Metodología de diseño conceptual utilizando el modelo entidad/relación

Transcripción

1 Metodología de diseño conceptual utilizando el modelo entidad/relación Bibliografía [E97] Elmasri, R., avathe, S.B. Sistemas de bases de datos. Conceptos fundamentales. 2ª ed. Addison-Wesley Iberoamericana, Introducción El objetivo fundamental es indicar cómo se puede abordar la tarea del diseño conceptual de bases de datos utilizando el modelo ER. Se presenta una metodología de diseño así como se destacan puntos conflictivos que pueden aparecer en el desarrollo de un diseño. 2. Obtención del diagrama entidad/relación Para obtener un diagrama adecuado y fiable a partir del análisis de la realidad y de los requerimientos de la organización hay que realizar las siguientes actividades: identificar tipos de entidad y atributos, identificar generalizaciones/especializaciones, identificar tipos de relación entre tipos de entidades, identificar tipos de entidad débiles, identificar agregaciones, y especificar restricciones de integridad. Estas actividades se realizan de forma iterativa hasta conseguir definir un diagrama Entidad/Relación lo más fiel posible a la realidad. A continuación se presentan todas ellos con detalle. 2.. Identificar entidades y atributos De la observación de la realidad se debe detector el conjunto de "objetos (físicos o conceptuales) de los que se quiere almacenar información para, mediante el uso de la clasificación, que es uno de los mecanismos de abstracción más primario que existen, abstraer el conjunto de "clases de objetos (o tipos de objetos) que son de interés para la organización. Este mecanismo de abstracción, que es utilizado la mayor porte de las veces de forma inconsciente, permite no prestar atención a las ocurrencias concretas sino al conjunto de Mundo real Modelo de la realidad ocurrencias. Ejemplo : Por cada tipo de objeto de la realidad, una vez concretada la información descriptiva que se desea almacenar, se definirá una entidad en el diagrama. CLASIFICACIÓ PERSOAS COCHES [Por comodidad, con los términos entidad y relación se va a hacer referencia a tipo de entidad y tipo de relación respectivamente. Cuando se quiera hacer referencia a una entidad o a una relación concreta se indicará mediante el uso de la resión ocurrencia de entidad o ocurrencia de relación respectivamente. Este abuso del lenguaje suele ser habitual, pero no supone confusión ya que normalmente por el contexto se puede deducir si el comentario se refiere al tipo de entidad o de relación o bien a un individuo concreto de esos tipos]. na entidad viene definida por un conjunto de atributos que representan la información que se desea conocer de cada tipo de objeto. Para cada atributo se debe: asociar un dominio o, si es derivado, especificar la fórmula de derivación, e indicar la cardinalidad de atributo en el caso de que el atributo tenga restricción de valor no nulo. De entre estos atributos, si es posible, se destacarán los atributos identificadores; si no existen estos atributos la entidad debe ser considerada débil y habrá que deci, cuando se estudien las relaciones, sobre cuál o cuáles se apoya para identificarse. En un diagrama Entidad-Relación todas las entidades tienen atributos identificadores o bien son débiles. o hay que pensar que antes de avanzar en el diseño hay que definir un conjunto de entidades que será fijo: éste puede cambiar a medida que se tomen ciertas decisiones de diseño. Por ejemplo es posible que algunos atributos inicialmente considerados desaparezcan fuego y se conviertan en entidades.

2 Ejemplo 2. Sea una entidad con dos atributos entre los que se detectó una dependencia, ya que el atributo provincia representa en qué provincia nació el jefe del proyecto: En el siguiente diagrama se decide considerar el atributo jefe corno una entidad, representado correctamente la dependencia anterior Identificar generalizaciones / especializaciones ycod PROYECTO ycod RESPO- SABLE PROYECTO JEFE provincia jefe provincia La especialización es el proceso por el que se clasifica una clase de objetos en subclases más especializadas. La generalización es el proceso inverso por el que se generalizan varias clases para obtener una abstracto de más alto nivel que incluyo los objetos de todos estas clases. La especialización es un refinamiento conceptual mientras que la generalización es una síntesis conceptual. En el modelo entidad-relación la especialización y la generalización se representan con el mismo concepto. Podemos pues distinguir tres procesos mentales que pueden conducir a definir una generalización / especialización. ) Estrategia descendente (especialización). En el conjunto de ocurrencias de una entidad, se pueden definir subconjuntos con propiedades estáticas (atributos) o de comportamiento (relaciones) distintas. Ejemplo 3. En el contexto de una agencia de viajes se ha diseñado el siguiente diagrama: Más tarde se detecta que hay dos clases de clientes: los turistas, a los que siempre se asignará un guía y los viajantes de negocios, que siempre pertenecen a una empresa y de los que interesa conocer los países que suelen visitar, entonces, una solución más adecuado al problema sería: guía DI DI país TRISTA CLIETE CLIETE S guía CLIETE PERTEECE país PERTEECE EMPRESA EMPRESA CIF CIF 2) Estrategia ascendente (generalización): existe en el esquema un conjunto de entidades con algunas propiedades similares y que en la realidad se podrían clasificar en un objeto común. Ejemplo 4. En el siguiente diagrama se han definido dos entidades independientes con algunos atributos comunes. idioma pulsaciones categoría DI DI DI SECRETARIO TÉCICO idioma pulsaciones EMPLEADO D categoría Si, además, se observa que ambas entidades se refieren a trabajadores de la empresa que para algunos procesos conviene tener juntos, sería más correcto considerar una entidad general Empleado. SECRETARIO TÉCICO 3) Jerarquía (subconjunto). Se detecta una relación jerárquica entre entidades previamente definidas. Ejemplo 5. En el contexto de una escuela universitaria, supóngase que se han definido dos entidades, alumno y proyectante. Pero si se tiene en especiali. ALMO especiali. ector PROYECTATE especiali. ector ALMO PROYECTATE 2

3 cuenta que todo proyectante es también un alumno, la solución más adecuada sería mediante una jerarquía. La [generalización especialización] no debe definirse por los s que puedan tener los atributos, sino cuando realmente exista entre los objetos la relación de subclase que implica este concepto. Por otra parte, una generalización / especialización en la que las entidades especializados no tienen propiedades distintivas (atributos o relaciones) no resulta muy útil pudiéndose representar la mismo información y de forma más sencilla con un atributo discriminador en la entidad general (Ejemplo 6). Ejemplo 6. Supongamos que interesa saber si los libros de una biblioteca están escritos en español o en otros idiomas. n diseño con subclases es demasiado complicado si la única diferencia entre los libros es el idioma en el que están escritos. Se puede resar lo mismo con un atributo discriminador que por otra parte resulta mucho más sencillo: cod LIBRO D ESPAÑOL O-ESPAÑOL cod LIBRO español español: dominio(sí / no) Por último, no hay que olvidar indicar qué tipo de generalización / especialización se está definiendo, especificando si es total o parcial y disjunta o solapada Identificar relaciones entre entidades na vez definido un conjunto inicial de entidades que, como ya se ha comentado, podrá ser reconsiderado a lo largo de todo el diseño, hay que estudiar las relaciones (o vínculos) existentes entre ellos, ya que raramente existirán entidades sin conexiones con otras. Para definir una relación hay que especificar: entidades implicadas, cardinalidades máximas y mínimas y atributos propios de la relación (con sus restricciones sí las tienen). Para la definición de un conjunto de relaciones adecuado es importante tener en cuento los siguientes ocho puntos. ) Las cardinalidades máximas y mínimas que se puedan resar se indicarán con las etiquetas y (las máximas) y con la definición de restricciones de existencia / participación (las mínimas). 2) Las relaciones redundantes deben ser eliminadas. Dos o más relaciones se consideran redundantes si representan el mismo concepto, sin embargo, hay que darse cuenta de que entre las mismos entidades se pueden definir más de una relación siempre que tengan significados diferentes. Ejemplo 7. Aunque con s diferentes, se han definido dos relaciones (vende, suministra) que representan la misma información por lo que una debería eliminarse. Sin embargo, pueden existir dos relaciones definidas sobre las mismos entidades pero con significados completamente distintos (despega, aterriza). VEDE color ección PROVEEDOR SMIISTRA peso hora nº vuelo DESPEGA país VELO CIDAD ATERRIZA 3) Eliminar la redundancia que se deriva de dependencias transitivas. Ejemplo 8: En el siguiente diagrama se han definido tres relaciones. La relación Está_en es redundante ya que sus ocurrencias se pueden derivar a partir de Pertenece y Es_de (una ciudad está en la comunidad a la que pertenece su provincia), por ello debería ser eliminada. 3

4 habitantes PROVICIA PERTEECE ESTÁ_E PROVICIA ES_DE CIDAD -ayto o siempre es posible eliminar la redundancia como se muestra en el Ejemplo 9. DEPARTAMETO PERTEECE ADSCRITA PROFESOR RESPOSABLE ASIGATRA Ejemplo 9. El departamento al que pertenece un profesor puede derivarse a través del departamento al que está adscrita la asignatura de la que es responsable pero como puede darse el caso de que no sea responsable de ninguna asignatura no se puede eliminar. La mismo reflexión puede hacerse respecto a la relación adscrita. Dado que pese a existir cierta redundancia no es posible eliminar ninguno relación sin perder por ello información, este diagrama necesita una restricción de integridad que asegure que 'los profesores sólo son responsables de asignaturas de su departamento". o hay que pensar, sin embargo, que siempre que hay un ciclo entre entidades existe una dependencia transitiva. Ejemplo 0. Pese a existir un ciclo de las mismas características que en el Ejemplo 8 no existe redundancia ya que una persona no tiene por que haber nacido en la mismo provincia en la que está la ciudad en la que trabaja. habitantes COMIDAD PERTEECE PROVICIA ES_DE ESTÁ_E CIDAD -ayto 4) Hay que ser cuidadoso al elegir relaciones de grado mayor que dos. ALMO ASIGATRA DOCECIA PROFESOR Ejemplo. Sea la siguiente relación ternaria entre las entidades Alumno, Asignatura y Profesor que representa la información referente a la impartición de asignaturas a alumnos por los profesores: Si se elige este diseño sólo se podrá saber quién imparte cada asignatura cuando haya alumnos matriculados, no antes. Tampoco se podrá saber a qué asignaturas va a asistir un alumno hasta que no se sepa quién va a impartir las clases. [En una ocurrencia de una relación n-aria siempre participan n ocurrencias de entidad, una de cada una de las n entidades relacionadas]. 4

5 5) Sea una relación R entre las entidades E,..., En. Supóngase que se quiere tener constancia de que las mismos ocurrencias de E,... En, se relacionan más de una vez a través de la misma relación. Para contemplar esta situación se puede optar por una de las dos soluciones que se comentan: introducir una nueva entidad relacionada con las anteriores (esta entidad será débil) o especificar los atributos propios de la relación definida corno atributos multivaluados. Ejemplo 2. Sea la relación Visitar entre la entidad Médico y la entidad Paciente. Si un médico puede visitar al mismo paciente en distintas ocasiones, realizando diagnósticos diferentes, entonces la solución propuesta no sirve ya que en ese esquema una ocurrencia de médico sólo se puede relacionar una vez con la misma ocurrencia de paciente. fecha diagnóstico nº colegiado MÉDICO VISITA PACIETE Solución : Definir una nueva entidad Visita. Obsérvese que en la solución propuesta se asume que un paciente puede visitar en la misma fecha a distintos médicos pero que el mismo médico no puede visitar más de una vez al día al mismo paciente. Si se quiere prever esta situación habría que aña otro atributo a la entidad Visita (como la hora o un contador de visitas diarias). RECIBE fecha VISITA diagnóstico nº colegiado MÉDICO PACIETE Solución 2: definir los atributos de la relación Visitar como atributos multivaluados. Hay que darse cuenta de que las dos soluciones no son equivalentes ya que en el último caso el mismo médico puede visitar en la misma fecha al mismo paciente más de una vez. La elección de una u otra solución depende del problema concreto. La segunda solución parece menos restrictiva y sencilla aunque hay otros casos donde la más natural es la primera. fecha visita nº colegiado MÉDICO VISITA PACIETE diagnóstico 6) Si se ha definido una entidad con un identificador compuesto por varios atributos y éstos a su vez son identificadores de otras entidades, entonces la entidad original está enmascarando una relación entre estas últimos. Ejemplo 3. Sean las tres entidades que se muestran: Como puede observarse, los atributos identificadores de la entidad Pedido son a la vez identificadores de las entidades Proveedor y Pieza por lo que hay una relación oculta entre estas dos entidades: PROVEEDOR PROVEEDOR PEDIDO PEDIDO descripción VA descripción color 7) Si se ha definido una entidad con un atributo que es el identificador de otra entidad, este atributo debe eliminarse definiéndose entonces una relación entre ambas entidades. Ejemplo 4. En el diagrama se han definido dos entidades una de las cuales tiene entre sus atributos el atributo identificador de la otra con la intención de representar a qué departamento pertenece un profesor. cód-dep PROFESOR cód-dep DEPARTAMETO color 5

6 La solución correcta es aquella que representa lícitamente la relación entre Profesor y Departamento. PROFESOR PERTEECE cód-dep DEPARTAMETO COMETARIOS: En el modelo entidad-relación no existen las claves ajenas (concepto propio del modelo relacional) de forma que nunca se debe incluir un atributo en una entidad con la intención de que represente una relación con otra entidad. na relación nunca tiene atributos identificadores, aunque si puede tener atributos con restricción de unicidad. 8) Especificar el papel que cada entidad juega en una relación cuando alguno entidad participa más de una vez en la relación. El caso más sencillo se presenta en las relaciones binarias en las que las dos entidades relacionadas son la misma (interrelaciones reflexivas o recursivas). ASIGATRA RIO es_prerequisito tiene_prerequisito Tiene_como-afluentes JERARQÍA AFLECIA Ejemplo 5. ) Relación de prerrequisitos en el conjunto de las asignaturas de una carrera: "una asignatura puede ser prerrequisito de muchas asignaturas y tener también a muchas asignaturas como prerrequisito. Se_compone_de 2) Relación de composición entre piezas: "una pieza se compone de muchas COMPOpiezas y a su vez puede SICIÓ formar parte de muchas piezas. Forma_parte_de 3) Relación entre los ríos por el hecho de que unos son afluentes de otros: "un río puede ser afluente de otro pero a su vez muchos ríos puede afluir a él En general, hay que ser cuidadosos con las relaciones reflexivas ya Es_afluente_de que normalmente exigen que se especifiquen ciertas propiedades que no quedan contemplados en la definición de la relación. Por ejemplo, las tres relaciones del Ejemplo 5 son antisimétricas y no reflexivas, propiedades que no se resan en el diagrama. Por último, también hay que tener cuidado con la definición de restricciones de existencia en este tipo de relaciones ya que son muy infrecuentes ( tiene sentido pensar que todos los ríos son afluentes de otro río o que todos los ríos tienen al menos un afluente? Entidad débil Como ya debe saberse, una entidad sufre restricción de dependencia de identificación cuando no puede identificarse con sus propios atributos de manera que sus ocurrencias son distinguibles gracias a su relación con otras entidades. A este tipo de entidades se les denomina entidades débiles. Esta restricción implica siempre una restricción de existencia. En el esquema siguiente se muestra el patrón a0... an b0... bn de una entidad débil, en la figura hay dos cardinalidades (las de B) que no se han? A? R B especificado (indicado mediante un interrogante) ya que cualquier valor es posible. El hecho de que B sea una entidad débil supone que pueden existir varias ocurrencias con el mismo valor para el atributo b0, pero cada una de ellas se relaciona obligatoriamente con una ocurrencia de A distinta, que sirve para identificarla. Los interrogantes en el diagrama representan que los cardinalidades máxima y mínima de B pueden ser cualesquiera, ó n para la máxima y 0 ó para la mínima; es decir, se permite cualquiera de los dos casos que se ilustran a continuación. caso n. En este caso, dado que una ocurrencia de A se puede relacionar con muchas ocurrencias de B, es necesario la existencia de un atributo "semi-identificador" (b0) que ayude a distinguir entre todas las ocurrencias de B que se relacionan con la misma ocurrencia de A. 6

7 Ejemplo 6. La entidad Ciudad es débil ya que... renta... alcalde en la organización (información geográfica mundial) que estamos modelizando puede ESTÁ haber varias ciudades con el mismo PAIS CIDAD E aunque evidentemente siempre en distintos países; entonces cómo se distingue una ciudad de otra?. En primer lugar por el país al que pertenecen y en un mismo país por el atributo (ciudad) necesario en este caso ya que en un país puede haber muchas ciudades. caso. En este caso, dado que una ocurrencia de A como mucho se relaciona con una de B, no es necesaria la existencia de un atributo "semi-identificador" ya que en realidad cada ocurrencia de B se identifica gracias a la ocurrencia de A con la que se relaciona. ºpleito Ejemplo 7: "na organización tiene informatizados los... resultado fecha... edientes jurídicos de todos los pleitos en los que está involucrado; de cada pleito, entre otras PLEITO TIEE RECRSO informaciones, se conoce el nº de pleito y el resultado de la sentencia que puede ser favorable o desfavorable. En caso de ser desfavorable se puede presentar como mucho un recurso ante el mismo órgano jurisdiccional, cada recurso se identifica por el número de pleito al que atañe y entre otros atributos interesa saber en qué fecha se realiza". Dado que un pleito se puede recurrir como mucho una vez, para distinguir un recurso de otro sólo necesitamos saber qué pleito se está recurriendo no siendo necesario en este caso un atributo de la entidad recurso que ayude a distinguirlos Identificar objetos agregados La definición de objetos agregados en el esquema puede producirse por dos circunstancias. En primer lugar, cuando en el análisis de la realidad, una relación se vea también con características de entidad; y en segundo, y más frecuentemente, cuando al estudiar las relaciones, se observe la necesidad de que una relación pase a ser entidad para poder participar en otras relaciones. En cualquiera de los dos casos se definirá un objeto agregado sobre la relación. Ejemplo 8. En este ejemplo se debe apreciar que el uso de una ternaria no sería una buena solución si se quiere contemplar la posibilidad de que edad no todas las parejas se han casado en un juzgado. PROVICIA MATRIMOIO COMETARIOS: na entidad agregada nunca es débil CASADOS_E aunque sí puede tener restricciones de existencia respecto a otras relaciones. JZGADO número CIDAD 2.6. Especificar restricciones de integridad Todos aquellas propiedades de la realidad que no hayan quedado resadas en el diagrama Entidad-Relación deben especificarse. Pueden representarse en lenguaje natural o mediante fórmulas bien formadas del lenguaje lógico que se haya definido asociado al modelo entidad-relación. Por ejemplo la restricción de integridad del Ejemplo 9 se podría resarse con la siguiente fórmula: RX: Responsable, PX: Pertenece, AX: Adscrita RX PX AX (Responsable(PX) Pertenece(PX) Adscrita(AX) AX.Profesor = RX.Profesor RX.Asignatura = AX.Asignatura PX.Departamento AX.Departamento) edad 7