John Freddy Duitama Muñoz. Facultad de Ingeniería. U. de. A. El Modelo Relacional. John Freddy Duitama Muñoz. Facultad de Ingeniería. U. de. A. 1

1. Modelo de Datos. Que es un modelo de datos? DEF 1: Abstracción de la información presente en el mundo real, compuesta de tres elementos: Estructura de Datos Reglas de integridad Operaciones posibles sobre los datos. DEF 2: Herramientas conceptuales para describir datos, sus relaciones, su semántica y las restricciones que garanticen su consistencia. Modelo de datos relacional. Propuesto por E.F. Codd. en 1970. “A Relational Model of Data for Large Shared Data Bank”. Communication of the ACM. 13. num 6, pp. 377-387. 13

2. La noción matemática de una relación. Dominio: Conjunto de valores. Ej: el conjunto de los enteros. El Producto cartesiano de los dominios D1 ,D2 , . . ., Dk, escritos como D1 x D2 x ... x Dk, es el conjunto de todas las k-tuplas ordenadas (v1,v2,...,vk) tales que v1 está en D1, v2 en D2 y así sucesivamente. Una relación: Subconjunto del producto cartesiano de una lista de dominios. 13

3. La noción de relación para un sistema de Bases de Datos. Retoma la noción matemática, pero elimina la necesidad de mantener el mismo orden para los elementos pertenecientes a una tupla y le adiciona un nombre a cada componente de la tupla. Relación  tabla. Empleados Nombre Cédula Juan Luis Luz 1 2 3 4 Cédula Nombre 1 Alba Luz 2 4 Juan 3 Luis 14

4. Estructura de Datos relacional. Relación  tabla. En donde: Cada fila es una tupla. Cada columna es una componente de la tupla. Atributo: Nombre asignado a cada columna de la relación; por ello su orden deja de tener importancia. Cada atributo está referido a un dominio de donde toma el valor para cada tupla que pertenezca a la relación. Deben ser atómicos. Pueden o no admitir valores nulos. Dominio: Conjunto de valores escalares del mismo tipo. 14

Estructura de Datos relacional. (cont.) Esquema: El conjunto de atributos de una relación y su dominio. Ejemplo: Esquema-Empleado(cedula:numérica, nombre:cadena-alfabetica) Relación: empleados(Esquema-Empleado) Instancia: Las tuplas que contenga en determinado momento la relación. Cardinalidad: Número de tuplas que en un instante dado tenga una relación. Asumimos la relación como finita. Grado : Una relación, subconjunto del producto cartesianos D1 x D2 x ... x Dk , decimos que tiene aridad k ó grado k; si la tupla (v1,v2,...,vk) tiene k componentes. 14

5. Reglas de integridad relacional. Clave candidata: El atributo K (posiblemente compuesto) de la relación R, es una clave candidata de esta relación si y solo si satisface las siguientes dos propiedades independientes del tiempo: Unicidad: En cualquier momento dado no existen dos tuplas en R con el mismos valor de K. Minimalidad: Si K es compuesto, no será posible eliminar ninguna componente de K sin destruir la propiedad de unicidad. 51. Regla de las claves primarias. Toda relación debe poseer una clave primaria. Atributo tomado del conjunto de atributos que son claves candidatas. Ningún componente de la clave primaria de una relación puede aceptar valores nulos o desconocidos. 15

Reglas de integridad relacional. (cont) 5.2. Regla de las claves foráneas. Una clave foránea es un atributo (quizá compuesto) de una relación R2 cuyos valores deben en todo momento del tiempo: concordar con los de la clave primaria de alguna relación R1. (donde R1 y R2 no necesariamente son dos relaciones distintas). O ser nulos. Notas: Si la clave foránea es compuesta sus valores deben ser completamente nulos o por el contrario no ser nula en ninguno de sus componentes. 16

Reglas de integridad relacional. (cont) Empleados Cédula Nombre Dependencia 1 Luz 10 2 20 4 Juan 3 Luis Clave Primaria:Código Dependencias Código Nombre 10 Contabilidad 20 Sistemas 40 Ventas 30 Bodegas Dependencia Clave Foránea del atributo código Clave primaria: Cédula. Qué hacer con las operaciones que intenten violar las reglas? 16

John Freddy Duitama. Universidad de Antioquia Información Faltante. En el mundo real no siempre dispongo de toda la información para cada una de las tuplas de una relación. Eje. El teléfono del empleado. Debe ser posible entonces para cada atributo de una relación, excepto para la clave primaria, decidir cuando admite ó no información faltante ó nula. Valores nulos se asimilan a información desconocida. En atributos numéricos la evaluación de un valor nulo es diferente a la evaluación de un valor cero. En expresiones booleanas hay tres posibles respuestas: Verdadero, falso y desconocido. John Freddy Duitama. Universidad de Antioquia 10 32 10

6. Operaciones en el modelo de datos relacional. El Algebra Relacional. Se apoya en operadores especializados sobre las relaciones. Es un álgebra cerrada. EL resultado de las operaciones definidas sobre las relaciones son a su vez nuevas relaciones. Opera únicamente sobre el modelo de datos, no requiere saber nada acerca de la estructura física de los datos. Provee un lenguaje lo suficientemente rico para hacer útil al sistema de Bases de Datos. Requiere de un esquema de optimización de operaciones para alcanzar respuestas rápidas. 17

Operaciones básicas: Unión. Unión ( R U S ). La unión de las relaciones R y S es el conjunto de tuplas que están en R, en S o en ambas relaciones. Compatibilidad respecto a la unión : deben cumplirse dos condiciones para hacerla efectiva en el álgebra relacional: Ambas relaciones deben tener el mismo conjunto de nombres de atributos y definidos en el mismo orden. Los atributos correspondientes deben estar definidos sobre el mismo dominio. Solo deja una ocurrencia de las tuplas resultantes repetidas. Solo deja una ocurrencia de tuplas con valores nulos en todos sus atributos. 18

Operaciones básicas: Diferencia. Compatibilidad respecto a la unión : deben cumplirse dos condiciones para hacerla efectiva en el álgebra relacional: Ambas relaciones deben tener el mismo conjunto de nombres de atributos y definidos en el mismo orden. Los atributos correspondientes deben estar definidos sobre el mismo dominio. Diferencia ( R - S ). Es el conjunto de tuplas que están en R pero no están es S. Ambas relaciones requiere compatibilidad respecto a la unión. Solo deja una ocurrencia de tuplas con valores nulos en todos sus atributos. 18

Operaciones básicas: Producto Cruz. Producto cartesiano ( R x S ): Sean R y S dos relaciones de cardinalidad c1 y c2 respectivamente. Su producto cartesiano: conjunto de todas las posibles tuplas construidas combinando una tupla de R con una tupla de S. Se obtiener una relación con Esquema-RxS ( Esquema-R Unión Esquema-S ). Su cardinalidad será c1 . c2 Si R y S tienen atributos comunes, deben renombrarse. Solo deja una ocurrencia de tuplas con valores nulos en todos sus atributos. 18

Operaciones básicas: Renombrar Renombrar x( E ) : Sean E un expresión del álgebra relacional  x ( E ) Eje:  trabajador ( Empleado )  empleado.identidad ( Empleado.cedula ) John Freddy Duitama. Universidad de Antioquia 15 18 15

Operaciones básicas: Proyección. Proyección : Denotada por Sea R una relación de aridad k. La proyección consiste en tomar un subconjunto de n atributos, dentro de los k posibles, y construir una nueva relación. Se deja sólo una ocurrencia de las tuplas resultantes repetidas. Solo deja una ocurrencia de tuplas con valores nulos en todos sus atributos. 18

Operaciones básicas: Selección Selección: Denotada por F es una fórmula que involucra: Operandos constantes y/o atributos de R. Operadores de comparación aritmética < , <= , >, >=, = , y < >. Operadores lógicos. and , or , not. Se permiten los paréntesis. Operador para valores nulos. Is null, Is not null. F retorna el valor de Verdadero, falso o desconocido. La selección : Conjunto de todas las tuplas t pertenecientes a R para las que la fórmula F es verdadera. Se conserva el esquema de R. Las tuplas con un atributo en F nulo y condiciones diferentes a is (not) null retornan desconocido. 19

Operaciones adicionales: Intersección Definidas a partir de las operaciones básicas para facilidad de los usuarios. Intersección : Denotada por R Ç S . R y S Deben ser compatibles respecto a la unión. La relación resultante tiene un esquema idéntico al de R ó al de S. Su cuerpo está formado por todas las tuplas t pertenecientes tanto a R como a S. Es equivalente a la expresión: R- (R - S). John Freddy Duitama. Universidad de Antioquia 20

Operaciones adicionales: División División ( R ¸ S ): Sean R y S relaciones de aridad r y s respectivamente, donde r > s y S  . El cociente es el conjunto de tuplas de aridad (r – s), a1 ,a2 , ... , a (r - s) (atributos no comunes entre R y S) tales que: Para toda tupla en S, existe en R la sub-tupla a1, ... , a(r-s) acompañándola Ej: R W X Y Z A B C D E F S Y Z C D E F W X A B E D ¸ = John Freddy Duitama. Universidad de Antioquia 20

Operaciones adicionales: Ejemplos. Empleados Cédula Nombre Cargo Dependencia 1 Luz Secretaria 10 2 20 4 Juan Auxiliar 3 Luis Analista Dependencias Código DNombre 10 Contabilidad 20 Sistemas 40 Ventas 30 Bodegas John Freddy Duitama. Universidad de Antioquia 21

Operaciones adicionales del álgebra: Ejemplos Ejemplos: 1. Empleados de la dependencia 10. 2. Dependencias sin empleados. 3. Dependencias que no tienen auxiliar. 4. Cargos que aparecen en todos los departamentos. 5. Cargos que aparecen en todos los departamentos que tengan al menos un empleado. 6. Nombre de los empleados y nombre del departamento en donde trabajan. 21

Operaciones adicionales: Reunión- q Reunión- q : Denotada por R S F Donde F es una fórmula que involucra: Atributos de R y S. Operadores de comparación aritmética < , <= , >, >=, = , y < > . Operadores lógicos. and , or , not. La reunión-q de R y S, es una relación : Con esquema : Esquema-R Union Esquema-S. Con un cuerpo: formado por el conjunto de todas las tuplas t tales que pertenezcan al producto cruz de R x S y la evaluación de la fórmula F sea verdadera para esas tuplas. Si el operador usado en F es el = se le llama equireunion. 21

Operaciones adicionales: Reunión natural Reunión natural : Denotada por R S. Sean las Relaciónes R( x1, x2, ...,xm, y1, y2, ..., yn ) y S( y1, y2, ..., yn , z1, z2, ..., zp ); Los atributos y1,y2,...,yn son comunes a ambas relaciones y además, los atributos correspondientes están definidos sobre el mismo dominio. La reunión natural de R y S es una relación: Con esquema = ( x1, x2, ... ,xm, y1, y2,..., yn , z1, z2 , ... , zp ) y tuplas formadas por: Una tupla t1 que aparece en R con los valores xi e yi correspondientes. Una tupla t2 que aparece en S con los valores yi y zi correspondientes. Los atributos yi de ambas tuplas tienen el mismo valor. 22

Operaciones adicionales: Reunión natural. (cont) Reunión natural : Denotada por R S. Definida en términos de operaciones básicas: Sean las Relaciónes R( x1,x2,...,xm,y1,y2,...,yn ) y S( y1,y2,...,yn ,z1,z2,...,zp ); Los atributos y1,y2,...,yn son comunes a ambas relaciones y además los atributos correspondientes están definidos sobre el mismo dominio. Entonces: R Ä S = p x1,..,xm,y1,...,yn,z1,...,zp ( s R.y1= S.y1 and (R x S) ) R.y2=S.y2 and ....................... John Freddy Duitama. Universidad de Antioquia 22

Operaciones adicionales del álgebra relacional. 1. Reunion natural entre EMPLEADOS y DEPENDENCIAS. 2. Obtener el nombre del departamento donde trabaja cada empleado.  cédula,nombre, Dnombre.(Empleados Dependencias) Cédula Nombre Cargo Dependencia 1 Luz Secretaria 10 2 20 4 Juan Auxiliar 3 Luis Analista Dependencia D.Nombre 10 Contabilidad 20 Sistemas 24

Algebra extendida: Reunión externa Reunión- externa : Denotada por R S La reunión-externa de R y S, es una relación que trabaja con los atributos faltantes. Con esquema : Idéntico a la reunión natural. Con un cuerpo: formado por el conjunto de todas las tuplas t tales que pertenezcan a la reunión natural de ambas relaciones. Además, retorna las tuplas en R que no coinciden con ninguna tupla de S. John Freddy Duitama. Universidad de Antioquia 21

Algebra extendida: Reunión externa Reunion externa por la derecha entre empleados dependencias. Cédula Nombre Cargo Dependencia 1 Luz Secretaria 10 2 20 4 Juan Auxiliar 3 Luis Analista Dependencia D.Nombre 10 Contabilidad 20 Sistemas 40 Ventas 30 Bodega John Freddy Duitama. Universidad de Antioquia 24

Anotaciones complementarias. Una Base de datos relacional es una Base de Datos percibida por el usuario como un conjunto de relaciones, léase tablas normalizadas y de diverso grado. Las ideas del modelo se aplican al nivel externo y conceptual del sistema. Información faltante: En el mundo real no siempre dispongo de toda la información para cada una de las tuplas de una relación. Debe ser posible entonces para cada atributo de una relación, excepto para la clave primaria, decidir cuando admite ó no información faltante ó nula. 32