Ejemplo de modelo de datos de red

1) Se tiene el siguiente modelo relacional, el cual será transformado en un modelo de datos de red:
Esta modelo relacional transformada al modelo de red sería la siguiente:

2)En este ejemplo, los tipos de registros son: CURSO, REQUISITO, OFERTA, PROFESOR y ESTUDIANTE. CURSO es el tipo de segmento raiz:

Ejemplos de modelo de datos jerárquicos

1) En este ejemplo presentaremos el modelo de datos relacional y su transformación al modelo de datos jerárquico.
A continuación, el modelo de datos jerárquico de la figura anterior:
2) En este ejemplo presentaremos la estructura del modelo de datos jerárquico de un departamento de estudios de una univeridad.

Transformación de E/R en modelo de datos jerárquico

En la figura se presenta la transformación de un esquema E/R con dos entidades y una interrelación N:M es un esquema jerárquico en el que existen dos árboles, de modo que se conservan las simetrías naturales, ya que los algoritmos para dos preguntas simétricas, como son recuperar los alumnos de un profesor y recuperar los 10 profesores de un alumno, serían también simétricos.

Soluciones de este tipo no son en absoluto eficientes. A partir del modelo E/R, vamos a analizar la forma de transformar algunos tipo, de interrelaciones al modelo jerárquico.

A) Interrelaciones 1:N con cardinalidad mínima 1 en la entidad padre. En este caso no existe ningún problema y el esquema jerárquico resultante será prácticamente el mismo que en el ME/R.


B) Interrelaciones 1:N con cardinalidad mínima 0 en el registro propietario. El problema es que podrían existir hijos sin padre, por lo que o se crea un padre ficticio para estos casos o se crean dos estructuras arborescentes.


La primera estructura arborescente tendrá como nodo padre el tipo de registro A y como nodo hijo los identificadores del tipo de registro B. De esta forma no se introducen redundancias, estando los atributos de la entidad B en la segunda arborescencia, en la cual sólo existiría un nodo raíz B sin descendientes.

C) Interrelaciones N:M
La solución es muy parecida, creándose también dos arborescencias.


La solución es independiente de las cardinalidades mínimas. Se podría suprimir, en la primera arborescencia o en la segunda, el registro hijo, pero no se conservaría la simetría.

D) Interrelaciones reflexivas
La jerarquía a) se utilizaría siempre que se desee obtener la explosión.
La aplicación de estas normas de diseño evita la introducción de redundancias, así como la pérdida de simetría, pero complica enormemente el esquema jerárquico resultante que estará constituido por más de un árbol, lo que no resulta fácilmente comprensible a los usuarios.

Restricciones del modelo jerárquico

Duplicidad de registros

No se garantiza la inexistencia de registros duplicados. Esto también es cierto para los campos "clave". Es decir, no se garantiza que dos registros cualesquiera tengan diferentes valores en un subconjunto concreto de campos.

Integridad referencial

No existe garantía de que un registro hijo esté relacionado con un registro padre válido. Por ejemplo, es posible borrar un nodo padre sin eliminar antes los nodos hijo, de manera que éstos últimos están relacionados con un registro inválido o inexistente..

Desnormalización

Este no es tanto un problema del modelo jerárquico como del uso que se hace de él. Sin embargo, a diferencia del modelo relacional, las bases de datos jerárquicas no tienen controles que impidan la desnormalización de una base de datos. Por ejemplo, no existe el concepto de campos clave o campos únicos.

La desnormalización permite ingresar redundancia de una forma controlada, seguir a una serie de pasos conlleva a:
- Combinar las relaciones
- Duplicar los atributos no claves
- Introducción de grupos repetitivos
- Crear tablas de extracción

Cuando se debe desnormalizar:
- Se debe desnormalizar para optimizar el esquema relacional
- Para hacer referencia a la combinación de 2 relaciones que forman una sola relación

Vinculos entre padre-hijo

Los datos se almacenan en la forma de registros, el equivalente a las filas del modelo relacional. Cada registro consta de un conjunto de campos, el equivalente a las columnas del modelo relacional. Un conjunto de registros con los mismos campos se denomina fichero (record type, en inglés), el equivalente a las tablas del modelo relacional.

El modelo jerárquico facilita relaciones padre-hijo, es decir, relaciones 1:N (de uno a varios) del modelo relacional. Pero a diferencia de éste último, las relaciones son unidireccionales. En justicia, dichas relaciones son hijo-padre, pero no padre-hijo. Por ejemplo, el registro de un empleado (nodo hijo) puede relacionarse con el registro de su departamento (nodo padre), pero no al contrario. Esto implica que solamente se puede consultar la base de datos desde los nodos hoja hacia el nodo raíz. La consulta en el sentido contrario requiere una búsqueda secuencial por todos los registros de la base de datos (por ejemplo, para consultar todos los empleados de un departamento). En las bases de datos jerárquicas no existen índices que faciliten esta tarea.

Obsérvese que, a priori, no existen relaciones N:M (de muchos a muchos) en el modelo jerárquico. Salvo que se simulen mediante varias relaciones 1:N. No obstante, esto puede provocar problemas de inconsistencia, ya que el gestor de base de datos no controla estas relaciones.

Estructura del modelo jerárquico

El modelo de datos jerárquico contiene segmentos. Los segmentos, en función de su situación en el árbol y de sus características, pueden denominarse como:

1) SEGMENTO PADRE: Es aquél que tiene descendientes, todos ellos localizados en el mismo nivel.

SEGMENTO HIJO: Es aquél que depende de un segmento de nivel superior. Todos los hijos de un mismo padre están en el mismo nivel del árbol.

SEGMENTO RAÍZ: El segmento raíz de una base de datos jerárquica es el padre que no tiene padre. La raíz siempre es única y ocupa el nivel superior del árbol.

La raiz en el ejemplo sería: "empresa".

Una OCURRENCIA de un segmento de una base de datos jerárquica es el conjunto de valores particulares que toman todos los campos que lo componen en un momento determinado.

Un REGISTRO de la base de datos es el conjunto formado por una ocurrencia del segmento raíz y todas las ocurrencias del resto de los segmentos de la base de datos que dependen jerárquicamente de dicha ocurrencia raíz.

La relación PADRE/HIJO en la que se apoyan las bases de datos jerárquicas, determina que el camino de acceso a los datos sea ÚNICO; este camino, denominado CAMINO SECUENCIA JERÁRQUICA, comienza siempre en una ocurrencia del segmento raíz y recorre la base de datos de arriba a abajo, de izquierda a derecha y por último de adelante a atrás.
El esquema es una estructura arborescente compuesta de nodos, que representan las entidades, enlazados por arcos, que representan las asociaciones o interrelaciones entre dichas entidades.
La estructura del modelo de datos jerárquico es un caso particular de la del modelo en red, con fuertes restricciones adicionales derivadas de que las asociaciones del modelo jerárquico deben formar un árbol ordenado, es decir, un árbol en el que el orden de los nodos es importante. Una estructura jerárquica, tiene las siguientes características:

- El árbol se organiza en un conjunto de niveles.
- El nodo raíz, el más alto de la jerarquía, se corresponde con el nivel 0.
- Los arcos representan las asociaciones jerárquicas entre dos entidades y no tienen nombre, ya que no es necesario porque entre dos conjuntos de datos sólo puede haber una interrelación.
- Mientras que un nodo de nivel superior (padre) puede tener un número ilimitado de nodos de nivel inferior(hijos), al nodo de nivel inferior sólo le puede corresponder un único nodo de nivel superior. en otras palabras, un progenitor o padre puede tener varios descendientes o hijos, pero un hijo sólo tiene un padre.
- Todo nodo, a excepción del nodo raíz, ha de tener obligatoriamente un padre.
- Se llaman hojas los nodos que no tienen descendientes.
- Se llama altura al número de niveles de la estructura jerárquica.
- Se denomina momento al número de nodos.
- El número de hojas del árbol se llama peso.
- Sólo están permitidas las interrelaciones 1:1 ó 1:N
- Cada nodo no terminal y sus descendientes forman un subárbol, de forma que un árbol es una estructura recursiva.
- El árbol se suele recorrer en preorden; es decir, raíz, subárbol izquierdo y subárbol derecho.

Entre las restricciones propias de este modelo se pueden resaltar:
A) Cada árbol debe tener un único segmento raíz.
B) No puede definirse más de una relación entre dos segmentos dentro de un árbol.
C) No se permiten las relaciones reflexivas de un segmento consigo mismo.
D) No se permiten las relaciones N:M.
E) No se permite que exista un hijo con más de un padre.
F) Para cualquier acceso a la información almacenada, es obligatorio el acceso por la raíz del árbol, excepto en el caso de utilizar un índice secundario.
G) El árbol debe recorrer siempre de acuerdo a un orden prefijado: el camino jerárquico.
H) La estructura del árbol, una vez creada, no se puede modificar.

Programación de una base de datos de red

El lenguaje de manipulación de datos de Codasyl es de tipo navegacional (opera de registro a registro), procedimental ( requiere el conocimiento de la estructura física de la base de datos del programador) y tiene que estar embebido en un lenguaje de programación anfitrión, como característica importante cabe resaltar que en él se distingue la localización o selección de la acción( recuperación o actualización).

La navegación por la base de datos se lleva a cabo apoyándose en los indicadores de registro activo, concepto fundamental en la componente dinámica del modelo Codasyl.

Un ejemplo de programación de registros de una base de datos de red (Alumnos-Materia) en Pascal:

type materia = record
clave: string[7]
nombreM: string[25]
cred: string[2];
end;

type alumno = record
nombre: string[30];
control: string[8];
materia: Materia; {Enlace a materia}
end;