Aufgabe 3 - Datenbankmodellierung und Normalisier… · Abitur NRW Informatik LK · Haupttermin 2022

Thema: Datenbankmodellierung und Normalisierung · Aus der Prüfung LK · Haupttermin (2022)

Aufgabenstellung

Aufgabenstellung:

Weil Gäste Restaurants meist subjektiv beurteilen, plant der Projektkurs „Gastro-Informatik“ ein Bewertungssystem, in dem eine professionelle Gutachterin oder ein professioneller Gutachter Speisequalität, Servicequalität und Hygienezustand auf einer Skala von 0 bis 10 einstuft, wobei 10 die beste Note ist.

Die anfallenden Daten sollen in einer relationalen Datenbank verwaltet werden, die auf der folgenden Teilmodellierung beruht:

Das Datenbankschema in Abbildung 2 überträgt die Teilmodellierung aus Abbildung 1 in eine relationale Datenbank und wird im Weiteren genauer untersucht. Die Anlage enthält Beispieldaten zu diesem Schema.

Anlage:

Ausschnitt aus den Beispieldaten zum Datenbankschema aus Abbildung 2

Gutachter

ID

Vorname

Nachname

1 · Ada · Lovelace

2 · John · Von Neumann

3 · Alan · Turing

4 · Konrad · Zuse

5 · Tim · Berners-Lee

bewertet

GutachterID

RestaurantID

Speisequalitaet

Servicequalitaet

Hygienezustand

1 · 2 · 7 · 8 · 6

4 · 3 · 1 · 8 · 10

4 · 2 · 8 · 5 · 5

3 · 3 · 10 · 7 · 8

2 · 2 · 5 · 8 · 4

1 · 1 · 8 · 9 · 7

Restaurant

ID

Name

PLZ

Ortsname

1 · Meisterpizza · 44269 · Dortmund

2 · Sushi4Friends · 52525 · Heinsberg

3 · Veggie-Haus · 31137 · Hildesheim

4 · Der Grieche · 44135 · Dortmund

5 · Burgerhaus · 52525 · Waldfeucht

Ort

PLZ

Name

31137 · Hildesheim

44135 · Dortmund

44269 · Dortmund

52525 · Heinsberg

52525 · Waldfeucht

Teilaufgabe a)

Beschreiben Sie die Teilmodellierung, die Abbildung 1 in Form eines Entity-Relationship-Diagramms zeigt.

Erläutern Sie die Beziehungstypen des Entity-Relationship-Diagramms in Abbildung 1 einschließlich ihrer Kardinalitäten bezogen auf den Sachkontext.

Erläutern Sie, auf welche Weise der 1:n-Beziehungstyp befindetSichIn sowie der n:m-Beziehungstyp bewertet des Entity-Relationship-Modells aus Abbildung 1 im Datenbankschema in Abbildung 2 realisiert wurden.

[3 + 4 + 4 Punkte]

Teilaufgabe d)

Die Erprobung des Restaurantbewertungssystems in der Praxis hat ergeben, dass folgende Punkte angepasst werden müssen:

i. Eine Gutachterin bzw. ein Gutachter soll das gleiche Restaurant nach einigen Tagen oder Wochen erneut bewerten können. Außerdem soll für jede Bewertung die Möglichkeit bestehen, zusätzlich einen freien Bewertungstext eintragen zu können.

ii. Jede Gutachterin bzw. jeder Gutachter soll Wünsche bezüglich ihres bzw. seines Einsatzortes äußern dürfen. Für jede Gutachterin bzw. jeden Gutachter sollen daher mehrere bevorzugte Einsatzorte gespeichert werden.

iii. In jedem Jahr sollen die besten drei Restaurants in den Kategorien Speisequalität, Servicequalität und Hygienezustand besonders ausgezeichnet werden. Die Information, welches Restaurant in welchem Jahr in welcher Bewertungskategorie einen der ersten drei Plätze belegt hat, soll ebenfalls verwaltet werden.

Modellieren Sie eine Erweiterung des Datenbankschemas aus Abbildung 2, sodass der neue Entwurf auch die beschriebenen Aspekte abdeckt.

Erläutern Sie, auf welche Weise Ihr Modell die Anforderungen erfüllt, und begründen Sie die gewählten Primärschlüssel, sofern sich deren Zusammensetzung ändert oder neue Relationenschemata entstehen.

Hinweis: Unveränderte Relationenschemata brauchen nicht aufgeführt zu werden.

[7 + 6 Punkte]

Teilaufgabe e)

Ein Praktikant regt an, anstelle des Datenbankschemas aus Abbildung 2 seinen Entwurf aus Abbildung 3 zu verwenden.

Der Praktikant ist davon überzeugt, dass man mit seinem Vorschlag Speicherplatz einsparen und die Übersichtlichkeit erhöhen könne. Man müsse schließlich deutlich weniger Attribute verwalten, weil zusätzliche Fremdschlüssel entfallen. Das Datenbankschema in Abbildung 3 sei zudem einfacher zu lesen und beinhalte im Vergleich zum Datenbankschema in Abbildung 2 keine nennenswerten Nachteile.

Beurteilen Sie den Vorschlag des Praktikanten hinsichtlich seiner genannten Argumente und unter Einbeziehung der Normalformen.

[6 Punkte]

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Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

a) Beschreiben Sie die Teilmodellierung, die Abbildung 1 in Form eines Entity-Relationship-Diagramms zeigt. Erläutern Sie die Beziehungstypen des Entity-Relationship-Diagramms in Abbildung 1 einschließlich ihrer Kardinalitäten bezogen auf den Sachkontext. Erläutern Sie, auf welche Weise der 1:n-Beziehungstyp befindetSichIn sowie der n:m-Beziehungstyp bewertet des Entity-Relationship-Modells aus Abbildung 1 im Datenbankschema in Abbildung 2 realisiert wurden.

Lösung: Beschreibung des ER-Modells: - Drei Entitätstypen: Gutachter (Schlüssel ID; Vorname, Nachname), Restaurant (Schlüssel ID; Name) und Ort (kombinierter Schlüssel PLZ und Name). - Beziehungstyp bewertet: Attribute Speisequalitaet, Servicequalitaet, Hygienezustand. - Beziehungstypen & Kardinalitäten im Sachkontext: bewertet modelliert, welcher Gutachter welches Restaurant bewertet (n:m, da ein Gutachter mehrere Restaurants bewerten kann und ein Restaurant von mehreren Gutachtern bewertet werden kann). befindetSichIn modelliert, in welchem Ort sich ein Restaurant befindet (1:n, da sich ein Restaurant in genau einem Ort befindet, in einem Ort aber mehrere Restaurants liegen können). - Umsetzung im Datenbankschema: Der 1:n-Beziehungstyp befindetSichIn wurde umgesetzt, indem in die Relation Restaurant die Fremdschlüsselattribute PLZ und Ortsname aufgenommen wurden. Der n:m-Beziehungstyp bewertet wurde als eigene Relation bewertet umgesetzt, deren Primärschlüssel aus den beiden Fremdschlüsseln GutachterID und RestaurantID zusammengesetzt ist.

d) Modellieren Sie eine Erweiterung des Datenbankschemas aus Abbildung 2, sodass der neue Entwurf auch die beschriebenen Aspekte abdeckt. Erläutern Sie, auf welche Weise Ihr Modell die Anforderungen erfüllt, und begründen Sie die gewählten Primärschlüssel, sofern sich deren Zusammensetzung ändert oder neue Relationenschemata entstehen.

Lösung: Erweitertes Datenbankschema: bewertet(↑GutachterID, ↑RestaurantID, Datum, Speisequalitaet, Servicequalitaet, Hygienezustand, Bewertungstext) wuenscht(↑GutachterID, ↑PLZ, ↑Ortsname) Auszeichnung(Kategorie) wurdeAusgezeichnet(↑RestaurantID, ↑AuszeichnungKategorie, Jahr, Platz) Erläuterung und Begründung der Primärschlüssel: - i. bewertet: Aufnahme von Bewertungstext und Datum. Da ein Gutachter dasselbe Restaurant mehrfach bewerten können soll, reicht (GutachterID, RestaurantID) nicht mehr aus. Der Primärschlüssel wird zu (GutachterID, RestaurantID, Datum) erweitert. - ii. wuenscht: Realisiert die n:m-Beziehung zwischen Gutachter und Ort für mehrere bevorzugte Einsatzorte. Der Primärschlüssel besteht aus allen Fremdschlüsselattributen (GutachterID, PLZ, Ortsname). - iii. Auszeichnung & wurdeAusgezeichnet: Auszeichnung verwaltet Kategorie (Primärschlüssel). wurdeAusgezeichnet realisiert die n:m-Beziehung zwischen Restaurant und Auszeichnung mit zusätzlichen Attributen Jahr und Platz. Der Primärschlüssel (RestaurantID, AuszeichnungKategorie, Jahr, Platz) bzw. (AuszeichnungKategorie, Jahr, Platz) stellt sicher, dass Mehrfachauszeichnungen über die Jahre und Kategorien eindeutig verwaltet werden.

e) Beurteilen Sie den Vorschlag des Praktikanten hinsichtlich seiner genannten Argumente und unter Einbeziehung der Normalformen.

Lösung: Der Vorschlag des Praktikanten ist abzulehnen: - Normalformen: Die Relation Restaurantbewertung befindet sich in der 1. Normalform (atomare Wertebereiche), verstößt aber gegen die 2. Normalform, da Nichtschlüsselattribute wie Restaurantname, PLZ und Ortsname nicht voll funktional vom zusammengesetzten Primärschlüssel (GutachterID, RestaurantID) abhängen, sondern bereits von RestaurantID allein. - Speicherplatz und Redundanz: Entgegen der Behauptung wird kein Speicherplatz eingespart, da Restaurantdaten bei jeder Bewertung erneut gespeichert werden müssen (hohe Redundanz). Dies führt zu Änderungs-, Einfüge- und Lösch-Anomalien sowie Inkonsistenzen bei Tippfehlern. - Datenverlust / Modellierungseinschränkungen: Unbewertete Restaurants oder Orte ohne bewertete Restaurants können gar nicht mehr erfasst werden. Übersichtlichkeit ist zudem kein formales Gütekriterium.

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