,3 · 98 · -3,3

2601 · 2019-12-31 · 23:10:00 · 3 · 935,2 · -2,9 · -3,6 · 97,2 · -3,3

2601 · 2019-12-31 · 23:20:00 · 3 · 935,2 · -2,8 · -3,5 · 97,3 · -3,2

... ·... ·... ·... ·... ·... ·... ·... ·...

Material 2

Auszug aus der Relation Metadaten_Geraete mit Metadaten zu Material 1

StationsID · Stationsname · vonDatum · bisDatum · Parameter · Geraetetyp · Messverfahren

... ·... ·... ·... ·... ·... ·...

1420 · Frankfurt/Main · 1992-10-02 · 2012-02-16 · RF_10 · HYGROMER MP100 · Feuchtemessung, elektr.

... ·... ·... ·... ·... ·... ·...

2601 · Kleiner Feldberg/Taunus · 1992-10-02 · 2006-05-09 · RF_10 · HYGROMER MP100 · Feuchtemessung, elektr.

2601 · Kleiner Feldberg/Taunus · 2006-05-10 · 2015-03-22 · RF_10 · Feuchtesonde HMP45D · Feuchtemessung, elektr.

2601 · Kleiner Feldberg/Taunus · 2015-03-23 · 2020-02-04 · RF_10 · EE33 · monolith. Messzelle HMC1

2601 · Kleiner Feldberg/Taunus · 1992-10-02 · 2020-02-04 · TD_10 · ComAir · Taupunktspiegel, elektr.

2601 · Kleiner Feldberg/Taunus · 1992-10-02 · 2020-02-04 · TM5_10 · PT 100 (Luft) · Temperaturmessung, elektr.

2601 · Kleiner Feldberg/Taunus · 1992-10-02 · 2020-02-04 · TT_10 · PT 100 (Luft) · Temperaturmessung, elektr.

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2.1

Erläutern Sie den Aufbau und die inhaltliche Bedeutung des folgenden Terms der Relationenalgebra:

$\pi_{\text{Messdatum}} (\pi_{\text{Messdatum}, \text{Messuhrzeit}, \text{TT\_10}}(\sigma_{\text{StationsID} = 1420}(\text{10\_min\_werte})) \bowtie \pi_{\text{Messdatum}, \text{Messuhrzeit}, \text{TT\_10}}(\sigma_{\text{StationsID} = 2601}(\text{10\_min\_werte})))$

2.2

Begründen Sie, dass sich das Ergebnis aus 2.1 nicht ändert, wenn man den Natural-Join $\bowtie$ durch den Schnittoperator $\cap$ ersetzt.

Aufgabenstellung: Aufgabe Vorschlag B1 - Aufgabe 2 · Abitur Hessen Informatik LK 2021

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

2.1 Erläutern Sie den Aufbau und die inhaltliche Bedeutung des folgenden Terms der Relationenalgebra

Lösung: Aufbau: Zuerst werden zwei Relationen $R_1$ und $R_2$ erzeugt, indem die Relation 10_min_werte nach der StationsID 1420 bzw. 2601 selektiert wird. Diese beiden Relationen werden dann jeweils auf die Attribute Messdatum, Messuhrzeit und TT_10 projiziert. Anschließend wird ein Natural-Join zwischen den beiden Relationen $R_1$ und $R_2$ durchgeführt. Das Ergebnis wird auf das Attribut Messdatum projiziert. Inhaltliche Bedeutung: Es wird das Datum aller Tage ausgegeben, an denen an den Stationen 1420 und 2601 zur gleichen Uhrzeit die gleiche Lufttemperatur in 2 m Höhe gemessen wurde.

2.2 Begründen Sie, dass sich das Ergebnis aus 2.1 nicht ändert, wenn man den Natural-Join durch den Schnittoperator ersetzt.

Lösung: Der Natural-Join der Relationen $R_1$ und $R_2$ verbindet Datensätze, bei denen die Werte der gemeinsamen Attribute Messdatum, Messuhrzeit und TT_10 identisch sind. Die Relation $R_3 = R_1 \bowtie R_2$ enthält also nur Datensätze (Messdatum, Messuhrzeit, TT_10), die in beiden Relationen vorkommen. Der Schnitt der beiden Relationen $R_1$ und $R_2$ enthält ebenfalls alle Datensätze, die sowohl in der einen als auch in der anderen Relation enthalten sind. Daher ändert sich das Ergebnis nicht, wenn man den Natural-Join durch den Schnittoperator ersetzt.

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