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• Juan Jose Garcia Zuluaga

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BASES DE DATOS II Paola Otálora

EJE 2 Analicemos la situación

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Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 El modelo de datos relacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Diseño de las bases de datos relacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Diagramas de entidad-relación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Concepto de herencia en bases de datos relacionales . . . . . . . . . . . . . . 15 Vínculo existente entre el modelo relacional y el diagrama de entidad- relación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

ÍNDICE

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

INTRODUCCIÓN

Introducción Uno de los modelos de bases de datos más ampliamente difundidos es el modelo relacional, ya que desde el momento de su formulación, en el año de 1970, ha demostrado ser un paradigma que permite representar la realidad de los datos informáticos. Se debe tener claro que un insumo fundamental para este modelo son los diagramas de entidad-relación, a partir de los cuales es posible estructurar el flujo de datos y la lógica del negocio de cada empresa, elementos que serán estudiados en el presente referente de pensamiento. Elementos como entidades, relaciones y cardinalidad juegan un papel decisivo en el correcto análisis de bases de datos, pues de ellos parte la manera de vincular la información de forma que pueda apoyar efectivamente los procesos de toma de decisiones para que se logre responder la siguiente inquietud, ¿qué tan relevante y justificable es el uso del modelo relacional tradicional en la creación de una base de datos teniendo en cuenta las diferentes herramientas de gestión de bases de datos existentes?

Diagrama entidad-relación Es una herramienta que está formada por un conjunto de conceptos que permiten describir la realidad mediante representaciones gráficas y lingüísticas (Marqués, 2011, p. 106).

Reglas del negocio Describen las características principales sobre el comportamiento de los datos así como las de la empresa (Marqués, 2011, p. 5).

El modelo de datos relacional

El científico informático inglés Edgar Codd propuso en el año de 1970 los fundamentos de lo que hoy conocemos como el modelo relacional para bases de datos, el cual plantea una metodología para interactuar con la información basada en el álgebra relacional y el cálculo de predicados. Si bien el modelo relacional no es el único que existe, ha sobresalido notablemente sobre los demás y es claramente una de las modalidades más ampliamente utilizadas en la actualidad puesto que se considera a los datos como un conjunto ordenado y categorizado con el que es posible el establecimiento de relaciones, facilitando el establecimiento de correspondencias entre datos similares. Este modelo, también ha sobresalido sobre los demás, debido principalmente a su sencillez al momento de representar los datos, siendo altamente intuitivo, de forma que un usuario no experto, estaría fácilmente en capacidad de comprender las relaciones y su significado.

Algunos años después de la formulación realizada por Codd, surgió un nuevo lenguaje SQL (Structured Query Language), el cual terminó por consolidar el modelo relacional pues resultó ser el lenguaje ideal para realizar los procesos de explotación de los datos.

SQL Lenguaje estructurado de consulta (Marqués, 2011, p. 40).

El modelo de datos relacional debe ofrecer algún mecanismo por el cual los diseñadores y los programadores de la base de datos puedan generar un conjunto de relaciones que permitan abstraer y representar la información tal como se muestra en el mundo real.

Figura 1. Fuente: Shutterstock/83873797

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Existen tres aspectos fundamentales en los que el modelo relacional se enfoca, veamos: • Estructura: a través de este aspecto el modelo debe permitir abstraer y representar la información del mundo real. • Manipulación: con esta característica el modelo relacional ofrece capacidades para generar, recuperar y modificar la información. • Integridad: por medio de la generación de reglas que deben ser respetadas y cumplidas al momento del ingreso de los datos, el modelo garantiza que la información sea consistente y coherente. Por medio del modelo relacional, un SGBD (sistema gestor de bases de datos) se encarga de brindar apoyo a los procesos de definición y estructuración de los datos, facilitando la manipulación controlada y segura de información, así como la certificación en relación al cumplimiento de las reglas de integridad. Uno de los principales objetivos del modelo de datos relacional es el de suministrar un esquema de trabajo que, desde el punto de vista del usuario, tenga una estructura clara y ordenada que, por medio de la lógica de sus relaciones, pueda ser operada con naturalidad, agregando de paso un mayor grado de independencia a los datos.

¡Importante! Recordemos pues que un SGBD debe proporcionar independencia de los datos a nivel físico y a nivel lógico, por tanto, la estructura de los datos a nivel lógico –como el usuario ve la información–, no tiene por qué verse afectada por las técnicas empleadas para el almacenamiento a nivel físico –como el computador ve la información– y viceversa.

Las bases de datos apoyadas en el modelo relacional establecen su enfoque en el desarrollo y creación de asociaciones entre las tablas contenidas por la misma base de datos, a esta noción se la conoce como relación entre tablas. En el proceso de vincular dos o más tablas se deben reconocer los datos contenidos una de estas, que tiene algún tipo de relacionamiento con los datos de la otra, tal procedimiento se realiza durante la etapa del diseño conceptual de la base de datos. Esquema conceptual Es modelar los datos del negocio de manera independiente de la tecnología a utilizar (Andy Oppel, 2009, p. 30).

Instrucción A continuación, se invita al estudiante a revisar el recurso de aprendizaje: infografía, acerca del modelo relacional de datos. Lo encuentra disponible en la plataforma.

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Diseño de las bases de datos relacionales El pilar fundamental sobre el que se apoya el diseño de bases de datos relaciones está directamente relacionado con las tres características fundamentales de la arquitectura ANSI/Sparc, es decir, nivel conceptual, lógico y físico. Comenzaremos analizando el nivel conceptual, esto es, la creación de diagramas de entidad-relación y su posterior traducción a un modelo de datos relacional, estos elementos preliminares se desarrollan a partir de los procesos de levantamiento de los requerimientos empresariales para el tratamiento de los datos. Diagramas de entidad-relación Los diagramas de entidad-relación son una representación esquemática en la que se plasman los diferentes elementos que conforman un sistema de procesamiento de datos como las entidades, sus características y sus relaciones, siendo muy similares a un diagrama de flujo. Estos ayudan a la compresión de los procesos realizados por las empresas en lo referente al tratamiento de la información. Para desarrollar adecuadamente un diagrama de entidad-relación, algunas veces nombrado diagrama E/R, se deben incluir los siguientes elementos (ver figura 2). Entidad

Atributo

Fuerte

Simple Compuesto

Débil

Multivalorado

Derivado

Relación

Entidad fuerte

Cardinalidad

#

#

Entidad fuerte

Figura 2. Componente del diagrama entidad-relación Fuente: propia

Entidad Al hablar de entidad, se hace referencia de forma general a cualquier objeto del mundo real, el cual, de acuerdo con su naturaleza, posee una serie de características y particularidades únicas que ayudan a diferenciarlo de otros objetos o entidades.

Entidad Es una persona, lugar, cosa, suceso o concepto sobre el que se compilan datos (Oppel, 2009, p. 30).

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Dentro del modelo relacional una entidad puede ser débil o fuerte, en este momento, antes de entrar a explicar lo que es una llave, diremos que una entidad débil se caracteriza por no tener llaves propias; sin embargo, sí pueden tener llaves de relación, es decir, llaves de otras tablas, comúnmente denominadas llaves foráneas. Por otra parte, una entidad fuerte sí posee atributos clave o llaves propias.

Ejemplo Algunos ejemplos tradicionales de entidad son: Una persona, un automóvil, un libro, un paciente y su historia médica, en la figura 3 se puede apreciar gráficamente la diferencia entre una entidad débil (historia_médica) y una entidad fuerte (paciente). La entidad fuerte puede existir sin la necesidad de la existencia de una entidad débil, sin embargo, la entidad débil no puede existir a menos de que exista algún tipo de relación con una entidad fuerte. De esta forma, un paciente puede ser registrado en la base de datos aun cuando no tenga una historia médica, no obstante, una historia médica no puede ser registrada a menos que sea vinculada a un paciente en particular.

Paciente

Historia médica Figura 3. Entidad fuerte-entidad débil Fuente: propia

De manera análoga a la realidad, dos o más entidades podrían tener los mismos atributos, por ejemplo, los médicos y los pacientes tiene en común los atributos de nombre, apellidos, teléfono y dirección, pero también existirán otros que no son comunes, por ejemplo, el médico, a diferencia de los pacientes, deberá tener alguna licencia para ejercer su profesión, para optimizar el almacenamiento, su identificación y evitar redundancias. Se suelen generar entidades o clases superiores para agruparlos, en este caso, ambas entidades (médicos y pacientes) pueden ser contenidos por la clase personas, la cual hereda parte de los atributos que son idénticos, dejando a cada clase únicamente el manejo de los atributos con los que difieren.

Redundancia Campos repetidos en diferentes tablas (Valderrey, 2014, p. 31).

¡Recordemos que! Se invita al estudiante a revisar el recurso de aprendizaje: nube de palabras, donde encontrará los principales conceptos asociados al desarrollo de este eje. Disponible en la plataforma.

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Atributo Atributo

Se trata de las características que tienen las entidades, las cuales definen cualidades y/o cantidades, además, hacen que las entidades sean diferentes entre sí. En los diagramas de E/R encontramos los siguientes tipos de atributos:

Es un hecho unitario que caracteriza o describe de alguna manera a una entidad (Oppel, 2009, p. 32).

• Simple: un atributo en su forma más sencilla se trata de características atómicas, las cuales, por definición, no pueden ser divididas, ejemplo de ello son el estrato social, la edad, la estatura y el género de una persona. • Compuestos: son un poco más estructurados que los atributos simples, puesto que pueden ser contenedores de otros atributos, por ejemplo, el nombre de una persona se puede dividir en nombre y apellidos, o en primer nombre, segundo nombre, primer apellido y segundo apellido. Otro ejemplo sería la fecha de nacimiento de una persona, la cual se puede descomponer en año, mes y día. • Multivalorado: estos atributos están facultados para contener valores múltiples dentro del mismo campo, así un doctor podría haber desarrollado dos o más especialidades en el área de medicina, por tanto, cada especialidad finalizada debe ser cargada e incluida dentro de su perfil profesional. • Derivado: se trata de un cálculo, una operación o una deducción lógica que puede ser obtenida de un dato o valor existente, por ejemplo, la edad puede ser calculada tomando como base la fecha de nacimiento y la fecha actual. En la figura 4 se puede apreciar un tipo de entidad con todos los ejemplos de atributos.

Atributo nulo Atributo nulo

En la práctica, algunos atributos de entidades podrían no aplicar o no ser necesario su diligenciamiento, por ejemplo, una persona podría tener un teléfono celular, pero no un teléfono fijo, en este caso, este último atributo no tendría un valor dentro de la base de datos para esa persona.

Es un atributo que no tiene ningún contenido (Valderrey, 2014, p. 45).

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Médico

Identificación

Nombres

Apellidos

Primer apellido

Fecha de nacimiento

Especialidad

Edad

Segundo apellido Figura 4. Entidad fuerte y atributos de diferentes tipos Fuente: propia

Relación A través de este elemento, es posible, dentro de un modelo de bases de datos relacional, desarrollar asociaciones entre diferentes entidades, la cuales gráficamente se presentan con un rombo en cuyo interior se indica alguna acción con un verbo generalmente. Al igual que las entidades, las relaciones también pueden contener uno o más atributos. En la figura 5 se esquematizan dos entidades fuertes relacionadas por medio de la acción de consulta, como se puede apreciar, la relación incluye dos atributos: la fecha en la que el paciente es atendido por el médico y el tipo de consulta realizada.

Consulta

Médico

Fecha de consulta

Paciente

Tipo de consulta Figura 4. Entidad fuerte y atributos de diferentes tipos Fuente: propia

Tipos de relaciones: • Relaciones binarias: es el tipo más común de relación, en la que se vinculan dos entidades. • Relaciones n-arias: con este tipo de relación, es posible vincular a 3 o más entidades en una misma relación. • Relaciones dobles: es posible también establecer dos o más tipos de relaciones entre el mismo par de entidades. • Relaciones reflexivas: es un tipo de relación en el que una única entidad se relaciona consigo misma.

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En la figura 6 se pueden apreciar los diferentes tipos de relaciones entre entidades. Persona Consulta

Médico

Paciente Consulta

Médico Relación binaria

Paciente

Relación n-aria

Amigo Médico

Es jefe

Paciente

Médico

Consulta Relación doble

Relación reflexiva Figura 6. Tipos de relaciones Fuente: propia

Cardinalidad Dentro del modelamiento de bases de datos relacionales, el concepto de cardinalidad se refiere al nivel de la relación que existe entre dos o más entidades, así como a la forma en que estas se asocian. Respecto a la forma, existen 3 tipos de cardinalidad: • Uno a uno: este tipo de relación ocurre cuando un atributo de una entidad X tiene una relación únicamente con otro de la entidad Y; por ejemplo, un paciente únicamente puede tener una historia clínica. • Uno a muchos: este tipo de relación ocurre cuando un atributo de la entidad X se relaciona con varios atributos de la entidad Y; por ejemplo, la enfermedad de un paciente puede tener muchos tratamientos. • Muchos a muchos: este tipo de relación ocurre cuando muchos atributos de la entidad X se relacionan con varios atributos de una entidad Y; por ejemplo, un paciente puede ser atendido por muchos médicos y, de la misma forma, un médico atiende a muchos pacientes (ver figura 7).

Cardinalidad Es el número de tuplas que contiene una relación (Marqués, 2011, p. 16).

Relación uno a uno Es una asociación en la que una instancia de una entidad se puede asociar cuando mucho con una instancia de la otra entidad (Oppel, 2009, p. 34).

Relación uno a muchos Es una asociación entre dos entidades en la que cualquier instancia de la primera entidad puede asociarse con una o más instancias de la segunda entidad y cualquier instancia de la segunda entidad puede asociarse cuando mucho con una instancia de la primera (Oppel, 2009, p. 35).

Relación muchos a muchos Es una asociación entre dos entidades en la que cualquier instancia de la primera entidad puede asociarse con una o más instancias de la segunda, y viceversa (Oppel, 2009, p. 36).

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Historia clínica

Paciente

Historia clínica

1

Tiene

1

Tiene

M

Atiente

1

Paciente

M Tratamiento

M

Médico

Relación uno a uno

Relación uno a muchos

Relación muchos a muchos Figura 7. Formas de cardinalidad Fuente: propia

Respecto al nivel, existen 2 tipos de cardinalidad: • Cardinalidad máxima: este nivel corresponde a la cantidad máxima de ocurrencias con las que puede estar asociada una entidad, la cual puede tomar valores de 1 hasta n, siendo n el valor máximo posible de una ocurrencia; por ejemplo, un médico podrá tener mínimo un paciente hasta un máximo de n pacientes. De manera análoga, un paciente podrá tener mínimo un médico hasta un máximo de M médicos. • Cardinalidad mínima: este nivel corresponde a la cantidad mínima de ocurrencias con las que puede estar relacionada una entidad, la cual puede tomar valores de 0 hasta 1, siendo n el valor máximo posible de una ocurrencia; por ejemplo, un paciente puede tener un mínimo de cero tratamientos hasta un máximo de n, pero un tratamiento va a corresponder solamente a un paciente. La cardinalidad se puede expresar como una colección de pares en las que el primer valor se refiere a la cardinalidad mínima y el segundo valor se refiere a la cardinalidad máxima: (cardinalidad mínima, cardinalidad máxima) por ejemplo (0,1) – (1,1) – (0,M) – (1, M) – (N,M), ayudan a describir la forma y el nivel en ambos sentidos. Ver figura 8.

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Una historia clínica corresponde solo a un paciente

Historia clínica

(1,1)

Tiene

(1,1)

Paciente

Relación uno a uno

Un paciente tiene solo una historia clínica Un paciente puede tener 0 o muchos tratamientos

Paciente

(1,1)

Tiene

(0,M) Tratamiento

Un tratamiento corresponde a un paciente

Relación uno a muchos

Figura 8. Relaciones de cardinalidad Fuente: propia

Lectura recomendada Se invita al estudiante a realizar la lectura complementaria 1, capitulo 2: Bases de datos Rafael Campos Paré, et ál. También lo invitamos a obser var la siguiente videocápsula: ¿Qué son las bases de datos relacionales? https://youtu.be/CBVp8sbo1w0

Llaves Dentro del marco de las bases de datos relacionales, las llaves hacen referencia a campos o atributos por medio de los cuales es posible relacionar diferentes tablas. Existen diferentes tipos de llaves: • Llave primaria: conocida también como llave principal, es un requisito de todas las entidades fuertes. Se trata de un atributo que permite identificar de manera unívoca a cada uno de los registros contenidos en la tabla, de forma que no pue-

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den existir dos o más registros con la misma llave primaria. Ejemplo: el documento de identidad describe únicamente a una persona, de modo que no pueden existir dos personas con el mismo número de documento. De forma análoga, en las bases de datos se deben identificar las llaves primarias de cada tabla, su elección es libre siempre y cuando se cumpla con el requisito que no puede repetirse en más de un registro. Dentro de la notación tradicional de bases de datos relacionales se reconocen las llaves primarias puesto que son los atributos que van subrayados. • Llave foránea: conocida también como llave externa, se trata de un campo o atributo en una tabla que hace referencia a la llave primaria de otra tabla, a través de estas llaves se puede establecer que existe una relación entre ambas tablas. Llave primaria Tabla del paciente (ID_paciente, nombres, apellidos, edad y teléfono) Llave foránea Tabla del tratamiento (ID_tratamiento, nombre, ID_paciente y detalles) Figura 9. Llave primaria y llave foránea Fuente: propia

En la figura 9 se puede apreciar la forma en que se definen las llaves primarias y secundarias dentro de una relación de tablas en una base de datos. • Súper llave: conocida también como llave compuesta, se presenta cuando en una tabla no existe una llave primaria, de forma tal que la unión de dos o más campos de la tabla permite la creación de una llave primaria, es decir: que identifica a todos los registros de manera única, por ejemplo, es posible unir los campos de teléfono y correo para crear una súper llave (ver figura 10).

Llave compuesta Tabla del paciente (nombres, apellidos, edad, teléfono y correo ) Figura 10. Llave compuesta Fuente: propia

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Concepto de herencia en bases de datos relacionales Es un mecanismo de adaptación tomado del paradigma de la programación orientada a objetos (POO), aplicado al modelamiento de bases de datos relacionales a través del cual se establece un tipo de relación entre una entidad padre hacia una entidad hija en la cual la tabla padre “hereda” o transfiere un grupo de campos o atributos a la tabla hija, pudiendo compartir de esta forma una serie de características, mejorando y optimizando el modelo y aprovechando elementos como la extensión y la reutilización.

La relación de herencia se representa mediante un triángulo que está interconectado a las entidades por medio de líneas. La entidad conectada por el vértice superior del triángulo se denomina la entidad “padre”, y las entidades “hijo” se conectan por la base del triángulo, únicamente puede darse herencia simple, es decir, solo puede existir una entidad “padre”.

Continuando con el ejemplo que se viene desarrollando, tanto un medio como un paciente pueden heredar de una entidad padre denominada “persona”, que contiene atributos genéricos como identificación, nombre, apellido, teléfono, entre otros. Ver figura 11 para comprender mejor este concepto.

ID

Nombres

Apellidos

Teléfono

Correo

Dirección

Género

Persona 1,1 Corresponde 1,1

1,1

Paciente

ID_paciente

Médico

Tipo de paciente

ID_médico

Especialidad Figura 11. Herencia Fuente: propia

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En la figura 11 se puede apreciar el concepto de herencia, en el que la entidad “padre” comparte los datos personales que son iguales para cualquier tipo de persona, en este caso las entidades “hijas”, sea paciente o médico, son un tipo de persona que además tiene unas características particulares en cada caso. Para la entidad "hija Paciente", se tiene un ID_paciente –que además es llave primaria– y un tipo de paciente; para la entidad Médico se tiene un ID_médico y una especialidad.

Vínculo existente entre el modelo relacional y el diagrama de entidad- relación El diagrama entidad-relación es un modelo conceptual que va muy de la mano con las reglas del negocio y que genera el diseño de la base de datos; por otra parte, el modelo relacional es una estructura que con base en las tablas y una serie de relaciones permite el almacenamiento físico de los datos bajo una estructura jerárquica que respeta el concepto de estructura, manipulación e integridad; claramente, se trata de un proceso en el que se crea una estructura fundamentada en el diagrama entidad-relación y posteriormente se transforma en un modelo relacional.

Instrucción Se invita al estudiante a realizar la actividad de aprendizaje: prácticas o simulaciones. Disponible en la plataforma.

Durante la lectura del referente de pensamiento correspondiente al eje 3 se abordaron los temas del diagrama entidad-relación y su importancia al momento de desarrollar un modelo de bases de datos relacionales; se estudiaron también los conceptos de entidades, relaciones, cardinalidad y finalmente se planteó la importancia de las denominadas llaves primarias en la correcta identificación de cada uno de los registros almacenados. Como se analizó en el presente referente, a través del diseño conceptual se logra hacer una descripción de alto nivel de la estructura de la base de datos, la cual resulta ser independiente del sistema gestor de bases de datos implementado el objetivo principal: describir el contenido de información de la base de datos. A continuación, se invita al estudiante a desarrollar la actividad evaluativa.

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