O modelo Relacional46, criado por Edgar Frank Codd em 1970, é um modelo de dados adequado a ser o modelo subjacente de um Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD), que se baseia no princípio em que todos os dados estão guardados em tabelas (ou, matematicamente falando, em relações).
O modelo dos Diagramas de Entidade e Relacionamento, também chamado de DER, foi introduzido por Peter Chen (CHEN, 1976) na década de 70 e refinado posteriormente por outros pesquisadores. Surgiu da necessidade dos projetistas de bancos de dados encontrarem
46 Anteriormente a esse modelo de implementação, dois modelos já haviam sido propostos na década de 60: o modelo em rede e o modelo hierárquico. A organização do modelo em rede se dá por um conjunto arbitrário de gráficos, já o modelo hierárquico através de estrutura em árvores. Essa organização limita a flexibilidade do modelo de dados, podendo ocorrer problemas de inconsistência no momento da manipulação dos dados.
uma maneira eficaz de estruturar tabelas, através do processo de normalização47, eliminando a redundância de dados e os problemas de atualização inconsistente nas tabelas.
Chen (1976) define que no modelo DER as entidades (objetos ou coisas) são classificadas em diferentes conjuntos de entidades (representados por retângulos) através da observação de propriedades comuns sobre as entidades pertencentes ao domínio. Cada entidade possui os seus atributos, representados por elipses, que são propriedades específicas para a descrição da entidade. A Figura 14 mostra, como exemplo, o conjunto de entidades funcionário com seus atributos.
Figura 14 - Modelo de entidade e relacionamento estendido
Fonte: adaptado de Navathe e Elmasri (2000, p. 63)
O mecanismo de abstração advogado por Chen (1976, p.29) na organização e tratamento das entidades e dos relacionamentos é a abordagem top-down: “o modelo de entidade e relacionamento adota a abordagem top-down, utilizando a informação semântica para organizar dados em relações de entidade e relacionamento” 48. Em tal abordagem, a análise semântica parte da formação de classes ou conjuntos de entidades e com base em alguma característica que distingue as entidades na classe, o modelo é estendido através de subclasses ou especializações, conforme mostra o exemplo da Figura 14: as entidades que são membros do tipo de entidade funcionário podem ser agrupadas ainda como secretária, engenheiro, gerente, técnico, funcionário-assalariado e funcionário-diarista. As razões
47 Informações sobre normalização em bancos de dados relacionais podem ser conferidas em Silberschatz, Korth e Sudarshan (2006).
48 “The entity-relationship model adopts a top-down approach, utilizing the semantic information to organize data in entity/relationship relations.”
Funcionário
Nome Endereco CPF
Matricula
Secretaria Tecnico Engenheiro
d
caracteres/s Categoria Tipo
Assalariado Diarista o Salario EscalaPag Gerente Projeto Gerencia
principais para incluir relacionamentos entre classes e especializações seriam no caso de certos atributos serem aplicados a algumas, mas não a todas as entidades da classe, como acontece na classe funcionário; e no caso de alguns tipos de relacionamentos somente poderem ter participação de entidades que são membros da subclasse, como acontece na relação entre a subclasse gerente e o conjunto de entidades projeto.
Uma entidade geralmente possui um atributo cujos valores são distintos para cada entidade no conjunto. Esse atributo é denominado chave primária49 (ou do inglês primary key). Na Figura 14, o atributo matricula representa a restrição de unicidade do tipo de entidade funcionário. Tal restrição irá impor que as especializações secretária, técnico e engenheiro, por exemplo, herdem as propriedades (atributos e relacionamentos) da classe funcionário. O relacionamento por meio de herança faz parte da extensão do DER conhecida como modelo de entidade e relacionamento estendido, o qual apresenta pontos similares às ontologias, bem como ao modelo orientado a objetos no que diz respeito à estrutura formada por classes e especializações.
A propriedade de relacionamento é quem estabelece a associação entre uma ou várias entidades através de operações da álgebra relacional, fundamentada na teoria de conjuntos da matemática: união (propriedades disjuntas), interseção (propriedades sobrepostas), diferença (propriedades encontradas em um conjunto, mas não em outro) e produto cartesiano (composição de propriedades). A Figura 14 mostra uma situação disjunta (através do símbolo d - disjunct) entre o conjunto de especializações secretária, técnico e engenheiro e sua classe funcionário. Tal restrição impõe ao modelo que uma entidade funcionário somente poderá fazer parte de uma das especializações. Já numa situação de sobreposto, uma entidade poderia fazer parte de duas ou mais especializações (utilizar-se-ia o símbolo o - overlap).
Algumas semelhanças entre o modelo entidade e relacionamento e as ontologias podem ser conferidas no tocante às restrições impostas aos dois modelos: estrutura de classes e especializações e associações entre entidades ou objetos. Ambos tratam das “coisas do mundo” e buscam um significado mais próximo do mundo real através da semântica embutida nas propriedades das “coisas”. No tocante às ontologias, o número de associações entre os objetos não é limitado como acontece no modelo de entidade e relacionamento. As linguagens de representação de ontologias são consideradas semanticamente expressivas para a criação
49 Para fins de projetos de banco de dados torna-se fundamental a imposição de outra restrição para garantir a integridade do banco. É a referência da chave primária em um outro tipo de entidade (denominada chave estrangeira - do inglês foreign key) através da restrição de cardinalidade. A cardinalidade expressa o número de entidades às quais a outra entidade se relaciona através do conjunto de relacionamentos.
de relações - OIL (FENSEL et al., 2001), DAML+OIL (HORROCKS et al., 2001) e OWL (DEAN et al., 2003) - que dão a elas um poder semântico superior aos modelos para bancos de dados. No modelo relacional, os dados são disponibilizados de maneira estruturada, possibilitando uma busca precisa no banco de dados50. Já nas ontologias, a representação vai além de dados isolados, isto é, o instrumento lida com conhecimento em sua estrutura. Tal conhecimento pode ser representado por formalismos lógicos que fornecem aos fatos do mundo um aspecto semântico próximo da realidade em que se deseja representar. Esse diferencial semântico permite às ontologias utilizarem mecanismos de inferência para recuperar informações de maneira dedutiva e significativa para o usuário.