Aufgabe 3 - Datenbankmodellierung und Normalisier… · Abitur NRW Informatik LK · Haupttermin · Weiterbildungskolleg 2023

Sachkontext: Bahnlinien

Ein Informatikprojektkurs plant, einige Bahnlinien in einer Datenbank zu modellieren. In der ersten Version sollen unter anderem die Bahnhöfe sowie die Streckenabschnitte erfasst werden.

Ein Streckenabschnitt ist eine direkte Verbindung von dem einen Bahnhof zu dem anderen Bahnhof ohne Zwischenhalt. Aus Sicherheitsgründen kann ein Streckenabschnitt nur in einer Richtung und somit nicht für die Gegenrichtung genutzt werden.

Eine Bahnlinie besteht aus Streckenabschnitten, die die Folge der Bahnhöfe auf dieser Bahnlinie beschreiben. Dabei wird für jeden zugehörigen Streckenabschnitt die Fahrzeit in Minuten angegeben.

Der Projektkurs will die Daten in einer relationalen Datenbank verwalten, die auf der folgenden Teilmodellierung beruht:

Für die folgenden Aufgaben ist das in Abbildung 3 dargestellte Datenbankschema zugrunde zu legen. Es bildet nur einen Teil der gesamten Datenbank ab. Im Anhang finden sich Beispieldaten zu diesem Schema.

Anlage: Beispieldaten zum Datenbankschema

Bahnhof

Name · barrierefrei

Glücksdorf · 1

Oberdorf · 0

Medeburg · 1

Zweierwalde · 1

Hintertupfingen · 1

Bahnlinie

ID · Name

L1 · Bergexpress

L2 · Burglinie

L3 · Hintertupfingenlinie

L4 · Glücksdorfexpress

Streckenabschnitt

ID · vonBahnhofName · zuBahnhofname

1 · Glücksdorf · Oberdorf

2 · Oberdorf · Medeburg

3 · Medeburg · Hintertupfingen

4 · Medeburg · Zweierwalde

5 · Zweierwalde · Hintertupfingen

6 · Hintertupfingen · Glücksdorf

gehoertZu

StreckenabschnittID · BahnlinieID · Abschnittsnummer · Fahrzeit

1 · L1 · 1 · 30

2 · L1 · 2 · 20

3 · L1 · 3 · 90

1 · L2 · 1 · 40

2 · L2 · 2 · 50

4 · L2 · 3 · 30

5 · L3 · 1 · 50

6 · L4 · 1 · 90

Anhang: Dokumentationen der verwendeten Klassen

Die Klasse Bahnlinientest

Ein Objekt der Klasse wird genutzt, um die Datenbankverbindung und die Datenbankabfragen zu testen.

Bahnlinientest()

Ein Objekt vom Typ DatabaseConnector wird initialisiert und stellt die Datenbankverbindung her.

List<String> ermittleEtwas(String pBName, int pHops)

Diese Methode ist Bestandteil der Teilaufgabe d.

Darüber hinaus verfügt die Klasse über folgende private Methode:

List<String> ermittelnNachbarbahnhoefe(String pBName)

Die Methode liefert eine Liste mit den Namen der Nachbarbahnhöfe für den im Parameter übergebenen Bahnhof pBName zurück. Nachbarbahnhöfe sind die Bahnhöfe, zu denen ein Streckenabschnitt ohne Zwischenhalt von diesem Bahnhof pBName führt. Falls der Bahnhofsname pBName nicht existiert, wird eine leere Liste zurückgeliefert.

Die Klasse DatabaseConnector

Ein Objekt der Klasse DatabaseConnector ermöglicht die Abfrage und Manipulation einer MySQL-Datenbank. Beim Erzeugen des Objekts wird eine Datenbankverbindung aufgebaut, sodass anschließend SQL-Anweisungen an diese Datenbank gerichtet werden können.

DatabaseConnector(String pIP, String pPort, String pDatabase, String pUsername, String pPassword)

Ein Objekt vom Typ DatabaseConnector wird erstellt, und eine Verbindung zur Datenbank wird aufgebaut. Mit den Parametern pIP und pPort werden die IP-Adresse und die Port-Nummer übergeben, unter denen die Datenbank mit Namen pDatabase zu erreichen ist. Mit den Parametern pUsername und pPassword werden Benutzername und Passwort für die Datenbank übergeben.

void executeStatement(String pSQLStatement)

Der Auftrag schickt den im Parameter pSQLStatement enthaltenen SQL-Befehl an die Datenbank ab. Handelt es sich bei pSQLStatement um einen SQL-Befehl, der eine Ergebnismenge liefert, so kann dieses Ergebnis anschließend mit der Methode getCurrentQueryResult abgerufen werden.

QueryResult getCurrentQueryResult()

Die Anfrage liefert das Ergebnis des letzten mit der Methode executeStatement an die Datenbank geschickten SQL-Befehls als Objekt vom Typ QueryResult zurück. Wurde bisher kein SQL-Befehl abgeschickt oder ergab der letzte Aufruf von executeStatement keine Ergebnismenge (z. B. bei einem INSERT-Befehl oder einem Syntaxfehler), so wird null geliefert.

String getErrorMessage()

Die Anfrage liefert null oder eine Fehlermeldung, die sich jeweils auf die letzte zuvor ausgeführte Datenbankoperation bezieht.

void close()

Die Datenbankverbindung wird geschlossen.

Die Klasse QueryResult

Ein Objekt der Klasse QueryResult stellt die Ergebnistabelle einer Datenbankanfrage mit Hilfe der Klasse DatabaseConnector dar. Objekte dieser Klasse werden nur von der Klasse DatabaseConnector erstellt. Die Klasse verfügt über keinen öffentlichen Konstruktor.

String[][] getData()

Die Anfrage liefert die Einträge der Ergebnistabelle als zweidimensionales Feld vom Typ String. Der erste Index des Feldes stellt die Zeile und der zweite die Spalte dar (d. h. String[zeile][spalte]).

String[] getColumnNames()

Die Anfrage liefert die Bezeichner der Spalten der Ergebnistabelle als Feld vom Typ String zurück.

String[] getColumnTypes()

Die Anfrage liefert die Typenbezeichnung der Spalten der Ergebnistabelle als Feld vom Typ String zurück. Die Bezeichnungen entsprechen den Angaben in der MySQL-Datenbank.

int getRowCount()

Die Anfrage liefert die Anzahl der Zeilen der Ergebnistabelle als int.

int getColumnCount()

Die Anfrage liefert die Anzahl der Spalten der Ergebnistabelle als int.

Teilaufgabe a) [13 Punkte]

a.1)

Erläutern Sie, auf welche Weise die Bahnlinie L1 samt ihren Streckenabschnitten in der Datenbank abgelegt ist (vgl. Beispieldaten).

[3 Punkte]

a.2)

Beschreiben Sie den in Abbildung 2 dargestellten Ausschnitt des Entity-Relationship-Modells.

[5 Punkte]

a.3)

Erläutern Sie für jeden im Entity-Relationship-Modell enthaltenen Beziehungstyp unter Beachtung der Kardinalitäten, wie er im Datenbankschema realisiert wurde.

[5 Punkte]

Teilaufgabe e) [5 Punkte]

Ein Schüler macht den Vorschlag, den Entitätstyp Bahnhof ohne nennenswerte Nachteile zu streichen. Die Bahnhofsnamen stehen ohnehin im Entitätstyp Streckenabschnitt als vonBahnhofName und zuBahnhofName. Auch die Barrierefreiheit jedes Bahnhofs ließe sich in den Entitätstyp Streckenabschnitt verlagern und dort als Attribute barrierefreiVonBahnhof und barrierefreiZuBahnhof ergänzen.

Beurteilen Sie diesen Vorschlag des Schülers.

[5 Punkte]