Chuyển đổi giữa cơ sở dữ liệu quan hệ và XML

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ LAN CHUYỂN ĐỔI GIỮA CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ VÀ XML LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ LAN CHUYỂN ĐỔI GIỮA CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ VÀ XML Chuyên ngành: Bảo đảm toán cho máy tính hệ thống tính tốn Mã số: 60.46.35 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Đỗ Trung Tuấn Hà Nội - 2011 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô Trường Đại học Khoa học Tự nhiên giảng dạy, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho em suốt thời gian học tập, nghiên cứu chuyên ngành cao học Bảo đảm toán cho máy tính hệ thống tính tốn Trường Đại học Khoa học Tự nhiên khóa 2009 - 2011 Cảm ơn Trung tâm Tin học ngoại ngữ Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định quan tâm tạo điều kiện, cung cấp thơng tin, quy trình quản lý Đào tạo tin học ngoại ngữ Trường để làm xây dựng chương trình thử nghiệm Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc chân thành đến thầy PGS.TS Đỗ Trung Tuấn trực tiếp hướng dẫn, tận tình giúp đỡ em hồn thành luận văn tốt nghiệp Cuối xin gửi lời cảm ơn thân thiết đến quý bạn bè, đồng nghiệp gia đình người ln gần gũi để động viên, chia sẻ suốt thời gian học tập chương trình cao học Hà Nội, tháng 12 năm 2011 Nguyễn Thị Lan MỤC LỤC I Lý chọn đề tài I.1 Cơ sở khoa học thực tiễn I.2 Các mục tiêu đề tài I.3 Nội dung nghiên cứu II Đối tượng phương pháp nghiên cứu II.1 Mục đích nghiên cứu .3 II.2 Đối tượng nghiên cứu II.3 Giả thiết khoa học II.4 Nhiệm vụ nghiên cứu II.5 Phạm vi nghiên cứu .4 II.6 Phương pháp nghiên cứu .4 III Bố cục luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ XML VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ 1.1 Khái quát đời phát triển XML 1.1.1 XML HTML 1.1.2 Mục tiêu sử dụng tài liệu XML 10 1.1.3 Các lợi ích sử dụng XML 10 1.2 Tài liệu XML 11 1.2.1 Định nghĩa tài liệu XML 11 1.2.2 Cấu trúc tài liệu XML .11 1.2.3 Các thành phần tài liệu XML 13 1.2.4 Cấu trúc tài liệu XML hợp khuôn dạng .21 1.2.5 Định nghĩa kiểu tài liệu DTD 22 1.3 Phân tích tài liệu XML theo DOM .29 1.3.1 Mơ hình đối tượng tài liệu 29 1.3.2 Phân tích tài liệu XML theo mơ hình đối tượng liệu DOM 32 1.4 Cơ sở liệu quan hệ 33 1.4.1 Hệ quản trị sở liệu 34 1.4.2 Mơ hình liệu quan hệ 35 1.4.3 Kiến trúc sở liệu quan hệ 36 1.4.4 Ràng buộc toàn vẹn sở liệu quan hệ 38 1.5 Kết luận chương 41 CHƯƠNG 43 CHUYỂN ĐỔI GIỮA CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ VÀ XML .43 2.1 Phương pháp luận 45 2.1.1 Mối quan hệ CSDL quan hệ tài liệu XML 45 2.1.2 Kiểu chế, cấu trúc XML lược đồ CSDL quan hệ .46 2.1.3 Tên kiểu phần tử 50 2.1.4 Giá trị rỗng giá trị mặc định 51 2.1.5 So sánh quan hệ CSDL quan hệ XML 52 2.1.6 Thứ tự kiểu phần tử lược dồ XML 54 2.2 Cơ chế chuyển CSDL quan hệ thành tài liệu XML .57 2.2.1 Phi chuẩn hoá lược đồ quan hệ 57 2.2.2 Kết nối CSDL phi chuẩn hoá 63 2.2.3 Ánh xạ CSDL quan hệ thành tài liệu XML 65 Ví dụ: Chuyển từ CSDL quan hệ thành XML (Hình 2.15) 68 2.3 Chuyển tài liệu XML sang CSDL quan hệ 68 2.3.1 Phương pháp ánh xạ tài liệu XML thành CSDL quan hệ 70 Ví dụ: Chuyển từ tài liệu XML thành bảng CSDL quan hệ (Hình 2.20) 72 2.3.2 Phương pháp băm nhỏ hay phân tách tài liệu XML 72 2.4 Thuật toán chuyển đổi sở liệu quan hệ XML 77 2.4.1 Biểu diễn tài liệu XML theo mơ hình DOM .78 2.4.2 Biểu diễn tài liệu XML theo dạng bảng CSDL quan hệ 79 2.4.3 Chuyển CSDL quan hệ sang tài liệu XML 80 2.5 Cài đặt thuật toán 81 2.5.1 Đọc tài liệu XML dạng DOM 81 2.5.2 Chuyển đổi tài liệu XML thành CSDL quan hệ 82 2.5.3 Chuyển CSDL quan hệ thành tài liệu XML 84 2.6 Kết luận chương 89 CHƯƠNG 90 CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 90 3.1 Yêu cầu hệ thống 90 3.1.1 Phần mềm 90 3.1.2 Phần cứng 90 3.2 Giao diện số chức chương trình .91 3.2.1 Màn hình hệ thống 91 3.2.3 Chức đăng ký học tập .92 3.2.4 Chức báo cáo thống kê .94 3.2.5 Chức tìm kiếm thơng tin 97 3.2.6 Một số kết cài đặt thuật toán 99 KẾT LUẬN 102 Các kết đạt luận văn: 102 Một số hạn chế luận văn: 102 Hướng nghiên cứu .102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 Tiếng Việt 104 Tiếng Anh 105 Nguồn từ website 105 BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt 1NF First Normal Form Dạng chuẩn 2NF Second Normal Form Dạng chuẩn 3NF Third Normal Form Dạng chuẩn BCNF Boyce Codd Normal Form Dạng chuẩn Boyce Codd CSDL Database Cơ sở liệu CSS Cascading Style Sheets Bảng kiểu xếp chồng DHTML Dynamic HyperText Markup Language Ngôn ngữ định dạng siêu văn động DOM Document Object Model Mơ hình đối tượng tài liệu DTD Document Type Definition Định nghĩa kiểu tài liệu HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn LAN Local Area Network Mạng cục SGML Standard Generalized Markup Language Siêu ngơn ngữ có khả sinh ngôn ngữ khác SQL Structured Query Language Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc URI Uniform Resource Identifier Định danh tài nguyên Internet URL Universal Resource Locator Địa 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 mở rộng XML eXtensible Markup Language Ngôn ngữ định dạng mở rộng DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng tham chiếu thực thể XML 22 Bảng 2: Các loại nút mơ hình XML 30 Bảng 3: Các phương thức mơ hình DOM 32 Bảng 4: Bảng liệu học viên .36 Bảng 1: Các kiểu phần tử 46 Bảng 2: Minh họa định nghĩa kiểu phần tử hợp thành Học viên 47 Bảng 3: So sánh yếu tố tập hợp 52 Bảng 4: Nội dung so sánh quan hệ 53 Bảng 5: Những kiểu phần tử hợp thành thứ tự 56 Bảng 6: Dữ liệu bảng liên kết 65 Bảng Khi việc băm nhỏ hay khơng lựa chọn thích hợp 74 Bảng Phương pháp XMLTABLE 75 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 Cấu trúc tài liệu XML 13 Hình 2: Tài liệu XML biểu diễn theo cấu trúc 32 Hình 3: Mơ hình hệ quản trị sở liệu 35 Hình 2.1: Chuyển đổi CSDL quan hệ XML .45 Hình 2: Các mức so sánh mơ hình quan hệ XML 46 Hình 3: Sơ đồ thực thể liên kết 58 Hình 4: Chuẩn hóa quan hệ 59 Hình 5: Phi chuẩn quan hệ 59 Hình 6: Sơ đồ thực thể liên kết 60 Hình 7: Chuẩn hóa quan hệ .61 Hình 8: Phi chuẩn quan hệ 61 Hình 9: Sơ đồ thực thể liên kết 62 Hình 10: Chuẩn hóa quan hệ .62 Hình 11: Phi chuẩn quan hệ .63 Hình 12: Những ánh xạ từ CSDL quan hệ thành tài liệu XML .65 Hình 13: Ánh xạ CSDL sang tài liệu XML 67 Hình 14: Sơ đồ chuyển CSDL quan hệ thành tài liệu XML 67 Hình 15: Chuyển từ bảng CSDL quan hệ thành tài liệu XML 68 Hình 16: Tài liệu XML thể theo mơ hình DOM .68 Hình 17: Sơ đồ chuyển tài liệu XML thành CSDL quan hệ 69 Hình 18: Những ánh xạ từ tài liệu XML thành CSDL quan hệ .70 Hình 19: Ánh xạ tài liệu XML thành CSDL quan hệ 71 Hình 20: Chuyển từ tài liệu XML thành CSDL quan hệ 72 Hình 21: Việc băm nhỏ tài liệu XML 73 Hình 22: Chèn thành phần XML giá trị thuộc tính vào cột quan hệ 77 Hình 23: Mơ hình XML dạng bảng dạng 78 Hình 24: Biểu diễn tài liệu XML theo mơ hình DOM 79 Hình 3.1: Giao diện tổng quan hệ thống 91 Hình 3.2: Màn hình đăng nhập vào quản lý hệ thống 91 Hình 3.3: Màn hình đăng ký 92 Hình 3.4: Danh sách học sinh – sinh viên đăng ký học tập trung tâm .95 Hình 3.5: Kết tra cứu thơng tin học viên 98 Hình 3.6: Kết biểu diễn tài liệu XML theo DOM 99 Hình 3.7: Kết biểu diễn tài liệu XML theo dạng bảng 100 Hình 3.8: Kết chuyển đổi từ CSDL sang tài liệu XML .100 Hình 3.9: Kết chuyển đổi từ XML sang CSDL quan hệ 101 3.2 Giao diện số chức chương trình 3.2.1 Màn hình hệ thống Là nơi bắt đầu cho chức hệ thống, nhằm cung cấp nhìn tổng thể cho người sử dụng (Hình 3.1) Hình 3.1: Giao diện tổng quan hệ thống 3.2.2 Chức đăng nhập hệ thống Khi người quản trị đăng nhập tên đăng nhập mật hệ thống chuyển đến trang quản lý hệ thống Tên đăng nhập mật lưu trữ sở liệu Microsoft SQL Server (Hình 3.2) Hình 3.2: Màn hình đăng nhập vào quản lý hệ thống 3.2.3 Chức đăng ký học tập Người học điền thông tin vào phiếu đăng ký gửi thông tin đăng ký đến phận xét tiếp nhận hồ sơ đăng ký học thông qua chức Đăng ký (Hình 3.3) Hình 3.3: Màn hình đăng ký Cách xử lý nút trang “Đăng ký học tập” a) Đăng ký: cho phép tạo tập tin TT_DangKy.xml để chứa thông tin đăng ký học tập chưa tồn máy chủ 0001 Đang học khoa Kinh tế Trường CĐCNNĐ Lê Thị Thu Trang Nữ 1984 255 Trần Huy Liệu, TP Nam Định 0123660672 TA01 LH01 GV01 Ngược lại tập tin TT_DangKy.xml tồn máy chủ thơng tin đăng ký hành nghề y tư nhân ghi thêm vào 0001 Đang học khoa Kinh tế Trường CĐCNNĐ Lê Thị Thu Trang Nữ 1984 255 Trần Huy Liệu, TP Nam Định 0123660672 TA01 LH01 GV01 0002 Đang học khoa Điện – Điên tử Trường CĐCNNĐ Nguyễn Trung Thanh Nam 1986 3/12 Nguyễn Du, TP Nam Định 0123666777 TA02 LH02 GV01 0003 Đang học khoa Cơ Khí Trường CĐCNNĐ Lê thị Minh Thư NỮ 1987 17 Đường Giải Phóng, TP Nam Định 0945777999 TA03 LH03 GV03 b) Hủy: khởi tạo trường liệu trang đăng ký giá trị mặc định để chuẩn bị cho việc đăng ký c) Thoát: cho phép quay trang chủ hệ thống thông tin “Quản lý học viên” 3.2.4 Chức báo cáo thống kê Sau đợt đăng ký học tập học viên phận xét duyệt hồ sơ cần lập báo cáo thống kê gửi danh sách học viên theo học trung tâm theo đợt cho phân tổng hợp để báo cáo với lãnh đạo sau (Hình 3.4) Hình 3.4: Danh sách học sinh – sinh viên đăng ký học tập trung tâm Danh sách hiển thị từ nguồn liệu đọc tập tin xml (DS_HocVien.xml) sau: 0001 Đang học khoa Kinh tế Trường CĐCNNĐ Lê Thị Thu Trang Nữ 1984 255 Trần Huy Liệu, TP Nam Định 0123660672 TA01 LH01 GV01 0002 Đang học khoa Điện – Điên tử Trường CĐCNNĐ Nguyễn Trung Thanh Nam 1986 3/12 Nguyễn Du, TP Nam Định 0123666777 TA02 LH02 GV01 0003 Đang học khoa Cơ Khí Trường CĐCNNĐ Lê thị Minh Thư NỮ 1987 17 Đường Giải Phóng, TP Nam Định 0945777999 TA03 LH03 GV03 3.2.5 Chức tìm kiếm thơng tin Tra cứu theo tiêu chí: tên, địa chỉ, loại hình học tập Tiêu chí kết xuất từ nguồn liệu tập tin DS_HocVien.xml sau: 0001 Đang học khoa Kinh tế Trường CĐCNNĐ Lê Thị Thu Trang Nữ 1984 255 Trần Huy Liệu, TP Nam Định 0123660672 TA01 LH01 GV01 0002 Đang học khoa Điện – Điên tử Trường CĐCNNĐ Nguyễn Trung Thanh Nam 1986 3/12 Nguyễn Du, TP Nam Định 0123666777 TA02 LH02 GV01 0003 Đang học khoa Cơ Khí Trường CĐCNNĐ Lê thị Minh Thư NỮ 1987 17 Đường Giải Phóng, TP Nam Định 0945777999 TA03 LH03 GV03 Chẳng hạn, ta chọn tiêu chí tìm kiếm “Tên học viên”, kết tìm thấy hiển thị hình sau (Hình 3.5) Hình 3.5: Kết tra cứu thông tin học viên 3.2.6 Một số kết cài đặt thuật tốn Ngồi số chức trên, chương trình thử nghiệm luận văn “Chuyển đổi sở liệu quan hệ XML” minh họa thuật toán chuyển đổi từ XML sang CSDL ngược lại a) Biểu diễn tài liệu XML theo dạng cây: tạo tài liệu XML cách đọc CSDL quan hệ Microsoft SQL Server, MySQL, Microsoft Access thông qua chức năng: Hiển thị XML từ SQL Server, Hiển thị XML từ MySQL, Hiển thị XML từ MS Access Sau hiển thị tài liệu XML dạng chức Biểu diễn theo DOM (Hình 3.6) Hình 3.6: Kết biểu diễn tài liệu XML theo DOM b) Biểu diễn tài liệu XML dạng bảng: tạo tài liệu XML cách đọc CSDL quan hệ Microsoft SQL Server, MySQL, Microsoft Access thông qua chức năng: Hiển thị XML từ SQL Server, Hiển thị XML từ MySQL, Hiển thị XML từ MS Access Sau hiển thị tài liệu XML dạng bảng chức Biểu diễn XML dạng bảng (Hình 3.7) Hình 3.7: Kết biểu diễn tài liệu XML theo dạng bảng c) Chuyển sở liệu sang tài liệu XML: đọc bảng CSDL quan hệ chẳng hạn Microsoft SQL Server, MySQL, Microsoft Access thông qua chức năng: Chuyển SQL Server sang XML, Chuyển MySQL sang XML, Chuyển MS Access sang XML, sau chuyển thành tài liệu XML tương ứng (Hình 3.8) Hình 3.8: Kết chuyển đổi từ CSDL sang tài liệu XML d) Chuyển tài liệu XML sang sở liệu: đọc tài liệu XML, sau chuyển sang CSDL Microsoft SQL Server, MySQL, Microsoft Access chức năng: Chuyển XML sang SQL Server, Chuyển XML sang MySQL, Chuyển XML sang Access (Hình 3.9) Hình 3.9: Kết chuyển đổi từ XML sang CSDL quan hệ Kết luận KẾT LUẬN Việc chuyển đổi CSDL quan hệ sang tài liệu XML ngược lại mà không cần quan tâm đến việc bảo toàn ràng buộc liệu hay việc nghiên cứu chuyển đổi có bảo tồn ràng buộc việc xét ràng buộc liệu thông qua ràng buộc khóa nghiên cứu Tuy nhiên, với phương pháp thứ rõ ràng tính ứng dụng thực tiễn khơng cao, CSDL tồn giới thực ln ln có ràng buộc lẫn Với phương pháp thứ hai thực khó khăn, phức tạp để xét hầu hết tất ràng buộc phụ thuộc liệu Các kết đạt luận văn: • Trình bày tổng quan cấu trúc tài liệu XML, định nghĩa kiểu tư liệu DTD, lược đồ, mơ hình đối tượng tài liệu DOM, phân tích tài liệu XML theo mơ hình DOM khái niệm CSDL quan hệ • Giới thiệu thuật toán chuyển tài liệu XML sang CSDL quan hệ ngược lại • Xây dựng thuật tốn chuyển đổi CSDL quan hệ XML • Cài đặt thuật tốn ngơn ngữ lập trình C# môi trường ASP.NET Trên sở xây dựng phần mềm ứng dụng “Quản lý học viên” Trung tâm tin học ngoại ngữ trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Một số hạn chế luận văn: • Thuật tốn chuyển đổi có độ phức tạp O(n2) cịn chưa tối ưu • Cơ sở liệu sử dụng chương trình chưa hồn thiện • Việc viết code chưa bắt lỗi người sử dụng cách chặt chẽ Hướng nghiên cứu tiếp theo: • Trong tương lai, luận văn phát triển để hổ trợ cho việc phục hồi CSDL quan hệ gốc từ tài liệu XML chuyển đổi trình trao đổi liệu 113 • Hồn thiện hệ thống thông tin “Quản lý học viên” hướng phát triển đề tài nhằm đáp ứng cao yêu cầu sử dụng riêng Trung tâm tin học ngoại ngữ Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định Do thời gian khả có hạn, luận văn cịn nhiều thiếu sót, em mong nhận góp ý, dẫn thêm thầy, cô bạn đồng nghiệp để em xây dựng ứng dụng hồn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn PGS.TS Đỗ Trung Tuấn thầy cô Trường Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện thuận lợi để luận văn hoàn thành thời hạn Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Tiến, Đặng Xuân Hường, Nguyễn Văn Hồi, Nguyễn Tuấn Ngọc (2001), “Nhập mơn XML thực hành ứng dụng”, NXB Thống kê Christopher Allen (2004), “Nhập môn Cơ sở liệu quan hệ Lập trình SQL”, NXB Thống kê Lê Minh Hoàng (2006), “Các thủ thuật HTML thiết kế Web”, NXB Lao động – Xã hội Lê Tiến Vương (2000), “Nhập môn sở liệu quan hệ”, NXB Thống kê Nguyễn Ngọc Bình Phương, Thái Kim Phụng, Lê Ngọc Sơn, Nguyễn Hoàng Thanh Nhàn (2007), “Các giải pháp lập trình ASP.NET 2.0”, Nhà sách Đất Việt Nguyễn Phương Lan (2003), “XML tảng ứng dụng”, NXB Lao động – Xã hội Nguyễn Thị Ngọc Mai (2007), “Lý thuyết sở liệu - Tập1, 2”, NXB Lao động – Xã hội Nguyễn Thiên Bằng, Hoàng Đức Hải, Phương Lan (2005), “Giáo trình nhập mơn XML”, NXB Lao động – Xã hội Phạm Hữu Khang (2005), “Lập trình ASP.Net 2.0”, NXB Lao động – Xã hội 10 Phạm Hữu Khang (2007), “SQL Server 2005 - Lập Trình T-SQL”, NXB Lao động – Xã hội 11.Phương Lan, Hoàng Đức Hải (2002), “Lập trình Windows với C# Net”, NXB Lao động – Xã hội 115 12 Tiếng Anh Ash Rofail and R Allen Wyke (2002), “XML Programming (Core Reference)” Published by Microsoft Corporation 13 Bhavani Thuraisingham (2002), “XML Databases and the Semantic Web”, Published by CRC Press 14 Bipin Joshi (2008), “Beginning XML with C# 2008: From Novice to Professional”, Published by Apress 15 KevinWilliams, Michael Brundage, Patrick Dengler, Jeff Gabriel, Andy Hoskinson, Michael Kay, Thomas Maxwell, Marcelo Ochoa, Johnny Papa, Mohan Vanmane (2000), “Professional XML Databases”, Published by Wrox Press Ltd 16 Vidya Vrat Agarwal, James Huddleston, Ranga Raghuram, Syed Fahad Gilani, Jacob Hammer Pedersen, and Jon Reid (2007), “Beginning C# 2008 Databases: From Novice to Professional”, Published by Apress 17 Nguồn từ website http://www.ifla.org/IV/ifla64/138-161e.htm 18 http://www.w3.org/TR/REC-xml/) 19 http://www.w3.org/standards/xml/ 20 www.xml.com 21 http://www.w3schools.com/xml/default.asp 22 http://vi.wikipedia.org ... • Tìm hiểu sở liệu quan hệ • Cách chuyển đổi sở liệu dạng XML sang sở liệu quan hệ • Cách chuyển sở liệu quan hệ sang sở liệu dạng XML II.3 Giả thiết khoa học Nếu sử dụng cơng nghệ XML khơng phát... Tổng quan XML Cơ sở liệu quan hệ Nói khác Cơ sở liệu tập hợp có cấu trúc liệu có liên quan với lưu trữ máy tính Ví dụ: Quan hệ HocVien CSDL quan hệ 1.4.1 Hệ quản trị sở liệu Hệ quản trị sở liệu. .. tạo liệu text cho nút 1.4 Cơ sở liệu quan hệ Quan hệ: Là bảng hai chiều bao gồm cột dòng (gọi bảng liệu) Thuộc tính liệu: Là tên cột quan hệ ==> Một sở liệu quan hệ tập nhiều quan hệ Cơ sở liệu