Diagrama entidad-relación (E/R)

¿Qué es el diagrama E/R?

Un diagrama de entidad-relación (ER) es una representación gráfica utilizada en el diseño de bases de datos. Este tipo de diagrama es una herramienta fundamental en el modelado de datos, ya que permite visualizar las entidades relevantes en un sistema, sus atributos y las relaciones entre ellas.

Los diagramas de entidad-relación (ER) tienen sus raíces en la década de 1970, cuando el modelado de datos comenzó a desarrollarse como una disciplina en el campo de la informática y la gestión de bases de datos.

En 1976, el Dr. Peter Chen, un investigador de la Universidad de Massachusetts, propuso el modelo conceptual de entidad-relación en su artículo «The Entity-Relationship Model: Towards a Unified View of Data». Este modelo introdujo un enfoque visual y conceptual para representar los datos en sistemas de información. En su propuesta, Chen presentó el uso de rectángulos para representar entidades, líneas para representar relaciones y rombos para identificar los atributos.

Las entidades en un diagrama de entidad-relación son objetos del mundo real o conceptual que tienen existencia independiente y pueden ser identificados. Estas entidades se representan mediante rectángulos y se nombran de manera descriptiva, reflejando aspectos clave del dominio del problema que se está abordando.

Los atributos de una entidad son características que describen y definen dicha entidad, aportando detalles o información específica sobre ella. Estos atributos se muestran dentro de los rectángulos que representan a las entidades y se identifican con etiquetas.

Las relaciones en un diagrama de entidad-relación indican la asociación y la conexión entre diferentes entidades. Estas relaciones se representan con líneas que unen las entidades relacionadas y se etiquetan para describir la naturaleza de la conexión, como por ejemplo «uno a uno», «uno a muchos» o «muchos a muchos». Además, las relaciones pueden tener atributos propios, que son particularidades que describen aspectos específicos de la conexión entre las entidades.

Los diagramas de entidad-relación son herramientas esenciales en la fase de diseño de bases de datos, ya que proporcionan una representación visual clara y comprensible de la estructura y las interrelaciones de los datos dentro de un sistema. Estos diagramas ayudan a los desarrolladores, analistas y diseñadores de bases de datos a comprender mejor la organización y la lógica subyacente de los datos, lo que facilita la creación de esquemas de bases de datos eficientes y bien estructurados.

¿Por qué es importantes?

Los diagramas de entidad-relación (ER) son importantes por varias razones fundamentales en el diseño y desarrollo de bases de datos:

1. Claridad visual: Ofrecen una representación visual y comprensible de la estructura de los datos y las relaciones entre entidades en un sistema. Esto facilita la comunicación entre diferentes partes interesadas, como diseñadores de bases de datos, desarrolladores, administradores de sistemas y usuarios finales, al proporcionar una visión clara y común de cómo se relacionan los datos en el sistema.
2. Modelado de datos: Permiten modelar de manera lógica y estructurada la realidad que se está capturando en la base de datos. Ayudan a identificar las entidades relevantes en un dominio específico, sus atributos y las relaciones entre ellas, lo que facilita la comprensión de los requisitos del sistema y la organización de los datos de manera coherente.
3. Diseño de bases de datos: Sirven como una guía para el diseño y la implementación de bases de datos eficientes y bien estructuradas. Los diagramas ER proporcionan una base sólida para la creación de esquemas de bases de datos, lo que ayuda a definir tablas, campos, claves primarias y foráneas, y a garantizar la integridad de los datos.
4. Identificación de requisitos: Permiten identificar de manera precisa y detallada los requisitos de información del sistema. Al representar las entidades y sus relaciones, los diagramas ER ayudan a capturar los datos esenciales que deben ser almacenados y gestionados por la base de datos.
5. Optimización y mantenimiento: Facilitan la identificación de posibles redundancias, incoherencias o problemas en el diseño de la base de datos. Esto permite realizar ajustes y optimizaciones antes de la implementación final, lo que contribuye a la creación de bases de datos más eficientes y fáciles de mantener a largo plazo.

Elementos de un diagrama ER

1. Entidades: (Representadas mediante rectángulos) Las entidades son objetos o conceptos del mundo real o del dominio de un sistema que son distinguibles y significativos para la gestión de datos. En un diagrama ER, las entidades se representan gráficamente mediante rectángulos. Por ejemplo, en un sistema de gestión de biblioteca, podríamos tener entidades como «Libro», «Autor», «Usuario» y «Préstamo».
2. Atributos: (Se indican con un círculo conectado al rectángulo que representa a la entidad) Los atributos son las características o propiedades que describen una entidad. Estos atributos definen la información que se desea capturar sobre una entidad específica. En un diagrama ER, los atributos se muestran dentro del rectángulo que representa la entidad. Siguiendo con el ejemplo de la biblioteca, para la entidad «Libro», los atributos podrían ser «Título», «ISBN», «Año de Publicación» y «Número de Páginas».
3. Relaciones: (Representadas mediante líneas que conectan las entidades relacionadas con un rombo)Las relaciones representan las asociaciones y conexiones entre entidades en un sistema. Estas conexiones indican cómo las entidades están relacionadas entre sí y cómo interactúan en el contexto de la base de datos. En un diagrama ER, las relaciones se muestran mediante líneas que conectan las entidades relacionadas. Además, se etiquetan para describir la naturaleza de la relación, como «uno a uno», «uno a muchos» o «muchos a muchos».
   • Cardinalidad: La cardinalidad describe el número de instancias de una entidad que pueden estar asociadas con el número de instancias de otra entidad a través de una relación. Por ejemplo, una relación «uno a muchos» entre «Autor» y «Libro» indicaría que un autor puede escribir varios libros, pero un libro está escrito por un solo autor.
   • Atributos de relación: Además de las entidades, las relaciones también pueden tener atributos propios que describen detalles específicos de la conexión entre las entidades. Por ejemplo, en una relación de «Préstamo» entre «Libro» y «Usuario», un atributo de relación podría ser la «Fecha de Préstamo».

Pasos para crear un diagrama ER

Crear un diagrama de entidad-relación (ER) implica seguir varios pasos que permiten identificar las entidades, sus atributos y relaciones, representando visualmente la estructura lógica de una base de datos. Aquí están los pasos típicos para crear un diagrama ER:

1. Identificar las entidades:
   • Comprender el dominio del problema o el sistema que se está modelando para determinar las entidades relevantes. Estas son los objetos o conceptos del mundo real que se quieren representar en la base de datos. Por ejemplo, en un sistema de gestión de una escuela, las entidades podrían incluir «Estudiante», «Profesor» y «Curso».
2. Definir los atributos de cada entidad:
   • Para cada entidad identificada, determinar los atributos o características que describen esa entidad. Estos atributos serán las propiedades de las entidades y ayudarán a definir la información que se almacenará. Por ejemplo, para la entidad «Estudiante», los atributos podrían ser «Nombre», «Apellido», «Número de Estudiante», etc.
3. Establecer las relaciones entre las entidades:
   • Analizar cómo las entidades identificadas están relacionadas entre sí. Determinar la naturaleza y el tipo de relación (uno a uno, uno a muchos, muchos a muchos) entre las entidades. Por ejemplo, un estudiante puede estar inscrito en uno o varios cursos, lo que establece una relación «uno a muchos» entre «Estudiante» y «Curso».
4. Asignar claves primarias y foráneas:
   • Identificar las claves primarias para cada entidad, que son los atributos únicos que identifican de manera exclusiva a cada instancia de esa entidad. Además, definir las claves foráneas en las entidades que establecen relaciones con otras, haciendo referencia a las claves primarias de esas entidades.
5. Dibujar el diagrama ER:
   • Utilizar un software especializado de modelado de bases de datos o simplemente papel y lápiz para representar visualmente las entidades, sus atributos y las relaciones entre ellas. Utilizar símbolos estándar como rectángulos para entidades, líneas para relaciones y etiquetas para especificar la cardinalidad y participación en las relaciones.
6. Revisar y refinar el diagrama:
   • Revisar el diagrama para asegurarse de que refleje con precisión la estructura lógica de la base de datos. Realizar ajustes o modificaciones según sea necesario para mejorar la claridad y la precisión del modelo.
7. Documentar el diagrama:
   • Añadir descripciones, anotaciones o notas adicionales al diagrama para explicar conceptos o detalles más complejos que puedan ser importantes para comprender el modelo de datos.

Limitaciones del diagrama ER

Los diagramas de entidad-relación (ER) son una herramienta valiosa en el diseño de bases de datos, pero también presentan ciertas limitaciones y consideraciones que deben tenerse en cuenta:

1. Abstracción de la realidad: Los diagramas ER representan una abstracción del mundo real. Aunque intentan capturar las entidades, atributos y relaciones clave, a veces pueden simplificar en exceso ciertos aspectos de la realidad, lo que podría llevar a una representación incompleta o inexacta de los datos.
2. Complejidad en relaciones más complejas: Algunas relaciones en el mundo real pueden ser difíciles de representar con precisión en un diagrama ER estándar. Casos como relaciones ternarias o de mayor complejidad pueden requerir representaciones adicionales o modelos más avanzados.
3. Incapacidad para manejar todos los detalles de la base de datos: A medida que la base de datos crece en complejidad y tamaño, los diagramas ER pueden volverse abrumadores y difíciles de mantener, especialmente cuando se tienen múltiples entidades altamente interrelacionadas.
4. Ambigüedad en las relaciones de muchos a muchos: Aunque los diagramas ER pueden representar relaciones de muchos a muchos, en la implementación física de una base de datos, estas relaciones generalmente se resuelven mediante la introducción de una tabla de unión, lo que puede no ser completamente evidente en el diagrama ER.
5. Dificultad para representar ciertos tipos de restricciones de integridad: Algunas restricciones de integridad, como restricciones de tiempo, reglas de negocio complejas o restricciones derivadas, pueden ser difíciles de representar de manera clara y directa en un diagrama ER estándar.
6. No proporcionan detalles de implementación: Los diagramas ER son modelos conceptuales y no incluyen detalles específicos sobre cómo se implementará físicamente la base de datos, como el tipo de motor de base de datos, las restricciones del sistema o el rendimiento esperado.
7. Dependencia de la interpretación humana: La comprensión y la interpretación de un diagrama ER pueden variar entre diferentes personas, lo que puede llevar a malentendidos o interpretaciones incorrectas si no se documentan adecuadamente.

A pesar de estas limitaciones, los diagramas de entidad-relación siguen siendo una herramienta invaluable en el diseño de bases de datos porque proporcionan una representación visual y conceptual de la estructura de los datos y las relaciones en un sistema, lo que ayuda a los diseñadores y desarrolladores a entender y comunicar de manera efectiva la organización de la información.

El diagrama Entidad-Relación Extendido

El diseño de bases de datos se sustenta en modelos conceptuales que representan la estructura de los datos y sus relaciones. Dos de los enfoques más utilizados son el Modelo de Entidad-Relación (ER) y su extensión, el Modelo de Entidad-Relación Extendido (EER). Estos modelos proporcionan una representación visual y lógica de la organización de los datos, pero difieren en ciertas características clave.

El Modelo de Entidad-Relación (ER) es un marco conceptual que identifica entidades, sus atributos y las relaciones entre ellas. Utiliza símbolos básicos como rectángulos para entidades, líneas para relaciones y rombos para indicar atributos, permitiendo una representación clara y comprensible de la estructura de datos. Sin embargo, el ER tiene limitaciones en la representación de relaciones más complejas y ciertas restricciones de modelado.

Por otro lado, el Modelo de Entidad-Relación Extendido (EER) amplía las capacidades del modelo ER básico al introducir elementos adicionales. El EER incluye conceptos como la herencia, la generalización/especialización, uniones y otros constructos que permiten capturar con mayor precisión la complejidad de ciertos dominios de información. Permite la representación de jerarquías entre entidades, establece relaciones entre subconjuntos de entidades y brinda mayor flexibilidad en la modelización de datos.

Una de las diferencias fundamentales entre ER y EER radica en la capacidad de este último para representar relaciones más elaboradas y estructuras de datos más complejas. La introducción de la generalización y especialización en el EER permite modelar de manera más precisa las relaciones entre entidades y sus variaciones.

Ejemplo sencillo de ER

Esta imagen es un diagrama que representa las relaciones entre empleados, departamentos y proyectos en una organización. Muestra cómo los empleados están asociados con departamentos específicos y proyectos, y cómo los técnicos se clasifican dentro de la categoría de empleados.

Hay tres entidades principales: EMPLEADO, DEPARTAMENTO y PROYECTO. EMPLEADO tiene atributos como “núm. matrícula”, “nombre” y “dirección”. Los empleados son clasificados como TÉCNICO o ADMINISTRATIVO a través de la relación “Es_un”. TÉCNICO tiene un atributo adicional llamado “nivel”. La entidad DEPARTAMENTO tiene atributos como “cod-depto” y “nombre depto.”. Los empleados están relacionados con el departamento a través de la relación “Pertenece” que tiene atributos “fecha asignación” y “fecha cese”. La entidad PROYECTO tiene atributos como “cod-proyecto”, “nombre proyecto”, “fecha inicio”, “fecha fin” y está relacionada con el cliente. Los técnicos trabajan en proyectos, indicado por la relación “Trabaja en”.

Fuente: Metricav3 Ministerio de Función Pública