Fundamentos de Bases de Datos Relacionales: Conceptos Clave y Normalización

Fundamentos de Bases de Datos Relacionales

Este documento presenta los conceptos esenciales para comprender el diseño y la gestión de bases de datos relacionales, abarcando desde las definiciones básicas hasta las formas normales de normalización.

Conceptos Básicos de Bases de Datos Relacionales

Tabla

Representa una entidad genérica en la base de datos.

Columna

Representa un atributo específico de la entidad genérica.

Fila / Tupla

Representa una ocurrencia o ejemplar único de la entidad.

Cabecera

Conjunto fijo de atributos que definen la estructura de la tabla.

Cuerpo

Conjunto de filas variables que contienen los datos de la tabla.

Cardinalidad

Número de filas o tuplas presentes en una tabla.

Grado

Número de atributos (columnas) en una tabla.

Clave Candidata

Atributo o conjunto de atributos que identifica de forma unívoca cada tupla en una tabla.

Clave Primaria (CP)

Clave candidata escogida para identificar de manera principal cada tupla. Sus valores deben ser únicos y no nulos.

Clave Alternativa

Claves candidatas que no fueron seleccionadas como clave primaria.

Clave Ajena (CA)

Atributo o conjunto de atributos en una tabla cuyos valores coinciden con los de la clave primaria de otra tabla, estableciendo una relación entre ellas.

Restricciones de Integridad en Bases de Datos

Las restricciones de integridad son reglas que aseguran que la información en nuestra base de datos (BD) sea correcta, consistente y fiel a la realidad.

• Restricción de Integridad de Clave (RI de Clave): No pueden existir dos tuplas en una misma tabla con valores idénticos en su clave primaria (CP).
• Restricción de Integridad de Entidad (RI de Entidad): Ningún atributo que forme parte de la clave primaria (CP) puede tomar un valor nulo o inexistente.
• Valor Nulo: No representa un valor, sino el desconocimiento o la ausencia de un dato específico.

Operaciones de Actualización y Borrado y su Comportamiento

Al realizar operaciones de actualización o borrado que afectan a claves primarias, el Sistema Gestor de Bases de Datos (SGBD) puede aplicar diferentes comportamientos para mantener la integridad referencial:

• Rechazar: El SGBD solo permitirá la operación si no produce problemas de integridad referencial, es decir, si no hay claves ajenas que dependan de la clave primaria afectada.
• Anular (Set NULL): El SGBD establecerá a nulos todas las claves ajenas (CA) que hagan referencia a la clave primaria (CP) que sufre la operación de actualización o borrado.
• Propagar (Cascade): El SGBD reproduce la operación (actualización o borrado) sobre todas las tuplas que hagan referencia a la clave primaria (CP) afectada, manteniendo la coherencia de los datos.

Conversión del Modelo Entidad-Relación (E/R) al Modelo Relacional (M/R)

Para transformar una jerarquía de entidades del modelo E/R al modelo relacional, se pueden aplicar diversas estrategias:

• Dividir: Separar la jerarquía en tablas distintas para cada entidad.
• Colapsar: Unir las entidades de la jerarquía en una única tabla.
• Explicitar: Crear una tabla intermedia para manejar la relación jerárquica.

Normalización de Bases de Datos: Formas Normales

La normalización es un proceso para organizar las columnas y tablas de una base de datos relacional con el fin de minimizar la redundancia de datos y mejorar la integridad de los datos. Se basa en la aplicación de reglas llamadas "formas normales".

Primera Forma Normal (1FN)

Una tabla está en Primera Forma Normal (1FN) si cumple con las siguientes condiciones:

• No contiene atributos multivaluados (un solo valor por celda).
• No contiene grupos repetitivos de columnas.
• Cada columna tiene un dominio atómico (indivisible).

Si una tabla no cumple con la 1FN, se deben eliminar los campos multivaluados o repetitivos de la tabla base, creando una nueva tabla con la clave candidata (CA) como clave primaria (CP) para los datos extraídos.

Segunda Forma Normal (2FN)

Una tabla está en Segunda Forma Normal (2FN) si cumple con las siguientes condiciones:

• Está en 1FN.
• Cada atributo que no forma parte de la clave primaria (CP) es completamente dependiente de la CP. Esto significa que no debe haber dependencias funcionales parciales.

La 2FN se aplica específicamente a tablas con claves primarias compuestas por dos o más atributos. Para pasar de 1FN a 2FN, se eliminan los atributos que no dependen funcionalmente de la CP completa y se crea una nueva tabla con ellos. En esta nueva tabla, los atributos extraídos se convierten en la clave primaria (CP), y esta nueva clave se referencia como clave ajena (CA) en la tabla base original.

Tercera Forma Normal (3FN)

Una tabla está en Tercera Forma Normal (3FN) si cumple con las siguientes condiciones:

• Está en 2FN.
• Cada atributo que no forma parte de la clave primaria (CP) no depende transitivamente de la CP. Es decir, no debe existir una dependencia funcional del tipo X → Y → Z, donde X es la CP y Z es un atributo no clave, implicando una dependencia indirecta (X → Z).

Para pasar de 2FN a 3FN, se eliminan los atributos que dependen transitivamente y se colocan en otra tabla. En esta nueva tabla, el atributo intermedio (Y en el ejemplo X → Y → Z) se convierte en la clave primaria (CP), y esta nueva clave se referencia como clave ajena (CA) en la tabla base original.