1 leec, sinf 2002, gabriel david sistemas de informação modelo entidade-associação gabriel david...

1 LEEC, SINF 2002, Gabriel David

Sistemas de Informação

Modelo entidade-associação

Gabriel [email protected]


Modelo entidade-associação Sumário

• entidades e atributos

• associações

• exemplo

• comunicação com os gestores

• modelos típicos


Modelação

Exemplos: arquitectura, aviação, engenharia hidráulica, esboços de pintura, planos de livros

Utilidade• testar um artefacto antes de o construir, para detectar falhas de

forma barata- modelos físicos (reproduzir à escala os fenómenos essenciais do

artefacto)- simulação computacional (cada vez mais barata do que modelos físicos,

mas exige uma descrição das leis que governam o artefacto)• comunicação com os clientes, para validar a especificação• visualização, para assentar as ideias gerais e começar a

pormenorizar cada parte• redução da complexidade

- abstracção dos aspectos irrelevantes (torna a realidade manuseável)- relativamente a um objectivo pretendido (determina a adequação; não

há modelos "correctos" em absoluto)

Modelo - é uma abstracção de alguma coisa com o objectivo de a compreender antes de a construir

Modelo - é uma abstracção de alguma coisa com o objectivo de a compreender antes de a construir


Ciclo de vida

ESTRATÉGIA

ANÁLISE

PROJECTO

CONSTRUÇÃO DOCUMENTAÇÃO

TRANSIÇÃO

PRODUÇÃO

entidade-associação

esquema da BD

reverse engineeringconversão de dados

análise de impactomanutenção

abstracto

detalhado

Abstracção - capacidade humana fundamental que nos habilita a lidar com a complexidade

Abstracção - capacidade humana fundamental que nos habilita a lidar com a complexidade

• desenvolvimento de software

parte de uma situação do mundo real

• modelo inicial (estratégia e análise)

só conceitos do domínio da aplicação

• projecto

adicionar objectos computacionais relacionados com a solução escolhida

• fases finais

detalhes da implementação na linguagem escolhida


Desenvolvimento de software

estratégia: descrição do problema análise: compreender e modelizar a aplicação e o domínio em que

opera

• independente da implementação projecto: definição da arquitectura do sistema e definição de

subsistemas e de objectos codificação: passagem mais ou menos automática para uma

linguagem concreta

• ferramentas de desenvolvimento de aplicações (CASE)(com gerador de código)

documentação

• manual de desenvolvimento; manual de instalação; manual de utilização

• parcialmente automatizavel, a partir da especificação transição: reverse engineering; conversão de dados produção: uso e manutenção (recomeço)


Modelos de dadosnotação para descrever os dados + conjunto de operações para

os manipular

exemplos:

• hierárquico IMS

• reticulado Adabas

• relacional Oracle, DB2, Ingres, Access, Paradox

• objecto Object Store, Objectivity, O2, Gemstone

modelo entidade-associação

• só para descrever os dados

• semanticamente mais rico

• simples mas preciso

• linguagem comum aos técnicos e gestores

• nível conceptual

• tradução automática


Modelo entidade-associaçãoEntidade

• existe e é distinguível objecto

• entidades similares agrupam-se

em conjuntos de entidades instância

com um nome esquema

• exemplos: pessoa, funcionário, conta bancária, livro, formiga (?)

Atributo

• caracteriza os conjuntos de entidades

• associa a cada entidade um só valor do respectivo domínio

• exemplos: nome, data de nascimento, bi do conjunto de pessoa

• chave

- atributo(s) que identifica univocamente uma entidade num conjunto

- existe sempre uma chave para cada conjunto de entidades

- os atributos da chave podem não pertencer todos aos atributos que caracterizam esse conjunto de entidades


Exemplo do banco

1111

João

53-03-24

2222

Maria

54-09-11

3333

Miguel

80-03-01

4444

Pedro

83-05-29

1327

23 000

6498

78 000

9135

127 000

5623

41 000

8998

5 000

Braga

457638

Porto

855986

EntidadesAtributos

Pessoa bi

nome

data_nascimento

Conta número

saldo

Agência designação

telefone

Pessoa Conta Agência


Hierarquia isa Algumas pessoas têm empréstimo; nesses casos é

necessário saber também o rendimento declarado no IRS e a entidade patronal

BeneficiárioCrédito isa Pessoa (A isa B)• cada entidade A também é uma entidade B, um caso

especial

• BeneficiárioCrédito é uma especialização de Pessoa

• Pessoa é uma generalização de BeneficiárioCrédito

• BeneficiárioCrédito herda os atributos de Pessoa; pode ter mais atributos

• chave de BeneficiárioCrédito é a chave de Pessoa

EntidadesAtributos

Pessoa bi

nome

data_nascimento

BeneficiárioCrédito rendimento

entidadePatronal

Pessoa( bi, nome, data_nascimento )

BeneficiárioCrédito( bi, nome, data_nascimento, rendimento, entidadePatronal )

isa


Associações Associação entre entidades associa

objectos

• tuplo de entidades

• (João, 1327) significa que o João é titular da conta 1327

Conjunto de associações do mesmo tipo instância

• conjunto de tuplos (e1, ... ek) em que a entidade ei pertence ao conjunto de entidades Ei

Associação entre conjuntos de entidades esquema

• lista ordenada de conjuntos de entidades (E1, ..., Ek)

• associação Titular: (Pessoa, Conta)

• caso mais vulgar: associações binárias (k=2)


Exemplo do Banco (cont.)

1111

João

53-03-24

2222

Maria

54-09-11

3333

Miguel

80-03-01

4444

Pedro

83-05-29

1327

23 000

6498

78 000

9135

127 000

5623

41 000

8998

5 000

Braga

457638

Porto

855986

AssociaçõesTitular (Pessoa,

Conta)

Aberta (Conta, Agência)



Diagramas

conjuntos de entidades

atributos- chave sublinhada- arestas

associações

- ligam apenas a entidades

- arestas ou arcos


bi nome data_nascimento número saldo designação telefone

Titular Aberta


Funcionalidade das associaçõesR: (E1, E2)

um um (biunívoca)

• cada entidade em E1 está, no máximo, associada a uma entidade em E2 e vice-versa

• Titular seria um para um se cada pessoa só pudesse ter uma conta e cada conta só pudesse ter um titular (pode haver pessoas sem contas)

muitos um (funcional) de E1 para E2

• cada entidade em E1 está no máximo associada a uma entidade em E2

• mas uma entidade em E2 pode estar associada a várias em E1

• arco no lado E2

• Aberta: cada conta aberta numa só agência, mas uma agência pode ter várias contas

muitos muitos

• associação sem restrições nos tuplos admissíveis

• Titular: cada pessoa pode ter várias contas, cada conta pode ter vários titulares

• forma de implementar varia muito de modelo para modelo

- reticulado: obriga a partir em várias muitos para um

- relacional: esconde o problema (de eficiência) na camada interna


Comentários classificar as associações segundo a respectiva funcionalidade

• impõe restrições às instâncias legais

• dá maior semântica ao modelo de dados

decisão cuidadosa do projectista

chave emprestada

• associação R muitos um de E1 E2

• E2 pode emprestar a chave a E1, através de R, uma vez que a cada entidade de E1 corresponde uma e uma só de E2 (traço no diagrama junto a E1)

• chave de Conta poderia incluir o atributo designação emprestado de Agência

• generaliza isa

associação muitos um (cardinalidade superior a binária)

• generaliza para arestas em E1, ..., Ek-1 e arco em Ek, se cada tuplo (e1, ..., ek-1) estiver associado, no máximo, a uma entidade ek

• situações mais complicadas não se representam no diagrama


Mais comentários

o mesmo conjunto de entidades pode aparecer mais que uma vez na mesma associação

• Gerada (Pessoa, Pessoa)

• etiquetar as arestas para distinguir os respectivos papéis

Pessoa

bi nome

data_nascimento

Gerada

1

2

• outra hipótese

- isa caso especial de um um, só um arco

Pessoa

bi nome

data_nascimento

Gerada

2Mãe

isa

1

• nem todas as entidades de um conjunto têm que estar nos tuplos de uma associação que o envolva

• optativa (o) versus obrigatória (m) nr_filhos

o

m


Obrigatório ou optativo

Atributo

• obrigatório valor especificado em todas as entidades

• optativo valor pode não existir

• atributos da chave obrigatórios

[se bi puder ser desconhecido, criar atributo substituto (surrogate) para ser chave]

Associação

• ramo obrigatório ligado à entidade E todas as entidades em E estão nos tuplos da associação

[qualquer Mãe tem que ter pelo menos um filho registado]

• ramo optativo algumas entidades em E podem não estar na associação

[algumas Pessoas podem não ter Mãe registada (caso da Eva)]


Associações válidasA B

A B

A B

A B

A B

A B

A

A

A

{n 1

1 1

{n m

{recursivas

m o

o o

m m

m m

o o

m m

mo

oo

oo

situação mais vulgar

A e B podem existir sem estarem na associação

A e B criados em simultâneo

rara - normalmente são sinónimos

comum - associação colectiva; posterior resolução

impossível - nenhum A pode existir sem um B e vice-versa

• impossível - ciclo infinito (ramo obrigatório!)

• muito comum para hierarquias

• rara - alternativa


Simplificação quando uma entidade tem um só atributo pode-se colapsar o conjunto só no

atributo

• aparência de a associação ter o atributo

• associação Fornece (Fornecedor, Item, Preço) formalmente ternária, muitos um

• tuplo (f, i, p) significa que o fornecedor f vende o item i pelo preço p

Fornecedor

morada

f_nomeFornece Item

Preço

inome

item#

preço

Fornecedor

morada

f_nomeFornece Item

inome

item#

preço


BD Biblioteca

Obter o modelo entidade-associação de uma BD que registe as datas das requisições numa biblioteca. Os leitores têm um código, um nome e uma morada. As requisições referem-se a livros ou a revistas. Todas as publicações são registadas com um número de entrada. Dos livros, além do título e dos autores, interessa saber o editor e o ano de publicação. As revistas têm também título e ano de publicação e, além disso, volume e número.

1ª tentativa

Leitor

morada

nome requisitante derequisitado por

Livro

nr

título

data

data

cod

editorano

autor1autor2autor3

detentor depedida por Revista

nr

título

ano

númerovolume


Refinamentos sucessivos

Observação 1: evitar usar atributos repetidos

falta uma entidade

Livro

nr

editorano

título

escrito porautor de

Escritor

nome

país

a associação escrito por/autor de é muitos para muitos• um Livro pode ser escrito por vários Escritores

• um Escritor pode ser autor de vários Livros


Associações mutuamente exclusivas

Observação 2: se se encararem as requisições como entidades (têm um número próprio...)

resolve-se a associação muitos para muitos criando uma entidade de intersecção e duas associações muitos para um

Leitor emissor de feita por

Requisição

data

do objecto de Livro

nreq da objecto de Revista

• uma requisição ou é de um livro ou de uma revista as associações do e da são exclusivas

• mais expressividade (representa-se com uma linha a unir as arestas exclusivas)


Hierarquia exclusiva• forma alternativa de representaçao com isa

- especializações mutuamente exclusivas (Livro e Revista são disjuntos)

- Publicação é uma generalização quer de Livro quer de Revista

- outra hipótese: especializar Requisição em Requisição_de_livro e Requisição_de_revista

Leitor emissor de feita por

Requisição

data

da objecto de Publicação

nreq

RevistaLivro

isa isa

nr

número

ano

título

volumeeditor

escrito por autor de

Escritor

nome país

moradanome

cod

o

m m oo

o


Convenções de escrita

Objectivo: Rigor + Comunicabilidade

Entidades

• maiúsculas

• singulares

• substantivos comuns

• sem abreviatura

Atributos

• minúsculas

• nomes com significado no contexto da entidade e compreensíveis pelo gestor

Associações (binárias)

• nome duplo dependendo do sentido de leitura

• regra do verbo ser


Leitura em linguagem natural

A assoc1 assoc2

B

A tem que ser assoc1 um e um só B.

B pode ser assoc2 um ou mais A(s).

Requisição tem que ser feita por um e um só Leitor.

Leitor pode ser emissor de um ou mais Requisição(s).

Todo e qualquer Leitor pode ser sempre emissor de um ou mais Requisição(s), não é?

Cada Requisição tem que ser sempre ou de um e um só Livro ou de um e um só Revista.

m o

• associações correspondem muitas vezes a regras da organização

• linguagem natural facilita comunicação com gestores validação do modelo nos estágios iniciais

obrigatória tem que ser

optativa pode ser

muitos um ou mais

um um e um só

associações exclusivas ou ... ou


Sintaxe invertida

Requisição tem que ser feita por um e um só Leitor.

é equivalente a

Isso significa que nunca pode ter uma Requisição que não seja feita por um Leitor univocamente

identificável, não é?

detectar

- excepções

- dependências temporais

- casos especiais


Observações associação: sempre entre entidades; não relaciona directamente outras

associações

• expressividade diminuída

combinação de chaves das entidades ligadas por uma associação corresponde a um só tuplo

• espécie de chave da associação

casos particulares de associações: subtipo (isa); característica (chave emprestada)

• tratamento especial

um mesmo objecto/facto do universo pode, num modelo, ser representado por uma entidade e, noutro modelo, por uma associação (caso da Requisição)

• questões de ontologia decididas, em última análise, pelo modelizador

• idem para a declaração de chaves

definição mínima: cada facto deve ser registado uma só vez

• baixar a redundância e consequente oportunidade para inconsistência

regra de Pareto (modificada): interessa compreender 100% do sistema para implementar os 80% que valem a pena


Atributos derivadosAtributo - detalhe que sirva para qualificar, identificar,

classificar, quantificar ou exprimir o estado de uma entidade

Atributo - detalhe que sirva para qualificar, identificar, classificar, quantificar ou exprimir o estado de uma entidade

Atributo derivado - aquele que pode ser calculado a partir de um conjunto bem definido de outros atributos presentes na BD

- cálculo do valor pode envolver só valores de uma entidade

[idade a partir da data_nascimento]

- ou agregar várias entidades

[nr_filhos no exemplo das Mães das Pessoas, se representar o nº de filhos registados na BD]

• problema: consistência

• em princípio, não se incluem no modelo EA atributos derivados

• excepções:

- atributo referido frequentemente e de cálculo custoso recalcular quando?

- manter informação agregada depois de se apagar a primária


Representação tabular


bi nome data_nascimento número saldo designação telefone

Titular Aberta

Titularbi

número

11111327

11116498

11119185

22229185

22225628

33338998

Titularbi

número

11111327

11116498

11119185

22229185

22225628

33338998

Pessoabi nome

data_n.

1111 João 53-03-24

2222 Maria 54-09-11

3333 Miguel 80-03-01

4444 Pedro 83-05-29

Pessoabi nome

data_n.

1111 João 53-03-24

2222 Maria 54-09-11

3333 Miguel 80-03-01

4444 Pedro 83-05-29

Conta

número saldoagência

1327 23 000 Braga

6498 78 000 Porto

9135 127 000 Porto

5623 41 000 Porto

8998 5 000 Porto

Conta

número saldoagência

1327 23 000 Braga

6498 78 000 Porto

9135 127 000 Porto

5623 41 000 Porto

8998 5 000 Porto

Agênciadesignação

telefone

Braga457638

Porto855986

Agênciadesignação

telefone

Braga457638

Porto855986

entidade

associação n m

entidade

entidade

associação n 1


Cartões de crédito Pretende-se modelar o sistema de emissão de cartões de crédito num banco. O

banco cria contas quer para particulares quer para empresas, as quais podem, por sua vez, entregar cartões aos seus empregados. O banco emite três tipos de cartão, com limites de crédito e condições de pagamento diferentes. Em certos casos podem ser negociados limites especiais.

Podem ser autorizados vários cartões sobre a mesma conta, tanto de particulares como de empresa. É contudo importante saber quem detém efectivamente cada cartão. Fisicamente, imprime-se no cartão o nome do detentor, o número da conta e a data de expiração. Regista-se ainda, no sistema, a data de emissão e a assinatura digitalizada.

Uma pessoa pode ter uma conta com um cartão para si próprio e outro para o cônjuge. A empresa onde trabalha também pode ter uma conta com um cartão que lhe atribua. O cônjuge pode ainda ser titular de uma terceira conta com cartões para ambos e para os filhos, estes com limites reduzidos.

O banco precisa de saber quem são os titulares das contas e respectivas moradas, telefones e números fiscais, quem tem cartões e quantos cartões de cada tipo estão associados a contas de particulares ou de empresas.

Obtenha um modelo de dados, usando o formalismo entidade-associação, que capture a realidade descrita. Para além do diagrama desse modelo, incluindo chaves das entidades e funcionalidade e obrigatoriedade das associações, indique eventuais restrições de integridade que entender verificarem-se.


Hipótese de solução

aberta por titular_emp de Empresa

morada

trabalhador naempregador dencc

Conta

aberta por titular de

Pessoa

morada

ncs

parente de grau

telefone

balcão

nr

Cartão

do categoria

Tipolimite

tipo#

prazo

detido pordetentor de

ligado a debitada por

telefone

ncar

limite espassinatura

data_emis

data_exp

m

m

m

m

o

o

o o

o

o

o

design

nome

o

m

o


Vista organizacional

Vista organizacional de uma entidade E é uma tabela contendo os atributos

- de E

- os atributos de cada entidade univocamente associada com E (recursivamente)

- se uma das entidades for uma especialização, para além das associações próprias, considerar também as das suas generalizações

- em associações recursivas, pôr reticências depois da segunda cópia

- arcos exclusivos originam alternativas

C D

F

B A

E

o o

m o

oo

isa isa

m oR

• vista de AA a1, a2, a3C c1, c2, c3D d1, d2, d3F f1, f2, f3

ouA a1, a2, a3C c1, c2, c3D d1, d2, d3E e1, e2, e3E(R) e1, e2, e3, ...


Exemplos• vista organizacional de Requisição no esquema da biblioteca

nreq data cod nome morada nr título ano

REQUISIÇÃO

facilitar a verificação da completude do esquema, por comparação com os formulários em uso na organização e com os sistemas pre-existentes

vista de Cartão no esquema de cartões de crédito

ncar data_emis data_exp assinatura limite_esp tipo# limite prazo ncsd nomed moradad telefoned nr balcão ncst nomet moradat telefonet

CARTÃO tipo detentor

conta titular


Estruturas típicas

Magol

Marketing Produção Vendas

Manutenção Operação Armazém

Equipa A Equipa B

Divisão

Departamento

Equipa

Empresa

Departamento

comde

Divisão

comde

Equipa

comde

cada nível pode ter os seus atributos próprios

mas, se se criasse o nível Grupo de Empresas? Ou secção?

Modelo 1(simples)


Hierarquias

Unidade

comde

Modelo 2(genérico)

• não distingue o topo da hierarquia dos outros níveis (mesmos atributos)

• suporta qualquer número de níveis

Modelo 3(com topo) Unidade

comde

Tipo deunidade

declas

Organização Subdivisão

isa isa suporta tratamento diferenciado para o topo da hierarquia

atributos comuns em Unidade

é independente dos nomes usados para classificar cada nível


Hierarquias elaboradas

Modelo 4(com regras)

Unidade

comde

Tipo deunidade

declas

Organização Subdivisão

isa isa

suporta organizações constituídas por organizações

mantém regras sobre a própria hierarquia (validação)

agregadoparte

sobresub

Divisão

Departamento

Equipa

EmpresaOrganização Subdivisão

UnidadeTipo deunidade

sobresub

comde

declas

isa

MagolMarketingProduçãoVendasManutenção

OperaçãoArmazém

Equipa AEquipa B


História de atributo

Pessoa

bi apelido

Apelido

valor de

Pessoa

bi

até

de designada

atributo passa a entidade com um valor válido num certo período

os períodos podem ser sobrepostos não podem existir dois períodos

diferentes para o mesmo valor chave de Apelido é (bi, valor) ,

parcialmente herdada da entidade Pessoa, através da associação designada


História de associação

data

Contratoterminus

sujeito para

• associação passa a entidade + 2 associações

Residência

Pessoa

de proprietário

Pessoa

com parte

Residência


Componentes

uma relação de componentes permite saber

• em que produtos é usado um componente

• que componentes constituem um produto

(tipos; não objectos)•chave de Constituinte (codigo_prod, codigo_comp)

Componente/Produto

constituído porparte de

descriçãocódigo

Componente/Produto

usado comopara uso em

descriçãocódigo

Constituinte

constituído porna lista para

instruçõesquantidade

entidadeintersecção

para saber a quantidade de componentes do mesmo tipo e as instruções de montagem


Metamodelo

Atributo

Entidade

Domínio em restrição

Associação

de descrita

ligaçãoreferida

em restrição

subtipo supertipo

m

m

• metamodelo = descrição do modelo usando elementos do próprio modelo


Exercício O objectivo é construir um modelo EA para um sistema que

reúna a informação sobre as publicações científicas dos professores da Faculdade. Este modelo servirá de base à construção da aplicação respectiva por parte do serviço de informática.

• considerar as várias situações mais comuns:

- artigos em revistas

- artigos em actas de conferência

- editor de colectânea ou de acta

- livro

- tese

- relatório técnico, etc.

• não esquecer a importância de manter a ordem dos autores

• um dos produtos derivados deste sistema é o fornecimento de bibliografias organizadas por professor, por departamento ou por assunto


Refinamentos ao modelo dos cursos

Salientar os aspectos comuns entre professores e alunos

suportar a informação relativa a vários anos

pormenorizar o registo académico com as classificações nos períodos e as faltas


Exemplo dos Cursos

Curso

Disciplina

Professor Aluno

Turma

plano

segue

inscrito

atribuído

lecciona

codcurso

designacur

sigla

coddis

designadis

habilitação

grupodata_nasc

ano

letra

resultado

PessoaBI

nome

morada

telefone

isaisa

previstas

ano_lectivo

ano_lectivo

Inscrição

inclui

1º período

ano_lectivo

2º período

assistidas

dadas

1 leec, sinf 2002, gabriel david sistemas de informação modelo entidade-associação gabriel david...

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