FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Licenciatura em Engenharia Electrotécnica e de Computadores 5º Ano, 1º Semestre Sistemas de Informação - 2000/2001 TRABALHO PRÁTICO Sistema de Gestão de Bases de Dados Doenças Alunos: Filipe Alexandre da Silva Vila Real Nuno José Morais Felicio Data: 15 de Dezembro de 2000
Introdução Objectivo Pretende-se com este trabalho a experimentação das matérias expostas na disciplina e a familiarização com o uso de SGBDs comerciais (Oracle) e ferramentas de desenvolvimento de aplicações (Designer 2000). Âmbito Este relatório surge da necessidade de proceder à analise das diversas fases de desenvolvimento da criação de um SGBDs, englobado no trabalho prático da disciplina de Sistemas de Informação. Organização O trabalho é constituído por 6 partes distintas. Inicia-se com uma breve descrição do problema em análise, sendo de seguida apresentado o modelo entidade-associação e uma breve descrição dos seus componentes. Seguem-se o esquema relacional e as instâncias exemplo criadas, para posteriormente serem elaboradas 5 perguntas à base de dados, em álgebra relacional e em SQL, sendo também apresentados os respectivos resultados. O relatório termina com um breve estudo da normalização do esquema obtido.
Descrição do Problema Um médico actualizado precisa de ter o tratamento da informação clínica dos seus pacientes automatizado. Estes têm ou tiveram doenças, fizeram exames, foram sujeitos a tratamentos, apresentam contra-indicações para determinados medicamentos, marcam consultas. Modelo entidade-associação É o modelo que representa a política de uma organização à cerca dos dados referentes ao sistema de informação. A modelização da informação apresenta o mérito de: levantar questões sobre as regras da organização, obrigando à definição clara da política para os dados; salientar as novas necessidades de informação, de acordo com o que se espera do sistema para satisfazer as necessidades dos utilizadores; resolução de incoerências da política actual, devido a tratamentos deficientes e por vezes contraditórios. Podemos salientar duas grandes vantagens do modelo entidade-associação: permite a construção do modelo por fases, partindo dos grandes objectos de informação (entidades) e identificando as suas inter-relações (associações); produz bons elementos de comunicação com os utilizadores. Analisando o nosso problema, começamos por identificar quatro entidades - objectos/conceitos com interesse para a organização sobre os quais se pretende guardar informação - EXAME, CONSULTA, PACIENTE, TRATAMENTO. Para cada entidade é necessário conhecer as suas propriedades relevantes para o sistema. Atributo é qualquer propriedade de uma entidade. São sempre elementos indivisíveis de informação e assumem diferentes valores de um domínio.
É necessário distinguir entre dois tipos de atributos: Identificadores ou Chaves Candidatas e Descritores. Os Identificadores (#) são os atributos de uma entidade que identificam uma ocorrência específica dessa entidade, distinguindo-a das restantes. Para que um atributo seja identificador é necessário que não existam duas ocorrências distintas dessa entidade em que esse atributo tenha o mesmo valor. Nalguns casos o Identificador pode ser a combinação de dois ou mais atributos, como é o caso da entidade Exame que possuí como chaves candidatas os atributos data e tipo. Os Descritores ( ) são os atributos que apenas descrevem ou caracterizam as ocorrências de um entidade. Estes podem ainda assumir um carácter opcional (ο). As associações representam as interligações relevantes entre as entidades do sistema. Cada um dos seus extremos caracteriza-se por: um nome, um grau, um tipo de associação. Tomando como exemplo a associação entre as entidades PACIENTE, EXAME: um paciente fez vários exames (eventualmente só um ou mesmo nenhum), e um exame foi obrigatoriamente feito apenas por um e só um paciente. Uma entidade pode assim participar numa associação de duas formas: Obrigatória, não pode existir nenhuma ocorrência dessa entidade que não esteja associada a alguma ocorrência da outra entidade que participa na associação; Não Obrigatória, podem existir ocorrências dessa entidade que não estejam associadas a alguma ocorrência da outra entidade que participa na associação. De referir ainda que EXAME e CONSULTA são entidades fracas. Uma entidade E1 diz-se fraca em relação à entidade E2 se qualquer chave candidata de E1 é composta por uma chave candidata de E2. Existem certas restrições ao domínio dos atributos que poderão ser garantidas pelo SGBD. No esquema em anexo são visíveis algumas dessas restrições.
EXAME # DATA # TIPO o LOCAL feito fez PACIENTE # BI * MORADA * NOME * TELEFONE o OBS sujeito realizado TRATAMENTO # TRAT_ID * DESCRIÇÃO * DIAGNOSTICO * DURAÇÃO * EVOLUÇÃO * INICIO o CONTRA_INDIC marca para CONSULTA # DATA * HORA Modelo Entidade-Associação Base de dados Doentes
Esquema Relacional relacional. Depois de implementado o modelo entidade-associação foi gerado o respectivo esquema Cada entidade dá normalmente origem a uma tabela, com: Identificador da Entidade Chave da Tabela Descritores da Entidade Outros Atributos da Tabela Identificadores de outras entidades que lhe estejam associadas Chaves Estrangeiras Exemplo: Paciente(bi, nome, morada, telefone, obs) De entre as chaves candidatas de um relação, escolhe-se uma para ser a chave efectiva da mesma, a essa chave dá-se o nome de Chave Primária. Em algumas relações, temos um atributo (ou conjunto de atributos) cujas ocorrências são referências a uma chave primária de uma outra relação. A esses atributos damos o nome de Chaves Estrangeiras. A existência de uma chave estrangeira prende-se com a necessidade de manter a interligação entre essa relação e a relação onde esse conjunto de atributos é chave principal. Instâncias Exemplo Paciente B.I. Nome Morada Telefone Obs. 11249968 Filipe Vila Real Rua Santos Pousada 1155 4ºandar 225373022 10870649 Nuno Felicio Rua Bernardim Ribeiro 203 2ET 229534360 10256988 José Augusto Silva Rua Almeida Garrett 75 225368978 diabético 11365874 Alberto Correia Rua de Camões 78 1º esq 229654231 asmático 10265998 Mário Silva Martins Av. dos Combatentes 23 225036948 1025698 Maria Clara Campos Rua Marco Moita bl.3 apart.5 222084657
Exame B.I. Data Tipo Local 11249968 12-Nov-98 Radiografia ao braço 11249968 5-Mar-99 Análises ao sangue Clínica Bom Jesus 10256988 25-Sep-96 Ecografia 1025698 4-Apr-95 Ressonância magnética Laboratório das Antas 10265998 13-Oct-97 Análises à urina Clínica Bom Jesus 1025698 18-Nov-00 Mamografia Hosp. S.João Consulta B.I. Data Hora 11249968 5-Nov-98 17:30 10870649 5-Mar-99 16:00 10256988 25-Sep-96 15:30 11365874 4-Apr-95 16:00 10265998 13-Oct-97 15:00 1025698 2-Nov-00 14:30 11249968 30-Mar-98 17:00 1025698 30-Nov-00 14:30 Tratamento Trat_ID Descrição Diagnóstico Duração (dias) Ínicio Evolução B.I. Contra_Indic 4 1 emb. paramolan gripe 10 15-Nov-00 boa 10870649 5 2 emb. Clinex, 1 emb. Romanon hepatite H 20 6-Jan-95 má reacção ao romanon 1025698 6 3 emb. Roacotan acne facial 30 25-Feb-00 boa 11249968 7 1 frasco de xonax,2 emb. Valium stress 5 6-Jul-97 má reacção ao xonax 11365874
Perguntas 1- Listar os Tratamentos para cada Paciente 2- Duração média do Tratamento para cada Doença 3- Quantos pacientes tiveram consulta e não se sujeitaram a tratamento. 4- Dias em que aconteceram Consultas, Exames e Tratamentos 5- Nome(s) do Paciente(s) cujo telefone começa por 225... cuja data de consulta é anterior a 10-Jan-2000 e a duração de tratamento foi superior a 10 dias Descrição em Algebra Relacional 1) Π Descrição,Diagonóstico [σ BI = 10870649 (Tratamento)] 2) Π Diagnóstico, Média = AVG(Duração) (Tratamentos) 3) Π Nº = CNT (BI) (Consulta) - Π Nº = CNT (BI) (Tratamento) 4) Π Data (Consulta) Π Data (Exame) Π Data (Tratamento) 5) Π Nome [σ Telefone = 225* (Paciente) σ Data < 10-JAN-2000 (Consulta) σ Duração > 10 (Tratamento) ] Descrição em SQL 1) Select Descrição, Diagonóstico From Tratamento Where BI = 10870649 ; 2) Select distinct Diagonóstico, avg(duração) From Tratamento Group by Diagonóstico;
3) Select count(bi) from Consulta Where BI not in (Select distinct BI from Tratamento) Group by BI 4) (Select Data From Consulta) Intersect (Select Data From Exame) Intersect (Select Data From Tratamento); 5) Select Nome From Paciente, Tratamento, Consulta Where Telefone like 225* and Data < 10-JAN-2000 and Duração > 10; Estudo da Normalização Após a construção do modelo conceptual dos dados (Modelo entidade-associação) é feita a transformação para um modelo lógico (Esquema Relacional). O conjunto de tabelas obtido representa a estrutura da informação de um modo natural e completo. A normalização tem como objectivo modificar o conjunto de tabelas obtido por transformação do modelo conceptual, num outro conjunto de tabelas equivalente menos redundante e mais estável. Porém a redundância entre os dados não pode ser completamente eliminada. De facto, as chaves estrangeiras são também uma forma de redundância que decorrem, directamente, da forma própria de associar os dados no modelo relacional.
Comecemos então por analisar o processo de normalização relativamente à relação Paciente(BI,nome,morada,telefone,obs). Esta estrutura encontra-se já na 1FN, uma vez que não se encontram grupos de valores repetidos, cada cliente novo não apresenta valores de vários atributos que já existentes. Excepção seria se tivéssemos graus de parentesco entre clientes e coincidissem as respectivas moradas e números de telefone. Porém, mesmo neste caso a redundância não seria significativa. Esta relação está na 2FN uma vez que a chave primária não é composta, ou seja todos os atributos dependem na totalidade da chave. Está na 3FN porque cada atributo depende apenas da chave primária da relação, não há dependências funcionais entre os atributos não-chave. A relação Exame(BI,tipo,data,local) está na 3FN uma vez que está na 2FN e na 1FN e dado que só existe um atributo não-chave. Nesta relação o atributo local é optativo, sendo que também não há a obrigatoriedade que um respectivo tipo de exame seja feito sempre no mesmo local, o que leva a que não haja valores de vários atributos repetidos. A relação Consulta(BI,data,hora) está na 1FN uma vez que não existem grupos de valores repetidos, só o atributo hora é que não é chave. Está na 2FN uma vez que o atributo hora depende da totalidade da chave (BI,data hora). A 3FN é garantida uma vez que só existe um atributo não-chave, logo não existirem dependências funcionais entre atributos nãochave. A relação Tratamento(Trat_ID,BI,diagnostico,descrição,...) foi tratada de tal forma que se pode considerar na 3FN. A nossa ideia é que cada tratamento é diferente uma vez que se adapta a cada paciente em particular. Podemos então ter iguais diagnósticos para diferentes pacientes mas que não tenham necessariamente as mesmas descrições, a mesma duração e a mesma evolução. Poderá haver casos em que haja redundância na descrição, diagnóstico mas pensamos ser num nível aceitável, uma vez que não nos interessa manter uma entidade Doença na qual poderiam ser armazenados todas as descrições para um respectivo diagnóstico. Na nossa forma de ver o que se justifica é manter uma descrição que seja baseada em cada caso específico. Por definição, uma relação está na BCNF se todos os atributos são funcionalmente dependentes da chave, de toda a chave e nada mais que a chave. A 3FN é aquela em que, na maioria dos casos, termina o processo de normalização, contudo em alguns casos muito específicos, a 3FN ainda transporta alguns problemas. Em casos muito raros, surge ainda a necessidade de verificar a 4FN. Relativamente a esta diz-se de uma relação que está na BCFN a não existem dependências multivalor. Nas relações em causa não consideramos que houvesse necessidade em prosseguir com o processo de normalização.
A normalização remete-nos assim para dois objectivos, em geral conflituosos: por um lado pretendem-se sistemas flexíveis, sem problemas de redundância; por outro lado exigem-se sistemas com alto desempenho. Torna-se portanto necessário chegar a um compromisso, o ideal seria um esquema equilibrado que nunca ponha em risco a integridade da base de dados mas que, ao mesmo tempo, tenha um desempenho aceitável pois só assim será utilizado.