El modelo E/R (Entidad/Relación) se puede ver como una vista unificada de los
datos, y adopta una organización más lógica de los datos consistente en
Entidades y sus Relaciones.
Elementos del modelo E/R
El modelo de datos se
compone de tres tipos de información relacionadas: el objeto de datos o Entidad, los atributos que describen la entidad y la relación
que conecta las entidades entre sí.
Entidad
Una
Entidad es una representación de cualquier información
que es procesada por el software.
Una
entidad puede ser cualquier cosa que produce o consume información, una cosa
(por ejemplo, un informe o un teclado),
un suceso (por ejemplo, una alarma), una unidad de la organización (por
ejemplo, departamento de compras), o una estructura (por ejemplo, un archivo),
una ocurrencia (por ejemplo, una salida del almacén), un puesto (por ejemplo,
un operador de máquina).
Una
persona, por ejemplo un paciente de un hospital se puede ver como una Entidad en el sentido en que se puede
definir según un conjunto de atributos. La descripción de la entidad incorpora a la entidad todos sus atributos. (Nombre, DNI,
domicilio, etc.)
Las
entidades se relacionan con otras. Por ejemplo, un paciente puede tener una habitación, donde la relación tener implica una «conexión» específica
entre paciente y habitación. Las
relaciones siempre se definen por el contexto del problema que se está
analizando.
Existen dos clases de entidades: regulares que son las que tienen una
existencia por sí mismas, por ejemplo, Paciente,
Hospital; y las débiles, en las
que su existencia depende de otra entidad, por ejemplo, Familiar depende de Paciente,
y la desaparición de los datos de un paciente de la BD lleva consigo el que
desaparezcan también los datos de todos los familiares que estaban asociados al
paciente.
En los esquemas se toma la convención de que
las entidades regulares se representan mediante un rectángulo, mientras que
para las débiles se utilizan dos rectángulos concéntricos.
Relación
Se denomina relación a la asociación entre
entidades, y se representa mediante un rombo.
Las
entidades se pueden conectar entre sí de muchas formas diferentes. Por ejemplo dos entidades Tornillo y Almacén.
Se establece una conexión entre tornillo
y almacén porque los dos objetos se relacionan. En función del contexto del software que se
va construir. Podemos definir un conjunto de parejas entidad-relación que
definen las relaciones relevantes. Por ejemplo:
Un
almacén pide tornillos
Un
almacén almacena tornillos
Un
almacén vende tornillos
Un
almacén devuelve tornillos
En la definición de relación existen los
siguientes elementos:
Nombre: como cualquier objeto del modelo E/R, cada tipo de relación tiene un nombre que
lo distingue unívocamente del resto y mediante el cual se referencia.
Grado: es el número de entidades que participan en una relación. Si una relación
asocia dos tipos de entidad distintas (grado 2), como en el caso de la relación
“Pertenece” entre Médico y Especialidad.
En el caso de que asocie sólo un tipo de entidad , se trata de una relación de
grado 1 o reflexiva, esto sucede
cuando por ejemplo si un médico es director de un departamento tenemos
“director de” en la entidad Médico
que al mismo tiempo uno de los médicos es director del resto.
Si encontramos una relación de grado n hay
que tender a subdividirla en parejas de relaciones de grado 2 aunque
dependiendo de la semántica del enunciado esto no siempre será posible y se
deberá establecer una relación de grado 3, 4 o n.
Cardinales de las entidades: la
cardinalidad se define como: El número máximo y mínimo de ocurrencias de un
tipo de entidad que se pueden relacionar
con una ocurrencia del otro, u otros tipos de entidad que también participan en
el tipo de relación.
Se
representan gráficamente por una etiqueta del tipo (0,1), (1,1), (0,n) o (1,n)
según corresponda. Por ejemplo, si a una especialidad pertenecen de 0 a n médicos, en la entidad Médico tendremos las cardinalidades
(0,n); en otro sentido, también podemos suponer que un médico tiene que pertenecer
obligatoriamente a una especialidad y como mucho a una (si no permitimos
médicos con dos o más especialidades), por lo que las cardinalidades de Especialidad
serán (1,1). Fig. 1
Si eliminamos la restricción y permitimos un
médico con más de una especialidad en vez de (1,1) tendremos (1,n).
Tipo de correspondencia: es el número máximo de ocurrencias de cada tipo de entidad
que pueden intervenir en una ocurrencia de relación que se está tratando.
Se representa gráficamente como una etiqueta con 1:1, 1,N o N:M, según
corresponda.
Si la correspondencia es N se dibuja una
flecha hacia la entidad que tiene las N ocurrencias (Fig, 2), si es del tipo
M:N se dibuja una flecha hacia cada entidad.(Fig. 3)
Como se vio con las entidades, pueden ser
regulares o débiles, en el caso de las relaciones si relacionan a dos entidades
regulares será también regular, si una de las dos es débil, la relación también
será débil. Dentro de las relaciones débiles aparece el concepto de Existencia cuando las ocurrencias de la
entidad débil no pueden existir si desaparece la entidad regular de la que dependen.
Puede darse otro caso en el que una relación
débil como la comentada anteriormente, no se puedan identificar las ocurrencias
de la entidad débil de forma única a través de sus atributos propios lo cual obliga
a añadir una clave perteneciente a la entidad regular (por ejemplo, si para
identificar los ejemplares de un medicamento del almacén, utilizamos el código
del producto y un contador, AAA01, AAA02 etc.) en ese caso lo llamamos
dependencia de Identificación.
Una dependencia en la identificación es siempre
una dependencia en existencia (pero no ocurre lo contrario).
Si la dependencia es en identificación, el
rombo que representa la relación va etiquetado con “ID”, y con una “E” en caso
de que la dependencia sea en existencia. Los datos sobre de los familiares de
un paciente ingresado en un hospital sólo tienen sentido si dicho paciente permanece
en la base de datos, aparece pues una dependencia en existencia.
Si las relaciones son exclusivas, se
representa mediante un arco; como por ejemplo en la figura 3, en la cual se
supone que si un médico es responsable de una especialidad no puede trabajar en
otra especialidad.
Atributo
Cada propiedad o característica que tiene un
tipo de entidad o un tipo de relación se llama Atributo. Los atributos toman los valores de un rango. Un atributo
se representa gráficamente como un círculo u óvalo con su nombre.
Los atributos definen
las propiedades de una entidad y se pueden usar para:
Nombrar una
ocurrencia de la entidad
Describir la ocurrencia,
Hacer referencias a
otra ocurrencia en otra tabla.
Entre todos los atributos de una entidad hay
que elegir uno o varios que identifiquen de forma unívoca cada una de las
ocurrencias de dicha entidad. Este atributo o conjunto de atributos se llaman Atributo Identificador Principal (AIP),
y lo representaremos por un círculo relleno.
Igual que las entidades, las relaciones también
pueden tener atributos. Por ejemplo, la relación n:m Trabaja entre las entidades Médico
y Odontología, tiene el atributo Función
que especifica la función que tiene un médico en odontología, por ejemplo, ayudante.
Fig, 4.
Generalización
Una necesidad habitual al modelar Bases de
Datos es la descomposición de tipos de entidad en varios subtipos; en efecto,
en el mundo real se identifican varias “jerarquías” de entidades. La relación
que se establece entre un supertipo y sus subtipos corresponde a la noción de
“Es-Un” (conocida por su s siglas inglesas “Is-a”) o más exactamente, “Es-un-tipo-de”.
Se representa utilizando un triángulo
invertido, con la base paralela al rectángulo que representa el supertipo y se conecta
a los subtipos como se muestra en la figura 5.
Las características de esta relación son las siguientes: cualquier
ocurrencia de un subtipo es una ocurrencia del supertipo, aunque no sucede lo
contrario, con lo que las cardinalidades
serán siempre (1,1) en el supertipo y (0,1) o (1,1) en los subtipos.
Esta clase de relaciones tiene otra
característica muy importante, es la herencia, pues todo atributo del supertipo
pasa a ser un atributo de los subtipos; así, por ejemplo, se puede establecer
una asociación de este tipo entre la entidad Médico y las entidades Investigador
y Traumatólogo, en el sentido de que
los investigadores y los traumatólogos “son” o “son tipos de” médicos, y, por
tanto, heredarán todas las características de la entidad Médico (Código de personal, nombre, dirección, sueldo, etc.).
En las abstracciones de este tipo los atributos comunes a todos los subtipos
(incluidos los identificadores) se asignan al supertipo, por otra parte los
atributos específicos se deben asociar al subtipo que le corresponda. Además, las relaciones que afectan a todos los
subtipos se asocian al supertipo, se asocian a los subtipos las relaciones
específicas en las que participa el correspondiente subtipo –pero sólo dicho
subtipo-; por ejemplo, en la figura 5 se considera que sólo los Traumatólogos están asociados a la
entidad Paciente.
Fig. 5.
Construcción de un esquema E/R
Se comienza por analizar la realidad de lo que se desea plasmar en la base de datos,
se analizan listados, pantallas, normativas, etc.
Después se realiza un esquema, expresado en
lenguaje natural, que nos facilite la creación de un esquema conceptual, por
tanto es necesario “interpretar” las frases en el lenguaje natural en el que se
ha descrito el esquema, luego las convertimos en elementos del modelo E/R, como
pueden ser las entidades, atributos y las relaciones.
No existen reglas exactas que nos digan qué
elemento va a ser una entidad o cual una relación, pero sí se pueden marcar unas
normas generales y con un poco de buen criterio de diseñador, se puede elaborar
un primer esquema conceptual:
-Un sustantivo (nombre común) que actúa como sujeto o complemento
directo de una frase es, en general, una entidad, aunque también puede ser un
atributo. Por ejemplo, en la frase “Los médicos atienden a pacientes”, existen
dos posibles entidades: Médico y Paciente.
-Los nombres propios nos indican las ocurrencias de un tipo de
entidad, Por ejemplo, “Félix” indica
una ocurrencia de Paciente.
-Un verbo es una relación, en la frase anterior “atender”
indica una relación entre las dos entidades, Médico y Paciente.
-Una preposición o una frase preposicional entre dos nombres
suele ser un tipo de relación, o también puede establecer la asociación entre
una entidad y sus atributos. Por ejemplo, al decir “la especialidad del médico”,
estamos indicando la relación entre las entidades Especialidad y Médico,
mientras que si decimos “la dirección del Médico”,
estamos asociando el atributo Dirección
a la entidad Médico.
Por tanto, simplemente basándonos en estos
conceptos lingüísticos podemos generar un esquema de conceptos preliminar.
Podemos construirlo desde un nivel alto de
abstracción a uno bajo (descendente) o generar un esquema E/R en el papel y
luego ir extendiéndolo y complicándolo (mancha de aceite).
Al finalizar el esquema, buscamos
redundancias, ya que pueden derivar en problemas al implementar la base de
datos. Es necesario buscar si existen atributos redundantes (los que se derivan
de otros mediante algún cálculo, y que deben ser eliminados del esquema E/R, o
bien etiquetados como redundantes), además hay que considerar la existencia de bucles
en el diagrama E/R, ya que también pueden indicar la existencia de relaciones
redundantes.
Como norma general, hay que tener en cuenta que
la existencia de un bucle no implica la existencia de relaciones redundantes. Pero
es necesario estudiar con mucho detenimiento las cardinalidades mínimas de las
entidades y la semántica que aporten las relaciones. Si al eliminar una
relación es siempre posible el paso en un sentido como en el inverso, entre las
dos entidades unidas por la relación entonces existen relaciones redundantes.
Ejemplo sencillo
En
la construcción de un sistema de información para el control hospitalario se
revelaron los siguientes conceptos:
-
Hospital:
con los datos Nombre, Dirección y Teléfono
-
Sala con los datos: número y cantidad de camas
-
Médico,
con los datos: Identidad, Nombre y Especialidad
-
Paciente,
con los datos: Identidad, Nombre, Dirección
y Fecha de nacimiento.
Por
otra parte, las relaciones reveladas entre dichos conceptos son:
-Cada
hospital
tiene varias
salas.
Todas y cada una de ellas pertenecen a
un hospital
(y sólo a uno).
-Cada
médico
trabaja
en un único hospital, todo hospital tiene al menos 10 médicos.
-Un
paciente
puede
estar
internado;
si lo está,
estará en una sala y
sólo en una.
-La
capacidad máxima de camas que puede tener
una sala es de cinco pacientes.
-Cada
paciente
puede ser atendido por más
de un médico (pero por
lo menos por
uno) y a su vez un médico puede atender a varios pacientes.
1º
Definimos las entidades, para ello ponemos en rojo y negrita los sustantivos y
nombres.
Con
lo que obtenemos los siguientes candidatos a Entidad: Hospital, Sala, Médico,
Paciente, Cama
2º
Definimos las candidatas a relaciones, marcando los verbos en azul e itálica.
3º
Marcamos en verde subrayado las preposiciones para asignar los atributos o
identificar nuevas relaciones
Por
lo que tenemos posibles relaciones: Hospital tiene salas, Hospital tiene
Médicos, Médico trabaja en Hospital, Paciente está internado, en sala.
Paciente
atendido por médico.
Y
los siguientes atributos:
Hospital:
Nombre, Dirección, Teléfono.
Sala:
Número, Cantidad de camas.
Médico:
Identidad, Nombre, Especialidad
Paciente:
Identidad, Nombre, Dirección, Fecha Nacimiento
4º
Con estos datos montamos un esquema preliminar
5º Buscamos redundancias, en este caso hay
dos evidentes, Médico y Paciente
Con lo que quitándolas queda del siguiente
modo:
6º Si el esquema es cíclico es posible que
haya relaciones redundantes, En nuestro caso es posible que la relación ”Está Ingresado” sea
redundante con la
Interrelación “Atiende”, pues todos los pacientes atendidos
están ingresados. (Aunque esto no sea así
en la realidad, pues en un hospital se atiende a pacientes externos e
ingresados, nos ceñimos al enunciado original donde no dice que haya pacientes
externos) En principio no vamos a quitar dicha relación, pero hay que
ponerla en “Cuarentena”.
7º Buscamos las cardinalidades
Para la cardinalidad Hospital-Médico tenemos
el enunciado
-Cada
médico trabaja en un único hospital, todo hospital
tiene al menos 10 médicos.
Con
lo que tenemos:
Para la cardinalidad Hospital-Sala tenemos el
enunciado:
-Cada hospital tiene varias salas. Todas y cada una de ellas
pertenecen a un hospital (y sólo a uno).
Para
la cardinalidad Paciente-Sala (aunque es posible que se elimine en el futuro)
tendríamos:
-Un paciente puede estar internado; si lo está, estará en
una sala y sólo en una.
-La capacidad máxima de camas que puede tener una sala es de cinco
pacientes.
Finalmente para la cardinalidad Médico-Paciente tenemos el
enunciado:
-Cada paciente puede ser atendido por más de un médico (pero por
lo menos por uno) y a su vez un médico puede atender a varios pacientes.
Y colocando el tipo de correspondencia,
tenemos el siguiente Esquema preliminar, (teniendo en cuenta que la relación “Está Ingresado” podría ser redundante, aunque de momento no se
quitará)
