nghiên cứu cách chuyển đổi cơ sở dữ liệu quan hệ và xml, ứng dụng hệ thống vào quản lý thư viện

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT & TRUYỀN THÔNG PHẠM THỊ HƢƠNG NGHIÊN CỨU CÁCH CHUYỂN ĐỔI CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ VÀ XML, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG VÀO QUẢN LÝ THƢ VIỆN Chuyên ngành : Khoa học máy tính Mã số : 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. ĐOÀN VĂN BAN Thái Nguyên - 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn “Nghiên cứu cách chuyển đổi cơ sở dữ liệu quan hệ và XML, ứng dụng vào hệ thống quản lý thư viện” là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn này chưa từng được công bố tại bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin chân thành cám ơn các Thầy, Cô trường Đại học Công nghệ thông tin & Truyền thông đã truyền đạt cho tôi kiến thức trong suốt những năm học ở trường. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đoàn Văn Ban đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành tốt luận văn này. Thái nguyên, ngày 13 tháng 05 năm 2012 Phạm Thị Hương Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 MỤC LỤCcontents Trang phụ bìa Lời cam đoan i Mục lục ii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt v Danh mục các bảng vi Danh mục các hình vii LỜI MỞI ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 1 3. Phương pháp nghiên cứu 2 4. Tổng quan luận văn 2 Chương 1: Tổng quan về XML và cơ sở dữ liệu quan hệ 3 1.1. Tổng quan về XML 3 1.1.1. Giới thiệu về XML 3 1.1.2. Mục tiêu ra đời của tài liệu XML 3 1.1.3. Các lợi ích khi sử dụng XML 3 1.2. Cấu trúc tài liệu XML 4 1.2.1. Định nghĩa tài liệu XML 4 1.2.2. Cấu trúc tài liệu XML 4 1.2.3. Các tài liệu cơ bản của tài liệu XML 5 1.2.4. Cấu trúc một tài liệu XML hợp khuôn dạng 13 1.2.5. Định nghĩa kiểu DTD 15 1.2.6. Lược đồ XML 17 1.2.7. Bảng định nghĩa kiểu CSS 18 1.3. Phân tích tài liệu XML theo DOM 20 1.3.1. Mô hình đối tượng tài liệu 20 1.3.2. Phân tích tài liệu XML theo mô hình đối tượng dữ liệu DOM 23 1.4. Cơ sở dữ liệu quan hệ 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 1.4.1. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu 24 1.4.2. Mô hình dữ liệu quan hệ 25 1.4.3. Kiến trúc cơ sở dữ liệu quan hệ 25 1.4.4. Ràng buộc toàn vẹn cơ sở dữ liệu quan hệ 26 1.5. Kết luận chương 1 28 Chương 2: Chuyển đổi giữa cơ sở dữ liệu quan hệ và XML 29 2.1. Phương pháp luận 29 2.1.1. Cấu trúc, kiểu cơ chế của XML và lược đồ CSDL quan hệ 29 2.1.2. Mối quan hệ giữa một CSDL quan hệ và một tài liệu XML 33 2.1.3. Tên kiểu phần tử 33 2.1.4. Giá trị rỗng và giá trị mặc định 34 2.1.5. So sánh các quan hệ trong CSDL quan hệ và XML 35 2.1.6. Thứ tự kiểu phần tử trong lược đồ XML 37 2.2. Cơ chế chuyển một CSDL quan hệ thành một tài liệu XML 39 2.2.1. Phi chuẩn hóa các lược đồ quan hệ 40 2.2.2. Kết nối các CSDL đã phi chuẩn hóa 41 2.2.3. Ánh xạ một CSDL quan hệ thành một tài liệu XML 42 2.3. Chuyển một tài liệu XML sang một CSDL quan hệ 45 2.3.1. Phương pháp ánh xạ một tài liệu XML thành CSDL quan hệ 46 2.3.2. Phương pháp băm nhỏ hay phân tách các tài liệu XML 49 2.4. Thuật toán chuyển đổi giữa cơ sở dữ liệu quan hệ và XML 50 2.4.1. Biểu diễn tài liệu XML theo mô hình DOM 51 2.4.2. Biểu diễn tài liệu XML theo dạng bảng của CSDL quan hệ 52 2.4.3. Chuyển một CSDL quan hệ sang một tài liệu XML 53 2.5. Cài đặt thuật toán 53 2.5.1. Đọc tài liệu XML dưới dạng DOM 54 2.5.2. Chuyển đổi một tài liệu XML thành CSDL quan hệ 55 2.5.3. Chuyển một CSDL quan hệ thành một tài liệu XML 56 2.6. Kết luận chương 2 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 Chương 3: Thực nghiệm 61 3.1. Mô tả bài toán và giả thuyết 61 3.2. Yêu cầu hệ thống 62 3.3. Giao diện và một số chức năng của chương trình 62 3.3.1. Màn hình chính của hệ thống 62 3.3.2. Chức năng đăng nhập hệ thống 63 3.3.3. Chức năng nhập dữ liệu 63 3.3.4. Chức năng tìm kiếm thông tin 64 3.3.5. Chức năng báo cáo thống kê 65 3.4. Một số kết quả cài đặt thuật toán 65 3.4.1. Biểu diễn tài liệu XML theo dạng cây 65 3.4.2. Biểu diễn tài liệu XML dạng bảng 66 3.4.3. Chuyển CSDL sang tài liệu XML 66 3.4.4. Chuyển tài liệu XML sang CSDL quan hệ 67 3.5. Kết luận chương 3 67 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt 1NF First Normal Form Dạng chuẩn 1 2NF Second Normal Form Dạng chuẩn 2 3NF Third Normal Form Dạng chuẩn 3 BCNF Boyce Codd Normal Form Dạng chuẩn Boyce Codd CSDL Database Cơ sở dữ liệu CSS Cascading Style Sheets Bảng kiểu xếp chồng DHTML Dynamic HyperText Markup Language Ngôn ngữ định dạng siêu văn bản động DOM Document Object Model Mô hình đối tượng tài liệu DTD Document Type Definition Định nghĩa kiểu tài liệu HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản LAN Local Area Network Mạng cục bộ SGML Standard Generalized Markup Language Siêu ngôn ngữ có khả năng sinh ngôn ngữ khác SQL Structured Query Language Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc URI Uniform Resource Identifier Định danh tài nguyên trên Internet URL Universal Resource Locator Địa chỉ định vị tài nguyên toàn cầu W3C World Wide Web Consortium Tập đoàn mạng toàn cầu WAN Wide Area Network Mạng diện rộng XHTML Extensible HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản mở rộng XML eXtensible Markup Language Ngôn ngữ định dạng mở rộng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Bảng tham chiếu thực thể trong XML 14 Bảng 1.2. Các loại nút trong mô hình XML 21 Bảng 1.3. Các phương thức trong mô hình DOM 24 Bảng 2.1. Các kiểu phần tử 29 Bảng 2.2. Minh họa định nghĩa kiểu phần tử hợp thành độc giả 30 Bảng 2.3. So sánh các yếu tố trọng một tập hợp 35 Bảng 2.4. Nội dung so sánh các quan hệ 36 Bảng 2.5. Những kiểu phần tử hợp thành không có thứ tự 38 Bảng 2.6. Khi việc băm nhỏ là có hay không là 1 lựa chọn thích hợp 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Cấu trúc tài liệu XML 5 Hình 1.2. Tài liệu XML được biểu diễn theo cấu trúc cây 23 Hình 2.1. Các mức so sánh giữa mô hình quan hệ và XML 33 Hình 2.2. Sơ dồ thực thể liên kết 40 Hình 2.3. Chuẩn hóa các quan hệ 41 Hình 2.4. Phi chuẩn quan hệ 41 Hình 2.5. Những ánh xạ cơ bản từ CSDL quan hệ thành tài liệu XML 42 Hình 2.6. Ánh xạ một CSDL sang một tài liệu XML 43 Hình 2.7. Sơ đồ chuyển CSDL quan hệ thành tài liệu XML 44 Hình 2.8. Chuyển từ bảng CSDL quan hệ thành tài liệu XML 45 Hình 2.9. Tài liệu XML được thể hiện theo mô hình DOM 45 Hình 2.10. Sơ đồ chuyển tài liệu XML thành CSDL quan hệ 46 Hình 2.11. Những ánh xạ cơ bản từ tài liệu XML thành CSDL quan hệ 47 Hình 2.12. Ánh xạ một tài liệu XML thành một CSDL quan hệ 48 Hình 2.13. Chuyển từ một tài liệu XML thành một CSDL quan hệ 48 Hình 2.1.4. Mô hình XML ở dạng bảng và dạng cây 50 Hình 2.15. Biểu diễn tài liệu XML theo mô hình DOM 51 Hình 2.16. Biểu diễn tài liệu XML theo dạng bảng 52 Hình 2.17. Chuyển tài liệu XML sang cơ sở dữ liệu quan hệ 56 Hình 2.18. Chuyển một CSDL sang tài liệu XML 60 Hình 3.1. Giao diện tổng quan của hệ thống 62 Hình 3.2. Màn hình đăng nhập vào quản lý hệ thống 63 Hình 3.3. Màn hình độc giả 63 Hình 3.4. Kết quả tra cứu thông tin độc giả 65 Hình 3.5. Kết quả biểu diễn tài liệu XML theo DOM 65 Hình 3.6. Kết quả biểu diễn tài liệu XML theo dạng bảng 66 Hình 3.7. Kết quả chuyển đổi từ CSDL sang tài liệu XML 66 Hình 3.8. Kết quả chuyển đổi từ XML sang CSDL quan hệ 67 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay công nghệ thông tin đã được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế, chính trị, xã hội, y tế và giáo dục,…. Đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển dịch nền kinh tế, xã hội, làm thay đổi đáng kể về lối sống, phong cách làm việc và nhận thức trong công việc. Với sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực công nghệ mạng đã cho ra đời nhiều dịch vụ từ xa, đặc biệt là sự ra đời của dịch vụ “application as a service”. Các giao dịch, tương tác, giao tiếp với nhau đều thông qua môi trường Internet. Điều này đã biến công nghệ thông tin trở thành một công cụ không thể thiếu được trong sự phát triển của mọi lĩnh vực, mọi ngành nghề. Cùng với sự phát triển đó thì có hàng loạt các ngôn ngữ và các giao thức giao tiếp, thiết kế trang web cũng ra đời để phục vụ cho những mục đích, dịch vụ nhất định. Có nhiều ngôn ngữ đã phát triển phổ biến như HTML, DHTML, Java, PHP, ASP,…. mỗi loại ngôn ngữ cũng đều có ưu và nhược điểm riêng. XML trở nên phổ biến có rất nhiều nguyên nhân. Điểm quan trọng nhất là XML cho phép dễ dàng xử lý, chuyển tải và trao đổi dữ liệu giữa nhiều ứng dụng và tài liệu, người dùng với các định dạng khác nhau. Nhận thấy tính thiết thực của vấn đề này và được sự gợi ý của giảng viên hướng dẫn, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu cách chuyển đổi cơ sở dữ liệu quan hệ và XML, ứng dụng vào hệ thống quản lý thư viện” làm đề tài cho luận văn thạc sĩ của mình. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu về XML và cách định dạng các tài liệu XML - Nghiên cứu XML để đơn giản hóa việc chia sẻ dữ liệu giữa các hệ thống khác nhau, đặc biệt là các hệ thống được kết nối với Internet. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 - Nghiên cứu các thuật toán chuyển đổi một cơ sở dữ liệu quan hệ thành một cơ sở dữ liệu dạng XML và ngược lại chuyển một cơ sở dữ liệu dạng XML về một cơ sở dữ liệu quan hệ. 3. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu qua các tài liệu như: sách, các bài báo, thông tin trên các website và các tài liệu liên quan. - Phân tích, tổng hợp lý thuyết và giới thiệu các thuật toán chuyển đổi một cơ sở dữ liệu quan hệ sang dạng tài liệu XML và ngược lại. - Ứng dụng ngôn ngữ lập trình C# trong môi trường ASP.NET để triển khai xây dựng một chương trình ứng dụng demo về việc “Quản lý thư viện” tại Thư viện Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định. 4. Tổng quan luận văn Luận văn được trình bày theo hình thức từ trên xuống. Bắt đầu của mỗi phần đều đưa ra những khái niệm cơ bản và quy định cho phần trình bày tiếp sau nhằm mục đích giúp dễ dàng trong khi đọc, dần dần đi sâu vào để thảo luận rõ hơn những vấn đề liên quan. Luận văn được trình bày trong 3 chương và phần kết luận Chƣơng 1: Tổng quan về XML và cơ sở dữ liệu quan hệ Trình bày tổng quan về cấu trúc một tài liệu XML, định nghĩa kiểu tư liệu DTD, lược đồ, mô hình đối tượng tài liệu DOM, phân tích tài liệu XML theo mô hình DOM và các khái niệm cơ sở về cơ sở dữ liệu (CSDL) quan hệ. Chƣơng 2: Chuyển đổi giữa cơ sở dữ liệu quan hệ và XML Giới thiệu phương pháp luận chuyển một tài liệu XML sang một CSDL quan hệ và ngược lại. Đưa ra thuật toán chuyển đổi giữa cơ sở dữ liệu quan hệ và XML. Chƣơng 3: Thực nghiệm Trình bày việc cài đặt thuật toán bằng ngôn ngữ lập trình C# trong môi trường ASP.NET, trên cơ sở xây dựng ứng dụng “Quản lý thư viện” tại thư viện trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Kết luận: Tóm tắt các nội dung chính, các kết quả đạt được và hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn [...]... kiểu dữ liệu, các cấu trúc, các ràng buộc cho các dữ liệu sẽ được lưu trữ - Xây dựng cơ sở dữ liệu là lưu trữ dữ liệu lên các phương tiện lưu trữ được hệ quản trị cơ sở dữ liệu kiểm soát - Thao tác trên một cơ sở dữ liêu là quá trình truy vấn cơ sở dữ liệu để lấy ra các dữ liệu cụ thể, cập nhật cơ sở dữ liệu, tạo ra các báo cáo từ dữ liệu 1.4.2 Mô hình dữ liệu quan hệ 1.4.2.1 Định nghĩa quan hệ Gọi... quan hệ Một cơ sở dữ liệu quan hệ là một tập của một hoặc nhiều quan hệ, trong đó mỗi quan hệ là một bảng hai chiều bao gồm các cột và các hàng (gọi là bảng dữ liệu hay quan hệ) Bảng dữ liệu chính là hình thức thể hiện cụ thể của kiểu thực thể khi chúng ta xây dựng cơ sở dữ liệu, bảng dữ liệu được sử dụng để lưu dữ liệu về các thực thể trong lớp thực thể đó Như vậy, bảng dữ liệu là một tập các bộ dữ liệu. .. trong tài liệu docType Trả về kiểu của nút gốc Length Trả về các nút trong danh sách các nút nodeName Trả về tên của một nút noteValue Trả về giá trị của một nút noteType Xác định kiểu dữ liệu của một nút createElement() Khởi tạo một thành phần mới trong tài liệu createTextNode() Khởi tạo dữ liệu text cho một nút 1.4 Cơ sở dữ liệu quan hệ 1.4.1 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là phần... bản ghi dữ liệu, mỗi bộ có một số lượng thuộc tính như nhau nhưng có thể khác nhau về giá trị Bảng dữ liệu trong cách tiếp cận CSDL quan hệ được hiểu chính xác hơn bằng cụm từ quan hệ Một quan hệ bao gồm lược đồ quan hệ và một thể hiện quan hệ Trong đó thể hiện quan hệ chính là một bảng còn một lược đồ quan hệ miêu tả tiêu đề các cột của bảng đó Trong một quan hệ không thể tồn tại hai bộ dữ liệu giống... nhiều hệ điều hành khác nhau Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 33 như Linux, Unix và MacOS ngoại trừ SQL Server của Microsoft chỉ chạy trên hệ điều hành Windows [7] * Ưu điểm của việc thiết kế hệ quản trị Cơ sở dữ liệu: - Cho phép người sử dụng tạo ra và duy trì Cơ sở dữ liệu - Cho phép định nghĩa, xây dựng và thao tác dữ liệu: - Định nghĩa một cơ sở dữ liệu. .. 1.4.4.3.Chuẩn hóa một cơ sở dữ liệu quan hệ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 36 Chuẩn hóa một cơ sở dữ liệu quan hệ là rất cần thiết trong thực tế vì nhờ bước chuẩn hóa này mà chúng ta có thể loại bỏ tối đa sự dư thừa dữ liệu - một trong những nguyên nhân dẫn đến sự không toàn vẹn dữ liệu Chuẩn hóa một CSDL có nghĩa là chúng ta sẽ đưa các lược đồ quan hệ về một trong... buộc về thành phần và thuộc tính được kết hợp trong tài liệu Tài liệu XML có thể được soạn thảo bởi các hệ soạn thảo thông thư ng như: Notepad, EditPlus, hay các trình soạn thảo chuyên dụng của XML như: XML Notepad, XMLWriter, XML Spy, [8] 1.2.2 Cấu trúc tài liệu XML Tài liệu XML chỉ chứa đựng dữ liệu và cách lưu trữ dữ liệu mà không hề đề cập tới cách thức trình bày dữ liệu Một tài liệu XML sẽ chứa... liệu XML theo mô hình đối tƣợng dữ liệu DOM Theo W3C, định nghĩa tài liệu theo mô hình đối tượng dữ liệu DOM cơ bản là giao diện trình ứng dụng API không phụ thuộc vào ngôn ngữ và chương trình, cho phép các chương trình và các kịch bản truy cập và cập nhật tự động nội dung, cấu trúc và kiểu của các tài liệu XML cũng như HTML Với mô hình đối tượng dữ liệu DOM, một tài liệu XML có thể được phân tích:... thiết kế và khai thác các hệ thống cơ sở dữ liệu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 35 1.4.4.1 Định nghĩa Ràng buộc toàn vẹn là một điều kiện bất biến không được vi phạm trong một cơ sở dữ liệu Trong thực tế, một CSDL luôn luôn tồn tại những mối liên hệ qua lại lẫn nhau giữa các thuộc tính, giữa các bộ giá trị trong cùng một quan hệ hoặc trong các quan hệ với... Trong bảng dữ liệu, mỗi thuộc tính nhận giá trị nằm trong một miền nào đó gọi là miền giá trị Cũng như kiểu dữ liệu, miền giá trị không chỉ xác định tập giá trị cho thuộc tính mà còn xác định các thao tác được phép sử dụng trên các dữ liệu của CSDL quan hệ 1.4.4 Ràng buộc toàn vẹn cơ sở dữ liệu quan hệ Ràng buộc toàn vẹn và kiểm tra sự vi phạm ràng buộc toàn vẹn là một trong những vấn đề quan trọng . thực của vấn đề này và được sự gợi ý của giảng viên hướng dẫn, em đã chọn đề tài Nghiên cứu cách chuyển đổi cơ sở dữ liệu quan hệ và XML, ứng dụng vào hệ thống quản lý thư viện làm đề tài cho. liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn Nghiên cứu cách chuyển đổi cơ sở dữ liệu quan hệ và XML, ứng dụng vào hệ thống quản lý. http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 1.4.1. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu 24 1.4.2. Mô hình dữ liệu quan hệ 25 1.4.3. Kiến trúc cơ sở dữ liệu quan hệ 25 1.4.4. Ràng buộc toàn vẹn cơ sở dữ liệu quan hệ 26 1.5. Kết luận