Banco de Dados Dedutivos, Programa

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Banco de Dados Dedutivos, Programação em Lógica,
Banco de Dados Dedutivos Orientado a Objetos e
FLORID

• Departamento de Informática
• UFPE
• Jeferson Valadares
• (jlfv_at_di.ufpe.br)
• Recife, fevereiro de 1999

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Roteiro

• Linguagens de consulta de banco de dados x
  linguagens de programação
• Banco de dados dedutivo e programação em lógica
• Banco de dados orientado a objetos
• Banco de dados dedutivo orientado a objetos
• F-Logic e FLORID
• Exemplo introdutório O banco de dados acadêmico
  em FLORID
• Objetos, nomes de objetos, métodos, átomos-F,
  moléculas-F
• Classes, assinaturas e herança
• Predicados, átomos-P e BD extensional
• Regras, consultas e BD intencional

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Linguagens de consulta de banco de
dadosxLinguagens de programação

• Linguagens de consultas de banco de dados
• persistência
• acesso otimizado à memória secundária
• concorrência
• recuperação
• segurança
• maneira declarativa de recuperar e atualizar a
  informação
• ausência de representação procedimental
• atomicidade das transações
• estruturas fixas de dados

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Linguagens de consulta de banco de
dadosxLinguagens de programação

• Linguagens de programação
• uso geral
• comportamento dinâmico
• permitem daemons, gatilhos para manutenção de
  integridade
• geralmente não implementam as características
  desejáveis de um BD

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Banco de dados dedutivos e programação em lógica

• Programação em lógica
• conceito de lógica como linguagem de programação
• extensão do BD relacional
• prolog
• Banco de dados dedutivos (BDD)
• programas lógicos sem funções (como em prolog),
  mas onde todos os fatos devem ser instanciados
• ancestor (adão, X)
• modelo de interpretação do BD é finito
• BD relacional é um caso especial de BDD
• datalog

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Orientação a objetos

• Características importantes
• abstração (estrutural e comportamental) de dados
• objetos semanticamente similares são
  classificados em classes, que são organizadas em
  hierarquias de classes (é-um)
• encapsulamento
• objetos complexos
• herança não-monotônica
• noção de tipo
• Uso de linguagens orientadas a objeto com BD
• sonho antigo de usar a mesma linguagem para
  escrever as aplicações e para recuperar
  informação do BD

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Banco de dados orientado a objetos (BDOO)

• Manifesto BDOO 1
• Características obrigatórias
• objetos complexos
• identidade de objetos
• encapsulamento
• tipos e classes (organizados em hierarquias)
• overriding, overloading e late binding
• completude computacional
• extensibilidade
• persistência
• gerenciamento de armazenamento secundário
• concorrência
• recuperação
• facilidade de consulta sob demanda

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Banco de dados orientado a objetos

• Características opcionais
• herança múltipla
• verificação e inferência de tipos
• distribuição
• transações longas
• versões
• Escolhas em aberto
• paradigma de programação
• sistema de representação
• sistema de tipos
• uniformidade

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Banco de dados orientado a objetos

• Características essenciais para um linguagem de
  manipulação de BD não são implementadas pelas
  linguagens orientadas a objetos tradicionais
• Necessidade de uma linguagem que capture tanto
  orientação a objetos quanto as operações
  necessárias para manter a integridade de um BD

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Banco de dados dedutivo orientado a objetos
(BDDOO)

• BDD
• alta capacidade de inferência
• fundamentos formais
• pobre poder de modelagem
• BDOO
• rica capacidade de modelagem
• alta extensibilidade
• falta de consenso sobre o modelo de dados
• baixa capacidade de inferência
• fundamentos não tão bem formalizados quando os de
  BDD
• BDDOO
• deve combinar as vantagens dos dois métodos acima

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F-logic e FLORID

• F-logic (Frame logic) 2
• desenvolvida para capturar os bons aspectos de OO
  em um framework lógico
• provê uma teoria bem fundamentada para BDDOO e
  programação em lógica
• lógica pode ser usada como formalismo
  computacional e como linguagem de descrição -
  F-logic é adequada para definir, acessar e
  manipular esquemas de BD
• FLORID 3
• implementação em C de F-logic com algumas
  extensões
• interface web
• expressões regulares
• expressões de caminho

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O banco de dados acadêmico em FLORID

• A hierarquia é-um
• emplperson
• studentperson
• child(person)person
• facultyempl
• managerempl
• yuppieyoung
• yuppiemidaged
• articlereport
• cacmarticle
• jacmarticle

• johnstudent
• johnempl
• sallystudent
• sallyempl
• alicechild(john)
• maryfaculty
• bobfaculty
• bobmanager
• philempl
• 20young
• 30yuppie
• 40midaged

• codd70cacm
• flogic94jacm
• cs1dept
• cs2dept
• integerdatatype
• stringdatatype
• CSstring
• Marystring
• Bobstring
• msdegree
• phddegree

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O banco de dados acadêmico em FLORID

• Fatos da base (BD extensional)
• 1. Bob is 40 and is the manager of the CS
  department.
• 2. His assistants are John and Sally.
• bob name-gt Bob age-gt40 affiliati
  on-gtcs1dname-gt CS mngr
  -gtbob assistants-gtgt john, sally
• 3. Marys highest degree is an MS.
• 4. She works at the CS department and is friend
  to Bob and Sally.
• mary name-gt Mary highestDegree-gtms
  friends-gtgtbob, sally affiliation-gtcs2dnam
  e-gtCS

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O banco de dados acadêmico em FLORID

• Informações gerais das classes
• 5. Every faculty is a midaged person who writes
  articles, makes in the average 50,000 a year and
  owns a degree of some kind, typically a PhD.
• 6. A facultys boss is both a faculty and a
  manager.
• faculty bossgt(faculty, manager) agegtmidag
  ed highestDegreegtdegree papers-gtgtart
  icle highestDegree-gtphd avgSalary-gt5
  0000

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O banco de dados acadêmico em FLORID

• Informações gerais das classes (cont.)
• 7. Every person has a name, friends who must be
  persons, and children who also must be persons.
• person namegtstring friendsgtgtperson
  childrengtgtchild(person)
• 8. Every employee is affiliated to some
  department, has a boss who is also an employee
  and joint work on reports with other employees.
• empl affiliationgtdept bossgtempl j
  ointWorks_at_emplgtgtreport

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O banco de dados acadêmico em FLORID

• Informações gerais das classes (cont.)
• 9. Every department has a manager who is an
  employee and assistants who are both employees
  and students.
• dept assistantsgtgt(student, empl) mngrgtemp
  l
• Regras dedutivas
• 10. A boss is an employee who is the manager of
  another employee of the same department.
• Eboss-gtM - Eempl Ddept
  Eaffiliation-gtDmngr-gtMempl
• 11. A joint work is a paper that is written by
  two faculties.
• X jointWorks_at_Y-gtgtZ - Yfaculty
  Xfaculty Y papers-gtgtZ X papers-gtgtZ

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O banco de dados acadêmico em FLORID

• Consultas
• 0a Who are the midaged employees of the CS
  department and who are their boss?
• ?- Xempl X boss-gt Y age-gtZmidaged
  affiliation-gtDdname-gtCS.
• 0b Who published jointly with Mary in the
  Journal of the ACM?
• ?- maryjointWorks_at_Y-gtgtjacm90.
• 0c Where did Mary published joint work with
  Phil?
• ?- maryjointWorks_at_phil-gtgtZ.

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Objetos

• Construtores básicos de FLORID
• Modelam entidades do mundo real
• Representados internamente por identificadores
• Acessados por nomes
• cada nome identifica apenas um objeto
• um objeto pode ter mais de um nome

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Nomes de objetos

• Nomes de objetos e nomes de variáveis id-terms
• Nomes de objeto sempre começam com letras
  minúsculas
• bob, alice, child
• Nomes de variáveis sempre começam com letras
  maiúsculas ou underscore
• Z, Method, _11
• Dois nomes de objetos built-in
• inteiros
• 3, 3, -3
• strings (sempre entre aspas)
• Bob, Mary

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Métodos

• Representam relações entre objetos
• Aplicação de um método a um objeto átomo-F de
  dados
• id-term hospedeiro, método e resultado
• objetos podem aparecer em qualquer posição
• variáveis podem ser usadas na posição método
• Métodos funcionais ou escalares (resultam em
  apenas um objeto
• bobboss-gtjohn.
• Métodos multivalorados (podem resultar em mais de
  um objeto)
• maryfriends-gtgtbob,sally.

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Métodos

• A posição resultado de um método multivalorado
  pode ser o conjunto vazio
• bobfriends-gtgt .
• pode também ser vista como uma declaração do
  método friends
• Métodos com parâmetros
• mary jointWorks_at_(phil)-gtgtjacm90,cacm92
  jointWorks_at_(jacques)-gtgtaaai92,
  cacm92.
• mary jointWorks_at_(phil,1)-gtgtjacm90 jointWor
  ks_at_(phil,2)-gtgtcacm92.

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Métodos

• Consultas com métodos multivaloradas
• ?- mary friends-gtgtX X/bob X/sally
• importante notar que variáveis não se instanciam
  com conjuntos de dados (já que as consultas
  verificam pertinência e não igualdade)
• X/ bob,sally
• ?- maryfriends-gtgtbob,sally. true
• ?- maryfriends-gtgtbob. true
• ?- maryfriends-gtgt . true

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Átomos-F

• Expressa exatamente uma propriedade de um objeto
  (a que classe ele pertence, a especificação de um
  método)
• bobempl.
• bobboss-gtgtjohn.
• bobboss-gtgtsally.

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Moléculas-F

• Métodos representam relações entre objetos, que
  são organizados em classes
• Esta informação sobre os objetos é encapsulada
  através de moléculas-F
• bobemplboss-gtgtjohn,sally.
• Moléculas-F sem propriedades
• sally .
• Açúcar sintático da linguagem

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Classes

• Átomos-F do tipo é-um classe à qual o objeto
  pertence
• johnstudent
• sallyempl
• Átomos-F de subclasse relação de subclasse entre
  duas classes
• emplperson
• facultyempl
• F-logic também suporta overloading de métodos
• empl jointWorks_at_emplgtgtreport.
• empl jointWorks_at_(empl, integer)gtgtreport.

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Assinaturas

• Átomos-F de assinatura definem os métodos
  aplicáveis para instâncias de certas classes
• Restringem o tipo dos parâmetros e dos resultados
  destes métodos
• facultybossgt(faculty).
• facultybossgt(manager).
• personfriendsgtgtperson.
• empljointWorks_at_emplgtgtreport.
• deptassistantsgt(student, empl).
• Pode-se também declarar métodos sem restrições de
  tipo
• personbelieves_ingt( ).

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Herança

• F-logic permite herança múltipla
• Dois tipos de herança
• Herança estrutural
• propagação de uma restrição de tipo de um método
  de uma superclasse para suas subclasses (Átomos-F
  de subclasse)
• Herança comportamental
• propagação dos resultados da aplicação de um
  método de uma classe para suas instâncias e
  subclasses
• Métodos herdáveis expressam herança
  comportamental
• personbelieves_in-gtgod
• bob believes_in-gtgod
• john believes_in-gtgod
• empl believes_in-gtgod

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Herança e regras

• Resolução da herança
• johnking.
• peterking.
• kinglives-gtpalace.
• peterlives-gtabroad - johnlives-gtpalace.
• johnlives-gtabroad - peterlives-gtpalace.
• ?- sys.eval.
• Begin semi-naive evaluation
• End evaluation
• ?- Xlives-gtY.
• Answer to query ?- Xlives -gt Y.
• X/john Y/palace
• X/peter Y/abroad
• 2 output(s) printed

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Overriding

• Regras lógicas tem prioridade sobre a herança
• abrahampersonbelieves_in-gtgod
  descendant-gtgtisaacperson.
• ahabperson.
• personbelieves_in-gtbaal.
• Xbelieves_in-gtgod - abrahamdescendant-gtgtXpers
  on.
• godloves-gtgtX - Xbelieves_in-gtgod.
• ?- sys.eval.
• Begin semi-naive evaluation
• End evaluation
• ?- godloves-gtgtX.
• Answer to query ?- godloves -gtgt X.
• X/abraham
• X/isaac
• 2 output(s) printed

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Predicados e Átomos-P

• Em F-logic, predicados são usados da mesma
  maneira do que em datalog
• Um predicado seguido de um ou mais id-terms
  separados por vírgulas e incluído nos parênteses
  é chamado de Átomo-P
• friends(bob,mary).
• empl(john).
• person(bob).
• true.
• Os predicados (fatos) formam o BD extensional

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Átomos-P

• Informação expressa em átomos-P pode ser
  representada por átomos-F, obtendo-se uma
  modelagem mais natural
• maryfriends_with-gtgtbob.
• bobempl.
• maryjointWorks_at_(bob)-gtgtjacm94.
• Similarmente às moléculas-F, moléculas-P podem
  ser construídas aninhando-se átomos-F ou
  moléculas-F em átomos-P
• friends(maryaffiliation-gtcs1, bobempl).
• Átomos-F e moléculas-F podem ser aninhados em
  átomos-P, mas o inverso não é verdadeiro
• empl(bob)friends(bob,sally).

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Regras

• Baseadas em uma dada base de objetos (que pode
  ser considerada um conjunto de fatos), as regras
  oferecem a possibilidade de se derivar nova
  informação
• Guardam informação genérica da forma
• sempre que a pre-condição for verificada, a
  conclusão também será
• Xmanager-gtgtY - Xboss-gtgtY.
• Formam o BD Intencional

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Consultas

• Podem ser consideradas um tipo de regra especial
  com a primeira parte vazia
• ?- maryfriends-gtgtYempl.
• A resposta de uma consulta consiste de todas as
  variáveis tal que a instância da regra com aquela
  variável seja verdadeira na base de objetos
• Y/bob Y/sally

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Variáveis dont care

• Variáveis para resultados intermediários que não
  aparecem no resultado
• ?- Xemplboss-gt_Y, _Yfriends-gtgtsally.
• A variável _
• cada ocorrência desta variável é considerada uma
  variável dont care distinta

35
Referências

• 1. The object-oriented database system manifesto
  - Atkinson, Bancilhon, DeWitt, Dittrich, Maier
  and Zdonik
• 2. Logical foundations of object-oriented and
  frame-based languages - Kifer, Lausen and Wu
• 3. How to write F-logic programs in FLORI D -
  Frohn, Himmeröder, Kandzia and Schlepphorst