Tema II: El modelo relacional de datos. (2.4)

Transcripción

1 El modelo relacional de datos. Tema II: El modelo relacional de datos. (2.4) 2.1 Modelo relacional de datos (Aproximación algebraica) Estructuras de datos: tupla, relación Operadores asociados a la estructura relación: Álgebra Relacional. 2.2 Esquema relacional: representación de la realidad. 2.3 Modelo relacional de datos (Aprox. lógica) Lógica de 1 er orden Interpretación lógica de una base de datos relacional. Lógica 1 er orden como lenguaje. 2.4 Restricciones de integridad. (cod_dep: dom_dep, nombre:dom_nom) nro_emp cod_dep dni nombre nombre teléfono cod_dep Extensión válida del esquema Extensión no adecuada del esquema nro_emp dni nombre teléfono cod_dep Juan C. Ródenas 7796 d Robert Capilla? d José V. Dualde 5760 d María Frasnedo 3560 d Cristina Guillot 7439 d8 cod_dep nombre ? 4590? Hay dos empleados con el mismo DNI. Hay dos empleados con el mismo número de trabajador. Hay un empleado sin nombre. Hay una referencia a un departamento no existente en? d1 d2 d3 Ventas Compras Contabilidad

2 restricción de integridad propiedad del mundo real del cual la base de datos es una representación para que la base de datos sea una representación fiel de la realidad debe cumplir estas restricciones en cualquier instante de su historia las restricciones deben ser comprobadas después de cada actualización de la base de datos Restricciones de Integridad: Restricciones sobre atributos: de dominio y de valor no nulo Restricciones de unicidad Restricción de clave primaria Restricción de clave ajena (integridad referencial) si las restricciones se definen en el esquema de la base de datos el SGBD puede velar por su cumplimiento rechazando operaciones del usuario que las violen Restricciones de Integridad: El atributo nro_emp identifica de forma únivoca a los empleados El atributo dni es único para cada empleado Se debe conocer el nombre de todo empleado El atributo cod_dep de referencia al departamento de adscripción del empleado Restricciones de Integridad: restricción de El atributo nro_emp identifica de forma clave únivoca primaria a los empleados restricción de El atributo dni es único para cada empleado unicidad restricción de Se debe conocer el nombre de todo empleado valor no nulo El atributo cod_dep de referencia al departamento de adscripción del restricción empleado de clave ajena o integridad referencial

3 Restricciones de Integridad: Restricciones sobre atributos: de dominio y de valor no nulo Restricciones de unicidad Restricción de clave primaria Restricción de clave ajena (integridad referencial) Valor NO NULO Dado un conjunto de atributos K de R (K ) se dice que R satisface una restricción de valor no nulo sobre K si se cumple la siguiente propiedad: t ( t R Ai K y t(ai) tiene valor nulo) en caso contrario R viola esta restricción. VNN={nombre} Restricciones de Integridad: Restricciones sobre atributos: de dominio y de valor no nulo Restricciones de unicidad Restricción de clave primaria Restricción de clave ajena (integridad referencial) Unicidad Dado un conjunto de atributos K de R (K ) se dice que R satisface una restricción de unicidad sobre K si se cumple la siguiente propiedad: t1 t2 ( t1 R y t2 R y t1 t2 Ai K (t1(ai) t2(ai))) en caso contrario R viola esta restricción. VNN={nombre} UNI={dni}

4 Restricciones de Integridad: Restricciones sobre atributos: de dominio y de valor no nulo Restricciones de unicidad Restricción de clave primaria Restricción de clave ajena (integridad referencial) Clave primaria Un conjunto CP de atributos de una relación R que identifican de forma unívoca sus tuplas Si CP se define como clave primaria de R, se dice que R satisface la restricción de clave primaria si: R satisface la restricción de unicidad sobre CP R satisface la restricción de valor no nulo sobre CP en caso contrario R viola esta restricción. Nota: CP debe ser minima, es decir no debe haber un subconjunto propio de CP que a su vez pueda ser clave primaria (cod_dep: dom_dep, nombre:dom_nom) CP={cod_dep}, VNN={nombre} Restricciones de Integridad: Restricciones sobre atributos: de dominio y de valor no nulo Restricciones de unicidad Clave primaria Clave ajena (integridad referencial)

5 Clave ajena (integridad referencial) (cod_dep: dom_dep, nombre:dom_nom) CP={cod_dep}, VNN={nombre} El atributo cod_dep de referencia al departamento de adscripción del empleado nro_emp dni nombre teléfono cod_dep cod_dep nombre cod_dep de es un atributo de referencia (clave ajena) su función es hacer referencia a las tuplas de su valor en una tupla de, si no es nulo, debe coincidir con el valor del atributo cod_dep de una tupla de. CAj={cod_dep} f(cod_dep)=cod_dep (cod_dep: dom_dep, nombre: dom_nom) CP={cod_dep}, VNN={nombre} nro_emp dni nombre teléfono cod_dep Juan C. Ródenas 7796 d Robert Capilla? d José V. Dualde 5760 d María Frasnedo 3560 d Cristina Guillot 7439 d8 cod_dep nombre d1 Ventas d2 Compras d3 Contabilidad? viola la restricción de clave ajena para el atributo cod_dep

6 Clave Ajena nro_emp dni nombre teléfono cod_dep Juan C. Ródenas 7796 d Robert Capilla? d José V. Dualde 5760 d María Frasnedo 3560 d Cristina Guillot 7439 d3 cod_dep nombre d1 Ventas d2 Compras d3 Contabilidad Clave Ajena Sea: R una relación de esquema ρ = {(A 1, D 1 ), (A 2, D 2 ),, (A n, D n )} S una relación de esquema σ = {(B 1, E 1 ), (B 2, E 2 ),, (B m, E m )} A ρ el conjunto de nombres de atributo de ρ, A ρ = {A 1, A 2,, A n } A σ el conjunto de nombres de atributo de σ, A σ = {B 1, B 2,, B m } satisface la restricción de clave ajena para el atributo cod_dep Clave Ajena Una clave ajena CA de R que hace referencia a S se define: 1) un subconjunto K = {A i, A j,, A k } (K A ρ y K ), 2) una biyección f: K J tal que: J A σ, J tiene restricción de unicidad, y A i (A i K A i y f(a i ) tienen el mismo dominio, y 3) un tipo de integridad referencial que puede ser: débil, parcial o completa. Clave Ajena Tipos de integridad referencial: 1) Debil: Si en una tupla de R todos los atributos son no nulos, existe una tupla en S que tome los mismos valores. 2) Parcial: Si en una tupla de R algún atributo que no es nulo, existe una tupla en S que tome los mismos valores. 3) Completa: Si en una tupla de R todos los atributos deben tener valor nulo o todos los valores no nulos. Si es así, existe una tupla en S que toma los mismos valores.

7 Clave Ajena Si K = {A i }(sólo contiene un atributo) los tres tipos de integridad referencial coinciden. Si K = {A i } (sólo contiene un atributo) se dice que R satisface la restricción de integridad referencial sobre CA si se cumple: en cualquier tupla de R o A i tiene valor nulo o existe una tupla en S que tiene en el atributo de J, f(a i ), el mismo valor. t ( t R ( nulo(t(a i )) m (m S y t(a i ) = m(f(a i ))) )) en caso contrario R viola esta restricción. Clave Ajena (integridad referencial) R CAj={cod_dep} f(cod_dep) = cod_dep (cod_dep: dom_dep, nombre:dom_nom) CP={cod_dep}, VNN={nombre} S J J tiene restricción de unicidad K f: K J f (cod_dep) = cod_dep en algunos casos se puede omitir Clave Ajena con varios atributos la clave ajena puede ser parcialmente nula Ejemplo: Gestión de la programación de cursos en un Centro de Estudios. se mantiene información sobre las distintas materias sobre las que se imparten cursos: código interno de la materia y descripción (Materia) se dispone de un registro de profesores: código interno del profesor, nombre y nivel de preparación para impartir distintas materias (Profesor, Oferta) se mantiene información sobre la programación de cursos realizada: código interno del curso, materia, profesor y fecha prevista (Cursos)

8 Materia cod_mat BDA LINUX WWW CP={cod_mat} des Bases de datos Linux Web Oferta cod_mat cod_prof nivel BDA p2 1 WWW p5 2 BDA p3 4 Profesor cod_prof p2 p3 p5 CP={cod_prof} nombre Jesús Pérez Luis García Pedro Sanz CP={cod_mat, cod_prof} CAj={cod_mat} Materia f(cod_mat=cod_mat CAj={cod_prof} Profesor f(cod_pof=cod_prof Oferta satisface las restricciones de clave ajena para {cod_mat} y {cod_prof} Materia cod_mat BDA LINUX WWW CP={cod_mat} des Bases de datos Linux Web Oferta cod_mat cod_prof nivel BDA p2 1 WWW p5 2 BDA p3 4 CP={cod_mat, cod_prof} CAj={cod_mat} Materia CAj={cod_prof} Profesor Profesor cod_prof nombre p2 Jesús Pérez p3 Luis García p5 Pedro Sanz CP={cod_prof} satisface Cursos la restricción de clave ajena Cursos para {materia, profesor}? curso materia profesor fecha 1 BDA p2 1/6/99 satisface 2 LINUX? 1/5/00 depende 4 WWW? 15/2/00 depende 3?? 15/3/01 satisface CP= {curso}, VNN={fecha} CAj= {materia, profesor} Oferta f(materia)=cod_mat, f(profesor)=cod_prof Tres tipos de Integridad Referencial: I.R Débil I.R Parcial I.R Completa Materia cod_mat BDA des Bases de datos Profesor cod_prof p2 nombre Jesús Pérez LINUX Linux p3 Luis García WWW Web p5 Pedro Sanz CP={cod_mat} CP={cod_prof} I.R Débil: Cursos satisface la restricción de clave ajena Oferta Cursos para {materia, profesor} curso materia profesor fecha cod_mat cod_prof nivel 1 BDA p2 1/6/99 satisface BDA p2 1 2 LINUX? 1/5/00 satisface WWW p5 2 4 WWW? 15/2/00 satisface BDA p3 4 3?? 15/3/01 satisface CP={cod_mat, cod_prof} CP= {curso}, VNN={fecha} CAj={cod_mat} Materia CAj= {materia, profesor} Oferta CAj={cod_prof} Profesor f(materia)=cod_mat, f(profesor)=cod_prof CAj={materia} Materia, f(materia)=cod_mat CAj={profesor} Profesor, f(profesor)=cod_prof

9 Clave Ajena Si K contiene más de un atributo, R satisface la restricción de integridad referencial sobre CA si, según el tipo elegido, se cumple la propiedad que se especifica a continuación: I. R. Débil: para toda tupla de R se debe cumplir que si todos los atributos de K tienen un valor que no es el nulo, entonces debe existir una tupla en S que tome esos mismos valores en los correspondientes atributos de J t ( t R ( A i (A i K nulo(t.a i )) m (m S A i ( A i K t.a i = m.f(a i ) )))) en caso contrario R viola esta restricción. Materia cod_mat BDA LINUX WWW CP={cod_mat} des Bases de datos Linux Web Oferta cod_mat cod_prof nivel BDA p2 1 WWW p5 2 BDA p3 4 CP={cod_mat, cod_prof} CAj={cod_mat} Materia CAj={cod_prof} Profesor Profesor cod_prof nombre p2 Jesús Pérez p3 Luis García p5 Pedro Sanz CP={cod_prof} I.R. Parcial: Cursos viola la restricción de clave ajena para Cursos {materia, profesor} curso materia profesor fecha 1 BDA p2 1/6/99 satisface 2 LINUX? 1/5/00 viola 4 WWW? 15/2/00 satisface 3?? 15/3/01 satisface CP= {curso}, VNN={fecha} CAj= {materia, profesor} Oferta f(materia)=cod_mat, f(profesor)=cod_prof Clave ajena Si K contiene más de un atributo, R satisface la restricción de integridad referencial sobre CA si, según el tipo elegido, se cumple la propiedad que se especifica a continuación: I. R. Parcial: para toda tupla de R se debe cumplir que si algún atributo de K no tiene valor nulo, entonces debe existir una tupla en S que tenga en los correspondientes atributos de J los mismos valores que los atributos de K que no tienen valor nulo t ( t R ( A i (A i K nulo(t(a i ))) m (m S A i ((A i K nulo(t(a i )) ) t(a i ) = m(f(a i ))) )))) en caso contrario R viola esta restricción. Materia cod_mat BDA LINUX WWW CP={cod_mat} des Bases de datos Linux Web Oferta cod_mat cod_prof nivel BDA p2 1 WWW p5 2 BDA p3 4 CP={cod_mat, cod_prof} CAj={cod_mat} Materia CAj={cod_prof} Profesor Profesor cod_prof nombre p2 Jesús Pérez p3 Luis García p5 Pedro Sanz CP={cod_prof} I.R. Completa: Cursos viola la restricción de clave ajena para Cursos {materia, profesor} curso materia profesor fecha 1 BDA p2 1/6/99 satisface 2 LINUX? 1/5/00 viola 4 WWW? 15/2/00 viola 3?? 15/3/01 satisface CP= {curso}, VNN={fecha} CAj= {materia, profesor} Oferta f(materia)=cod_mat, f(profesor)=cod_prof

10 Clave ajena Si K contiene más de un atributo, R satisface la restricción de integridad referencial sobre CA si, según el tipo elegido, se cumple la propiedad que se especifica a continuación: I. R. Completa: para toda tupla de R se debe cumplir que o todos los atributos de K tienen valor nulo o ninguno tiene valor nulo y entonces debe existir una tupla en S que tenga en los correspondientes atributos de J los mismos valores que los atributos de K. t ( t R ( A i (A i K nulo(t(a i ))) m (m S A i (A i K ( nulo(t(a i )) t.a i = m(f(a i ))) ) )))) en caso contrario R viola esta restricción. Clave Ajena con varios atributos. los tres tipos de integridad referencial se diferencian en el tratamiento de las claves ajenas parcialmente nulas Los tres tipos de Integridad Referencial permiten expresar distintas normas de funcionamiento de la organización: I.R Débil: permite programar cursos sin conocer temporalmente la materia o el profesor, y en estos casos no se hace ninguna comprobación sobre la oferta disponible. I.R Parcial: permite programar cursos sin conocer temporalmente la materia (resp. profesor), y en estos casos se hace una comprobación de la oferta disponible sobre la materia (resp. profesor). I.R Completa: no permite programar cursos en los que se conoce sólo uno de los dos atributos (materia, profesor). Clave Ajena con varios atributos con restricción de valor no nulo. coinciden los tres tipos de integridad referencial

11 Ejemplo: Gestión de pedidos de material en una empresa constructora. se mantiene información sobre los distintas materiales con los que se trabaja: código interno del material y descripción (Material) se dispone de un registro de provedores: código interno del proveedor, nombre y lista de precios a los que puede suministrar el material (Poveedor, Precios) se mantiene información sobre los proyectos en ejecución: código interno del proyecto y título (Proyecto) se mantiene información sobre los pedidos realizados con destino a los distintos proyectos en ejecución: material pedido, proveedor, proyecto y cantidad (Pedidos) Material Proveedor Proyecto cod_mat des cod_prov nombre cod_proy título m1 viga pv2 Cons SA py2 IES Cid m3 ladrillo pv3 BBT py6 La FE m5 hormigón pv4 Bertolin CP={cod_proy} CP={cod_mat} CP={cod_prov} Precios Pedidos cod_mat cod_prov precio cod_mat cod_prov cod_proy cant m1 pv m1 pv3 py2 96 m1 pv m1 pv2 py6 100 m3 pv3 100 m3 pv3 py2 60 m1 pv4 900 m1 pv4 py2 30 CP={cod_mat, cod_prov} CP= {cod_mat, cod_prov, cod_proy} CAj={cod_mat} Material CAj= {cod_mat, cod_prov} Precios CAj={cod_prov} Proveedor CAj={cod_proy} Proyecto Material cod_mat des m1 viga m3 ladrillo m5 hormigón CP={cod_mat} Proveedor cod_prov nombre pv2 Cons SA pv3 BBT pv4 Bertolin CP={cod_prov} Proyecto cod_proy título py2 IES Cid py6 La FE CP={cod_proy} Precios cod_mat cod_prov precio m1 pv m1 pv m3 pv3 100 m1 pv4 900 Proyecto cod_proy py2 py6 título IES Cid La FE Precios cod_mat cod_prov precio m1 pv m1 pv m3 pv3 100 m1 pv4 900 CP={cod_mat, cod_prov} CAj={cod_mat} Material CAj={cod_prov} Proveedor las claves ajenas {cod_mat}, y {cod_prov} están formadas por un único atributo (no pueden ser parcialmente nulas). Los tres tipos de I.R coinciden. Precios satisface las restricciones de clave ajena para {cod_mat}, y {cod_prov} en cualquier tipo de I.R los atributos de la clave ajena {cod_mat, cod_prov} tienen restricción de valor NO NULO por formar parte de la CP (la clave ajena no puede ser parcialmente nula). Los tres tipos de integridad referencial coinciden. Pedidos cod_mat cod_prov cod_proy cant m1 pv3 py2 96 m1 pv2 py6 100 m3 pv3 py2 60 m1 pv4 py2 30 CP= {cod_mat, cod_prov, cod_proy} CAj= {cod_mat, cod_prov} Precios CAj={cod_proy} Proyecto

12 Precios cod_mat cod_prov precio m1 pv Proyecto cod_proy py2 título IES Cid I.R Débil I.R Completa I.R Parcial m1 pv py6 La FE m3 pv3 100 m1 pv4 900 Pedidos satisface la restricción de clave ajena para {cod_mat, cod_prov} en cualquier tipo de I.R Pedidos cod_mat cod_prov cod_proy cant m1 pv3 py2 96 m1 pv2 py6 100 m3 pv3 py2 60 m1 pv4 py2 30 CP= {cod_mat, cod_prov, cod_proy} CAj= {cod_mat, cod_prov} Precios CAj={cod_proy} Proyecto la clave ajena tiene un único atributo todos los atributos de la clave ajena tienen restricción de valor no nulo Violación de la Integridad Referencial. (Operaciones relevantes) Violación de la Integridad Referencial. R S J Modificar J Dadas dos relaciones R y S tal que R tiene una clave ajena CA que hace referencia a S, las operaciones que pueden violar la integridad referencial son: Operaciones sobre R: Insertar una tupla en R Modificar el valor de CA en una tupla de R Clave Ajena K Modificar K Borrar en S Operaciones sobre S: Borrar una tupla de S Modificar el valor de J en una tupla de S Insertar en R

13 Mantenimiento de la Integridad Referencial. (Operaciones relevantes sobre R). R S J Mantenimiento de la Integridad Referencial. (Operaciones relevantes sobre S). R S J Modificar J Clave Ajena K Insertar en R Modificar K Si la operación relevante sobre R viola la integridad referencia el SGBD rechaza la operación. Clave Ajena K Si la operación relevante sobre S viola la integridad referencia el SGBD tiene tres opciones: rechazar la operación transmitir en cascada la operación poner a nulos CA en las tuplas afectadas de R Borrar en S Mantenimiento de la Integridad Referencial cod_dep nombre d1 Ventas Mantenimiento de la Integridad Referencial cod_dep nombre d1 Ventas d2 Compras d2 Compras d3 Contabilidad d3 Contabilidad nro_emp dni nombre teléfono cod_dep nro_emp dni nombre teléfono cod_dep Juan C. Ródenas 7796 d Robert Capilla? d José V. Dualde 5760 d María Frasnedo 3560 d1 BORRADO en CASCADA Juan C. Ródenas 7796 d1? Robert Capilla? d José V. Dualde 5760 d María Frasnedo 3560 d1? BORRADO a NULOS Cristina Guillot 7439 d Cristina Guillot 7439 d3 CAj={cod_dep}, f(cod_dep)=cod_dep BORRADO en CASCADA CAj={cod_dep}, f(cod_dep)=cod_dep, BORRADO a NULOS

14 Mantenimiento de la Integridad Referencial cod_dep nombre d1 d8 Ventas Mantenimiento de la Integridad Referencial cod_dep nombre d1 d8 Ventas d2 Compras d2 Compras d3 Contabilidad d3 Contabilidad nro_emp dni nombre teléfono cod_dep nro_emp dni nombre teléfono cod_dep Juan C. Ródenas 7796 d1? Robert Capilla? d Juan C. Ródenas 7796 d1 d Robert Capilla? d José V. Dualde 5760 d María Frasnedo 3560 d1? Modificación a NULOS José V. Dualde 5760 d María Frasnedo 3560 d1 d8 Modificación en CASCADA Cristina Guillot 7439 d Cristina Guillot 7439 d3 CAj={cod_dep}, f(cod_dep)=cod_dep, Modificación a NULOS CAj={cod_dep}, f(cod_dep)=cod_dep, Modificación en CASCADA Mantenimiento de la Integridad Referencial. (Operaciones relevantes sobre S). Modificar J R S J Clave Ajena K Modificar J en S Borrar en S a Nulos en CASCADA [restrictivo] Borrar en S 2.4 Otras Restricciones de Integridad. Restricciones de integridad generales son aquéllas que no se pueden expresar con las propiedades anteriores. Estas pueden ser: Restricciones de integridad estáticas (CREATE ASSERTION...). Restricciones de integridad de transición (Disparadores). Para la definición de estas propiedades se puede emplear un lenguaje de tipo lógico: DX: ( EX:(DX.cod_dep = EX.dep))

15 2.4 Otras Restricciones de Integridad. Para que una base de datos sea válida, se han de cumplir todas las restricciones de integridad que ésta tenga definidas. La comprobación de las restricciones generales y todos los otros tipos de restricción (valor no nulo, unicidad, restricción de dominio,...) es competencia del SGBD que debe asegurar que toda actualización de la base de datos genera una nueva extensión que satisface todas las restricciones. 2.4 Resumen La definición de una relación se puede enriquecer con las siguientes restricciones: VNN: restricción de valor no nulo, Uni: restricción de unicidad, CP: clave primaria, CAj: clave ajena (incluyendo directriz de comportamiento), Restricciones de integridad generales. 2.4 Resumen EJEMPLO: (Esquema relacional genérico)» S(B 1 :E 1, B 2 :E 2,, B t :E t ) CP: {B j,, B n } Uni: {B q,, B r } VNN: {B s,, B t }» R(A 1 :D 1, A 2 :D 2,, A r :D r ) CP: {A i,, A m } CAj: {A o,, A p } S f: A o B j A p B n borrado en cascada modificación a nulo» Restricciones de integridad generales.