Fundamentos y Componentes Esenciales del Modelado Entidad-Relación (E-R)

1. El Modelo Conceptual de Datos

El modelo conceptual es la primera etapa en el diseño de bases de datos, ofreciendo una perspectiva de alto nivel sobre la información.

• Es una representación simplificada del sistema de información.
• Refleja una visión global de los datos, sin incluir detalles técnicos de implementación.
• El Modelo Entidad-Relación (E-R) es el modelo conceptual más usado.
• Es independiente de las bases de datos y del sistema operativo.

2. Fundamentos del Modelo Entidad-Relación (E-R)

El Modelo E-R es la herramienta fundamental para estructurar la información de manera lógica.

• Representa objetos del mundo real (entidades) y las relaciones o asociaciones lógicas entre ellos.
• Permite entender las complejidades del entorno que se quiere modelar antes de la implementación física.

3. Entidades: Objetos del Mundo Real

Una entidad es un objeto o cosa del mundo real, que puede ser tangible (como un producto) o intangible (como un concepto).

• Se representan gráficamente con rectángulos.
• Deben tener un nombre único y descriptivo (generalmente, la primera letra en mayúscula y en singular).

Tipos de Entidades:

• Fuertes: Tienen existencia propia y pueden ser identificadas de forma única mediante su propia clave primaria (PK).
  Ejemplo: EMPLEADO, CLIENTE.
• Débiles: Dependen de otra entidad (la entidad fuerte) para su existencia y para formar su clave primaria.
  Ejemplo: FAMILIAR (depende de PERSONA).

4. Atributos: Propiedades Descriptivas

Los atributos son las propiedades o características que describen y dan significado a una entidad.

• Se representan con óvalos o elipses.
• Se escriben generalmente en minúsculas.

Tipos de Atributos:

• Simples: No se pueden dividir en partes más pequeñas (ej. cédula).
• Compuestos: Se dividen en subpartes con significado propio (ej. nombre_completo, dividido en nombre y apellido).
• Monovalorados: Solo pueden tomar un único valor para una instancia de entidad (ej. salario).
• Multivalorados: Pueden tomar varios valores para una instancia de entidad (ej. teléfonos).
• Derivados: Su valor se calcula a partir de otros atributos y no se almacena directamente (ej. edad, derivada de fecha_nacimiento).

5. Relaciones y Asociaciones entre Entidades

Las relaciones son las asociaciones lógicas que existen entre dos o más entidades.

• Se representan con un rombo que une las entidades participantes.
• Tienen un nombre que describe la asociación (ej. “COMPRA”, “DIRIGE”).

Tipos de Relaciones:

• Fuertes: Se establecen entre entidades fuertes.
• Débiles: Involucran entidades débiles, donde la existencia de la relación es crucial para la entidad débil.

Grado de Relación:

Indica el número de entidades que participan en la asociación (unarias, binarias o ternarias).

6. Claves (Llaves) de Identificación

Las claves son atributos o conjuntos de atributos que permiten identificar de manera única a cada instancia de una entidad.

• Clave Primaria (PK): Es el atributo o conjunto de atributos seleccionado para distinguir de forma única cada registro dentro de una entidad.
• Clave Foránea (FK): Es un atributo que actúa como enlace o conector, estableciendo la relación entre dos entidades al referenciar la clave primaria de otra entidad.

7. Cardinalidad y Restricciones

La cardinalidad define el número de instancias de una entidad que pueden asociarse con instancias de otra entidad a través de una relación.

• Se expresa como un par (mínimo, máximo):
  • (1,1): Uno a uno (participación obligatoria y única).
  • (1,N): Uno a muchos (participación obligatoria).
  • (0,N): Opcional a muchos (participación opcional).
• Se utiliza para definir restricciones de integridad y la naturaleza de las relaciones en el modelo.

8. Extensiones del Modelo E-R (EER)

El Modelo Entidad-Relación Extendido (EER) introduce conceptos avanzados para manejar estructuras de datos más complejas, como la herencia.

8.1. Subclases y Superclases

• Superclase: Es el tipo de entidad general o padre, sobre la cual se definen subconjuntos.
• Subclase: Es un subconjunto de entidades que comparte los atributos de la superclase y puede tener atributos o relaciones adicionales específicos.
• La relación entre ambas se denomina “ES UN” (IS_A) y se representa gráficamente con un triángulo.

8.2. Especialización (Diseño Descendente)

• Es un diseño descendente, que va de lo general a lo específico.
• Se parte de una entidad general (superclase) para definir subclases con características particulares.
• El énfasis se pone en las diferencias entre los subconjuntos.
• Una entidad puede pertenecer a más de una especialización.
• Ejemplo: Una persona puede ser empleado temporal y secretario al mismo tiempo.

8.3. Generalización (Diseño Ascendente)

• Es el proceso inverso a la especialización, siguiendo un diseño ascendente.
• Se combinan entidades con características comunes (subclases) para formar una superclase más abstracta.
• El énfasis se pone en las similitudes.
• Ejemplo: De las entidades ingeniero, técnico y secretario se forma la superclase empleado.

8.4. La Relación "ES UN" (IS_A)

• Representa la conexión jerárquica entre superclases y subclases.
• Indica que una entidad “es un tipo de” otra entidad más general.
• Se muestra con un triángulo en los diagramas E-R extendidos.
• Pueden ser:
  • Disjuntas (exclusivas): Una entidad solo puede pertenecer a una subclase.
  • Solapadas: Una entidad puede pertenecer simultáneamente a varias subclases.

8.5. Restricciones de Generalización y Especialización

Estas restricciones definen cómo las entidades de la superclase se distribuyen entre las subclases:

1. Restricción de Totalidad (Participación):

   • Total: Toda entidad de la superclase debe pertenecer al menos a una subclase.
     (Ejemplo: todo empleado es ingeniero, técnico o secretario)
   • Parcial: Algunas entidades de la superclase no necesitan pertenecer a ninguna subclase.

2. Restricción de Solapamiento (Disyunción):

   • Disjunta (sin solapamiento): Una entidad pertenece a solo una subclase.
   • Solapada: Una entidad puede pertenecer a varias subclases a la vez.

8.6. Herencia de Atributos y Relaciones

La herencia es un principio clave del modelo EER.

• Las subclases heredan automáticamente:
  • Todos los atributos definidos en la superclase.
  • Todas las relaciones en las que participa la superclase.
• Además de lo heredado, las subclases pueden tener atributos propios o participar en relaciones adicionales específicas.
• Ejemplo: La subclase CAMIÓN hereda los atributos de VEHÍCULO (número, precio) y añade los suyos propios (númeroEjes, tonelaje).

8.7. Notación Gráfica del Modelo EER

• Triángulo: Representa la relación de herencia “ES UN”.
• Rectángulo: Representa tanto superclases como subclases.
• Líneas: Conectan las entidades con el triángulo de herencia.
• Atributos Heredados: Se muestran únicamente en la superclase.
• Atributos Específicos: Se muestran en la subclase correspondiente.