Aufgabe 3 - Datenbankmodellierung · Abitur NRW Informatik LK · Nachtermin 2022

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

Aufgabenstellung

Aufgabenstellung:

Die Schach-AG einer Schule plant, gemeinsam mit den Schach-AGs weiterer Schulen eine Schach-Liga zu gründen, in der dauerhaft Wettkämpfe stattfinden. Dabei sollen die Schulen wiederholt einzelne Partien oder ganze Turniere gegeneinander austragen. Hierfür sollen die Schülerinnen und Schüler eines Informatikkurses eine Datenbank erstellen. Diese soll die folgenden Daten verwalten:

Für die teilnehmenden Schulen sollen der Name, eine eindeutige Nummer (die sogenannte Schulnummer) und die Adresse verwaltet werden. Damit die Lehrenden der verschiedenen Schulen untereinander Kontakt aufnehmen können, sollen außerdem folgende Daten von der Lehrerin oder dem Lehrer der Schach-AG gespeichert werden: der Name, das Geburtsdatum, die Telefonnummer und die E-Mail-Adresse.

Von den Spielerinnen und Spielern werden der Name und die zugehörige Schule verwaltet. Um feststellen zu können, welche Spielerinnen und Spieler im gleichen Jahr geboren sind, wird außerdem das Geburtsdatum gespeichert. Dadurch können die Spielerinnen und Spieler in Altersgruppen eingeteilt werden.

Bei einer Partie spielen zwei Spielerinnen bzw. Spieler gegeneinander. Beide können aus der gleichen Schule oder von verschiedenen Schulen stammen. Dabei werden der Zeitpunkt des Beginns der Partie und das Ergebnis gespeichert. Außerdem wird gespeichert, wer die Farbe Weiß und wer die Farbe Schwarz hat.

Als Entwurf für die Datenbank hat der Informatikkurs zunächst das folgende Entity-Relationship-Diagramm erstellt:

Aus dem Entity-Relationship-Diagramm wurde anschließend das folgende Datenbankschema abgeleitet (siehe Abbildung 2).

Die Ergebnisse der Partien werden wie folgt gespeichert: Hat Weiß gewonnen, so wird der Wert 1 gespeichert. Hat Schwarz gewonnen, so wird der Wert -1 gespeichert. Geht die Partie unentschieden aus (ein sogenanntes Patt), so wird der Wert 0 gespeichert.

Anlage:

Lehrer EMailAdresse · Name · Geburtsdatum · Telefonnummer

allen@info.nrw · Frances E. Allen · 1971-08-04 · 0123-4567

blanch@info.nrw · Gertrude Blanch · 1972-02-02 · 01233-5678

lovelace@info.nrw · Ada Lovelace · 1973-12-10 · 01232-68104

chen@info.nrw · Peter Chen · 1977-01-03 · 01131-5316161

bayer@info.nrw · Rudolf Bayer · 1977-03-03 · 01121-6695314

dahl@info.nrw · Ole-Johann Dahl · 1977-10-12 · 01911-718212

Schule Schulnummer · Name · Adresse · LehrerEMailAdresse

123 · Gamma-Gesamtschule · Baumallee 13, 10007 Krähwinkel · bayer@info.nrw

170 · Huffman-Hauptschule · Holzweg 5, 10006 Jammertal · blanch@info.nrw

552 · Gödel-Gymnasium · An de Dyk 13, 1005 Nergenshuizen · dahl@info.nrw

662 · Knuth-Kolleg · Hintergasse 3, 10001 Vordertupfingen · chen@info.nrw

732 · Shannon-Schule · Heimweg 3, 10004 Posemuckel · allen@info.nrw

840 · Knuth-Kolleg · Vorderer Weg 1, 10000 Hintertupfingen · lovelace@info.nrw

Spieler ID · Name · Geburtsdatum

1 · Armin Gips · 2010-03-14

2 · Lee Coeur · 2011-02-26

3 · Heinz Ellmann · 2009-08-05

4 · Karl Ender · 2006-06-30

5 · Kai Mauer · 2008-05-23

6 · Klaus Uhr · 2011-04-27

7 · Nico Laus · 2009-12-15

8 · Lisa Bonn · 2009-11-13

9 · Johannes Brodt · 2007-02-01

gehoertZu SpielerID · Schulnummer

1 · 123

2 · 123

3 · 552

4 · 840

5 · 732

6 · 840

7 · 123

8 · 662

9 · 170

Partie Startzeitpunkt · spieltWeissID · spieltSchwarzID · Ergebnis

2022-04-07 12:00 · 1 · 2 · -1

2022-04-07 12:45 · 2 · 1 · -1

2022-04-07 13:30 · 1 · 2 · -1

2022-04-07 12:00 · 3 · 5 · 0

2022-04-08 08:10 · 3 · 7 · 1

2022-04-26 09:55 · 7 · 3 · 1

2022-04-27 11:40 · 9 · 6 · 1

2022-04-28 13:50 · 7 · 6 · -1

2022-04-29 08:10 · 3 · 2 · 1

Hinweis: Ist das Ergebnis 1, so hat Weiß gewonnen. Ist das Ergebnis -1, so hat Schwarz gewonnen. Ist das Ergebnis 0, so gab es ein Patt (ein Unentschieden).

a)

Erläutern Sie, auf welche Weise das entwickelte Entity-Relationship-Diagramm die beschriebenen Anforderungen realisiert.

Ermitteln Sie, welche anderen Primärschlüssel sich für die Entitätstypen Spieler, Schule und Lehrer aus den vorhandenen Attributen auswählen ließen.

Stellen Sie für die Entitätstypen Spieler und Schule die Vor- und Nachteile der eingesetzten Primärschlüssel sowie der von Ihnen genannten alternativen Primärschlüssel dar. (6 + 3 + 3 Punkte)

d)

Die Datenbank soll zusätzlich zu den bisherigen Partien auch Turniere und die zugehörigen Partien abbilden.

• An einem Turnier nehmen mehrere Schulen teil, von denen eine Schule als Sieger des Turniers ermittelt wird. Ein Turnier findet an einem bestimmten Termin statt und hat einen Namen.

• Eine Schule, die an einem Turnier teilnimmt, meldet mindestens eine Mannschaft an. Eine Mannschaft besteht aus mehreren Spielerinnen bzw. Spielern. Jede Spielerin bzw. jeder Spieler gehört zu genau einer Mannschaft.

• Eine Partie wird entweder auf einem Turnier gespielt, oder sie gehört zu keinem Turnier. Für Partien eines Turniers gelten dieselben Anforderungen wie in der alten Modellierung. Zur Vereinfachung dürfen auch weiterhin Spielerinnen und Spieler der gleichen Schule oder sogar der gleichen Mannschaft gegeneinander spielen.

Modellieren Sie eine Erweiterung des Entity-Relationship-Diagramms aus Abbildung 1, sodass der neue Datenbankentwurf auch die beschriebenen Aspekte abdeckt.

Erläutern Sie, auf welche Weise Ihr Modell die Anforderungen erfüllt, und begründen Sie die von Ihnen gewählten Kardinalitäten. (7 + 5 Punkte)

Hinweis: Entitäts- und Beziehungstypen sowie Attribute ohne Bedeutung für die Erweiterung brauchen nicht eingezeichnet zu werden.

Aufgabenstellung: Aufgabe 3 - Datenbankmodellierung · Abitur NRW Informatik LK · Nachtermin 2022

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

a) Erläutern Sie, auf welche Weise das entwickelte Entity-Relationship-Diagramm die beschriebenen Anforderungen realisiert.

Lösung: 1. Die Entitätstypen Schule und Lehrer modellieren die Schulen und deren Lehrerinnen und Lehrern. Dabei werden die jeweils aufgeführten Attribute für den Namen, die Schulnummer und die Adresse der Schule beziehungsweise für den Namen, das Geburtsdatum, die Telefonnummer und E-Mail-Adresse der Lehrperson modelliert. Die Beziehung zwischen beiden wird durch den 1:1-Beziehungstyp hatAlsKontakt repräsentiert. 2. Die Spielerinnen und Spieler werden durch den Entitätstyp Spieler mit den entsprechenden Attributen für den Namen und das Geburtsdatum modelliert. Außerdem ist das Attribut ID ergänzt. Die Zugehörigkeit zur Schule ist durch den 1:n-Beziehungstyp gehoertZu dargestellt. 3. Die Partien werden durch den Entitätstyp Partie modelliert, der die entsprechenden Attribute für den Zeitpunkt und das Ergebnis enthält. Durch die Beziehungstypen spieltSchwarz und spieltWeiss wird sowohl festgehalten, welche Spielerinnen bzw. Spieler gegeneinander gespielt haben, als auch wer welche Farbe spielte. Durch die uneingeschränkte Zugehörigkeit zu den Schulen über den Beziehungstyp können beide aus der gleichen Schule oder von verschiedenen Schulen stammen.

a) Ermitteln Sie, welche anderen Primärschlüssel sich für die Entitätstypen Spieler, Schule und Lehrer aus den vorhandenen Attributen auswählen ließen.

Lösung: • Spieler: Die Kombination aus Name und Geburtsdatum (unter der Annahme, dass Name und Geburtsdatum zusammen eindeutig sind). • Schule: Die Kombination aus Schulname und Adresse. • Lehrer: Das Attribut EMailAdresse (sofern sie einer einzigen Person zugeordnet ist) oder die Kombination aus Name und Geburtsdatum.

a) Stellen Sie für die Entitätstypen Spieler und Schule die Vor- und Nachteile der eingesetzten Primärschlüssel sowie der von Ihnen genannten alternativen Primärschlüssel dar.

Lösung: • Der Vorteil einer künstlichen ID (wie bei Spieler) ist, dass bei unwahrscheinlicher, aber nicht ausgeschlossener Dopplung der Daten bei verschiedenen Entitäten der Schlüssel weiterhin eindeutig ist. Andererseits kann eine ID nicht verhindern, dass versehentlich eine Person mehrfach in die Datenbank aufgenommen wird. Zudem werden Daten der Datenbank hinzugefügt, die über den eigentlichen Kontext hinausgehen. • Für die Schulnummer herrscht derselbe Nachteil wie bei der ID (kann Mehrfacheingabe einer Schule unter neuer Nummer nicht verhindern), während eine Schule mit gleichem Namen und gleicher Adresse praktisch nicht möglich ist (Vorteil des natürlichen Verbundschlüssels; Nachteil: höherer Speicher-/Abfrageaufwand bei zusammengesetzten Schlüsseln).

d) Modellieren Sie eine Erweiterung des Entity-Relationship-Diagramms aus Abbildung 1, sodass der neue Datenbankentwurf auch die beschriebenen Aspekte abdeckt.

Lösung: Erweiterung des ER-Diagramms um die Entitätstypen Mannschaft und Turnier: - Mannschaft (mit Primärschlüssel ID) - Turnier (mit Attributen ID [Schlüssel], Termin, Name) - Beziehung 'istSpielerVon' zwischen Spieler und Mannschaft (1:n, ein Spieler gehört zu genau einer Mannschaft, eine Mannschaft hat n Spieler) - Beziehung 'trittAnFuer' zwischen Mannschaft und Schule (n:1, Schule stellt mehrere Mannschaften) - Beziehung 'trittAnBei' zwischen Mannschaft und Turnier (n:m, Mannschaften nehmen an mehreren Turnieren teil) - Beziehung 'istSiegerVon' zwischen Schule und Turnier (1:n, eine Schule kann mehrere Turniere gewinnen, ein Turnier hat 1 Siegerschule) - Beziehung 'wirdGespieltAuf' zwischen Partie und Turnier (n:1, Partie gehört zu 1 oder keinem Turnier, auf Turnier finden viele Partien statt).

d) Erläutern Sie, auf welche Weise Ihr Modell die Anforderungen erfüllt, und begründen Sie die von Ihnen gewählten Kardinalitäten.

Lösung: • Der Entitätstyp Turnier modelliert die Anforderungen von einem Termin und einem Namen für das Turnier, der Entitätstyp Mannschaft modelliert die Anforderungen für eine Mannschaft. • Die Zuordnung zu einer Schule ist über die n:1-Beziehung trittAnFuer abgebildet, wobei eine Schule mehrere Mannschaften stellen kann, eine Mannschaft aber nur für eine Schule spielt. • Durch den n:m-Beziehungstyp trittAnBei wird modelliert, welche Mannschaften an einem Turnier teilnehmen. Ein n:m-Beziehungstyp ist notwendig, da eine Mannschaft an mehreren Turnieren teilnehmen kann und an einem Turnier mehrere Mannschaften teilnehmen. • Durch den n:1-Beziehungstyp istSpielerVon wird die Zugehörigkeit von mehreren Spielern zu maximal einer Mannschaft dargestellt. • Da die Spielerinnen und Spieler eindeutig einer Schule zuzuordnen sind, ist eine Beziehung, die die Teilnahme von Schulen an Turnieren modelliert, nicht notwendig (sofern Spielerinnen und Spieler nicht die Schule wechseln). • Der Beziehungstyp istSiegerVon modelliert die siegende Schule eines Turniers. Da nur eine Schule ein Turnier gewinnen kann, eine Schule aber mehrere Turniere gewinnen kann, ist hier eine Kardinalität 1:n modelliert. • Um die Partien eines Turniers genau einem Turnier zuordnen zu können, wird der 1:n-Beziehungstyp wirdGespieltAuf ergänzt.

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