UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

Facultad de Ciencias Económicas

Carrera de Finanzas

CAPITULO 11: ALGORITMOS DE DISEÑO DE BASES DE DATOS

RELACIONALES Y DEPENDENCIAS ADICIONALES

GUAÑUNA MONTALVO DAYANNA FERNANDALÓPEZ ULLOA MADELYN LUCELYVACA VACA FLABIA MERCEDES

Introducción Capítulo 11

Presenta una técnica de diseño relacional descendente y varios conceptos usados en el diseño de bases de datos comerciales.

El proceso consecuente recibe el nombre de diseño relacional por análisis, donde relaciones diseñadas anteriormente se analizan para detectar dependencias funcionales no deseadas.

Este capítulo usa la teoría de las formas normales y las dependencias funcionales manteniendo tres planteamientos:

1. Propiedades deseables de la concatenaciones no aditivas (sin pérdida) y la conservación de dependencias funcionales.

2. Diseño relacional por síntesis de dependencias funcionaNuevos tipos de dependencias.

Guañuna Dayanna, Lopez Madelyn, Vaca Flabia

11.1 Propiedades de las descomposiciones

11.1.1 Descomposición de una relación e insuficiencia de formas normales

11.1.2 Propiedad de conservación de la dependencia de uan descomposición

Los algoritmos de diseño de una base de daros relacional se inician a partir de un único esquema de relación universal R={A1, A2. . . An} que incluye todos los atributos de la base de datos.

El conjunto F de dependencias funcionales que se debe cumplir en los atributos de R está especificado por los diseñadores de la base de datos y disponible a través de los algoritmos de diseño.

Al usar dependencias funcionales, los algoritmos descomponen el esquema de relación universal R en un conjunto de esquemas de

relación D ={R1, R2. . . Rn} que se convertirán en el esquema de labase de datos relacional; D reciben el nombre de descomposición de R.

Cada dependencia funcional X Y especificada en F apareciera directamente en uno de los esquemas de relación Ri de la descomposiciónD, o pudiera inferirse a partir de las dependencias que aparecen en alguna

Ri. Esto se lo conoce como condición de conservación de la dependencia.

Si una descomposición no es de dependencia conservada, algunasde las dependencias se pierden en la descomposición.

Afirmación 1: Siempre es posible buscar una descomposición D con las dependencias conservadas respecto a F de modo que cada

relación Ri en D esté en 3FN.

Guañuna Dayanna, Lopez Madelyn, Vaca Flabia

11.1.3 Propiedad no aditiva (sin pérdida)

de una descomposición.

La concatenación no aditiva , garantiza que no se generen tuplas falsas (Información incorrecta) cuando se aplica una operación de CONCATENACIÓN NATURAL (Natural Join) a

las relaciones de la descomposición.

Definición.- Una descomposición D={R1, R2, . . . Rm} de Rtienen la propiedad de concatenación sin pérdida (no aditiva)

respescto al conjunto de dependencia F en R si, por cada estado de relación r de R que satisface F, se mantiene lo siguiente, donde

* es la CONCATENACIÓN NATURAL de todas las relaciones enD: * (R1(r),... Rm(r)) = r

Algoritmo 11.1. Verificación de la propiedadde concatenación no aditiva.Entrada: Una relación universal R, una descomposición D={R1, R2... Rm} de R yun conjunto F de dependencia funcional.

Dada una relación R que está descompuesta en un número de relaciones R1, R2.... Rm, el Algoritmo 11.1 empieza con la matriz S que consideramos que es algún estado de relación r de R. La fila i en S representa una tupla ti

(correspondiente a la relación Ri) que tiene símbolos a en las columnas que secorresponden con los atributos de Ri y símbolos b en el resto.

El algoritmo transforma entonces las filas de esta matriz(en el buele del paso 4) de modo que representen tuplas que satisfagan todas las dependencias funcionales en F.

Al final del paso 4, dos filas cualesquiera de S (que presenten a dos tuplas de r)que coinciden en sus valores de atributos izquierdos X de una dependencia funcionalX Y en F coincidirán también en los valores de sus atributos derechos Y. Puede verse que tras aplicar el bucle de paso 4 , si una fila de S sólo cuenta con símbolos a, entonces las descomposición D tiene la propiedad de concatenación no aditiva

respecto a F.

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11.1.4 Comprobación de la propiedad de concatenación no aditiva en

descomposición binarias.

Descomposición binaria: la descomposiciónde una relación R en dos relaciones.

Propiedad NJBUna descomposición D = {R1, R2} de R tiene la

propiedadde concatenación sin pérdida (no aditiva)respecto un conjunto de dependencia funcionales

F en R si solo si:La DF ((R1 R2) (R1 - R2)) está en F, o bien

La DF ((R1 R2) (R2 - R1)) está en F.

11.1 5 Descomposiciones de concatenación no aditiva sucesivas.

Afirmación 2: Conservación de la no aditividad en

descomposicionessucesivas

Si una descomposición D = {R1, R2, ... Rm} de R tiene lapropiedad de concatenación no aditiva respecto a un conjunto de

dependencias funcionales F en R, y si una descomposición D1 = {Q1, Q2, ... Qk} de Ri, también tiene la propiedad en relación

a la proyección de F en Ri, entonces la descomposición D2 = {R1, R2, ... Ri-1, Q1, Q2 ... Qk, Ri+1, ... Rm} de R cuenta

a su vez con la propiedad de concatenación no aditiva respecto a F

Guañuna Dayanna, Lopez Madelyn, Vaca Flabia

11.2 ALGORITMOS PARA EL DISEÑO DE UN ESQUEMA DE BASE DE DATOS RELACIONAL

11.2.1 Descomposición de la conservación de dependencias en esquemas 3FN

Crea una descomposición de la conservación de dependencias D = {R1, R2,... Rm} de una relación universal R basada en un conjunto de dependencias funcionales F, de modo de que

cada Ri en D esté en 3FN

Algoritmo 11.2. Síntesis relacional en 3FN con conservación de las dependencias.Entrada: Una relación universal R y un

conjunto de dependencias funcionales F en los atributos de R.

Afirmación 3: Todo esquema de relación creado por el Algoritmo 11.2 está en 3Fn

(la condición esta condicionada a que G sea un conjunto mínimo de dependencia)

El Algoritmo 11.2 recibe el nombre de algoritmo de síntesis relacional, porque cada esquema

de relación R, en la descomposición se sintetiza (construye) a partir del conjunto de dependencias

funcionales en G con la misma X izquierda.

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11.2.3. Conservación de las dependenciasy descomposición de concatenación noaditiva (sin pérdida) en esquemas 3FN.

Consigue que una descomposicón D de R cumpla lo siguiente:Conservar las dependenciasTener la propiedad de concatenación no aditivaQue cada esquema de relación resultante de la descomposición esté en 3FN.

11.2.2 Descomposición de concatenación no aditiva en esquemas BCNF

Descompone una relación universal R ={A1, A2, ... An} en unadescomposición D = {R1, R2,...Rm} de forma que cada Ri esté

en BCNF y que la descomposición D tenga la propiedad de concatenación sin pérdida respecto a F.

Algoritmo 11.3. Descomposición relacional en BCNF con la propiedad

de concatenación no aditiva.Entrada: Una relación universal R y un conjunto dedependencias funcionales F en los atributos de R.

Cada pasada por el bucle del Algoritmo 11.3 descompone un esquema de relación Q que no está en BCNF en dos esquemas de relación.Según la propiedad NJB para las descomposiciones ninarias y la

Afirmación 2, la descomposición D tiene la propiedad de concatenación no aditiva.

Al final del algoritmo, todos los esquemas de relación D estarán en BCNF.

Algoritmo 11.4.Síntesis relacional en 3FN con conservación de las

dependencias y propiedad de concatenación no aditivaEntrada: Una relación universal R y un conjunto de

dependencia funcionales F en los atributos de R.

Algoritmo 11.4(a).Localización de una clave K para R dado un

conjunto F de dependencias funcionales.Entrada: Una relación universal R y un conjunto

de dependencia funcionales F en los atributos de R.

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11.2.4. Problemas con los valores NULL y las tuplas colgantes.

Cuando una tupla tiene valores NULL en losvalores que se usarán para concatenar las relaciones

individuales en la descomposición.

Puede Provocar pérdidas inesperadas de información en las consultas que implican concatenación de ellas.

Es decir solo están representadas en una de las dos relaciones y que, por lo tanto, se perderíansi se aplicara una operaciñon

CONCATENACIÓN (INTERNA).

Tuplas colgantesSe pueden generar si llevamos a cabo una

descomposición demasiado lejos.

11.2.5. Normalización de algoritmos

Problemas que existen en los algoritmos de normativización es que:

El diseñador de la base de datos debe especificar primero todas las dependencias funcionales relevantes entre los atributos de la base de datos. Estos algoritmos son,

generealmente , no determinados.

Los algoritmos de síntesis (Algoritmos 11.2 y 11.4) precisan de la especificación de una cobertura mínima G para un conjunto de dependencias funcionales F.

El algoritmo de descomposición (Algoritmo 11.3) depende del orden en el que se le suministran las dependencias funcionales para verificar la violación de la BCNF.

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11.3 Dependencias multivalor y cuarta forma normal.

Guañuna Dayanna, Lopez Madelyn, Vaca Flabia

• MDV: (Dependencia multivalor)• Cuarta forma normal: Basada en la dependencia MDV, que

prohíbe que una tupla tenga un conjunto de valores.

11.3.1. Definición formal de una dependencia multivalor

Definición: Una dependencia multivalor X Y especificada en un esquema de relación R, donde X e Y son subconjuntosde R, especifica las siguientes restricciones en cualquier relación r de R; si dos tuplas t1, t2 existen en r de modo que

t1 X = t2 X entonces también deberían existir otras dos tuplas t3 y t4 en r con las siguientes propiedades donde utilizamosZ para indicar (R - (X Y))

Una MVD X Y en R recibe el nombre de MVD trivial si:(a) Y es un subconjunto de X

(b) X Y = R

MVD no trivial Es una MVD que no satisface ni (a) ni (b)

11.3.2 Reglas de inferencia para dependencias funcionales y multivalor

Reglas de inferencia de Armstrongsólo para DF

Reglas de inferencia sólo para MVD

Reglas de inferencia para:DF y MVD

RI1 (Regla reflexiva para las DF):si X Y, entonces X Y.

RI2 (Regla de aumento para las DF):{X Y} XZ YZ.

RI3 (Regla transitiva para las DF):{X Y, Y } X Z.

RI4 (Regla de complementación para las MVD):

{X Y} {X R-(X Y))}.

RI5 (Regla de aumento para las MVD):

SI X Y y W Z, entonces WX YZ.

RI6 (Regla transitiva para las MVD):

{X Y, Y Z} X Y).

RI7 (Regla de duplicación de las DF a las MVD):

{X Y} X Y.

RI8 (Regla de coalescencia para las DF a las MVD):

si X Y y existe W con las propiedades de que (a) W Yestá vacío,

(b) W Z y (c) Y Z, entonces X Z.

Guañuna Dayanna, Lopez Madelyn, Vaca Flabia

11.3.3 Cuarta Forma Normal

4FN se viola cuando una relación tiene dependenciasmultivalor no deseadas y, por tanto, puede usarse para

identificar y descomponer relaciones de este tipo.Es más estricta que la BCNF y prohibe esquemas de

relación como EMP.

Definición:

Un esquema de relación R está en 4FN respecto a un conjunto de dependencias F (que incluye dependencias

funcionales y multivalor) si, por cada dependencia multivalorno trivial X Y en F+, X es una superclave de R.

Si la relación tiene MVDs no triviales, entonces las operaciones de inserción, borrado y actualización en tuplas únicas pueden provocar

la modificación de otras tuplas.

Si la actualización se realiza incorrectamente, el significado de la relación podría cambiar. Sin embargo, tras la normalización en la 4FN,

estas anomalías desaparecen.

Guañuna Dayanna, Lopez Madelyn, Vaca Flabia

11.3.4 Descomposición de concatenación no aditiva en relación 4FN (Cuarta forma normal)

Propiedad de la concatenación no aditiva:Descompone un esquema de relación R en

R1 =(X Y) y R2 = (R - Y) basandose en unaMVD X Y contenida en R.

Una condición necesaria y suficiente para descomponer un esquema en otros dos que tienen la propiedad de

concatenación no aditiva, como hace la propiedad NJB sólo trata con las DFs, mientras que la NJB' trata tanto

con las DFs como con las MVDs (recordando que una DF también es una MVD)

Propiedad NJB'Los esquemas de relación R1 y R2 forman una

descomposición de concatenación no aditiva deR respecto a un conjunto F de dependencias

funcionales y multivalor si, y solo si, (R1 R2) (R1 - R2) o,

por simetría, si solo si,(R1 R2) (R1 - R2)

Algoritmo 11.5Descomposición relacional en relaciones 4FN

con la propiedad de concatenación no aditiva.Entrada: Una relación universal R y un conjunto de dependencias funcionales y multivalor F.

Guañuna Dayanna, Lopez Madelyn, Vaca Flabia

11.4 Dependencias de concatenacióny quinta forma normal.

Dependencia de concatenación / JD (Join Dependency)

Quinta forma normal (5FN) o PJNF(Forma noral de proyección-concatenación/

Proyect-Join Normal Form)

Definición:Expresada por JD (R1, R2, ... Rn), especificada en un esquema de relación R, indica una restricción en los estados r de R que dice que

cada estado legal r de R debe tener una descomposición de concatenación no aditiva en R1, R2, ... Rn, es decir, por cada r tenemos:

*( R1(r), R2(r), .... Rn(r) ) = r.

JD trivial Si uno de los esquemas de relación

Ri de la JD (R1, R2,... Rn) es igual a R.Es trivial porque tiene la propiedad de concatenación no aditiva en cualquier estado de relación r de R y, por consiguiente, no especifica ninguna restricción en R.

Definición:Un esquema de relación R está en 5FN respecto a un

conjunto F de dependencias funcionales, multivalor y de concatenación si, por cada dependencia de concatenación

no aditiva Jd (R1, R2, ... Rn) en F+ (es decir, implicada por F), cada Ri es una superclave de R.

Guañuna Dayanna, Lopez Madelyn, Vaca Flabia

DEPENDENCIAS DE INCLUSIÓNDEPENDENCIA DE INCLUSIÓN

relaciona atributos entre relaciones

dependencia funcional, multivalor o de concatenación

Formalizar los 2 tipos de restricciones interrelacionales

foreing key( restricción de la integridad referencial)

relacion clase/subclase

no necesariamente deben ser subconjuntos de un conjunto, los

dominios de los pares de atributos deben ser compatibles

OTRAS DEPENDENCIAS Y FORMAS NORMALES

OTRAS DEPENDENCIAS Y FORMAS NORMALES

DEPENDENCIASDE PLANTILLAS

DEPENDENCIAS FUNCIONALES

BASADAS EN FUNCIONESARITMÉTIAS Y

PROCEDIMIENTO

FORMA NORMAL DE DOMINIO CLAVE

Representación de restricciones en las relaciones que no tienen

definiciones formales ni sencillas, existen dons tipos de plantillas:

siempre y cuando un valor único de Y este asociado con cada X

para una relación de forma normal del dominio clave(DKNF) le es muy sencillo cumplir todas las restricciones de la base de datos comprobando

simplemente que cada atributo de una tupla est en el dominio apropiado y que se cumple cada restricción clave.

generación de tuplas

generación de restricciones

una plantilla consta de tuplas de hipótesis y la conclusión

la conclusion es un conjuto de tuplas

la conclusión es una condición que debe que debe cumplirse en las

tuplas de hipótesis

CAPITULO 12: METODOLOGÍA PRÁCTICA DE DISEÑO DE BASES DE DATOS Y USO DE LOS DIAGRAMAS

UML

GUAÑUNA MONTALVO DAYANNA FERNANDALÓPEZ ULLOA MADELYN LUCELYVACA VACA FLABIA MERCEDES

EL PAPEL DE LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN EN LA EMPRESA

USO DE SISTEMAS DE BASES DE DATOSEN EL CONTEXTO ADMINISTRATIVO

En los años 60 los sitemas de BD estaban dominados por los sistemas de

ficheros

en los años 70 es cuando ya se empieza a utilizar los sistemas de

base de datoslos datos son considerados como un

recurso corporativo y su administracion y control se realiza de

una forma centralizada

funciones de la empresa informatizadas

la complejudad de las relaciones entre los datos debe

ser modelada y mantenida

independencia de los datos,esquemas externos,

integración de los datos,SQL,

posibilidad de soporte

DESARROLLOS

computadores personales y productos software parecidos a

base de datos(eje. excel)

sistema de diccionarios:♥descripcion esquema ♥ descripción usuario

♥ relacion entre las transacciones de datos

♥estadísticas de uso

aparición de los DBMS cliente-servidor,

sistemas de diccionarios de datos, o almacenes de

información

EL CICLO VITAL DEL SISTEMA DE INFORMACIÓN

EL CICLO VITAL DEL SISTEMA DE INFORMACIÓN

El ciclo vital de un sistema de información suele recibir el

nombre de ciclo vital principal (macro life cycle)

el ciclo vital de una base de datos se conoce como

ciclo vital secundario (micro life cycle)

ANÁLISIS DE VIABILIDAD: analisis de las áreas

potenciales de la aplicacion, establece las prioridades entre

las aplicaciones

RECOPILACIÓN DE REQUISITOS Y ANÁLISIS: se recopilan requisitos de forma

detallada interactuado con los usuarios potenciales

DISEÑO: diseño sistema de base de

datos y de las aplicaciones

IMPLEMENTACIÓN: se implementa el

sistema de información

VALIDACIÓN Y PRUEBAS DE ACEPTACIÓN: se valida el sistema en

términos de rendimiento según los requisistos

IMPLEMENTACIÓN, OPERATIVA Y

MANTENIMIENTO: incluye la conversión de los usuarios

desde los sistemas antiguos a los nuevos

EL CICLO VITAL DEL SISTEMA DE APLICACIONES DE BASE DE DATOS

EL CICLO VITAL DEL SISTEMA DE APLICACIONES DE BASE DE DATOS

DEFINICIÓN DEL SISTEMA: Se define el

ambito del sistema de la BD, sus usuarios y sus

aplicaciones.

DISEÑO DE LA BASE DE DATOS: completo

diseño de lógica y física de la BD en el DBMS

elegido

IMPLEMENTACIÓN DE LA BD: especificación de las

definiciones internas, externas y conceptual

CARGA O CONVERSIÓN DE DATOS: la BD se rellena

de una carga directa de datos

MONITORIZACIÓN Y MANTENIMIENTO: las dos son constantes.

OPERATIVA: la BD y sus aplicaciones se ponen en marcha

VERIFICACIÓN Y VALIDACIÓN: el nuevo sistema se verifica y se

valida

CONVERSIÓN DE LA APLICACIÓN: cualquier aplicacion del sistema anterior se convierte en

nuevo.

EL DISEÑO DE LA BASE DE DATOS Y EL PROCESO DE IMPLEMENTACIÓN

EL DISEÑO DE LA BASE DE DATOS Y ELPROCESO DE IMPLEMENTACIÓN

diseñar la estructura lógica y física de una o más bases de datos para acomodar las necesidades de los

usuarios OBJETIVOS

satisfacer los requisitos de información de los usuarios y aplicaciones especificadas

ofrecer una estructuración de la información natural y fácil de

comprender

soportar las necesidades de procesamiento y culaquier

objetivo de rendimiento

FASES

Recopilación y análisis de datos

diseño conceptual de la base de dtos

elección de un DBMS

Mapeo del modelo de datos diseño físico de la base de datos

implementación y puesta a punto del

sistema

FASES

Recopilación y análisis de datos

diseño conceptual de la base de dtos

estrategia descendente

estrategia ascendente estrategia de dentro a fuera

estrategia mixta

Identificar las áreas de apliccion

estudiar y analizar la documentación

estudiar el entorno operativo

recabar preguntas de los usuarios.

llegar a un conocimiento completo

de la estructura de la BDdescripción estable del

contenido de la BDcomprensión del

esquema conceptualdescripción diagramática

esquema que contiene

abstracciones de alto nivel y despues se aplica refinamientos sucesivos de arriva

abajo

esquema que contiene

abstracción básica y luego se combina

a esas abstracciones

caso especial de estrategia ascendente en e que la atencion

se centra en un conjuto de conceptos

centrales

los requisitos se diven según estrategias

descendentes y se diseña parte del

esquema para cada división.

ESTRATEGIAS

Fase 3. Elección de un DBMS

Se de be considerar los factores: TécnicosEstructura de almacenamiento Rutas de acceso soportadasInterfaces de usurarios Programación disponible Tipos de lenguaje

Económicos Costos de adquisición del software y hardwareCosto de mantenimiento Costo de la creación de la base de datos Costo de funcionamiento

Los beneficios de adquirir un DBMS Ventajas intangibles frente a ficheros tradicionales La Web permite el acceso global de datos Reducción de los costos Evolución o crecimiento dinámico de los datos Volumen de datos y necesidad de control Ventaja de la reutilización Versiones con muchas configuraciones Hardware y Software Una solución total

Fase 4. Mapeo del modelo de datos (diseño lógico de la base de datos)

El mapeo se puede llevar a cabo en dos etapas: Mapear independientemente del

sistemano considera característica específica que se aplique a la implementación DBMS

El resultado de esta fase deben ser sentencias DDL en el lenguaje del DBMS elegido que especifican los esquemas a nivel conceptual y externo del sistema de bases de datos.

Ajustar los esquemas a un DBMS específico

Los diferentes DBMSS implementan un modelo de datos utilizando características de modelado y restricciones específicas

Fase 5. Diseño físico de la base de datosEl diseño físico de la base de datos es el proceso de elegir estructuras de almacenamiento específicas y rutas de acceso para los ficheros de la base, a fin de lograr un buen rendimiento de las distintas aplicaciones de la base de datos.

Tiempo de respuesta. Es el tiempo transcurrido entre el envío de una transacción de base de datos para su ejecución y la recepción de una respuesta.

Utilización del espacio. Es la cantidad de espacio de almacenamiento utilizada por los ficheros de la base de datos

Rendimiento o flujo de transacciones. Es la cantidad media de transacciones que se pueden procesar por minuto;

Uso de diagramas UML como ayuda a la especificación del diseño de la base de datos

UMl como un estándar para la especificación del diseño

son muy populares herramientas como Rational Rose para dibujar los diagramas UML,

se ha extendido generalmente al desarrollo de software y aplicaciones, no veremos aquí todos sus aspectos. Nuestro objetivo es mostrar algunas notaciones UM

UML (Lenguaje unificado de modelado, Untfied Modeling Language)

UML para el diseño de una aplicación de base de datos

contribuciones de la metodología UML ha sido juntar a los modeladores, analistas y diseñadores tradicionales de bases de datos con los desarrolladores de software

Diferentes diagramas en UML

Diagramas estructuralesDiagrama de clasesDiagrama de objetivos Diagramas de componentes Diagrama de implantación Diagrama de caso de usoDiagrama de secuencia Diagrama de colaboración Diagrama de estado Diagramas de comportamiento

Ejemplo de diagrama de estado para la base de datos UNIVERSIDAD

Ejemplo del Diseño de la base de datos UNIVERSIDAD como diagrama de clases

Rational Rose, una herramienta de diseño basada en UML

Rational Rose para el diseño de bases de datos

Herramientas de modelado más importantes del mercado para el desarrollo de sistemas de información

Rational Rose Data Modeler

Es una herramienta de modelado visual para diseñar bases de datos.

Es una herramienta de modelado visual para diseñar bases de datos

Modelado de datos con Rational Rose Data Modeler

Ingeniería inversa. Ingeniería directa y generación

DDL. Diseño conceptual en notación UML Bases de datos soportadas. IBM DB2 versiones MVS y UDB 5.x, 6.x, and 7.0. • Oracle DBMS versiones 8.x, 9.x, and 1O.x. • SQL Server DBMS versiones 6.5, 7.0 Y 2000. • Sybase Adaptive Server versión 12.x

Conversión del modelo de datos lógico al modelo de objetos, y viceversa.

Sincronización entre el diseño conceptual y la base de datos real.

Soporte de dominio amplio. Comunicación sencilla entre los

equipos de diseño

Herramientas automáticas de diseño de bases de datos1. Diagramación. Permite al diseñador trazar un diagrama del esquema

conceptual, en alguna notación específica de la herramienta.2. Mapeo de modelo. Implementa unos algoritmos de mapeo3. Normalización del diseño. Esto utiliza un conjunto de dependencias

funcionales que se proporcionan en el diseño conceptual

La mayoría de las herramientas incorporan alguna forma de diseño físico, incluyendo la opción de los índices

Ejemplo Diagrama de clases de la base de datos EMPRES