[Database] 4. EER과 객체모델

REF: fundamentals of database systems 7th edition

• EER은 더 복잡한 요구사항을 요구하는 데이터베이스 유형을 위해 탄생했다.
• EER모델링은 ER모델링의 모든 개념을 포함한다.

Subclasses, Superclasses, Inheritance

Subclass(Subtype), Superclasses

• entity type(3장) : entity의 유형 == entity 집합 == db에 존재하는 같은 유형의 entity의 집합

• entity type은 수많은 의미있는 subgroup과 subtype들을 가지는데,

  • database에서 가지는 중요성에따라 명시적으로 표현될 필요가 있다.

• Employee 라는 entity type은 SECRETARY, TECHNICIAN, ENGINEER, MANAGER, 등으로 구성된다.

• 총 3가지의 SUBCLASS로 구분된다.{job type, manager, hired type}

• subclass, subtype
  • EMPLOYEE의 subgrouping들
• superclass, supertype
  • EMPLOYEE

⭐️IS-A heirarchies

• superclass/subclass relationship, supertype/subtype relationship, class/subclass relationship
  • subclass와 superclass간의 관계를 의미.

• ⭐️필요성
  1. 특정한 subclass를 서술하는 속성을 추가하기위해
  2. 관계에 참여하는 개체를 식별하기위해

• ⭐️주의
  • subclass의 entity는 superclass의 entity 이지만,
  • superclass의 entity는 subclass의 entity가 아닐 수도 있다.

⭐️Inheritance

• 각 entity들은 각자의 attribute value를 통해 식별된다.
• 따라서, subclass의 entity들은 반드시 superclass entity로써의 attribute를 inherit한다고 한다.

Specialization, Generalization

⭐️Specialization

정의

• ⭐️Specialization
  • entity type의 subclass를 정의하는 절차
  • subclass를 정의하는 entity type은 superclass가 된다.
  • ⭐️superclass의 characteristic을 구분하는 것을 기반으로 한다.

⭐️절차

1. ⭐️additional specific(local) attribute
   • subclass는 특정한 attribute(local)을 가질 수 있다.
   • secretary, engineer모두 employee를 상속해 employee의 속성을 공통적으로 가지지만,
   • secretary는 typing speed라는 특정 속성을 가진다.
   • 

1. ⭐️additional specific relationship type
   • subclass는 특정한 관계에 참여할 수 있다.
   • HOURLY_EMPLOYEE는 BELONGS_TO라는 특정한 관계에 참여한다.
   • 

subclass를 사용하는이유

1. ⭐️local attribute
   • entity의 일부만이 가지는 속성이 있을 수 있으며,
2. ⭐️specific relationship type entity의 일부만이 참여하는 관계가 있을 수 있다.

이를 표현하기위해 subclass를 사용한다.

관계

• superclass/subclass 간에는 1:1관계같지만, 다르다.
  • 1:1 관계는 relationship의 각 entity가 별도의 entity이지만,
  • class/subclass에서는 각 entity가 동일한 entity이다.
    • 단지 특정한 역할을 한다는 것을 표현한다.

예시

• ex) subclass{SECRETARY, ENGINEER, TECHNICIAN}는 superclass{EMPLOYEE}을 job type(characteristic)을 기반으로 specialization하는 것이다.
  • 각 subclass는 typing speed, tgrade같은 specific attribute를 가진다.

Generalization

정의

• 주어진 entity type으로 일반화된 ENTITY TYPE을 정의하는 절차를 의미
• Specialization의 역
• subclass들을 묶어 단일의 superclass로 일반화하는 것을 의미한다.

• 위 그림에서 CAR entity와 TRUCK entity를 VEHICLE superclass로 generalize한 것을 볼 수 있다.
  • generalized superclass : VEHICLE을 의미

specialization과 구분

일반적으로 generalization과 specialization은 역의 관계를 나타내고, notation방식도 따로 있지만, 이 둘을 사용하는 상황이 주관적이기에 사용되지 않는다.

Constraint in Specialization, Generalization

Constraint

⭐️Predicate-defined subclasses

• 정의
  • superclass의 특정 attribute에 조건에 의해 subclass entity를 결정할 수 있는 경우
  • EMPLOYEE의 job-type속성을 의미한다.
  • ⭐️predicate-defined(condition-defined) subclass라고 한다.
• ⭐️defining predicate
  • job-type 속성처럼 subclass를 결정하는 attribute

⭐️attribute-defined specialization

• 정의
  • ⭐️모든 subclass가 동일한 superclass attribute에 멤버쉽 조건을 가진 경우
  • 이를 ⭐️attribute-defined specialization이라고 한다.
• 예시
  • Job_type속성이 같은 모든 entity들은 같은 subclass에 속하게된다.
    • Job_type이 Technician인 entity는 모두 TECHNICIAN subclass에 속한다.
  • 그리고 이 속성을 defining attribute, specialized attribute라고 한다.

⭐️user-defined specialization

• 

• ⭐️subclass와의 멤버쉽 조건을 가지지 않으면 해당 subclass는 user-defined라고 불린다.
  • 따라서, user에 의해 각 entity가 individually으로 식별된다.
• specialization이 1개의 subclass로만 이뤄지면({MANAGER}) ⭐️circle notation을 사용하지 않는다.

1. ⭐️disjointness constraint

• superclass의 entity는 subclass 중 ⭐️최대 1개에만 속한다.
• ⭐️single valued-attribute-defined specialization은 disjointness constraint를 의미한다.
  • 왜냐하면, 1개 속성에 의해 subclass가 구분되는 것이기 때문이다.
• d라는 symbol로 표현된다.

2. ⭐️overlapping constraint

• superclass의 entity는 subclass 중 ⭐️1개이상에 속한다.
  • 동일한 entuty가 specialization에서 1개 이상의 subclass의 속할 수 있음을 의미한다.

3. ⭐️total specialization

• specialization에서 superclass의 모든 entity가 ⭐️최소 1개의 subclass에 속해야함.
• 모든 employee는 HOURLY_EMPLOYEE 혹은 SALARIED_EMPLOYEE 둘 중 하나에 속한다.
• overlapping, disjoint에 상관없음

4. ⭐️partial specialization

• specialization에서 superclass의 entity가 ⭐️어느 subclass에도 속하지 않을수도 있음.
• EMPLOYEE는 {SECRETARY, TECHNICIAN, ENGINEER}중 어느것에도 속하지 않을 수 있다.
  • EMPLOYEE가 어떤 직군도 아닐수도 있다. MANAGER의 역할만 할수도 있다는 의미이다.

Possible constraints

disjointness constraint와 completeness constraint는 독립적이므로, 4가지의 경우가 발생한다.

• Disjoint, total
• Disjoint, partial
• Overlapping, total

• Overlapping, partial

• 일반적으로, generalization을 통한 superclass는 항상 total이다.
  • superclass가 subclass들로부터 도출되기때문에, subclass의 모든 entity가 superclass에 속한다.

Insertion, Deletion rules

• ⭐️DB설계시 삽입, 삭제 규칙을 정하게된다.

• Superclass에서 entity deletion
  • 자동으로 subclass에서 entity 삭제
• Superclass에서 entity insertion
  • defining predicate(subclass를 정하는 속성)를 만족하는 entity를 predicate-defined or attribute-defined subclass에 자동으로 삽입
• total specialization한 superclass에 entity삽입
  • 최소 1개의 subclass에 entity삽입

Top-down, Bottom-up

• ⭐️Top-Down Design : 연쇄적인 specialization
• ⭐️Bottom-Up Design : 연쇄적인 generalization
• ⭐️일반적으로 2개 설계 방법을 섞어서 사용한다.

Hierarchies and Lattices

Specialization ⭐️Hierarchy

• subclass로 참여하는 모든 subclass가 ⭐️1개만의 class/subclass relationship을 가진다.
  • 위 그림에서 ENGINEER, MANAGER, SALARIED_EMPLOYEE는 각각 1개 이상의 class/subclass relationship을 가지므로, 이에 속하지 않는다.
• 각 subclass가 1개의 parent를 가질때만을 의미,
• ⭐️tree structure, ⭐️strict hierarchy라고도 부른다.

Specialization Lattice

• subclass 중 1개가 ⭐️2개 이상의 class/subclass relationship의 subclass라는 의미
  • STUDENT_ASSISTANT subclass는 EMPLOYEE와 STUDENT의 class/subclass relationship에서 subclass이다.

• 위 그림에서 STUDENT_ASSISTANT가 없었다면, hierarchy였지만,
  • STUDENT_ASSISTANT가 있기에 lattice이다.

INHERITANCE

superclass

• PERSON은 {EMPLOYEE, ALUMNUS, STUDENT}의 부분집합 중 한개에 반드시 속한다.
• EMPLOYEE는 반드시 staff, faculty, student assistant 중 하나이다.
• STUDENT_ASSISTANT는 {RESEARCH_ASSISTANT, TEACHING_ASSISTANT}중 하나에 속한다.
• STUDENT는 {GRADUATE, UNDERGRADUATE} 중 하나에 반드시 속한다.

disjointness

• 모든 사람은 PERSON entity type에 속한다.
• PERSON entity type은 {EMPLOYEE, ALUMNUS, STUDENT}로 specialization된다. 이 specialization은 overlapping이므로, EMPLOYEE인 entity가 동시에 student일수도 있다.
• STUDENT subclass는 {GRADUATE, UNSERGRADUATE}의 superlcass이다.
• EMPLOYEE는 {STUDENT_ASSISTANT, GRADUATE_STUDENT, UNDERGRADUATE_STUDENT}의 superclass이다.
• STUDENT_ASSISTANT는 STUDENT의 subclass인 것에 주의하자.
  • STUDENT_ASSISTANT는 {RESEARCH_ASSISTANT, TEACHING_ASSISTANT}의 superclass이다.

inheritance

• lattice든 hierarchy든, subclass는 direct superclass뿐만아니라 root까지의 모든 predecessor(direct 위) superclass의 attribute를 상속한다.
  • 예를들어, GRADUATE_STUDENT는 STUDENT(direct)의 모든 attribute와 PERSON(predecessor)의 attribute를 상속한다.
• entity는 계층의 여러 리프노드(더이상 subclass가 없는 class)에 동시에 존재할 수 있다.
  • STUDENT에 속하는 entity는 반드시 {UNDERGRADUATE, GRADUATE} 중 하나여야한다.
  • 동시에 STUDENT_ASSISTANT 일수도 있는데, STUDENT_ASSISTANT인 entity는 반드시 {RESEARCHING, TEACHING} ASSISTANT 중 하나이므로, RESEARCH_ASSISTANT의 멤버가 GRADUATE_STUDENT일수도 있다.

shared subclass

• 1개 이상의 superclass를 가진 subclass를 의미.
• STUDENT_ASSISTANT나 ENGINEERING_MANAGER를 의미.
• multiple inheritance이며, 1개라도 존재하면 lattice
• multiple inheritance에서 상속하는 superclass가 동시에 같은 class를 상속하면 (다이아몬드 상속) 1번만 상속해야한다.

• 1개의 superclass만 상속하면
  • single inheritance이며, single inheritance만 존재하면 hierarchy

top-down vs bottom-up design

• successive specialization
  • top-down design
  • PERSON -> STUDENT, EMPLOYEE, ALUMNI -> …
• successive generalization
  • bottom-up design

• 보통은 bottom-up과 top-down을 섞어서 사용한다.

UNION types Using Categories

• 종종, 다른 entity type의 ⭐️entity의 집합을 표현하는 것이 필요하기도 하다.

• multiple inheritance와는 다른것이, shared subclass는 superclass의 속성을 모두 가지지만, union type은 entity들의 단순 집합이라고 보는 것이 맞다.

• 이런 subclass를 union type, category라고 부른다.

• 탈것과 탈것의 주인 관계를 만들기위해 BANK, PERSON, COMPANY 각각을 relationship에 연결하는 것이 아닌, 이 entity set들을 union type으로 만들어서 표현할 수 있다.
• 탈 것 또한, CAR, TRUCK을 relationship에 직접 연결하기보다는, CAR, TRUCK의 entity set을 union type으로 만들어 표현할 수 있다.

category vs superclass/subclass relationship

• 다른 superclass/subclass relationship은 항상 1개의 superclass를 가지는 반면(subclass의 superclass는 여러개가 있을 수 있지만, superclass/subclass relationship의 superclass는 항상 1개일 수 밖에 없다.)
• category는 별도의 entity type의 집합을 표현하는 2개이상의 superclass를 가진다.

• OWNER와 ENGINEERING_MANAGER를 비교해보자.

• 

• 

• ⭐️category의 entity는 superclass 중 1개에만 속한다.
  • OWNER의 entity는 PERSON, BANK, COMPANY 중 1개에만 속한다.
• ⭐️shared subclass의 entity는 항상 상속하는 superclass 모두에 속한다.
  • ENGINEERING_MANAGER의 entity는 항상 engineer, manager, salaried_employee에 모두 존재해야한다.

⭐️selective attribute

• category는 superclass중 1개에만 속하므로, 당연히 그 superclass의 attribute만 가지게된다.

• shared subclass는 모든 superclass의 attribute를 상속한다.

vs specialization(generalization)

• 한가지 흥미로운 점은, specialization(generalization)과의 차이점이다.

• specialization된 VEHICLE의 경우, 모든 VEHICLE이 CAR또는 TRUCK임을 의미한다.

• 하지만 UNION type인 REGISTERED_VEHICLE의 경우, CAR나 TRUCK 중 일부만이 union type에 참여한다는 것을 알 수 있다.

• 또한, disjoint-partial 인 경우, VEHICLE이 모두 CAR나 TRUCK에 속하지 않을수도 있다.

total vs partial

• total category는 모든 superclass의 entity가 category에 속해야함을 의미한다.
• partial category는 superclass entity의 부분집합이 category에 속한다는 것을 의미한다.
• 만약 category가 total이라면, total specialization(generalization)으로 표현될 수도 있다.