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Tema 2 Diseño conceptual Bases de Datos I Objetivos Bibliografía Introducción Conceptos básicos Diseño conceptual Documentación Problemas en el diseño conceptual Tema 2 Diseño conceptual Ingeniería Técnica en Informática de Gestión Esther Gadeschi Díaz Departmento de Lenguajes y Sistemas Informáticos Universidad de Cádiz Cádiz, 17 de octubre de 2011

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Tema 2 UCA

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Bibliografía

Introducción

Conceptosbásicos

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Documentación

Problemas enel diseñoconceptual

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Ingeniería Técnica en Informática de Gestión

Esther Gadeschi DíazDepartmento de Lenguajes y Sistemas Informáticos

Universidad de Cádiz

Cádiz, 17 de octubre de 2011

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Bibliografía

Introducción

Conceptosbásicos

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Documentación

Problemas enel diseñoconceptual

Índice

1 Objetivos

2 Bibliografía

3 Introducción

4 Conceptos básicos

5 Diseño conceptual

6 Documentación

7 Problemas en el diseño conceptual

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Bibliografía

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Conceptosbásicos

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Problemas enel diseñoconceptual

Objetivos

El alumno debe ser capaz de:

Conocimiento

Definir los conceptos básicos del modelo

Conocer los problemas del modelo

Comprensión

Explicar cómo diferenciar entre los diferentes conceptos del modelo

Aplicación

Utilizar los conceptos para construir un modelo para un problema dado

Resolver los problemas que puedan presentarse en este modelo

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Bibliografía

Introducción

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Problemas enel diseñoconceptual

Bibliografía

Libros

[Atze99] Atzeni, P.; Ceri, S.; Paraboschi, S. & Torlone, R.Database SystemsMcGraw-Hill, 1999.

[Bati94] Batini, C.; Ceri, S. & Navathe, S. B.Diseño conceptual de bases de datosAddison-Wesley/Díaz de Santos, 1994.

[Conn05] Connolly, T. & Begg, C.Sistemas de Bases de DatosAddison-Wesley, 4a edición, 2005.

[Demi93] De Miguel, A. & Piattini, M.G.Concepción y Diseño de Bases de Datos: Del modelo E/R al modelorelacionalRa-Ma, 1993.

[Demi99] De Miguel, A. & Piattini, M.G.Fundamentos y modelos de Bases de DatosRa-Ma, 2a edición, 1999.

[Elma02] Elmasri, R. & Navathe, S.B.Fundamentos de sistemas de Bases de DatosAddison-Wesley, 3a edición, 2002.

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Problemas enel diseñoconceptual

Bibliografía (cont.)

[Elma07] Elmasri, R. & Navathe, S.B.Fundamentos de sistemas de Bases de DatosAddison-Wesley, 5a edición, 2007.

[Rana07] Ramakrishnan, R & Gehrke, J.Sistemas de Gestión de Bases de DatosMcGraw-Hill, 3a edición, 2007.

[Silb02] Silberschatz, A.; Korth, H. & Sudarshan, S.Fundamentos de Bases de DatosMcGraw-Hill, 4a edición, 2002.

[Silb06] Silberschatz, A.; Korth, H. & Sudarshan, S.Fundamentos de Bases de DatosMcGraw-Hill, 5a edición, 2006.

Aula virtual de la asignatura

Material docente: transparencias e información

Foros de discusión

Tutorías electrónicas

Tareas

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Introducción

Modelo Entidad-Relación es:Modelo conceptual de alto nivel.Modelo semántico: representa el significado de losdatos.Mundo real representado por estructuras lógica yabstractas de los datos.Basado en entidades y relaciones.

Propuesto por P. Chen en los años 70.Modelo con mayor difusión entre las BD.Propiedades:

Estática: estructuras.Dinámica: operaciones.

Independiente del SGBD y del hardware usado para laimplementación.

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Conceptos básicos

Todo modelo dispone de un conjunto de herramientasque ayuda a conseguir el esquema correspondiente.

Este modelo al ser abstracto dispone de un conjuntode símbolos para representar los conceptos del mundoreal.

Conceptos a representar:EntidadesRelacionesConexionesAtributosDominiosRestricciones

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Entidades

Objeto del mundo real con existencia propias ydistinguible del resto de objetos.Pueden ser:

Físico: objeto tangible.Un libroUna personaUn artículoUna casaUn vehículo

Abstracto: objeto no tangible.Un curso universitarioUna provinciaUna transacción bancariaUn puesto de trabajoUna profesión

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Atributos

Las entidades tienen propiedades específicas llamadasatributos.Los atributos describen a una entidad.

Un coche: no matricula, no chasis, marca, modelo, . . .Una asignatura: código, nombre, no de créditos, curso,. . .

Una entidad en particular tendrá un valor para cadauno de sus atributos.Tipo de atributos:

Simples o compuestosMonovaluados o multivaluadosAlmacenados o derivados

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Atributos (cont.)

Atributos simples o compuestos:Compuesto: se pueden dividir en componentes máspequeños con significado propio.El valor es la concatenación de los valores de losatributos que lo componen.Es útil para modelar situaciones en las que se hacereferencia a la propiedad como una unidad, perotambién a los componentes por separados.

Simples: no son divisibles. Atómicos.Útiles cuando siempre nos referimos al atributos sinnecesidad de dividirlo.

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Atributos (cont.)

Atributos monovaluados o multivaluados:

Monovaluados: tienen un solo valor para cada entidad.Una persona: DNI, fecha de nacimiento,DNI_padre, DNI_madre, . . .

Multivaluados: tienen más de un valor para la mismaentidad.

El libro [Elma02] tiene dos autores.

Pueden tener límites superior y/o inferior del no devalores por entidad.

Teléfono de un profesor: 0 a 2, despacho y/o depto.

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Atributos (cont.)

Atributos almacenados o derivados:

Derivados: su valor se calcula a partir de otrainformación ya existente (atributos, interrelaciones,. . . ).Es una información redundante:

Edad de una persona: se calcula de su fecha denacimiento (por atributo).No de artículos suministrados por un proveedor: secalcula por interrelación.

Almacenados: su valor no se deriva de otros atributos.Nombre de una persona.

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Atributos (cont.)

Valor nulo (null) se crea cuando se dan situacionesespeciales para un atributo concreto. Por ejemplo:

El valor para el atributo existe pero se desconoce.¿Dónde vive cierta persona?

No se sabe si el valor del atributo existe o no.No sabemos si tiene teléfono en casa.

La entidad no tiene ningún valor aplicable para elatributo.Fecha de expedición del título universitario para unalumno.

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Tipo de entidad

Las entidades que poseen los mismos atributos seagrupan formando un conjunto de entidades del mismotipo.Un tipo de entidad se describe por su nombre y la listade nombres de sus atributos (esquema).Persona (DNI, nombre, apellidos, . . . )Asignatura (asg_num, asg_nom, . . . )Una ocurrencia de un tipo de entidad es una entidadcon valores para cada atributo.Persona (91404505, Pepe, Pérez, . . . )Asignatura (24, dibujo, . . . )

Un conjunto de ocurrencias forma la instancia.Ejemplo: conjunto de todas las personas.

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Notación

Tipos de entidades: se representan por rectángulos.Atributos: se representan por elipses o círculos.

DNI

NombreDirección

calle ciudadProv.

C.P.

TeléfonoPersona

Representación del tipo entidad Persona que tieneatributos compuestos, como dirección, y atributosmultivaluados, como teléfono.

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Atributos claves

Los tipos de entidades casi siempre tienen un atributoo conjunto de atributos cuyo valor o valores sondistintos para cada entidad individual, atributos claves.Los atributos claves definen unívocamente a cadaentidad dentro de su conjunto de entidades.Puede existir más de un atributo o conjunto deatributos dentro del esquema de un tipo de entidad quecumpla la condición de clave, claves candidatas.

Persona (DNI, nomb, apell, dom, fec-nac, . . . )Claves candidatas:

a) {DNI}b) {nomb,apell,fec-nac,dom}

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Atributos claves (cont.)

Clave primaria: es la clave candidata elegida por eldiseñador para ser el identificativo de las ocurrenciasde un tipo de entidad.Se representa de forma subrayada en casi todos losmodelos de datos.Persona (DNI, nomb, apell, dom, fec-nac, . . . )Asignatura (asg_num, asg_nom, . . . )Las claves candidatas no elegidas pasan a ser clavesalternativas.Persona (DNI, nomb, apell, dom, fec-nac, . . . )Atributos claves:

{DNI} clave primaria (CP){nomb,apell,fec-nac,dom} clave alternativa (CA)

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Notación (cont.)

Atributos claves primarias: se representan subrayadas.

NombreDirección

calle ciudadProv.

C.P.

TeléfonoPersonaDNI

Representación del tipo entidad Persona que tienecomo clave primaria al atributo DNI.El atributo Dirección es compuesto:

calleciudadprovinciacódigo postal

El atributo teléfono es multivaluado.

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Dominios

Dominio: conjunto de valores que puede tomar unatributo.Todo atributo atómico tiene asociado un único dominiosobre el cual puede tomar valores válidos.Matemáticamente: sean D un dominio y P unpredicado asociado a D.

v ∈ D|P(v) es verdadero

D = {vi |P(vi)}

Cada atributo ai ∈ E toma valores en uno de losdominios válidos del conjunto de dominios del tipo deentidad.

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Dominios (cont.)

Cardinalidad de un atributo: no mín. y máx. de valoresque puede tomar un atributo (a) en una ocurrencia deun tipo de entidad (E).

Card_min(a,E) = 0a puede no tomar valor.a puede ser nulo (null).

Card_min(a,E) = 1a debe tomar obligatoriamente un valor.

Card_max(a,E) = 1a tomará como mucho, un valor individual a la vez.

Card_max(a,E) > 1a puede tomar más de un valor para la mismaocurrencia de entidad.a es multivaluado.

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Relaciones

Una relación es una asociación entre entidades queestá relacionadas de alguna manera en el mundo realtratado.Un tipo de relación es un conjunto de relaciones delmismo tipo. Tipo de relación R entre n tipos deentidades, E1,E2, . . . ,En define un conjunto deasociaciones entre entidades de estos tipos.Matemáticamente: un tipo de relación es una relaciónmatemática sobre E1,E2, . . . ,En, que puede definirsetambién como un subconjunto del producto cartesiano

E1 × E2 × . . .× En

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

donde (e1,e2, . . . ,en) es una relación.

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Relaciones (cont.)

Ejemplo: alumnos matriculados en asignaturas

Tipo de entidad

Pepe

Luis

Sandra

Antonio

María

Tipo de relación

de relación

Ocurrencia

AlumnosMatriculado

EstarAsignaturas

Traductores

BD

SO

IS

MP

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Notación (cont.)

Elementos del modelo entidad/relación

Entidad

Atributo

Nombre

Conexión

Relación

Etiqueta

Nombre Clave primaria

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Relaciones (cont.)

Representación de alumnos matriculados en asignaturas

AsignaturasAlumnos

DNI

Nombre

Domicilio Código

Nombre

Créditos

matriculadoEstar

Alumnos Estar matriculado Asignaturas{3, Pepe, Sol 37} {3, 1} {1, MP, 12}{4, Sandra, Luna 4} {3, 2} {2, IS, 12}

{4, 2}

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Tipo de relaciones

Grado: no de tipos de entidades que participan en eltipo de relación.

Binario: intervienen dos tipos de entidades (el másfrecuente).Ternario: intervienen tres tipos de entidades.Reflexivo: interviene un único tipo de entidad.

Rol o papel: todo tipo de entidad que participa en untipo de relación juega un papel específico en larelación.

Alumno: persona que se matricula.Asignatura: materia que se imparte.

Los papeles se indican en los tipos de relaciónreflexiva.

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Tipo de relaciones (cont.)

Director

Alquiler

Supervisar

Rueda

Binaria

Ternaria

Reflexiva

Película

Local_videoclub

PeliculaCliente

Supervisor

Supervisado

Empleados

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Tipo de relaciones (cont.)

Restricciones: limitaciones en las combinaciones deentidades que pueden participar en las relaciones.

CardinalidadParticipación

Cardinalidad: no máximo de relaciones en las quepuede participar una misma entidad [Elma02].

No máximo de ocurrencias de un tipo de entidad quepueden participar por cada ocurrencia del otro tipo deentidad asociado en el tipo de relación [Demi93 y 99].

Cardinalidad: No de entidades a las que otra entidadpuede estar asociada, vía un conjunto de relaciones[Silb02].

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Tipo de relaciones (cont.)

Tipos de cardinalidad: 1:1, 1:N y M:N.

Local_videoclub

personaje film

M:N

Trabaja_en Supervisa

Empleado

trabajador

lugar trabajo

encargado

sucursal videoclub

1:1

Actua_en PelículaActor

1

N

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Tipo de relaciones (cont.)

Participación:

Especifica si toda la extensión de un tipo de entidadparticipa en un tipo de relación, o sólo parte.

Indica si la existencia de una entidad depende de queesté relacionada con otra mediante una relación.

Clases de restricciones de participación:Partición total o de existencia: toda entidad del conjuntode entidades está relacionada con otra entidad.Partición parcial: no necesariamente todas lasocurrencias de un tipo de entidades tienen que estarrelacionadas con ocurrencias de otros tipos deentidades.

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Tipo de relaciones (cont.)

Ejemplo:Total: todo profesor de universidad debe pertenecer aun área de conocimiento.Parcial: algunos profesores de universidad pertenecenal claustro universitario.

Profesor Pertenece

ClaustroProfesor Pertenece

Área_conoc.

N:1

N:1

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Atributos de tipos de relación

Los tipos de relaciones pueden tener atributos al igualque los tipos de entidades.

Los atributos de un tipo de relación 1:1 y 1:N puedenser atributos de los tipos de entidades participantes.

Para los atributos de relaciones con cardinalidad 1:N,éstos sólo pueden trasladarse al tipo de entidad concardinalidad N.

Los tipos de relaciones con cardinalidad N:M puedenque sus atributos estén determinados por lacombinación de atributos de los tipos de entidadesparticipantes.

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Atributos de tipos de relación (cont.)

Profesor

Fecha

Trabaja_enEmpleado Local_videoclub

Horas Horas

1:1

Horas

Pertenece

Fecha

Área_conoc.

N:1

Fecha

Vivienda

N:M

Persona Compra

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Tipo de entidades débiles

Tipo de entidad que no tiene suficientes atributos paraformar una clave primaria.Una ocurrencia no existe por sí misma, sino por surelación con una ocurrencia de un tipo de entidadfuerte (con CP).Forma parte de un conjunto de relaciones del tipo 1:N.El tipo de relación no posee atributos descriptivos, silos hubiere formarían parte del conjunto de entidadesdébiles.Se representa por un doble rectángulo.

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Tipo de entidades débiles (cont.)

Una entidad débil siempre tiene una restricción departicipación total en la relación que le une a suentidad dominante o fuerte (TE = tipo de entidad).

Dependencia:En existencia: la ocurrencia del tipo de entidad débil nopuede existir sin la ocurrencia de la entidad fuerte de laque depende (etiqueta E en la relación débil). Tiene CP.En identificación: además de la dependencia enexistencia, las ocurrencias del TE débil no se puedenidentificar, sino por {CP fuerte + discriminador débil}(etiqueta ID en la relación).

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Tipo de entidades débiles (cont.)

No toda dependencia en existencia (participación total)implica un tipo de entidad débil.

Posee

Persona

Coche Nº matrícula

DNI

Marca

1

N

Coche depende en existencia de Persona, perodispone de su propia CP, luego no es débil.

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Tipo de entidades débiles (cont.)

Copia es débil, pues depende en existencia dePelícula, y además depende en identificación.

Tiene

Copia

FechEdic

NºCopia

CodPeli

1

N

Película

Tipo de relación débil

Discriminante

FormatoVideo

Clave parcial o

CP de Copia {CodPeli,NoCopia}

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Diseño conceptual

Las etapas del diseño conceptual son:Análisis de requisitosDiseño del esquema conceptual

Análisis de requisitos: se pretende analizar de formamás minuciosa y sistemática las especificaciones derequisitos, para identificar más claramente losrequisitos relacionados con la información manipuladapor el sistema.Necesitamos eliminar:

Ambigüedades de los requisitos recabados.Completar los requisitos.Dotarlos de una estructura.Entender realmente el significado de todos lostérminos.

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Diseño conceptual (cont.)

Diseño del esquema conceptual: realiza unrefinamiento y estructuración sucesivos del esquemapercibido para obtener el EC.Utilización de un MD de alto nivel independiente de laimplementación.

Entendimiento completo de la estructura, semántica(significado), interrelaciones y restricciones de la BD.Descripción del contenido de la BD, invariante en eltiempo: se puede cambiar el SGBD pero permanece elEC.Mejor para obtener el EC: es más general y expresivo ysirve de vehículo de comunicación entre usuarios,diseñadores y analistas. Conceptos más fáciles deentender que los MD de bajo nivel.

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Diseño conceptual (cont.)

El paso de esquema descriptivo a un primer EC tienedos enfoques:

LingüisticoCategorización de los objetos

Lingüistico:Sustantivo que actua como subjeto o complementodirecto en una frase→ tipo de entidad.Nombre propio→ ocurrencia de un tipo de entidad.Verbo transitivo o una frase verbal→ tipo de relación.Preposición o frase preposicional entre dos nombres→tipo de relación o asociación entre una entidad y algunode sus atributos.

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Diseño conceptual (cont.)

Categorización de los objetosSi un concepto tiene más propiedades, además de sunombre, y/o describe un tipo de objetos de datos conexistencia autónoma es conveniente utilizar un tipo deentidad para representarlo.Si un concepto tiene una estructura simple sinpropiedades y/o describe a un objeto de datos al quese le asigna un valor, es mejor representarlo como unatributo de otro concepto al cual se refiere.Si un concepto proporciona una relación lógica entredos o más entidades, y/o hace posible la selección deuna entidad a través de una referencia a un atributo deotra entidad, es conveniente representarlo como unarelación.

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ISBN

Nombre EditorialAutor

Libro

Editorial

Fecha_fund NacionalidadNombre Direccion

ISBN Idioma

Nombre EditorialAutor

Libro

Libro Editorial

Libro

Libro

Idioma

Figura 1 Figura 2

Figura 3

Editado por

Figura 4

AutorEscrito por

Figura 5

Escrito en Idioma

Figura 6

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Diseño conceptual (cont.)

Figura 1: Libro es una entidad pues posee propiedades y suexistencia es independiente de otros conceptos.

Figura 2: si un libro puede encontrarse en varios idiomasnos indica que idioma es un atributo multivaluado. Seríaconveniente considerar el tipo de entidad Idiomainterrelacionado con Libro, figura 6.

Figura 3: una editorial puede tener propiedades por lo quees mejor considerar que los libros son editados por laseditoriales, figura 4.

Figura 5: si queremos conocer los libros que ha escrito unautor es mejor representar Autor como un tipo de entidad yuna relación entre los libros y los autores que los escribenen vez de que sean una propiedad de libro.

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Documentación

Necesidad de una documentación para lainterpretación del EC.La documentación se puede organizar como un DD. Serequieren dos tablas:

Entidades:Nombres y descripcionesAtributosIdentificadores (CP)

Relaciones:Nombres y descripcionesEntidades involucradas y sus cardinalidadesAtributos

Las restricciones del Universo del Discurso también seagrupan en una tabla.

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Problemas en el diseño conceptual

Un esquema es correcto cuando se usanadecuadamente los elementos del modelo E-R.

Sintácticamente: los conceptos se expresancorrectamente en el esquema.Semánticamente correcto: los elementos se usan deacuerdo a sus definiciones.

Usar un atributo en vez de una entidad.Usar una relación con un no erróneo de entidadesparticipantes.Usar una entidad en lugar de una relación.Omitir alguna especificación de cardinalidad.

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Problemas en el diseño conceptual (cont.)

Redundancia: un esquema es redundante cuandoincluye dos elementos que representan el mismoconcepto y, por tanto uno de ellos puede ser eliminado.

Ciclos: existe cuando una relación R1 entre dosentidades posee el mismo contenido de informaciónque una ruta de relaciones (R2, R3, . . . , Rn) queconecta a los mismos pares de ocurrencias deentidades que R1.Atributos derivados: la redundancia puede deberse a laexistencia de un atributo cuyo valor puede calcularse apartir de los valores de otros atributos.

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Problemas en el diseño conceptual (cont.)

Provincia

Provincia Pertenece_a

���

���

��������

��������

���

���

Es_de

Ciudad

N

1

Es_de

Ciudad

Esta_en

Comunidadautonoma

N

N

1

N

1

1

Nacio_en Persona

N

Trabaja_en

1

Figura 7

Figura 8

1 N

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Problemas enel diseñoconceptual

Problemas en el diseño conceptual (cont.)

Figura 7: la relación Está_en es redundante, ya quesus ocurrencias se pueden derivar a partir de Es_de yPertenece_a. Una ciudad está en la comunidadautónoma a la que pertenece su provincia, por ellopuede ser eliminada del esquema.No todos los ciclos de relaciones son fuentes deredundancia: lo serán o no dependiendo de susignificado.En la figura 8 aunque existe un ciclo no hayredundancia pues una persona no tiene por qué habernacido en la misma provincia en la que está la ciudaddonde trabaja.

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Problemas enel diseñoconceptual

Problemas en el diseño conceptual (cont.)

Existen dos tipos de problemas que puedenpresentarse en un esquema E-R:

Trampa del abanico: ocurre cuando un modelorepresenta una relación entre tipos de entidades, peroel camino entre ciertas ocurrencia de las entidades esambiguo.Trampa de la grieta: ocurre cuando un modelo sugierela existencia de una relación entre tipos de entidades,pero no existe camino entre ciertas ocurrencia deentidades.

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Diseñoconceptual

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Problemas enel diseñoconceptual

Problemas en el diseño conceptual (cont.)

Pertenece_aDepartamento Profesor Tiene_asignado Despacho

Departamento

D1

D2

Despacho

Dc1

Dc2

Dc3

Dc4

Dc5

Profesor Departamento Tiene_asignado Despacho

Tiene asignado DespachoPertenece aProfesor

P1

P2

P3

P4

r1

r2

r3

r4

r5

r6

r7

Dc1

Dc2

Dc3

Dc4

Dc5

D1

D2

Departamento Pertenece a

r1

r2

r3

r4

Profesor

P1

P2

P3

P4

r8

Tiene asignado

r5

r6

r7

r8

Figura 9

Pertenece_a

N N1 1

1 N N 1

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Está_asignado Personal Supervisar Propiedades_alquilerSucursal

Personal

Sucursal

Está_asignado Supervisar

Propiedades_alquilerTiene

S1

S2

S3

r1

r2

r3

P1

P2

P3

r4

r5Pa2

Pa3

Pa1

Propiedadesalquiler

SupervisarPersonalSucursal Está asignado

1 M 1 M

M

M

M

1

1

1

S1

S2

S3

r1

r2

r3

P1

P2

P3

r4

r5Pa2

Pa3

Pa1

Propiedadesalquiler

SupervisarPersonalSucursal Está asignado

r6

r7

r8

Tiene

Figura 10

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Problemas en el diseño conceptual (cont.)

Figura 9: en el primer esquema conceptual nosabemos cuál es el despacho de un profesor enconcreto. Sabemos los despachos que estánasignados a un departamento en concreto. En cambio,en el segundo esquema si sabemos el despacho queocupa un profesor.Figura 10: en el primer esquema conceptualcomprobamos que no todo el personal supervisapropiedades ni todas las propiedades estánsupervisadas por algún personal. El problema sepresenta cuando queremos saber qué propiedadesestán disponible en cada sucursal. Para ello se hacreado una nueva relación Tiene.