Tema II - users.dsic.upv.esusers.dsic.upv.es/~sabrahao/ficheros/temaII(2.4).pdf · 1 Tema II: El...

1

Tema II:

El modelo relacional de datos.

(2.4)


conocer las estructuras de datos del modelo: la tupla y la relación.conocer básicamente la forma de modelar la realidad utilizando el modelo relacional.conocer los mecanismos del modelo relacional para expresar restricciones de integridad.conocer los lenguajes de manipulación propuestos para este modelo de datos: Álgebra Relacional y Cálculo Relacional de Tuplas.

Objetivos:

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2.1 Modelo relacional de datos (Aproximación algebraica).– 2.1.1 Estructuras de datos: tupla, relación.– 2.1.2 Operadores asociados a la estructura

relación: Álgebra Relacional.2.2 Esquema relacional: representación de la realidad.2.3 Modelo relacional de datos (Aproximación lógica)– 2.3.1 Interpretación lógica de una base de

datos relacional.– 2.3.2 Cálculo Relacional de Tuplas.

2.4 Restricciones de integridad.



2.4. Restricciones de Integridad

3

2.4 Restricciones de Integridad.

Empleado (nro_emp: dom_emp, dni: dom_dni, nombre:dom_nom, teléfono:dom_tel, cod_dep: dom_dep)

Departamento (cod_dep: dom_dep, nombre:dom_nom)

nro_emp

dni

nombre

teléfono

cod_dep

Empleado

cod_dep

nombre

Departamento

nro_emp dni nombre teléfono cod_dep

1 2045021 Juan C. Ródenas 7796 d1

2 1234567 Robert Capilla ? d2

3 3567896 José V. Dualde 5760 d2

4 1432652 María Frasnedo 3560 d2

5 2045021 Cristina Guillot 7439 d8

1 3356223 ? 4590 ?

cod_dep nombre

d1 Ventas

d2 Compras

d3 Contabilidad


Empleado

Departamento

?

Extensión válida del esquema

Extensión “no adecuada”del esquema

4


El atributo nro_emp identifica de forma únivoca a los empleados

El atributo dni es único para cada empleado

Se debe conocer el nombre de todo empleado

El atributo cod_dep de Empleado referencia al departamento de adscripción del empleado

Restricciones de Integridad:


El atributo nro_emp identifica de forma únivoca a los empleados

El atributo dni es único para cada empleado

Se debe conocer el nombre de todo empleado


Restricciones de Integridad:restricción de clave primaria

restricción de unicidad

restricción de valor no nulo

restricción de clave ajena o integridad referencial

5

2.4 Restricciones de Integridad.restricción de integridad

propiedad del mundo real del cual la base de datos es una representación

para que la base de datos sea una representación fiel de la realidad debe cumplir estas restricciones en cualquier

instante de su historia

las restricciones deben ser comprobadas después de cada actualización de la base de datos

si las restricciones se definen en el esquema de la base de datos el SGBD puede velar por su cumplimiento rechazando operaciones del usuario que las violen

Restricciones de Integridad:Restricciones sobre atributos: de dominio y de valor no nuloRestricciones de unicidadRestricción de clave primariaRestricción de clave ajena (integridad referencial)


6


Dado un conjunto de atributos K de R (K≠∅) se dice que R satisface una restricción de valor no nulo sobre Ksi se cumple la siguiente propiedad:

∀ t ( t ∈ R → ¬∃ Ai ∈ K y t(Ai) tiene valor nulo)en caso contrario R viola esta restricción.

Valor NO NULO


VNN={nombre}


Dado un conjunto de atributos K de R (K≠∅) se dice que Rsatisface una restricción de unicidad sobre K si se cumple la siguiente propiedad: ∀t1 ∀t2 ( t1∈R y t2∈R y t1≠ t2→ ∃ Ai∈K (t1(Ai) ≠ t2(Ai)))en caso contrario R viola esta restricción.

Unicidad


VNN={nombre}UNI={dni}

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Si CP se define como clave primaria de R, se dice que Rsatisface la restricción de clave primaria si:

• R satisface la restricción de unicidad sobre CP• R satisface la restricción de valor no nulo sobre CP

en caso contrario R viola esta restricción.

“Un conjunto CP de atributos de una relación R que identifican de forma unívoca sus tuplas”

Clave primaria

Nota: CP debe ser minimal, es decir no debe haber un subconjunto propio de CP que a su vez pueda ser clave primaria


CP={nro_emp}, VNN={nombre}, UNI={dni}

Departamento (cod_dep: dom_dep, nombre:dom_nom)CP={cod_dep}, VNN={nombre}


8

Restricciones de Integridad:Restricciones sobre atributos: de dominio y de valor no nuloRestricciones de unicidadClave primariaClave ajena (integridad referencial)




CP={nro_emp}, VNN={nombre}, UNI={dni}


Clave ajena (integridad referencial)


9

nro_emp

dni

nombre

teléfono

cod_dep

Empleado

cod_dep

nombre

Departamento

cod_dep de Empleado es un atributo de referencia (clave ajena)

su valor en una tupla de Empleado, si no es nulo, debe coincidir con el valor del atributo cod_dep de una tupla de Departamento.


su función es hacer referencia a las tuplas de Departamento


CP={nro_emp}, VNN={nombre}, UNI={dni}CAj={cod_dep} → Departamento f(cod_dep)=cod_dep

Departamento (cod_dep: dom_dep, nombre: dom_nom)CP={cod_dep}, VNN={nombre}


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1 2045021 Juan C. Ródenas 7796 d1


3 3567896 José V. Dualde 5760 d2



cod_dep nombre

d1 Ventas

d2 Compras

d3 Contabilidad

?

Empleado viola la restricción de clave ajena para el atributo cod_dep

Empleado

Departamento

Clave Ajena2.4 Restricciones de Integridad.


1 2045021 Juan C. Ródenas 7796 d1


3 3567896 José V. Dualde 5760 d2



cod_dep nombre

d1 Ventas

d2 Compras

d3 Contabilidad

Empleado satisface la restricción de clave ajena para el atributo cod_dep

Empleado

Departamento

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Sea:• R una relación de esquema ρ = {(A1, D1), (A2, D2),…, (An, Dn)}

• S una relación de esquema σ = {(B1, E1), (B2, E2),…, (Bm, Em)}

• Aρ el conjunto de nombres de atributo de ρ, Aρ = {A1, A2, …, An}

• Aσ el conjunto de nombres de atributo de σ, Aσ = {B1, B2, …, Bm}

Clave Ajena


Una clave ajena CA de R que hace referencia a S se define:

1) un subconjunto K = {Ai, Aj,…, Ak} (K ⊆ Aρ y K ≠ ∅),

2) una biyección f: K→ J tal que:J ⊆ Aσ ,J tiene restricción de unicidad, y∀Ai (Ai ∈ K→ Ai y f(Ai) tienen el mismo dominio, y

3) un tipo de integridad referencial que puede ser: débil, parcial o completa.

Clave Ajena


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Si K = {Ai} (sólo contiene un atributo) los tres tipos de integridad referencial coinciden.

Si K = {Ai} (sólo contiene un atributo) se dice que Rsatisface la restricción de integridad referencial sobre CA si se cumple: “en cualquier tupla de R o Ai tiene valor nulo o existe una tupla en S que tiene en el atributo de J, f(Ai), el mismo valor”.∀ t ( t ∈ R → ( nulo(t(Ai)) ∨ ∃ m (m ∈ S y t(Ai) = m(f(Ai))) ))en caso contrario R viola esta restricción.

Clave Ajena



CP={nro_emp}, VNN={nombre}, UNI={dni}CAj={cod_dep} → Departamento f(cod_dep) = cod_dep


Clave Ajena (integridad referencial)K

J J tiene restricción de unicidad

f: K → J

f (cod_dep) = cod_dep

R

S

en algunos casos se puede omitir

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Clave Ajena con varios atributos

la clave ajena puede ser parcialmente nula


Ejemplo: Gestión de la programación de cursos en un Centro de Estudios.

se mantiene información sobre las distintas materias sobre las que se imparten cursos: código interno de la materia y descripción (Materia)

se dispone de un registro de profesores: código interno del profesor, nombre y nivel de preparación para impartir distintas materias (Profesor, Oferta)

se mantiene información sobre la programación de cursos realizada: código interno del curso, materia, profesor y fecha prevista (Cursos)

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cod_mat des

BDA Bases de datos

LINUX Linux

W W W W eb

Materia

CP={cod_mat}

c o d _ p r o f n o m b r e

p 2 J e s ú s P é r e z

p 3 L u i s G a r c í a

p 5 P e d r o S a n z

Profesor

CP={cod_prof}

CP={cod_mat, cod_prof}

CAj={cod_mat} → Materia f(cod_mat)=cod_mat

CAj={cod_prof} → Profesor f(cod_pof)=cod_prof

cod_mat cod_prof nivel

BDA p2 1

WWW p5 2

BDA p3 4

Oferta

Oferta satisface las restricciones de clave ajena para {cod_mat} y {cod_prof}


cod_mat des

BDA Bases de datos

LINUX Linux

W W W W eb

Materia

CP={cod_mat}





Profesor

CP={cod_prof}

CP= {curso}, VNN={fecha}

CAj= {materia, profesor} → Oferta

f(materia)=cod_mat, f(profesor)=cod_prof

curso materia profesor fecha

1 BDA p2 1/6/99

2 LINUX ? 1/5/00

4 WWW ? 15/2/00

3 ? ? 15/3/01

Cursos


CAj={cod_mat} → Materia

CAj={cod_prof} → Profesor


BDA p2 1

WWW p5 2

BDA p3 4

Oferta

¿ satisface Cursos la restricción de clave ajena para {materia, profesor} ?

satisfacedependedependesatisface

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Tres tipos de Integridad Referencial:

I.R Débil

I.R Parcial

I.R Completa

Clave Ajena


•I. R. Débil: “para toda tupla de R se debe cumplir que si todos los atributos de K tienen un valor que no es el nulo, entonces debe existir una tupla en S que tome esos mismos valores en los correspondientes atributos de J”∀ t ( t ∈ R → ( ∃ Ai (Ai ∈ K ∧ nulo(t.Ai))

∨∃ m (m ∈ S ∧ ∀Ai ( Ai∈ K → t.Ai = m.f(Ai) ))))

en caso contrario R viola esta restricción.

Si K contiene más de un atributo, R satisface la restricción de integridad referencial sobre CA si, según el tipo elegido, se cumple la propiedad que se especifica a continuación:

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cod_mat des

BDA Bases de datos

LINUX Linux

W W W W eb

Materia

CP={cod_mat}





Profesor

CP={cod_prof}


1 BDA p2 1/6/99

2 LINUX ? 1/5/00

4 W W W ? 15/2/00

3 ? ? 15/3/01

Cursos





BDA p2 1

WWW p5 2

BDA p3 4

Oferta

I.R Débil: Cursos satisface la restricción de clave ajena para {materia, profesor}




CAj={materia} → Materia, f(materia)=cod_mat

CAj={profesor} → Profesor, f(profesor)=cod_prof

satisfacesatisfacesatisfacesatisface

Clave ajena2.4 Restricciones de Integridad.

•I. R. Parcial: “para toda tupla de R se debe cumplir que si algún atributo de K no tiene valor nulo, entonces debe existir una tupla en S que tenga en los correspondientes atributos de J los mismos valores que los atributos de Kque no tienen valor nulo”

∀ t ( t ∈ R → ( ∀Ai (Ai ∈ K → nulo(t(Ai)))∨

∃ m (m∈S ∧∀Ai ((Ai∈K ∧¬nulo(t(Ai)) )→t(Ai) = m(f(Ai))) ))))en caso contrario R viola esta restricción.


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cod_mat des

BDA Bases de datos

LINUX Linux

W W W W eb

Materia

CP={cod_mat}





Profesor

CP={cod_prof}





1 BDA p2 1/6/99

2 LINUX ? 1/5/00

4 WWW ? 15/2/00

3 ? ? 15/3/01

Cursos





BDA p2 1

WWW p5 2

BDA p3 4

Oferta

I.R. Parcial: Cursos viola la restricción de clave ajena para {materia, profesor}

satisfaceviola

satisfacesatisface

Clave ajena2.4 Restricciones de Integridad.


•I. R. Completa: “para toda tupla de R se debe cumplir que o todos los atributos de K tienen valor nulo o ninguno tiene valor nulo y entonces debe existir una tupla en S que tenga en los correspondientes atributos de J los mismos valores que los atributos de K”.

∀ t ( t ∈ R → ( ∀Ai (Ai ∈ K → nulo(t(Ai)))∨

∃ m (m ∈ S ∧∀Ai (Ai ∈ K → (¬nulo(t(Ai)) ∧ t.Ai = m(f(Ai))) ) ))))en caso contrario R viola esta restricción.

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cod_mat des

BDA Bases de datos

LINUX Linux

W W W W eb

Materia

CP={cod_mat}





Profesor

CP={cod_prof}





1 BDA p2 1/6/99

2 LINUX ? 1/5/00

4 WWW ? 15/2/00

3 ? ? 15/3/01

Cursos





BDA p2 1

WWW p5 2

BDA p3 4

Oferta

I.R. Completa: Cursos viola la restricción de clave ajena para {materia, profesor}

satisfaceviolaviola

satisface


Clave Ajena con varios atributos.

los tres tipos de integridad referencial se diferencian en el tratamiento de las claves ajenas parcialmente nulas

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Los tres tipos de Integridad Referencial permiten expresar distintas normas de funcionamiento de la organización:

I.R Débil: permite programar cursos sin conocer temporalmente la materia o el profesor, y en estos casos no se hace ninguna comprobación sobre la oferta disponible.

I.R Parcial: permite programar cursos sin conocer temporalmente la materia (resp. profesor), y en estos casos se hace una comprobación de la oferta disponible sobre la materia (resp. profesor).

I.R Completa: no permite programar cursos en los que se conoce sólo uno de los dos atributos (materia, profesor).


Clave Ajena con varios atributos con restricción de valor no nulo.

coinciden los tres tipos de integridad referencial

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Ejemplo: Gestión de pedidos de material en una empresa constructora.

se mantiene información sobre los distintos materiales con los que se trabaja: código interno del material y descripción (Material)

se dispone de un registro de provedores: código interno del proveedor, nombre y lista de precios a los que puede suministrar el material (Poveedor, Precios)

se mantiene información sobre los proyectos en ejecución: código interno del proyecto y título (Proyecto)

se mantiene información sobre los pedidos realizados con destino a los distintos proyectos en ejecución: material pedido, proveedor, proyecto y cantidad (Pedidos)


cod_mat des

m1 viga

m3 ladrillo

m5 hormigón

Material

CP={cod_mat}

cod_prov nombre

pv2 Cons SA

pv3 BBT

pv4 Bertolin

Proveedor

CP={cod_prov}

cod_proy título

py2 IES Cid

py6 La FE

Proyecto

CP={cod_proy}

CP= {cod_mat, cod_prov, cod_proy}

CAj= {cod_mat, cod_prov} → Precios

CAj={cod_proy} → Proyecto

cod_mat cod_prov cod_proy cant

m1 pv3 py2 96

m1 pv2 py6 100

m3 pv3 py2 60

m1 pv4 py2 30

Pedidos

CP={cod_mat, cod_prov}

CAj={cod_mat} → Material

CAj={cod_prov} → Proveedor

cod_mat cod_prov precio

m1 pv3 1000

m1 pv2 1500

m3 pv3 100

m1 pv4 900

Precios

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cod_mat des

m1 viga

m3 ladrillo

m5 hormigón

Material

CP={cod_mat}

cod_prov nombre

pv2 Cons SA

pv3 BBT

pv4 Bertolin

Proveedor

CP={cod_prov}

cod_proy título

py2 IES Cid

py6 La FE

Proyecto

CP={cod_proy}

CP={cod_mat, cod_prov}

CAj={cod_mat} → Material

CAj={cod_prov} → Proveedor


m1 pv3 1000

m1 pv2 1500

m3 pv3 100

m1 pv4 900

Precios

Precios satisface las restricciones de clave ajena para {cod_mat}, y {cod_prov} en cualquier tipo de I.R

las claves ajenas {cod_mat}, y {cod_prov} están formadas por un único atributo (no pueden ser parcialmente nulas). Los tres tipos de I.R coinciden.


cod_proy título

py2 IES Cid

py6 La FE

Proyecto





m1 pv3 py2 96

m1 pv2 py6 100

m3 pv3 py2 60

m1 pv4 py2 30

Pedidos


m1 pv3 1000

m1 pv2 1500

m3 pv3 100

m1 pv4 900

Precios

los atributos de la clave ajena {cod_mat, cod_prov} tienen restricción de valor NO NULO por formar parte de la CP (la clave ajena no puede ser parcialmente nula). Los tres tipos de integridad referencial coinciden.

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cod_proy título

py2 IES Cid

py6 La FE

Proyecto





m1 pv3 py2 96

m1 pv2 py6 100

m3 pv3 py2 60

m1 pv4 py2 30

Pedidos


m1 pv3 1000

m1 pv2 1500

m3 pv3 100

m1 pv4 900

Precios

Pedidos satisface la restricción de clave ajena para {cod_mat, cod_prov} en cualquier tipo de I.R


I.R Débil I.R Completa I.R Parcial

la clave ajena tiene un único atributo

todos los atributos de la clave ajena tienen restricción de valor no nulo

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Violación de la Integridad Referencial.(Operaciones relevantes)


K

R SJ

Insertar en R

Modificar KBorrar en S

Modificar J

Clav

e A

jena

Dadas dos relaciones R y S tal que R tiene una clave ajena CA que hace referencia a S, las operaciones que pueden violar la integridad referencial son:

• Operaciones sobre R:– Insertar una tupla en R– Modificar el valor de CA en una tupla de R

• Operaciones sobre S:– Borrar una tupla de S– Modificar el valor de J en una tupla de S

Violación de la Integridad Referencial.


24

Mantenimiento de la Integridad Referencial. (Operaciones relevantes sobre R).

K

R SJ

Insertar en R

Modificar K Si la operación relevante sobre R viola la integridad referencial el SGBD rechaza la operación .


Clav

e A

jena

Mantenimiento de la Integridad Referencial. (Operaciones relevantes sobre S).

K

R SJ

Si la operación relevante sobre S viola la integridad referencial el SGBD tiene tres opciones:

rechazar la operación

transmitir en cascada la operación

poner a nulos CA en las tuplas afectadas de R


Borrar en S

Modificar J

Clav

e A

jena

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Mantenimiento de la Integridad Referencial



1 2045021 Juan C. Ródenas 7796 d1


3 3567896 José V. Dualde 5760 d2



cod_dep nombre

d1 Ventas

d2 Compras

d3 ContabilidadEmpleado

Departamento


CP={nro_emp}, VNN={nombre}, UNI={dni}CAj={cod_dep} →Departamento, f(cod_dep)=cod_dep BORRADO en CASCADA

BORRADO en CASCADA




1 2045021 Juan C. Ródenas 7796 d1


3 3567896 José V. Dualde 5760 d2



cod_dep nombre

d1 Ventas

d2 Compras


Departamento


CP={nro_emp}, VNN={nombre}, UNI={dni}CAj={cod_dep} →Departamento, f(cod_dep)=cod_dep, BORRADO a NULOS

BORRADO a NULOS

?

?

26




1 2045021 Juan C. Ródenas 7796 d1


3 3567896 José V. Dualde 5760 d2



cod_dep nombre

d1 Ventas

d2 Compras


Departamento


CP={nro_emp}, VNN={nombre}, UNI={dni}CAj={cod_dep} →Departamento, f(cod_dep)=cod_dep, Modificación a NULOS

Modificación a NULOS

d8

?

?




1 2045021 Juan C. Ródenas 7796 d1


3 3567896 José V. Dualde 5760 d2



cod_dep nombre

d1 Ventas

d2 Compras


Departamento


CP={nro_emp}, VNN={nombre}, UNI={dni}CAj={cod_dep} →Departamento, f(cod_dep)=cod_dep, Modificación en CASCADA

Modificación en CASCADA

d8

d8

d8

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Mantenimiento de la Integridad Referencial. (Operaciones relevantes sobre S).

K

R SJ

Modificar J en S

Borrar en S


Borrar en S

Modificar J

Clav

e A

jena

a Nulos

en CASCADA

[restrictivo]


Otras restricciones de integridad:Dada la diversidad de los SIs existen propiedades que no se pueden expresar con los 4 tipos de restricciones proporcionados por el Modelo Relacional

Para expresar estas propiedades se puede utilizar (durante el diseño de la BD) un lenguaje de tipo lógico

Exemplo: Supóngase que la empresa representada en el Exemplo 1 debe cumplir la siguiente restricción: “Todo departamento debe tener asignado al menos un empleado ”:

∀ DX: Departamento (∃ EX: Empleado (DX.cod.dep = EX.cod_dep))

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Cuestiones sobre el modelo Relacional:

Bases de Datos.

Cuestiones. Temas I y II

(en Reprografía y en la micro-web de la asignatura)

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