{"id":158,"date":"2018-10-12T14:57:23","date_gmt":"2018-10-12T12:57:23","guid":{"rendered":"https:\/\/cbrell.de\/blog\/?p=158"},"modified":"2022-02-08T22:33:11","modified_gmt":"2022-02-08T21:33:11","slug":"daten-und-datenmodellierung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cbrell.de\/blog\/daten-und-datenmodellierung\/","title":{"rendered":"Daten und Datenmodellierung (1)"},"content":{"rendered":"

Teil 1: Daten speichern im Dateisystem<\/h1>\n

Andere Teile der Serie:<\/p>\n

Zum Teil 2: Daten in Datenbanken \/ Datenbankmanagementsystemen<\/a><\/p>\n

Zum Teil 3: Datenmodellierung mit ERM und Relationenmodell<\/a><\/p>\n

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Motivation.<\/h1>\n

Ein Computerprogramm ist die Umsetzung von Algorithmen in eine „maschinengerechte“ Sprache. Damit kann ein Computer Gesch\u00e4ftsprozesse unterst\u00fctzen oder zum Spielen genutzt werden. In allen F\u00e4llen stellt ein Computerprogramm Funktionen bereit, die meist Daten<\/em> einlesen, die Daten transformieren und dann die Daten wieder abspeichern. Im Falle von Betrieblichen Anwendungen ist zu beobachten, dass die Daten den „Kern“ der Digitalisierung darstellen und das eigentlich Wichtige sind. W\u00e4hrend Programme alle paar Jahre erneuert und ausgetauscht werden, sind Datenbest\u00e4nde<\/em> erstaunlich stabil. Daher ist es wichtig, ein (auch technisches)\u00a0 Verst\u00e4ndnis f\u00fcr das Speichern und Bewahren von Daten zu entwickeln. Zudem ist es sinnvoll, Modelle f\u00fcr die Strukturierung von Daten zu kennen.<\/p>\n

Diese Artikelserie will einen besonders einfachen und kompakten Zugang zur Datenmodellierung erm\u00f6glichen.<\/p>\n

Was sind (Computer-) Daten?<\/h1>\n

Daten sind zun\u00e4chst eine archivierbare Form von Kenntnissen \u00fcber Fakten in der wirklichen Welt. Das k\u00f6nnen Texte sein (Anleitungen, Kochrezepte …) oder Zahlen wie 22,3 oder\u00a033.935. Insbesondere die Zahlen helfen erst weiter, wenn man wei\u00df, dass es\u00a0 heute um 11:00 22,3 Grad Celsius Au\u00dfentemperatur sind und dass der Goldpreis am 12.10.2018 33.935 \u20ac pro kg betr\u00e4gt. Mit diesen weiteren Merkmalen, die den nackten Zahlen eine Struktur geben, werden aus den Zahlen Informationen. Erst wenn diese Informationen mit den Erfahrungen von Menschen angereichert werden, lassen sich Entscheidungen treffen. Ist die Temperatur angenehm? Dann gehe ich ins Schwimmbad. Ist der Goldpreis hoch im Vergleich zu sonst? Dann verkaufe ich meine Goldvorr\u00e4te. So werden aus Informationen Wissen – durch die Nutzung und Anreicherung mit Erfahrung.<\/p>\n

W\u00e4hrend die Erfahrungen von Menschen schwer in den Computer zu bekommen sind, gelingt dies mit Daten und Informationen gut. Dazu m\u00fcssen die Daten zun\u00e4chst in eine computergerechte Form gebracht werden, hei\u00dft, die Darstellung der Zahlen muss zur Technik im Computer passen. In einem Computer k\u00f6nnen nur physikalische Zust\u00e4nde (wie zum Beispiel ein kleines Magnetfeld auf einer Festplatte oder ein reflektierendes Aluminiump\u00fcnktchen auf einer CD) gespeichert werden. Die Daten (Buchstaben und Zahlen) sind daher immer in eine Reihenfolge von 0 und 1 umzucodieren. Um dies zu tun und M\u00f6glichkeiten bereitzustellen, wieder „menschenlesbar“ an die Daten zu kommen, werden ebenfalls Computerprogramme ben\u00f6tigt. Diese Computerprogramme hei\u00dfen dann z.B. Dateimanager (wie der Windows Explorer auf dem PC oder der Finder auf dem Mac), Dateisystem (als Teil des Betriebssystems) oder Relationales Datenbankmanagementsystem (z.B. DB2 von IBM, Oracle oder MySQL).<\/p>\n

Speicherung von Daten im Dateisystem.<\/h1>\n

Einfache Textdateien<\/h2>\n

Eine einfache M\u00f6glichkeit, Daten zu speichern, besteht darin, sie in sogenannten Dateien im Dateisystem abzulegen.\u00a0 Dabei ist die Ablage in den Dateisystemen z.B f\u00fcr Windows und MacOS hierarchisch organisiert: Es k\u00f6nnen Ordner angelegt werden, es k\u00f6nnen darin wieder Ordner angelegt werden, die Daten werden dann darin gespeichert. Die Datei und die Ordner haben Namen, z.B. befindet sich die Textdatei „kochrezept.txt“ im Ordner „Kochrezepte“, der\u00a0 wiederum im Ordner „meine Daten“ auf der Festplatte mit der Bezeichnung „C:“ angelegt ist. Unter Windows sieht dann der Zugang, der sogenannte „Pfad“ zu der Datei so aus: C:\\meineDaten\\Kochrezepte\\kochrezept.txt.<\/p>\n

Computerprogramme, mit denen bequem solche Dateien erzeugt, gelesen, ver\u00e4ndert und gespeichert werden k\u00f6nnen, sind Notepad++ unter Windows oder Sublime Text auf dem Mac under MacOS.<\/p>\n

Daten aus einfachen Zahlen als txt-Dateien<\/h2>\n

Auch Zahlen kann man in der gleich Form wie Texte im Dateisystem ablegen. So kann eine Liste von Telefonnummern z.B. unter dem Namen telefonnummern.txt gespeichert werden. Hat man mehrere Telefonnummern, so ist zu \u00fcberlegen, wie das Ende der einen und der Anfang der n\u00e4chsten Telefonnummer unterschieden werden kann. Das k\u00f6nnte mit einem Zeichen funktionieren, das nicht in einer Telefonnummer vorkommt, z.B. ein „;“. Der \u00dcbersichtlichkeit halber wird als Trennung f\u00fcr eine solche Liste meist ein Zeilenumbruch gew\u00e4hlt, und die Telefonnummern stehen ordentlich untereinander.<\/p>\n

021514 6782453
\n021541 6254273
\n015772 62444902<\/p>\n

Abb. 2: Beispiel Liste mit Telefonnummern<\/em><\/p>\n

Daten aus Zahlen und Bezeichnungen als csv-Dateien<\/h2>\n

Hat man sehr viele Telefonnummern, wird es sinnvoll dazuzuschreiben, zu welcher Person die Telefonnummer geh\u00f6rt. Sp\u00e4testens jetzt ist dar\u00fcber nachzudenken, wie die Struktur der Daten aussehen soll, so dass aus den Daten Informationen werden. Bei einer manuellen Aufschreibung auf einem Blatt mit Rechenk\u00e4stchen w\u00fcrde man vermutlich die Form einer Tabelle w\u00e4hlen. In eine Zeile schreibt man den Namen der Person und dahinter die Telefonnummer, in der n\u00e4chsten Zeile die zweite Person mit der Telefonnummer und so weiter (vgl. Abb. 3). Dieses intuitive Vorgehen kann man bei der Speicherung im Dateisystem beibehalten. Dabei gibt man der Textdatei eine Struktur: Zun\u00e4chst kommt der Name, dann ein Trennzeichen wie z.B. „;“, dann die Telefonnummer, zuletzt ein Zeilenumbruch (Abb. 4). Wichtig ist, dass die Daten zwischen den Trennzeichen „atomar“ sind, hei\u00dft, es wird nur eine Telefonnummer in eine Zelle geschrieben und nicht zwei. Eine Zeile 1;Kurt;021144556677 ist atomar, eine Zeile mit zwei Telefonnummern ist es nicht, 1;Kurt;021144556677 0157724353474 w\u00e4re also ung\u00fcnstig.<\/p>\n

Vorteilhaft ist es, eine solch strukturierte Textdatei mit der Endung csv abzuspeichern, also „telefonnummern.csv“. \u00d6ffnet man die Datei mit einer Tabellenkalkulation, z.B. Excel, so wird sie gleich als ordentliche Tabelle angezeigt. csv ist die Abk\u00fcrzung f\u00fcr „Comma Separated Values“. Im englischen Sprachraum nimmt man als Trennzeichen ein Komma. Das kollidiert in Deutschland mit dem Dezimaltrenner, daher ist in Deutschland ein Semikolon \u00fcblich.<\/p>\n

Derart strukturierte Dateien nennt man oft lax „CSV-Datei“. Der Aufbau von CSV-Dateien ist standardisiert im RFC 4180<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Abb. 3: Daten tabellarisch manuell strukturieren<\/em><\/p>\n

Kurt;0215187837
\nEmma;021387215
\nKarl;02431478372<\/p>\n

Abb.4: Daten tabellarisch im CSV-Format<\/p>\n

Daten mit komplexer Struktur in xml-Dateien<\/h2>\n

Wenn z.B. eine Person mehrere Telefonnummern hat, k\u00f6nnte man in der tabellarischen Struktur mehrere Spalten vorsehen. Ist die Anzahl der m\u00f6glichen Telefonnummern allerdings zun\u00e4chst nicht bekannt,\u00a0 sind andere Strukturierungsformen sinnvoll. Eine M\u00f6glichkeit ist, mit mehreren CSV-Dateien zu arbeiten. Der Umgang mit mehreren Tabellen, die sich aufeinander beziehen wird allerdings schnell un\u00fcbersichtlich. Genau f\u00fcr diesen Anwendungsfall wurden daher\u00a0 Relationale Datenbankmanagementsysteme entwickelt. Eine weitere M\u00f6glichkeit, weiterhin einfache Dateien im Dateisystem zu nutzen, ist die Strukturierung mit XML. XML hei\u00dft „extensible markup language“ und soll hier nur am Beispiel in Abb. 3 erkl\u00e4rt werden. Das Grundprinzip ist, dass Daten mit sogenannten Tags in spitzen Klammern gekennzeichnet werden. Diese Tags lassen sich ineinander Schachteln, damit sind fast beliebig komplizierte Strukturierungen f\u00fcr Daten darstellbar. XML wird vom W3C standardisiert<\/p>\n

<xml>
\n<kontakt>
\n<name>Karl<\/name>
\n<tel>02113 445532<\/tel>
\n<tel>015771 08154711<\/tel>
\n<\/kontakt>
\n<kontakt>
\n<name>Emma<\/name>
\n<tel>02113 885532<\/tel>
\n<\/kontakt>
\n<\/xml><\/p>\n

Abb. 3\u00a0 xml-formatierte Telefonliste mit unterschiedlich vielen Telefonnummern<\/em><\/p>\n

Daten mit komplexer Struktur – weitere Formate<\/h2>\n

Weitere Formate, um Daten zu strukturieren und in einfachen Textdateien abzulegen, sind z.B.<\/p>\n