Estructuras de Almacenamiento de Datos MODELADO DE DATOS

Transcripción

1 Estructuras de Almacenamiento de Datos MODELADO DE DATOS ESQUEMA LÓGICO TEORÍA 1 PARTE I 2018

2 CONTENIDOS Parte I: Modelo relacional Parte II: Obtención del Esquema Lógico

3 DISEÑO LÓGICO Modelo de Entidades y Relaciones Reglas de Transformación Esquema Lógico según el Modelo Relacional

4 MODELO RELACIONAL Modelo Conceptual Esquema Relacional Almacenamiento Físico Diagramas ER (DER) Tablas relaciones (del modelo relacional) columnas atributos filas tuplas Organización de Archivos y Estructuras de Índices. Diseñar EAdD Obtener Comprender Diseñar Evaluar

5 ELEMENTOS DEL MODELO RELACIONAL Definición matemática: Si A y B son conjuntos de datos, una relación R puede definirse como R AxB R está incluída o es igual al producto cartesiano de AxB En general para un conjunto de dominios (conj. de datos homogéneos) D 1...D n (no necesariamente distintos), R es un subconjunto del producto cartesiano de los n dominios: R D 1 x D 2 x... x D n (n es el grado de la relación)

6 ELEMENTOS DEL MODELO RELACIONAL Ejemplo de la relación MÉDICO (grado 5): MÉDICO Matricula x NyApell x Especialidad x DNI x ClinicaEjerce Matricula = {x/x es un entero de 6 dígitos} Nombre = {x/x es una cadena de caracteres alfabéticos de tamaño 40} Especialidad = {Cardiología, Endocrinología, Pediatría, Traumatología, } DNI = {x/x es un entero de 8 dígitos >= } ClinicaEjerce = {C. Paz, C. Modelo, C. Chacabuco, S. Tandil, Cons. Privado} MÉDICO estará dada por cualquier combinación de instancias de estos 4 dominios. Plantee algunas tuplas posibles

7 CONCEPTOS BÁSICOS DEL MODELO RELACIONAL Formalmente un esquema relacional es: R <R, Dep> Donde: R = {R 1, R 2,..., R m } es el conjunto de relaciones. Dep es el conjunto de dependencias entre datos (restricciones) RD restricciones de dominio DF dependencias funcionales DI dependencias de inclusión RN restricciones de nulidad Esquema de relación se expresa esq(r i ) y representa el conjunto de atributos que componen cada R i. Tuplas se indican mediante t, t, t y subtupla de t correspondiente al conjunto de atributos Z se indica mediante t[z]. El conjunto de subtuplas correspondientes a Z, en una relación R se denomina proyección: Z (R) Cada esquema de relación está asociado con un valor o estado de relación r i

8 EJEMPLO Las relaciones pueden visualizarse en forma de tabla MÉDICO Nombre de la relación Ri (tabla) Atributo (columna) Matricula NyApell Especialidad DNI ClinicaEjerce Juan Paz Traumatología C. Modelo Inés Roca Pediatría C. Paz Pedro Jara Traumatología Cons. Privado Esquema de la relación o cabecera - esq(ri) (comprensión) Tupla - t (fila) Notación Habitual: MÉDICO(Matricula, NyApell, Especialidad, DNI, ClinicaEjerce) (equivale a MÉDICO Matricula x NyApell x Especialidad x DNI X ClinicaEjerce) Cada atributo tiene un dominio de definición que incluye los valores posibles que puede tomar el atributo Valor o estado de Ri r i (extensión)

9 EJEMPLO Esquema Lógico PRESTADORES <PRESTADORES, Dep> PRESTADORES = {MÉDICO, CLINICA,..., OBRA_SOCIAL} conjunto de relaciones (tablas). Dep conjunto de dependencias entre datos (restricciones) se describirán en el esquema lógico. Esq (MÉDICO) = {Matricula, NyApell, Especialidad, DNI, ClinicaEjerce} lista de atributos de MÉDICO (equivale a una definición por comprensión de MÉDICO). t=< , Juan Paz, Traumatología, , C. Modelo> tupla t [Matricula, ClinicaEjerce] = < , C. Modelo> Subtupla de t Proyección Matricula,ClinicaEjerce (MÉDICO) El conjunto de subtuplas t[matricula, ClinicaEjerce] MEDICO = {< , Juan Paz, Traumatología, , C. Modelo>,,< , Pedro Jara, Traumatología, , Cons. Privado>, } Valor o estado de MÉDICO (equivale a la definición por extensión). prestadores = {médico, clinica,..., obra_social} estado de los datos

10 DEPENDENCIAS FUNCIONALES Una Dependencia Funcional (DF) es una restricción sobre el conjunto de tuplas que pueden aparecer en una relación R. Sea una relación R y X,Y dos subconjuntos de esq(r). La dependencia funcional X Y (X determina Y) se verifica en R si en ninguna instancia aceptable de R pueden existir dos tuplas t1, t2 tales que: t1[x] = t2[x] t1[y] =/= t2[y] Es decir que si dos tuplas t1 y t2 tienen valores idénticos para los atributos X, también deben tener valores iguales para los atributos Y.

11 DEPENDENCIAS FUNCIONALES Definición: la dependencia funcional general R:A 1,..., A m B 1,..., B n se satisface en R i si y sólo si: t, t R, (t.a 1 =t.a 1... t.a m = t.a m t.b 1 =t.b 1... t.b m =t.b m ) Ejemplos: MÉDICO: Matricula NyApell, Especialidad, DNI, ClinicaEjerce Equivalente a: MÉDICO: Matricula NyApell MÉDICO: Matricula Especialidad MÉDICO: Matricula DNI MÉDICO: Matricula ClinicaEjerce MÉDICO: DNI Matricula En que situación real no se verifica MÉDICO: Matricula ClinicaEjerce??

12 CLAVES Definición informal: Una clave de una relación R es un conjunto de atributos A 1,..., A n tal que para cualquier tupla su valor es único. Formalmente: Una clave de una relación es un conjunto de atributos A 1,..., A n tal que para cualquier otro atributo B, se satisface: R (A 1,..., A n, B) A 1,..., A n B Dependencia funcional Una clave minimal es un conjunto de atributos de R que es clave, y para el cual ningún subconjunto de atributos de R es clave. Habitualmente se las denomina: superclave y clave respectivamente.

13 EJEMPLOS DE CLAVES En las relaciones que representan entidades su identificador natural (#producto, LU, matricula, DNI, NroPatente, etc.) En las que representan (inter)relaciones depende del orden y cardinalidad de la relación La clave se indica subrayando el atributo. MÉDICO = (Matricula, NyApell, Especialidad, DNI, ClinicaEjerce) Si existe otra, se denomina clave alternativa y se indica con subrayado doble. MÉDICO = (Matricula, NyApell, Especialidad, DNI, ClinicaEjerce) Más sobre claves esquema lógico

14 DEPENDENCIAS DE INCLUSIÓN PURA Materializan un vínculo esencial entre ejemplares de diferentes relaciones (que representan distintos elementos del MERE) (inclusive de la misma) Definición formal: la Dependencia de Inclusión (DI) se satisface si y sólo si: R1[Atrib1] R2[Atrib2] Siendo Atrib1 y Atrib2 listas de atributos Atrib1 (R1) Atrib2 (R2) Son restricciones limitan los posibles valores que pueden tomar ciertos atributos o conjuntos de ellos (estados legales de los datos) En todo momento, el estado de los datos debe satisfacerlas INGENIERÍA DE SISTEMAS FCEx UNCPBA

15 RESTRICCIÓN DE INTEGRIDAD REFERENCIAL Si Y es clave primaria de R d (K d ) dependencia de inclusión basada en clave X es una clave extranjera (foreign key) para R i (denotaremos las claves extranjeras como: FK) Las dependencias de inclusión de este tipo son llamadas Restricciones de Integridad Referencial (RIR) y se expresarán R i [FK i ] << R d [K d ]:(b,md) se cambia (DI pura) por << (rir)

16 RESTRICCIÓN DE INTEGRIDAD REFERENCIAL Ejemplo: MÉDICO[ClinicaEjerce] << CLINICA[IdClinica] ClinicaEjerce (MÉDICO) IdClinica (CLINICA) Matricu la NyApell Especialidad DNI ClinicaEjerce Juan Paz Traumatología Inés Roca Pedro Jara Pediatría Traumatología C. Modelo C. Paz Cons. Privado IdClinica C.Modelo CLINICA Domicilio España esq- Alem C.Paz Sarmiento 845 Cons. Privado Del Valle 5737 S.Tandil Sarmiento 777

17 En un esquema relacional REPASAMOS: R <R, Dep> Donde: R = {R 1, R 2,..., R m } es el conjunto de relaciones. Dep es el conjunto de dependencias entre datos (restricciones) RD restricciones de dominio Especifica qué valores pueden tomar los atributos de las tuplas: Matricula = {x/x es un entero de 6 dígitos} RN restricciones de nulidad Especifica qué atributos pueden ser nulos DF dependencias funcionales: X Y (X determina Y) DI dependencias de inclusión: R1[Atrib1] R2[Atrib2]

18 DERIVACIÓN DEL ESQUEMA LÓGICO Representación relacional del MERE TEORÍA 1 PARTE II 2018

19 REGLAS DE TRANSFORMACIÓN DE ENTIDADES Reglas de transformación del DERExt al Esquema Relacional: Se crea una relación por cada entidad, con el mismo nombre de la entidad. El identificador de la entidad se transforma en la clave de dicha relación. Cada identificador alternativo de la entidad se transforma en una clave alternativa de dicha relación. Todo atributo simplemente valuado de la entidad se transforma en un atributo de dicha relación. Los atributos compuestos se despliegan en sus partes componentes, como si fueran univaluados. Los atributos obligatorios llevan una leyenda de NO NULO Los atributos opcionales se indican de la misma manera que los obligatorios sin la leyenda. Los atributos multivaluados se proyectan en otra relación conjuntamente con la clave de la entidad o de la (inter)relación.

20 DERIVACIÓN DE ENTIDADES Aplicando las reglas anteriores... ALUMNO( LU, Documento, Apellido, Nombre, Tutor, Calle, Nro, Ciudad) Apellido, Nombre, Calle, Nro y Ciudad deben ser NO NULOS Tutor puede ser NULO (utilizamos negrita) TELEFONO (LU, telefono) MAIL (LU, mail)

21 DERIVACIÓN DE ENTIDADES Atributos multivaluados TELEFONO (LU, telefono) MAIL (LU, mail)... El subrayado punteado es una convención para indicar claves extranjeras. Aspectos a considerar: Que relación tiene el atributo (parte de la clave) LU con respecto a LU en ALUMNO? Es una clave extranjera!! TELEFONO [LU] << ALUMNO[LU] MAIL [LU] << ALUMNO[LU] como se representaría la posible nulidad de teléfonos? Observa similitudes y diferencias entre TELEFONO y MAIL??

22 DERIVACIÓN DE RELACIONES BINARIAS 1:N Los atributos identificadores de la entidad (clave de la relación) del lado 1, se agregan como atributos en la relación correspondiente a la entidad del lado N constituyen una clave extranjera Se subrayan con línea punteada CIUDAD (IdCiudad, SedeUnicen) ALUMNO (LU, Apellido, Nombre, FechaNac, FechaInscrip, IdCiudad) CLAVE EXTRANJERA

23 DERIVACIÓN DE RELACIONES BINARIAS 1:N Formalmente el esquema relacional se completa indicando las Restricciones de Integridad Referencial (RIR) CIUDAD (IdCiudad, SedeUnicen) ALUMNO (LU, Apellido, Nombre, FechaNac, FechaInscrip, IdCiudad) Restricción de Integridad Referencial ALUMNO(IdCiudad) << CIUDAD(IdCiudad): (b, md) (Acciones Referenciales)

24 RELACIONES OBLIGATORIAS Y OPCIONALES CIUDAD (IdCiudad, SedeUnicen) Puede renombrarse ALUMNO (LU, Apellido, Nombre, FechaNac, FechaInscrip, IdCursa) SI puede omitirse el valor en las tuplas: NULO admitido opcional NO puede omitirse el valor en las tuplas: NO NULO obligatorio Qué pasa con FechaInsc si la cardinalidad es 0,1 para ciudad?

25 DERIVACIÓN DE RELACIONES: UNARIAS 1:N (Ó N:1) DEBE renombrarse ALUMNO (LU, Apellido, Nombre, LUTutor) El esquema relacional se completa indicando la Restricción de Integridad Referencial ALUMNO[LUTutor] << ALUMNO [LU]: (b, md) (Acciones Referenciales)

26 DERIVACIÓN DE RELACIONES UNARIAS Y BINARIAS N:N Se crea una nueva relación, cuya clave es la yuxtaposición de los identificadores (claves) de cada una de las entidades participantes. Nombre de relación: nombre indicado en el rombo. Cada una de las claves, por separado es una clave extranjera referida a la relación (entidad) de la cual proviene.

27 DERIVACIÓN DE RELACIONES BINARIAS N:N ALUMNO(LU, Nombre, FechaNac) CARRERA(IdCarrera, PlanEst) CURSA(LU, IdCarrera) Cuál sería el efecto en las tablas si las cardinalidades mínimas fueran 1?

28 DERIVACIÓN DE RELACIONES BINARIAS N:N... El esquema relacional se completa indicando las restricciones de integridad referencial ALUMNO(LU, Nombre, FechaNac) CARRERA(IdCarrera, PlanEst) CURSA(LU, IdCarrera) Relación binaria N:N 2 RIR CURSA[LU] << ALUMNO [LU]:( ) CURSA[IdCarrera] << CARRERA[IdCarrera]:( )

29 DERIVACIÓN DE RELACIONES UNARIAS N:N ALUMNO (LU, Apellido, Nombre) ES_TUTOR_DE( LU, LUTutor) Relación unaria N:N 2 RIR ES_TUTOR_DE[LU] << ALUMNO [LU]:( ) ES_TUTOR_DE[LUTutor] << ALUMNO [LU]:( ) Cuál sería el efecto en las tablas si las cardinalidades mínimas fueran 1?

30 DERIVACIÓN DE RELACIONES BINARIAS 1:1 CASO (1,1):(0,1) Los atributos identificadores de la entidad (clave de la relación) del lado obligatorio (1:1), se agregan como atributos en la relación correspondiente a la otra entidad constituyen una clave extranjera Pero además son clave alternativa CLAVE EXTRANJERA EMPLEADO (DNI, Apellido, Nombre, FechaNac) SUCURSAL (IdSucursal, Domicilio, DNIAdministrador) Y CLAVE ALTERNATIVA Para el caso (0,1):(0,1) es similar tomando cualquiera de las entidades

31 DERIVACIÓN DE RELACIONES BINARIAS 1:1 CASO (1,1):(1,1) Los atributos identificadores de una entidad (clave de la relación) se agregan como atributos en la relación correspondiente a la otra entidad constituyen una clave extranjera. Pero además son clave alternativa USER ( , password) CHARACTER (char_id, name, avatar, ) CLAVE EXTRANJERA Y CLAVE ALTERNATIVA No queda plasmado la obligatoriedad hacia el otro sentido En este caso también se podría unificar las entidades en una sola relación.

32 RELACIONES TERNARIAS N:N:N Cardinalidad N:N:N Un profesor, para cada materia puede utilizar muchos libros. Un profesor, puede utilizar cada libro para muchas materias. Un libro, en una materia puede ser utilizado por muchos profesores. PROFESOR (IdProf, ) Profesor Materia Libro IdProf P1 P2 P3 IdMat MA MB MC IdLibro L1 L2 L6 MATERIA (IdMat, ) LIBRO (IdLibro, ) R( IdProf, IdMat, IdLibro) R: IdProf IdMat IdLibro P1 MA L1 P1 MB L1 P1 MA L6 P2 MA L1

33 RELACIONES TERNARIAS 1:N:N Cardinalidad 1:N:N Un profesor, para cada materia puede utilizar muchos libros. Un profesor, puede utilizar cada libro para muchas materias. Un libro, en cada materia puede ser utilizado por un único profesor. PROFESOR (IdProf, ) MATERIA (IdMat, ) LIBRO (IdLibro, ) R( IdProf, IdMat, IdLibro) R: Profesor Materia Libro IdProf P1 P2 P3 IdMat MA MB MC IdLibro L1 L2 L6 IdProf IdMat IdLibro P1 MA L1 P1 MB L1 P1 MA L6 P2 MA L1

34 RELACIONES TERNARIAS 1:1:N Cardinalidad 1:1:N Un profesor, para cada materia puede utilizar muchos libros. Un profesor, cada libro lo utiliza para una única materia. Un libro, en cada materia es utilizado por un único profesor. PROFESOR (IdProf, ) Profesor Materia Libro IdProf P1 P2 P3 IdMat MA MB MC IdLibro L1 L2 L6 MATERIA (IdMat, ) LIBRO (IdLibro, ) R( IdProf, IdLibro, IdMat) R: IdProf IdMat IdLibro P1 MA L1 P1 MB L1 P1 MA L6 P2 MA L1

35 RELACIONES TERNARIAS 1:1:1 Cardinalidad 1:1:1 Un profesor, para cada materia utiliza un único libro. Un profesor, cada libro lo utiliza para una única materia. Un libro, en cada materia es utilizado por un único profesor. PROFESOR (IdProf, ) Profesor Materia Libro IdProf P1 P2 P3 IdMat MA MB MC IdLibro L1 L2 L6 MATERIA (IdMat, ) LIBRO (IdLibro, ) R( IdProf, IdLibro, IdMat) R: IdProf IdMat IdLibro P1 MA L1 P1 MB L1 P1 MA L6 P2 MA L1

36 RELACIONES TERNARIAS Para las relaciones ternarias las RIR son IGUALES para todos los casos RIRs: R [Prof]<< PROFESOR[Prof] :( ) R [CodL]<< LIBRO[CodL] :( ) R [IdM]<< MATERIA[IdM] :( )

37 DERIVACIÓN DE ATRIBUTOS EN RELACIONES Los atributos de una relación pueden ser del mismo tipo que los de una entidad. Si la relación que describen es designativa (1:N) entonces se incluyen en la tabla del lado N, derivándolos en forma análoga a los de las entidades. Si la relación es asociativa (binaria N:N o ternaria), se derivan en el esquema correspondiente a la relación, también de forma análoga a los de las entidades.

38 DERIVACIÓN DE JERARQUÍAS Se crea una relación por la entidad supertipo (con los atributos en común) y una relación por cada una de las entidades subtipo (con los atributos propios). La clave de cada uno de las relaciones que correspondientes a los subtipos es la clave de la relación correspondiente al supertipo. Para las jerarquías exclusivas, que deben incluir el atributo discriminante (tipo), éste se debe agregar al esquema de relación correspondiente a la entidad supertipo

39 DERIVACIÓN DE JERARQUÍAS PRODUCTO (IdProducto, Descripción, Marca, tipo) LÍQUIDO (IdProducto, CuidadoManip) SÓLIDO (IdProducto, CantxPaq) A_GRANEL (IdProducto, CantMinima) ENVASADO (IdProducto) ENVAS_PRES (IdProducto, Presentacion)

40 RIRS EN LAS JERARQUÍAS LÍQUIDO[IdProducto]<< PRODUCTO[IdProducto]:( ) SÓLIDO[IdProducto]<< PRODUCTO[IdProducto]:( ) Jerarquía Exclusiva A_GRANEL[IdProducto]<< LÍQUIDO[IdProducto] :( ) ENVASADO[IdProducto]<< LÍQUIDO[IdProducto] :( ) ENVAS_PRES[IdProducto]<< ENVASADO[IdProducto] :( ) Jerarquía Compartida Atributo Multivaluado

41 DERIVACIÓN DE ENTIDADES DÉBILES Entidades Débiles: tienen dependencia de existencia y de identificación. Su clave se forma con el identificador propio (clave parcial) más el identificador (clave) de la entidad fuerte. CAMPO (IdCampo, NombreCampo) PARCELA (IdCampo, NroParc, Superf, Cultivo) Clave Extranjera PARCELA [IdCampo] << CAMPO [IdCampo] Clave Parcial Cómo distinguir una tabla correspondiente a una entidad débil de una referida a atributos multivaluados?

42 DERIVACIÓN DE AGREGACIONES OFICINA (IdOficina, Descripción, Capacidad) PROYECTO(IdProy, Título, Presupuesto) INSTALADO (IdOficina, IdProy) EMPLEADO (Tipo, Numero, Apellido, Nombre, Telefono, IdOficina, IdProy ) INSTALADO [IdOficina] << OFICINA[IdOficina] : ( ) INSTALADO [IdProy] << PROYECTO[IdProy] : ( ) EMPLEADO [IdOficina, IdProy] << INSTALADO [IdOficina, IdProy]:( )

43 DISEÑO LÓGICO - REFINAMIENTO Objetivo: Obtener un esquema relacional optimizado Procedimiento: Tomar como punto de partida un esquema lógico (relacional) obtenido a partir de un esquema conceptual Registrar todas sus dependencias funcionales Usarlas para enriquecer y mejorar el diseño NORMALIZACIÓN