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Aspectos de Diseno de BDs

Dra. Amparo Lopez Gaona

Posgrado en Ciencia e Ingenierıa de la ComputacionFac. Ciencias, UNAM

Marzo 2012

Dra. Amparo Lopez Gaona () Aspectos de Diseno de BDsPosgrado en Ciencia e Ingenierıa de la Computacion Fac. Ciencias, UNAMMarzo 2012 1

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Motivacion

nombre suc delegacion activo nombre cte nPrestamo importe

Centro Cuauhtemoc 1,800 M Santos P-17 200,000Copilco Coyoacan 420 M Gomez P-23 400,000Viveros Coyoacan 340 M Lopez P-15 300,000Centro Cuauhtemoc 1,800 M Toledo P-14 300,000Eugenia Benito Juarez 80 M Santos P-93 100,000Zapata Benito Juarez 1,600 M Abril P-11 180,000

San Angel Alvaro Obregon 60 M Vazquez P-29 240,000Tlalpan Tlalpan 740 M Lopez P-16 260,000Centro Cuauhtemoc 1,800 M Gonzalez P-23 400,000Viveros Coyoacan 340 M Rodrıguez P-25 500,000Las Fuentes Tlalpan 1,420 M Amor P-10 440,000


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Problemas con un diseno incorrecto

Redundancia de informacion.Problemas de actualizacion:

Agregar el prestamo P-31 realizado en la sucursal San Angel al clienteMendoza por $300,000.{San Angel, Alvaro Obregon, 60 000 000, Mendoza, P-31,300 000}Cambiar la direccion de una sucursal

Incapacidad para representar cierta informacion.

¿Como dar de alta una nueva sucursal?¿Que sucede si no hay prestamos?

Las dependencias funcionales ayudan a especificar formalmente cuando undiseno es correcto.


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Dependencias Funcionales

Una DF, denotada por X → Y , entre dos conjuntos de atributos X y Y deuna relacion R es una restriccion sobre las tuplas de R.La restriccion establece que X determina funcionalmente a Y en unesquema de relacion si y solo si, cuando dos tuplas t y u de R coinciden ensu valor en X, ellas necesariamente coinciden sus valores en Y.

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

��

X’s

t

u

Si t y u coincidenaqui,

Y’s

coincidenaquí

entonces


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Ejemplo

En la relacion:prestamo (nombre sucursal, num prestamo, nombre cliente, importe)

Se espera quenum prestamo → importenum prestamo → nombre sucursal

No se espera quenum prestamo → nombre clienteLas DFs se utilizan para:

Especificar restricciones sobre el conjunto de relaciones.

Examinar las relaciones y determinar si son legales bajo un conjuntode DFs dado.


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Ejemplo


Se espera quenum prestamo → importenum prestamo → nombre sucursalNo se espera quenum prestamo → nombre cliente

Las DFs se utilizan para:




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Ejemplo


Se espera quenum prestamo → importenum prestamo → nombre sucursalNo se espera quenum prestamo → nombre clienteLas DFs se utilizan para:




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Definiciones

Una extension legal es aquella que satisface las restricciones de DFs.

Una DF A1, A2, ...,An → B1, B2, ...,Bm es trivial si los atributos dellado derecho son un subconjunto de los atributos del lado izquierdo.

Si X → Y en R, esto no implica que Y → XA B C D

a1 b1 c1 d1

a1 b2 c1 d2

a2 b2 c2 d2

a2 b3 c2 d3

a3 b3 c2 d4

Una DF es una propiedad de la semantica de los atributos que sedebe cumplir para la extension una relacion.


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Llaves de las relaciones

Una llave puede definirse como un conjunto de atributos {A1, A2, ...,An}tales que:

Determinan funcionalmente cualquier otro atributo de la relacion. Esdecir, es imposible para dos tuplas distintas de R coincidir en todos{A1, A2, ...,An}Ningun subconjunto propio de {A1, A2, ...,An} determinafuncionalmente los otros atributos de R, es decir, debe ser mınimo.

Una superllave es un conjunto de atributos que contienen una llave.


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Determinan funcionalmente cualquier otro atributo de la relacion. Esdecir, es imposible para dos tuplas distintas de R coincidir en todos{A1, A2, ...,An}

Ningun subconjunto propio de {A1, A2, ...,An} determinafuncionalmente los otros atributos de R, es decir, debe ser mınimo.



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Determinan funcionalmente cualquier otro atributo de la relacion. Esdecir, es imposible para dos tuplas distintas de R coincidir en todos{A1, A2, ...,An}Ningun subconjunto propio de {A1, A2, ...,An} determinafuncionalmente los otros atributos de R, es decir, debe ser mınimo.



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Reglas de Inferencia para DFs

Dado un conjunto F de DFs, existen otras DFs que pueden inferirse oimplicarse logicamente de F .

Ejemplo: R = (A, B, C , G , H, I )y F = {A→ B,

A→ C ,CG → H,CG → I ,B → H}

La dependencia funcional A→ H se implica logicamente.

Sean t1, t2 son tuplas tales que t1[A] = t2[A]

Por la primera dependencia, t1[B] = t2[B],

Por la ultima dependencia, t1[H] = t2[H],

por tanto ∀t1, t2 tales que t1[A] = t2[A] entonces t1[H] = t2[H] quees la definicion de A→ H.


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Reglas de Inferencia para DFs

Dado un conjunto F de DFs, existen otras DFs que pueden inferirse oimplicarse logicamente de F .Ejemplo: R = (A, B, C , G , H, I )y F = {A→ B,

A→ C ,CG → H,CG → I ,B → H}

La dependencia funcional A→ H se implica logicamente.

Sean t1, t2 son tuplas tales que t1[A] = t2[A]

Por la primera dependencia, t1[B] = t2[B],

Por la ultima dependencia, t1[H] = t2[H],

por tanto ∀t1, t2 tales que t1[A] = t2[A] entonces t1[H] = t2[H] quees la definicion de A→ H.


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Cerradura de F

F + = conjunto DFs que son logicamente implicadas o inferidas por F .

X → Y es inferida de un conjunto F de DF sobre R (F |= X → Y ), si entodo estado r de la relacion se satisfacen todas las dependencias en F ytambien X → Y .Reglas de inferencia de Armstrong’s:

R1.Regla de la reflexividad. Si X ⊇ Y , entonces X → Y .

R2. Regla del aumento. { X → Y } |= XZ → YZ .

R3. Regla de la transitividad. { X → Y , Y → Z} |= X → Z .

Aunque completo, para simplificar el calculo de F + se tienen reglasadicionales:

R4. Regla de la descomposicion. {X → YZ} |= X → Y y que X → Z .

R5. Regla de la union. {X → Y , X → Z} |= X → YZ .

R6. Regla de la pseudo-transitividad.{X → Y , WY → Z} |= WX → Z .


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Cerradura de F

F + = conjunto DFs que son logicamente implicadas o inferidas por F .X → Y es inferida de un conjunto F de DF sobre R (F |= X → Y ), si entodo estado r de la relacion se satisfacen todas las dependencias en F ytambien X → Y .

Reglas de inferencia de Armstrong’s:









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Cerradura de F

F + = conjunto DFs que son logicamente implicadas o inferidas por F .X → Y es inferida de un conjunto F de DF sobre R (F |= X → Y ), si entodo estado r de la relacion se satisfacen todas las dependencias en F ytambien X → Y .Reglas de inferencia de Armstrong’s:









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Prueba de las reglas

Prueba de R4.

1 X → YZ (Dado).2 YZ → Y Usando R1 y sabiendo que YZ ⊇ Y .3 X → Y Usando R3 sobre 1 y 2.

Prueba de R5.

1 X → Y (Dado).2 X → Z (Dado).3 X → XY Usando R2 sobre 1; notar que XX = X .4 XY → YZ Usando R2 sobre 2 aumentando con Y.5 X → YZ Usando R3 sobre 3 y 4.

Prueba de R6.1 X → Y (Dado).2 WY → Z (Dado).3 WX →WY R2 sobre 1 aumentando con W.4 WX → Z R3 sobre 3 y 2.


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Prueba de R4.


Prueba de R5.


Prueba de R6.

1 X → Y (Dado).2 WY → Z (Dado).3 WX →WY R2 sobre 1 aumentando con W.4 WX → Z R3 sobre 3 y 2.


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Prueba de R4.


Prueba de R5.


Prueba de R6.1 X → Y (Dado).2 WY → Z (Dado).3 WX →WY R2 sobre 1 aumentando con W.4 WX → Z R3 sobre 3 y 2.


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Ejemplo

Sean R = (A, B, C, G, H, I) yF = { A → B, A → C, CG → H, CG → I, B → H }Algunos miembros de F + serıan:

A → H,AG → I,CG → HI,


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Ejemplo

Sean R = (A, B, C, G, H, I) yF = { A → B, A → C, CG → H, CG → I, B → H }Algunos miembros de F + serıan:A → H,

AG → I,CG → HI,


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Ejemplo

Sean R = (A, B, C, G, H, I) yF = { A → B, A → C, CG → H, CG → I, B → H }Algunos miembros de F + serıan:A → H,AG → I,

CG → HI,


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Ejemplo

Sean R = (A, B, C, G, H, I) yF = { A → B, A → C, CG → H, CG → I, B → H }Algunos miembros de F + serıan:A → H,AG → I,CG → HI,


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Cerradura de conjuntos de atributos

Para crear las DF’s de un esquema, el disenador:

1 Especifica, a partir de la semantica de los atributos de R, el conjuntoF de DFs.

2 Usando las reglas de inferencia de Armstrong obtiene otras DFs.

Para obtener todas las DFs de manera sistematica:

1 Determinar el conjunto de atributos X del lado izquierdo de algunaDF en F.

2 Determinar el conjunto X + de todos los atributos que sondependientes de X.Dado {A1, A2, ...,An} un conjunto de atributos y F un conjunto deDFs, la cerradura del conjunto de atributos ( {A1, A2, ...,An}+ )bajo las dependencias en F es el conjunto de atributos B tales quecada relacion que satisface todas las dependencias en F tambiensatisface A1, A2, ...An → B.


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2 Determinar el conjunto X + de todos los atributos que sondependientes de X.

Dado {A1, A2, ...,An} un conjunto de atributos y F un conjunto deDFs, la cerradura del conjunto de atributos ( {A1, A2, ...,An}+ )bajo las dependencias en F es el conjunto de atributos B tales quecada relacion que satisface todas las dependencias en F tambiensatisface A1, A2, ...An → B.


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2 Determinar el conjunto X + de todos los atributos que sondependientes de X.Dado {A1, A2, ...,An} un conjunto de atributos y F un conjunto deDFs, la cerradura del conjunto de atributos ( {A1, A2, ...,An}+ )bajo las dependencias en F es el conjunto de atributos B tales quecada relacion que satisface todas las dependencias en F tambiensatisface A1, A2, ...An → B.


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Algoritmo para calcular X+ bajo F

X+ := X;Repetir

oldX+ := X+;Para cada Y → Z en F hacer

si Y ⊆ X+ entonces X+ := X+∪ Z;hasta que oldX+ = X+;

Ejemplos:1 Sean R = (A, B, C, G, H, I) y F las dependencias definidas antes

como { A → B, A → C, CG → H, CG → I, B → H }, se tiene que(AG )+ = {ABCGHI}

2 Sea una relacion con atributos A, B, C , D, E , F y las DF’s{AB → C , BC → AD, D → E , CF → B}. Encontrar {AB}+.Resultado = {A,B,C,D,E} lo que implica que AB → ABCDE.


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X+ := X;Repetir




como { A → B, A → C, CG → H, CG → I, B → H }, se tiene que(AG )+ =

{ABCGHI}2 Sea una relacion con atributos A, B, C , D, E , F y las DF’s{AB → C , BC → AD, D → E , CF → B}. Encontrar {AB}+.Resultado = {A,B,C,D,E} lo que implica que AB → ABCDE.


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X+ := X;Repetir







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X+ := X;Repetir





2 Sea una relacion con atributos A, B, C , D, E , F y las DF’s{AB → C , BC → AD, D → E , CF → B}. Encontrar {AB}+.

Resultado = {A,B,C,D,E} lo que implica que AB → ABCDE.


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X+ := X;Repetir







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Dependencias deducidas

Para probar si una dependencia funcional A1, A2, ...,An → B, se deduce deun conjunto de dependencias F. Se calcula {A1, A2, ...,An}+ si Besta ahı entonces la DF si es deducida del conjunto F en caso contrario noes deducida de F.Ejercicios:

Probar que AB → D.

Se empieza por calcular {A, B}+ = {A, B, C , D, E} como D ∈ {A,B}+ entonces esta si es deducida.

Probar que D → A. Se tiene que D+ = {D, E} como A no esta enD+ entonces la DF no se deduce de F.


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Probar que AB → D.Se empieza por calcular {A, B}+ =

{A, B, C , D, E} como D ∈ {A,B}+ entonces esta si es deducida.



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Probar que AB → D.Se empieza por calcular {A, B}+ = {A, B, C , D, E}

como D ∈ {A,B}+ entonces esta si es deducida.



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Probar que AB → D.Se empieza por calcular {A, B}+ = {A, B, C , D, E} como D ∈ {A,B}+ entonces esta si es deducida.



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Probar que D → A.

Se tiene que D+ = {D, E} como A no esta enD+ entonces la DF no se deduce de F.


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Probar que D → A. Se tiene que D+ =

{D, E} como A no esta enD+ entonces la DF no se deduce de F.


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Probar que D → A. Se tiene que D+ = {D, E}

como A no esta enD+ entonces la DF no se deduce de F.


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