Κωδικός Μαθήματος

ΜΔΑ-282

Εξάμηνο Μαθήματος

1ου Εξαμήνου

Πιστωτικές Μονάδες

7,5

Ηλεκτρονικό Υλικό

Λεύκιππος

Κατηγορία Μαθήματος

Υποχρεωτικό

Διδάσκοντες Μαθήματος

Γ. Βασιλακόπουλος
Χ. Δουλκερίδης

Στόχος

Ο κύριος στόχος του μαθήματος είναι η εκμάθηση από τους φοιτητές των σύγχρονων τεχνικών διαχείρισης δεδομένων, τόσο για σχεσιακά όσο και για μη σχεσιακά συστήματα βάσεων δεδομένων.Μελετώνται θέματα αναφορικά με τη μοντελοποίηση δεδομένων, τον εννοιολογικό, λογικό και φυσικό σχεδιασμό των βάσεων δεδομένων, τη γλώσσα SQL, τη φυσική αποθήκευση των δεδομένων και την επεξεργασία  και βελτιστοποίηση ερωτημάτων. Ιδιαίτερη έμφαση δίδεται στην κατανόηση σύγχρονων συστημάτων βάσεων δεδομένων και στη διαδικασία σχεδιασμού και ανάπτυξης εφαρμογών βάσεων δεδομένων σε σύγχρονα προγραμματιστικά περιβάλλοντα.

Επίσης, συζητούνται κατανεμημένες και παράλληλες βάσεων δεδομένων καθώς και σύγχρονα μη σχεσιακά συστήματα που επιτυγχάνουν υψηλή απόδοση και κλιμακωσιμότητα.

Από το μάθημα αυτό, οι φοιτητές αναμένεται να αποκτήσουν σημαντικές τεχνικές γνώσεις και δεξιότητες στη διαχείριση δεδομένων  μεγάλης κλίμακας και στην εκμάθηση μεθόδων σχεδιασμού και πραγμάτωσης βάσεων δεδομένων και συναφών εφαρμογών, με ιδιαίτερη αναφορά στη διαχείριση μεγάλων όγκων δομημένων, ημι-δομημένων και αδόμητων δεδομένων.

Οι φοιτητές μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος θα μπορούν:

  • να αναλύουν ένα πρόβλημα σχεδιασμού βάσης δεδομένων και να συλλέγουν τις απαιτήσεις για την υλοποίηση του συστήματος βάσης δεδομένων,
  • να σχεδιάζουν μία βάση δεδομένων σε εννοιολογικό και λογικό επίπεδο και να δημιουργούν των κατάλληλα μοντέλα δεδομένων,
  • να σχεδιάζουν και υλοποιούν καλά δομημένες βάσεις δεδομένων με βάση τους κανόνες κανονικοποίησης,
  • να γνωρίζουν και χρησιμοποιούν τα κατάλληλα εργαλεία για τη σχεδίαση και υλοποίηση μίας σχεσιακής βάσης δεδομένων,
  • να υλοποιούν ερωτήματα SQL για τον ορισμό και τη διαχείριση βάσεων δεδομένων,
  • να σχεδιάζουν και να υλοποιούν μια μη σχεσιακή βάση δεδομένων,
  • να αξιολογούν και να επιλέγουν το καταλληλότερο σύστημα διαχείρισης δεδομένων για ένα συγκεκριμένο πρόβλημα.

Μαθησιακά Αποτελέσματα

  • Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
  • Αυτόνομη εργασία
  • Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις
  • Λήψη αποφάσεων
  • Παράγωγή νέων ερευνητικών ιδεών
  • Σχεδιασμός και διαχείριση έργων
  • Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής
  • Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον

Περιεχόμενα Μαθήματος

  • Συστήματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων

    Εισαγωγή στα συστήματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων (ΣΔΒΔ). Επίπεδα αφαίρεσης ΣΔΒΔ. Δομή ΣΔΒΔ.

  • Σχεδιασμός σχεσιακών βάσεων δεδομένων

    Σχεσιακό Μοντέλο Δεδομένων. Κανονικοποίηση. Μοντέλο οντοτήτων-συσχετίσεων (Ο/Σ). Θεώρηση, οντότητες, συσχετίσεις, χαρακτηριστικά. Περιορισμοί ακεραιότητας (οντοτήτων και συμμετοχής). Προσδιορισμός απαιτήσεων δεδομένων. Εννοιολογικός, λογικός και φυσικός σχεδιασμός ΒΔ. Μετατροπή μοντέλου Ο/Σ σε σχεσιακό.

  • Η γλώσσα SQL

    Σύνταξη. Τύποι ερωτημάτων. Εμφωλευμένα ερωτήματα. Τελεστές συνάθροισης. Εναύσματα. Αποθηκευμένες διαδικασίες.

  • Ανάπτυξη εφαρμογών ΒΔ

    Πρόσβαση σε ΒΔ από εφαρμογές. Ανεξαρτησία εφαρμογών και ΒΔ. JDBC driver. Ανάπτυξη εφαρμογών.

  • Ευρετήρια και βελτιστοποίηση

    Φυσική αποθήκευση. Οργάνωση αρχείων στο δίσκο. Μέθοδοι ευρετηρίασης. Το Β+Δένδρο. Υπολογισμός σχεσιακών τελεστών. Βελτιστοποίηση ερωτημάτων.

  • Μη-σχεσιακές βάσεις δεδομένων

    Κίνητρα για μη-σχεσιακές βάσεις δεδομένων (NoSQL). Σύγκριση με σχεσιακές βάσεις δεδομένων. Ιδιότητες ACID. Ιδιότητες BASE. Ενδεχόμενη συνέπεια δεδομένων. Αποθήκες ζεύγων κλειδί-τιμής (REDIS). Αποθήκες εγγράφων (MongoDB). Επεκτάσιμες αποθήκες εγγραφών (Google’s BigTable, HBase, Cassandra). Αποθήκευση δεδομένων γράφων (OrientDB).

  • Ανάπτυξη document–oriented ΒΔ

    Μοντελοποίηση και αποθήκευση δεδομένων με τη μορφή εγγράφων. Σχεδίαση δομής εγγράφων. Απόκανονικοποίηση για τη βελτίωση της απόδοσης επεξεργασίας πολύπλοκων αιτημάτων.

  • Η μη-σχεσιακή βάση MongoDB

    Παρουσίαση της MongoDB. Αρχιτεκτονική της MongoDB. Σύνταξη εντολών σε MongoDB. Λειτουργίες υποστηριζόμενες από την MongoDB.

  • Η μη-σχεσιακή βάση ElasticSearch

    Διαχείριση αδόμητων δεδομένων. Προκλήσεις σχετικές με διαχείριση κειμένου. Ευρετηρίαση κειμένου και αναζήτηση Βαθμολόγηση. Στάθμιση όρων. Το μοντέλο διανυσματικού χώρου. Το σύστημα ElasticSearch.

  • Αρχές κατανεμημένης και παράλληλης διαχείρισης δεδομένων

    Αποθήκευση κατά γραμμές και κατά στήλες. Τοπικά και καθολικά ευρετήρια. Τεχνικές διαμέρισης. Κατανεμημένη επεξεργασία επερωτήσεων. Βελτιστοποίηση επερωτήσεων. Εξισορρόπηση φόρτου.

Βιβλιογραφία

  • Βασιλακόπουλος Γ. (2009): Σχεδιασμός Βάσεων Δεδομένων, Αυτοέκδοση.
  • Ramakrishnan R. & Gehrke J. (2002): Συστήματα Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων, Τόμος Ι, Έκδοση 2η (μεταφρασμένο), Eκδόσεις Τζιόλα/McGraw Hill.
  • Özsu, M. T., Valduriez P. (2011): Principles of Distributed Database Systems, Third Edition. Springer, ISBN 978-1-4419-8833-1, pp. I-XIX, 1-845.
  • Jagadish, H. V., Gehrke, J., Labrinidis, A., Papakonstantinou, Y., Patel, J. M., Ramakrishnan, R., Shahabi, C. (2014): Big Data and Its Technical Challenges. Communications of the ACM, Vol. 57 No. 7, pages 86-94.
  • Catell, R. (2010): Scalable SQL and NoSQL data stores. ACM SIGMOD Record, Volume 39 Issue 4, December 2010, pages 12-27.
  • Davoudian, A., Chen, L., Liu, M. (2018): A Survey on NoSQL Stores. ACM Comput. Surv. 51(2): 40:1-40:43.