2.2 MODELO ENTIDAD RELACION

Un modelo de datos es una colección de herramientas conceptuales para la descripción de datos, relaciones entre datos, semántica de los datos y restricciones de consistencia. Podemos citar dos modelos de datos —el modelo entidad-relación y el modelo relacional.

El modelo entidad-relación (E-R) es un modelo de datos de alto nivel. Está basado en una percepción de un mundo real que consiste en una colección de objetos básicos, denominados entidades, y de relaciones entre estos objetos.

El modelo relacional es un modelo de menor nivel. Usa una colección de tablas para representar tanto los datos como las relaciones entre los datos. Su simplicidad conceptual ha conducido a su adopción general; actualmente, una vasta mayoría de productos de bases de datos se basan en el modelo relacional. Los diseñadores formulan generalmente el diseño del esquema de la base de datos modelando primero los datos en alto nivel, usando el modelo E-R, y después traduciéndolo al modelo relacional.

Otro modelo de datos es el orientado a objetos, por ejemplo, extiende la representación de entidades añadiendo nociones de encapsulación, métodos (funciones) e identidad de objeto. El modelo de datos relacional orientado a objetos combina características del modelo de datos orientado a objetos y del modelo de datos relacional.

Se desarrolló para facilitar el diseño de bases de datos permitiendo la especificación de un esquema de la empresa que representa la estructura lógica completa de una base de datos. El modelo de datos E-R es uno de los diferentes modelos de datos semánticos; el aspecto semántico del modelo yace en la representación del significado de los datos. El modelo E-R es extremadamente útil para hacer corresponder los significados e interacciones de las empresas del mundo real con un esquema conceptual. Debido a esta utilidad, muchas herramientas de diseño de bases de datos se basan en los conceptos del modelo E-R.

Hay tres nociones básicas que emplea el modelo de datos E-R: conjuntos de entidades, conjuntos de relaciones y atributos.

Una entidad es una «cosa» u «objeto» en el mundo real que es distinguible de todos los demás objetos. Por ejemplo, cada persona en un desarrollo es una entidad. Una entidad tiene un conjunto de propiedades, y los valores para algún conjunto de propiedades pueden identificar una entidad de forma unívoca. Por ejemplo, el D.N.I. 67.789.901 identifica unívocamente una persona particular en la empresa. Análogamente, se puede pensar en los préstamos bancarios como entidades, y un número de préstamo P-15 en la sucursal de Castellana identifica unívocamente una entidad de réstamo. Una entidad puede ser concreta, como una persona o un libro, o puede ser abstracta, como un préstamo, unas vacaciones o un concepto.

Un conjunto de entidades es un conjunto de entidades del mismo tipo que comparten las mismas propiedades, o atributos.

El conjunto de todas las personas que son clientes en un banco dado, por ejemplo, se pueden definir como el conjunto de entidades cliente.

Las entidades individuales que constituyen un conjunto se llaman la extensión del conjunto de entidades. Así, todos los clientes de un banco son la extensión del conjunto de entidades cliente.

Una entidad se representa mediante un conjunto de atributos. Los atributos describen propiedades que posee cada miembro de un conjunto de entidades. La designación de un atributo para un conjunto de entidades expresa que la base de datos almacena información similar concerniente a cada entidad del conjunto de entidades; sin embargo, cada entidad puede tener su propio valor para cada atributo. Posibles atributos del conjunto de entidades cliente son id-cliente, nombre-cliente, calle-cliente y ciudad-cliente. En la vida real, habría más atributos, tales como el número de la calle, el número del portal, la provincia, el código postal, y la comunidad autónoma, pero no se incluyen en el ejemplo simple. Posibles atributos del conjunto de entidades préstamo son número-préstamo e importe.

Para cada atributo hay un conjunto de valores permitidos, llamados el dominio, o el conjunto de valores, de ese atributo. El dominio del atributo nombrecliente podría ser el conjunto de todas las cadenas de texto de una cierta longitud. Análogamente, el dominio del atributo número-préstamo podría ser el conjunto de todas las cadenas de la forma «P-n», donde n es un entero positivo.

Ejemplo:
Entidad: Empleado
Nombre de atributo: Código
• Descripción: Código único por empleado
asignado por la empresa
• Función: Identificación (+Definición)
• Dominio: Números positivos de dos cifras

Atributos monovalorados y multivalorados. Los atributos que se han especificado en los ejemplos tienen todos un valor sólo para una entidad concreta. Por ejemplo, el atributo número-préstamo para una entidad préstamo específico, referencia a un único número de préstamo. Tales atributos se llaman monovalorados. Puede haber ocasiones en las que un atributo tiene un conjunto de valores para una entidad específica. Considérese un conjunto de entidades empleado con el atributo número-teléfono. Cualquier empleado particular puede tener cero, uno o más números de teléfono. Este tipo de atributo se llama multivalorado. En ellos, se pueden colocar apropiadamente límites inferior y superior en el número de valores en el atributo multivalorado.

Como otro ejemplo, un atributo nombresubordinado del conjunto de entidades empleado sería multivalorado, ya que un empleado en concreto podría tener cero, uno o más subordinados.

Cuando sea apropiado se pueden establecer límites superior e inferior en el número de valores de un atributo multivalorado. Por ejemplo, un banco puede limitar el número de números de teléfono
almacenados para un único cliente a dos. Colocando límites en este caso, se expresa que el atributo número-teléfono del conjunto de entidades cliente puede tener entre cero y dos valores.

Considérese que el conjunto de entidades empleado tiene un atributo edad, que indica la edad del cliente. Si el conjunto de entidades cliente tiene también un atributo fechade-nacimiento, se puede calcular edad a partir de fecha-de-nacimiento y de la fecha actual. Así, edad es un atributo derivado.

Un atributo toma un valor nulo cuando una entidad no tiene un valor para un atributo. El valor nulo también puede indicar «no aplicable», es decir, que el valor no existe para la entidad. Por ejemplo, una persona puede no tener segundo nombre de pila. Nulo puede también designar que el valor de un atributo es desconocido. Un valor desconocido puede ser, bien perdido (el valor existe pero no se tiene esa información) o desconocido (no se conoce si el valor existe realmente o no).

Por ejemplo, si el valor nombre para un cliente particular es nulo, se asume que el valor es perdido, ya que cada cliente debe tener un nombre. Un valor nulo para el atributo piso podría significar que la dirección no incluye un piso (no aplicable), que existe piso pero no se conoce cuál es (perdido), o que no se sabe si el piso forma parte o no de la dirección del cliente (desconocido).

Una relación es una asociación entre diferentes entidades. Por ejemplo, se puede definir una relación que asocie al cliente López con el préstamo P-15. Esta relación especifica que López es un cliente con el préstamo número P-15. Un conjunto de relaciones es un conjunto de relaciones del mismo tipo. Formalmente es una relación matemática con n > = 2 de conjuntos de entidades (posiblemente no distintos). Si E1, E2,…,En son conjuntos de entidades, entonces un conjunto de relaciones R es un subconjunto de:

{(e1, e2,…,en) | e1 ∈ E1, e2 ∈ E2,…,en ∈ En}

donde (e1,e2,…en) es una relación.

Considérense las dos entidades cliente y préstamo. Se define el conjunto de relaciones prestatario para denotar la asociación entre clientes y préstamos bancarios que los clientes tengan. Esta asociación se describe en la siguiente figura:

La función que desempeña una entidad en una relación se llama papel de la entidad. Debido a que los conjuntos de entidades que participan en un conjunto de relaciones son generalmente distintos, los papeles están implícitos y no se especifican normalmente. Sin embargo, son útiles cuando el significado de una relación necesita aclaración. Tal es el caso cuando los conjuntos de entidades de una relación no son distintos; es decir, el mismo conjunto de entidades participa en una relación más de una vez con diferentes papeles. En este tipo de conjunto de relaciones, que se llama algunas veces conjunto de relaciones recursivo, es necesario hacer explícitos los papeles para especificar cómo participa una entidad en un ejemplar de relación. Por ejemplo, considérese una conjunto de entidades empleado que almacena información acerca de todos los empleados del banco. Se puede tener un conjunto de relaciones trabaja-para que se modela mediante pares ordenados de entidades empleado. El primer empleado de un par toma el papel de trabajador, mientras el segundo toma el papel de jefe. De esta manera, todas las relaciones
trabaja-para son pares (trabajador, jefe); los pares (jefe, trabajador) están excluidos.

El número de conjuntos de entidades que participan en un conjunto de relaciones es también el grado del conjunto de relaciones. Un conjunto de relaciones binario tiene grado 2; un conjunto de relaciones ternario tiene grado 3.

Otro ejemplo:

Una relación tiene sentido al expresar las entidades que relaciona. En el ejemplo anterior, un huesped(entidad), se aloja(relación) en una habitacion(entidad).

Dados los conjuntos de entidades "Habitación" y "Huésped", todas las relaciones de la forma habitación-huésped, permiten obtener la información de los huéspedes y sus respectivas habitaciones.

La dependencia o asociación entre los conjuntos de entidades es llamada participación. En el ejemplo anterior los conjuntos de entidades "Habitación" y "Huésped" participan en el conjunto de relaciones habitación-huésped.

  Restricciones

Una restricción es una condición que obliga el cumplimiento de ciertas condiciones en la base de datos. Algunas no son determinadas por los usuarios, sino que son inherentemente definidas por el simple hecho de que la base de datos sea relacional. Algunas otras restricciones las puede definir el usuario, por ejemplo, usar un campo con valores enteros entre 1 y 10.

Las restricciones proveen un método de implementar reglas en la base de datos. Las restricciones restringen los datos que pueden ser almacenados en las tablas. Usualmente se definen usando expresiones que dan como resultado un valor booleano, indicando si los datos satisfacen la restricción o no.

Las restricciones no son parte formal del modelo relacional, pero son incluidas porque juegan el rol de organizar mejor los datos.

Un esquema de desarrollo E-R puede definir ciertas restricciones a las que los contenidos de la base de datos se deben adaptar.

Examinemos la correspondencia de cardinalidades y las restricciones de participación, que son dos de los tipos más importantes de restricciones.

La correspondencia de cardinalidades, o razón de cardinalidad, expresa el número de entidades a las que otra entidad puede estar asociada vía un conjunto de relaciones.

Uno a uno. Una entidad en A se asocia con a lo sumo una entidad en B, y una entidad en B se asocia con a lo sumo una entidad en A.

Ej. Una persona tiene un coche y un coche es de una sola persona.

Uno a varios. Una entidad en A se asocia con cualquier número de entidades en B (ninguna o varias). Una entidad en B, sin embargo, se puede asociar con a lo sumo una entidad en A

Ej. Una persona tiene varios coches y un coche es de una sola persona.

Varios a uno. Una entidad en A se asocia con a lo sumo una entidad en B. Una entidad en B, sin embargo, se puede asociar con cualquier número de entidades (ninguna o varias) en A

 Ej. Una persona tiene un coche y un coche es de varias personas. 

Varios a varios. Una entidad en A se asocia con cualquier número de entidades (ninguna o varias) en B, y una entidad en B se asocia con cualquier número de entidades (ninguna o varias) en A.

Ej. Una persona tiene varios coches y un coche es de varias personas. 

Como ilustración considérese el conjunto de relaciones prestatario. Si en un banco particular un préstamo puede pertenecer únicamente a un cliente y un cliente puede tener varios préstamos, entonces el conjunto de relaciones de cliente a préstamo es uno a varios. Si un préstamo puede pertenecer a varios clientes (como préstamos que se toman en conjunto por varios socios de un negocio) el conjunto de relaciones es varios a varios.

Restricciones Parciales

La participación de un conjunto de entidades E en un conjunto de relaciones R se dice que es total si cada entidad en E participa al menos en una relación en R. Si sólo algunas entidades en E participan en relaciones en R, la participación del conjunto de entidades E en la relación R se llama parcial. Por ejemplo, se puede esperar que cada entidad préstamo esté relacionada con al primamenos un cliente mediante la relación prestatario. Por lo tanto, la participación de préstamo en el conjunto de relaciones prestatario es total. En cambio, un individuo puede ser cliente de un banco tenga o no tenga un préstamo en el banco. Así, es posible que sólo algunas de las entidades cliente estén relacionadas con el conjunto de entidades préstamo mediante la relación prestatario, y la participación de cliente en el conjunto de relaciones prestatario es por lo tanto parcial.