Zaawansowane systemy baz danych

Forma zajęć

Wykład (30 godzin) + laboratorium (30 godzin)

Opis

Celem przedmiotu jest przedstawienie podstawowych wiadomości dotyczących nowych generacji systemów baz danych: rozproszonych, aktywnych, obiektowych, multimedialnych. W ramach wykładów są prezentowane podstawowe zagadnienia z zakresu projektowania i implementacji oraz zarządzania danymi w systemach rozproszonych, aktywnych, obiektowych i multimedialnych, natomiast laboratoria ilustrują omawiane zagadnienia wykorzystując komercyjne technologie (głównie system zarządzania bazą danych Oracle).

Sylabus

Autorzy

• Dr hab. inż. Zbyszko Królikowski, prof. nadzw. Politechniki Poznańskiej

Zainteresowania naukowe dr hab. inż. Zbyszko Królikowskiego koncentrują się głównie wokół problematyki systemów baz danych (SBD) – konwencjonalnych i zaawansowanych oraz magazynów danych. W ramach tej problematyki zajmuję się on zagadnieniami przetwarzania i optymalizacji wykonywania zapytań, strukturami indeksowymi oraz projektowania i implementacji tych systemów.

W zakresie problematyki przetwarzania i optymalizacji wykonywania zapytań zajmował się początkowo, zagadnieniami modelowania i oceny efektywności algorytmów optymalizacji wykonywania zapytań w systemach rozproszonych baz danych (SRBD). Podsumowaniem uzyskanych wyników z tej dziedziny była rozprawa doktorska pt. Optymalizacja planów wykonywania transakcji w systemach rozproszonych baz danych, nagrodzona Nagrodą III stopnia Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

Badania dotyczące problematyki optymalizacji wykonania zapytań w SRBD były kontynuowane przez dr hab. inż. Zbyszko Królikowskiego podczas pobytu na University of Southern California, Los Angeles, w ramach projektów sponsorowanych przez Narodową Fundację Nauki Amerykańskiej oraz Departament Obrony USA (Defense Joint Services Electronics Program). Badania te dotyczyły oceny efektywności metod optymalizacji wykonania zapytań w SRBD implementowanych w sieciach lokalnych i rozległych, szacowania rozmiarów relacji po wykonaniu operacji relacyjnych oraz wykorzystania techniki jednoczesnej optymalizacji wykonania zbioru zapytań dla tej klasy systemów.

W późniejszym okresie, badania dr hab. inż. Zbyszko Królikowskiego dotyczące problematyki optymalizacji wykonania zapytań zostały rozszerzone na zaawansowane systemy baz danych (ZSBD). Podsumowaniem tych badań była rozprawa habilitacyjna pt. “Optymalizacja wykonania zapytań w zaawansowanych systemach baz danych”, za którą otrzymał Nagrodę JM Rektora Politechniki Poznańskiej.

Od roku 1998, tj. od uzyskania stopnia naukowego doktora habilitowanego, dr hab. inż. Zbyszko Królikowski zajmował się opracowaniem nowych technik przeszukiwania przestrzeni planów wykonywania zapytań w ZSBD z wykorzystaniem algorytmów kombinatorycznych i genetycznych.

Po uzyskaniu stanowiska profesora nadzwyczajnego Politechniki Poznańskiej w roku 2001, ważnym obszarem zainteresowań naukowych dr hab. inż. Zbyszko Królikowskiego stała się problematyka przetwarzania danych w magazynach danych.

Wyniki przedstawionych powyżej prac naukowo-badawczych zawarł dr hab. inż. Zbyszko Królikowski w 175 pracach, tj.: 102 publikacjach naukowych i 73 raportach naukowo-technicznych Instytutu Informatyki Politechniki Poznańskiej, w tym: 2 rozprawach (doktorskiej i habilitacyjnej), w 12 książkach i podręcznikach akademickich oraz rozdziałach w książkach, 35 artykułach naukowych publikowanych w czasopismach krajowych i zagranicznych oraz 53 referatach naukowych opublikowanych w materiałach konferencji zagranicznych i krajowych. Część prac została zamieszczona w znanych zagranicznych i krajowych czasopismach z dziedziny informatyki, jak np.: IEEE Transaction on Software Engineering, The European Journal for the Informatics Professional, Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Archiwum Informatyki Teoretycznej i Stosowanej, Foundation of Computing and Decicion Sciences. Ponadto w ostatnim okresie publikował prace w materiałach konferencyjnych wydawanych w serii Lecture Notes in Computer Science (należącej do Listy Filadelfijskiej Instytutu Informacji Naukowej – 10 prac) oraz materiałach wydanych przez tak renomowane wydawnictwa jak: Springer Verlag, North Holland Pub.Co, McGraw - Hill Publishing Company, IEEE Computer Society Press, Nova Publishing Co. USA, Kluwer Academic Publishers oraz materiałach konferencji krajowych wydawanych m.in. przez PTI.

Dr hab. inż. Zbyszko Królikowski uczestniczył w realizacji kilku programów rządowych oraz resortowych. Był kierownikiem, wykonawcą lub głównym wykonawcą w kilku projektach Komitetu Badań Naukowych oraz kilkunastu projektach realizowanych dla jednostek zewnętrznych (m.in. ZE Elwro, IKSAiP, PHARE)

W trakcie swojej pracy zawodowej dr hab. inż. Zbyszko Królikowski prowadził wykłady na kierunku Informatyka z kilkunastu przedmiotów, m. in.: Wstęp do informatyki i użytkowania komputerów, Organizacja i oprogramowanie komputerów, Systemy operacyjne I i II, Systemy baz danych, Rozproszone i obiektowe bazy danych, Bazy wiedzy, Zaawansowane systemy baz danych. Jestem głównym współautorem 6 skryptów i podręczników akademickich.

• Dr inż. Robert Wrembel, adiunkt w Instytucie Informatyki PP

Zainteresowania naukowe dr. inż. Roberta Wrembla koncentrują się głównie wokół problematyki magazynów danych - relacyjnych, relacyjno-obiektowych, wielowersyjnych oraz wokół optymalizacja dostępu do danych w systemach obiektowych.

Robert Wrembel brał udział w realizacji 8 projektów informatycznych zarówno naukowo-badawczych, jak i typowo komercyjnych, opartych o SZBD Oracle. Od 1998 roku jest wykładowcą w Centrum Edukacyjnym Oracle Polska. Jest autorem ponad 70 publikacji, krajowych i zagranicznych, w tym czterech książek. Odbył staże naukowe w: Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique - INRIA (Francja), Université Paris-Dauphine (Francja), Klagenfurt Universität (Austria). Prowadził wykłady w Loyola University (USA). Jest członkiem komitetów programowych kilkunastu międzynarodowych konferencji w dziedzinie informatyki. W latach 1999-2005 zasiadał w zarządzie Stowarzyszenia Polskiej Grupy Użytkowników Systemu Oracle.

• Dr inż. Marek Wojciechowski, adiunkt w Instytucie Informatyki PP

Zainteresowania naukowe dr inż. Marka Wojciechowskiego koncentrują się głównie wokół problematyki systemów baz danych (SBD) i technologii internetowych. W ramach problematyki baz danych zajmuje się eksploracją danych i multimedialnymi bazami danych.

W zakresie eksploracji danych zajmował się początkowo głównie problemem odkrywania wzorców sekwencyjnych, a w szczególności rozszerzeniami języka SQL do odkrywania wzorców sekwencyjnych, algorytmami odkrywania wzorców sekwencyjnych z ograniczeniami, wykorzystywaniem wyników poprzednich zapytań eksploracyjnych i zastosowaniem odkrytych wzorców sekwencyjnych w analizie skupień. Podsumowaniem uzyskanych wyników z tej dziedziny była rozprawa doktorska pt. Discovering and Processing Sequential Patterns in Databases, obroniona w 2001 roku. Obecnie Marek Wojciechowski kontynuuje prace badawcze w dziedzinie eksploracji danych, skupiając się na problemie przetwarzania zbioru zapytań eksploracyjnych.

Marek Wojciechowski jest autorem lub współautorem 81 prac, w tym: 45 publikacji w czasopismach, materiałach konferencyjnych i rozdziałach w książkach o zasięgu międzynarodowym, 27 publikacji o zasięgu krajowym i 9 raportów naukowo-technicznych Instytutu Informatyki Politechniki Poznańskiej. Część prac została opublikowana w materiałach konferencyjnych wydanych w seriach Lecture Notes in Computer Science oraz Lecture Notes in Artificial Intelligence (należących do Listy Filadelfijskiej Instytutu Informacji Naukowej – 18 prac) oraz materiałach wydanych przez tak renomowane wydawnictwa jak: Springer Verlag, IOS Press, IEEE Computer Society Press, Idea Group Publishing i Kluwer Academic Publishers.

• Dr inż. Tomasz Koszlajda, adiunkt w Instytucie Informatyki PP

Zainteresowania naukowe dr inż. Tomasza Koszlajdy koncentrują się głównie wokół problematyki systemów baz danych, metodyk, projektowania i programowania obiektowego oraz inżynierii oprogramowania. W ramach tej problematyki zajmuje się zagadnieniami: modeli danych dla systemów baz danych, wielowymiarowymi strukturami danych oraz strumieniowymi bazami danych.

Wyniki w ramach wymienionych powyżej tematów zawarł dr inż. Tomasz Koszlajda w kilkudziesięciu pracach, to jest publikacjach naukowych, raportach naukowo-technicznych Instytutu Informatyki Politechniki Poznańskiej oraz rozprawie doktorskiej.

W ramach pracy dydaktycznej prowadzi wykłady z systemów baz danych, programowania obiektowego, zaawansowanych systemów baz danych oraz zarządzania projektami informatycznymi.

• Mgr inż. Krzysztof Jankiewicz, asystent w Instytucie Informatyki PP

Zainteresowania naukowe mgr. inż. Krzysztofa Jankiewicza koncentrują się głównie wokół problematyki systemów baz danych (SBD). W ramach problematyki baz danych zajmuje się hurtowniami danych i semistrukturalnymi bazami danych.

W zakresie systemów baz danych zajmował się początkowo głównie problemami przechowywania i przetwarzania danych przestrzennych, tekstowych i semistrukturalnych, oraz tematyką związaną z zastosowaniem hurtowni danych. Obecnie Krzysztof Jankiewicz kontynuuje prace badawcze w przechowywania i przetwarzania dokumentów XML w bazach danych, skupiając się na problemie współbieżnego dostępu w bazach danych dokumentów XML.

Krzysztof Jankiewicz jest autorem lub współautorem 25 prac, w tym: 20 publikacji w czasopismach, materiałach konferencyjnych i 5 raportów naukowo-technicznych Instytutu Informatyki Politechniki Poznańskiej.

• Mgr inż. Witold Andrzejewski, asystent w Instytucie Informatyki PP

Mgr inż. Witold Andrzejewski zakończył studia w lutym 2005 roku. Pracę w Instytucie Informatyki Politechniki Poznańskiej rozpoczął w marcu tego samego roku.

Zainteresowania naukowe mgr inż. Witolda Andrzejewskiego koncentrują się głównie wokół problematyki optymalizacji realizacji zapytań i eksploracji złożonych struktur danych. W ramach tej problematyki zajmuje się zagadnieniami indeksowania danych sekwencyjnych oraz opracowaniem algorytmów dla odkrywania uogólnionych wzorców w złożonych strukturach danych. Współpracuje również z Wydziałem Technologii Chemicznej na Politechnice Poznańskiej przy opracowaniu metod analizy danych eksperymentalnych,

W zakresie problematyki indeksowania danych sekwencyjnych zajmuje się przede wszystkim indeksowaniem sekwencji zbiorów danych kategorycznych w celu wspierania zapytań o nadsekwencje zbiorów oraz zapytania przybliżone dotyczące podsekwencji. Badania w tej dziedzinie stanowią podstawę jego pracy doktorskiej.

Wyniki swoich prac naukowo-badawczych zawarł mgr inż. Witold Andrzejewski w 10 pracach, tj.: 8 artykułach naukowych i 2 raportach naukowo-technicznych Instytutu Informatyki Politechniki Poznańskiej. Wśród publikacji naukowych dwie zostały zamieszczone w materiałach konferencyjnych wydawanych w serii Lecture Notes in Computer Science (należącej do Listy Filadelfijskiej Instytutu Informacji Naukowej)

W trakcie swojej pracy zawodowej mgr inż. Witold Andrzejewski prowadził laboratoria na kierunku informatyka z następujących przedmiotów: Wybrane zagadnienia z baz danych, Multimedialne i Obiektowe Bazy danych, Programowanie obiektowe i Grafika Komputerowa.

Mgr inż. Witold Andrzejewski był również głównym wykonawcą systemu rekrutacji studentów przez Internet „Ksantypa” współpracującego z systemem obsługi dziekanatu „Sokrates”, twórcą aplikacji do analizy i korekcji danych eksperymentalnych otrzymanych z mikrokalorymetru skaningowego DSC-4 dla Karolinska Institute, Royal Academy w Sztokholmie oraz twórcą wielu programów do korekcji i analizy danych eksperymentalnych dla Wydziału Technologii Chemicznej na Politechnice Poznańskiej.

Wymagania wstępne

• Podstawowe wiadomości z zakresu: relacyjnych baz danych i języka SQL.
• Podstawowe wiadomości z zakresu programowania obiektowego.

Zawartość

• Rozproszone bazy danych: modele systemów, techniki rozpraszania danych w sieci, techniki replikowania danych i synchronizowania replik, zarządzanie transakcjami rozproszonymi, techniki optymalizacji zapytań rozproszonych.
• Zastosowanie modelu obiektowego do analizy i projektowania systemów informatycznych; własności obiektowego modelu danych, języki definicji danych (ODL, SQL3), języki zapytań (OQL, SQL3), języki manipulacji danymi (JAVA, C++, SQL 3); problemy konstrukcji obiektowych baz danych;
• Charakterystyka danych multimedialnych: dźwięk, obraz, wideo; wyszukiwanie danych multimedialnych według zawartości; systemy i języki zapytań dla multimedialnych baz danych.
• Rozszerzenie funkcjonalności modeli baz danych – aktywne bazy danych: model aktywności ECA, klasy zdarzeń, rachunek zdarzeń i implementacja oraz temporalne bazy danych: temporalne typy danych, operatory temporalne, operacje temporalne

Literatura

Literatura podstawowa

1. Connolly T., Begg C., Database Systems - A Practical Approach to Design, Implementation, and Management (third edition). Addison-Wesley, 2002, ISBN 0 201 70857 4.
2. Date C.J., Wprowadzenie do systemów baz danych, WNT, Seria „Klasyka Informatyki”, W-wa, 2000.
3. Elmasri R., Navathe S.B., Wprowadzenie do systemów baz danych, Wyd. Helion, Seria „Kanon Informatyki”, Gliwice, 2005.
4. Jarke M., Lenzerini M., Vassiliou Y., Vassiliadis P., Fundamentals of Data Warehouses. Springer-Verlag, 2003, ISBN 3-540-42089-4.
5. Subrahmanian, V.S., Principles of Multimedia Database Systems, Morgan Kaufmann, 1998.
6. Wrembel R., Bębel B., Oracle - Projektowanie rozproszonych baz danych, HELION Publisher, 2003, ISBN 83-7197-951-7.
7. Garcia-Molina H., Ullman J.D., Widom J., Systemy baz danych. Pełny wykład, WNT, Seria „Klasyka Informatyki”, W-wa, 2006.
8. Carlo Zaniolo, Stefano Ceri, Christos Faloutsos, Richard T. Snodgrass, V.S. Subrahmanian, and Roberto Zicari, Advanced Database Systems The Morgan Kaufmann Series in Data Management Systems, 1997.

Literatura uzupełniająca

1. Baldonado, M., Chang, C.-C.K., Gravano, L., Paepcke, A., The Stanford Digital Library Metadata Architecture, Int. J. Digit. Libr. 1, 1997 108–121.
2. Bruce, K.B., Cardelli, L., Pierce, B.C., Comparing Object Encodings, in: Abadi, M., Ito, T. (eds.): Theoretical Aspects of Computer Software. Lecture Notes in Computer Science, Vol. 1281, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York1997, pp. 415–438.
3. Clement T. Yu, Weiyi M., Principles of Database Query Processing for Advanced Applications, Morgan Kaufmann Publishers, 1998, ISBN 1-55860-434-0.
4. Definicje funkcji i operatorów Xquery: http://www.w3.org/TR/xquery-operators/
5. Dokumentacja techniczna API db4o. Dostarczana razem z pakietem bibliotek db4o w katalogu /doc/api/.
6. Dye C.: Oracle Distributed Systems, O'Reilly & Associates, 1999, ISBN 1-56592-432-0
7. http://www.garshol.priv.no/download/xmltools/
8. http://www.oasis-open.org/cover/xmlAndDatabases.html
9. http://www.rpbourret.com/xml/
10. http://xmldb-org.sourceforge.net/index.html
11. ISO/IEC 13249, Information Technology – Database Languages – SQL Multimedia and Application Packages (specyfikacja standardu ISO).
12. Kosch, H., Distributed Multimedia Database Technologies Supported by MPEG-7 and MPEG-21, CRC Press 2003.
13. Laksman, B., Oracle 9i PL/SQL Poradnik programisty, Mikom 2003.
14. Martínez, J. M., MPEG-7 Overview, http://www.chiariglione.org/MPEG/standards/mpeg-7/mpeg-7.htm
15. Melton J., Eisenberg A.: SQL Multimedia and Application Packages (SQL/MM). SIGMOD Record 30(4), 2001.
16. Oracle® Database Concepts (rozdział Object Datatypes and Object Views): http://download-uk.oracle.com/docs/cd/B19306_01/server.102/b14220/objects.htm#i440066
17. Oracle® Database JDBC Developer's Guide and Reference (rozdział Working with Oracle Object Types): http://download-uk.oracle.com/docs/cd/B19306_01/java.102/b14355/oraoot.htm#sthref874
18. Oracle® interMedia Reference (rozdział SQL/MM Still Image): http://download-uk.oracle.com/docs/cd/B19306_01/appdev.102/b14297/ch_stimgref.htm#AIVUG7000
19. Pełna specyfikacja Xquery: http://www.w3.org/TR/xquery/
20. Przykładowe edytory otwarte na Xquery: Oracle JDeveloper www.oracle.com/technology/products/jdev/ oraz Altova XMLSpy: www.altova.com
21. Rozszerzenia Xquery - Funkcjonalność modyfikacji (working draft) http://www.w3.org/TR/xqupdate/
22. Stolze K.: SQL/MM Spatial: The Standard to Manage Spatial Data in Relational Database Systems. BTW 2003.
23. Thuraisingham, B., Managing and Mining Multimedia Databases, CRC Press 2001.
24. van Leeuwen, J. (ed.), Computer Science Today. Recent Trends and Developments. Lecture Notes in Computer Science, Vol. 1000, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York 1995.
25. X-Hive XUpdate demo: www.x-hive.com/xupdate/
26. Xupdate – Specyfikacja: http://xmldb-org.sourceforge.net/xupdate/index.html
27. G. Booch, J. Rumbaugh, I. Jacobson, UML przewodnik użytkownika, WNT, 2001.
28. E. Cattel i inni, Object Database Standard ODMG 3.0, Morgan Kaufmann, 1999.
29. G. Lausen, G. Vossem, Obiektowe bazy danych, WNT, 2000.
30. P. Fortier, SQL 3 Implementing the Object–Relational Database, Mc Graw-Hill Company, 1999.

Moduły

• Wykład 1: Systemy rozproszonych baz danych – 1. Problematyka rozproszonych baz danych; PDF, PDF-kolor, Pytania

• Wykład 2: Systemy rozproszonych baz danych – 2. Fragmentacja, replikacja, zarządzanie transakcjami; PDF, PDF-kolor, Pytania

• Wykład 3: Aktywne bazy danych; PDF, PDF-kolor
• Wykład 4: Obiektowe bazy danych – Obiektowy model danych; PDF, PDF-kolor

• Wykład 5: Obiektowe bazy danych – Obiektowe i obiektowo-relacyjne bazy danych ; PDF, PDF-kolor

• Wykład 6: Obiektowe bazy danych – Implementacja obiektowych baz danych ; PDF, PDF-kolor

• Wykład 7: Multimedialne bazy danych; PDF, PDF-kolor, Pytania
• Wykład 8: Standard SQL/MM; PDF, PDF-kolor, Pytania

• Wykład 9: Bazy danych dokumentów XML – 1. Wprowadzenie; PDF, PDF-kolor, Pytania
• Wykład 10: Bazy danych dokumentów XML – 2. XQuery; PDF, PDF-kolor, Pytania
• Wykład 11: Bazy danych dokumentów XML – 3. Modyfikacja dokumentów; PDF, PDF-kolor, Pytania

• Wykład 12: Hurtownie danych – 1. Problematyka rozproszonych hurtowni danych; PDF, PDF-kolor, Pytania

• Wykład 13: Hurtownie danych – 2. Zagadnienia implementacyjne i efektywność przetwarzania OLAP; PDF, PDF-kolor, Pytania

• Laboratorium 1: Rozproszone bazy danych – 1. Replikacja danych; PDF, PDF-kolor

• Laboratorium 2: Rozproszone bazy danych – 2. Zarządzanie transakcjami rozproszonymi; PDF, PDF-kolor

• Laboratorium 3: Rozproszone bazy danych – 3. Optymalizacja zapytań rozproszonych; PDF, PDF-kolor, (Pliki pomocnicze: Plan_Table, inicjowanie środowiska, zapytania rozproszone)

• Laboratorium 4: Obiektowe systemy zarządzania bazą danych – 1. Przygotowanie środowiska; PDF, (Pliki pomocnicze: Skeleton-lab4.1.java)

• Laboratorium 5: Obiektowe systemy zarządzania bazą danych – 2. Podstawy pracy z OSZBD db4o; PDF, PDF-kolor, Pytania, (Pliki pomocnicze: Skeleton-lab5.1.java, Skeleton-lab5.2.java, Skeleton-lab5.3.java, Skeleton-lab5.4.java, Skeleton-lab5.5.java)

• Laboratorium 6: Obiektowe systemy zarządzania bazą danych – 3. Obsługa złożonych struktur danych w OSZBD db4o; PDF, PDF-kolor, Pytania, (Pliki pomocnicze: Skeleton-lab6.1.java, Skeleton-lab6.2.java, Skeleton-lab6.3.java, Skeleton-lab6.4.java, Skeleton-lab6.5.java , Skeleton-lab6.6.java)

• Laboratorium 7: Obiektowo–relacyjne systemy zarządzania bazą danych – 1. Podstawy; PDF, PDF-kolor, Pytania

• Laboratorium 8: Obiektowo–relacyjne systemy zarządzania bazą danych – 2. Kolekcje; PDF, PDF-kolor, Pytania, (Pliki pomocnicze: pracownicy.sql.zip)

• Laboratorium 9: Obiektowo–relacyjne systemy zarządzania bazą danych – 3. Zaawansowane zagadnienia; PDF, PDF-kolor, Pytania, (Pliki pomocnicze: gatunki.sql.zip)

• Laboratorium 10: Multimedialne systemy zarządzania bazą danych. Standard SQL/MM Still Image ; PDF, PDF-kolor, Pytania, (Pliki pomocnicze: uwaga.pdf, change_format.sql.zip, create_flags.sql.zip, flags.dmp.zip, flags.zip, load_flags.sql.zip)

• Laboratorium 11: XML-owe bazy danych – 1; Word, PDF, Pytania
• Laboratorium 12: XML-owe bazy danych – 2; Word, PDF, PDF - pytania, Word - pytania
• Laboratorium 13: XML-owe bazy danych – 3; Word, PDF, PDF - pytania, Word - pytania