Bases de datos orientadas a grafos
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Este documento describe las bases de datos orientadas a grafos. Explica que estas bases de datos almacenan y representan datos usando un modelo de grafo, donde los nodos representan entidades y las aristas representan las relaciones entre ellas. También destaca algunas ventajas clave de este enfoque como su mayor flexibilidad y rendimiento para ciertos tipos de consultas, en comparación con bases de datos relacionales tradicionales. Finalmente, concluye que las bases de datos orientadas a grafos son una alternativa importante para el manejo de grandes volúmenes de
Bases de datos orientadas a grafos
- 1. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN INGENIERÍA EN COMPUTACIÓN. COMPILADORES INVESTIGACION: “BASES DE DATOS ORIENTADAS A GRAFOS” ALUMNO: PAEZ SANDOVAL ABRAHAM GRUPO: 4CX43. PROFR: DANIEL TAPIA SANCHEZ
- 2. INTRODUCCION En un mundo de constantes cambios a nivel de sistemas, es necesario volver a pensar acerca de los paradigmas que manejan la industria. Necesitamos ajustar nuestras herramientas a las necesidades reales que tenemos hoy en día con el fin de tener sistemas a la altura de nuestros requerimientos. En el campo de los datos, este cambio se había detenido. Desde que en 1970 Edgar F. Codd publicó su artículo seminal sobre bases de datos relacionales, este paradigma ha dominado el panorama de los datos en los sistemas. Su longevidad es debida en gran parte a que es un modelo bien fundado en bases matemáticas que puede representarse fácilmente usando algoritmos computacionales. Gracias a esto existe una oferta amplia de sistemas de bases de datos relacionales (RDBMS), hecho que a su vez ha llevado a los desarrolladores a usarlos en prácticamente todas sus aplicaciones. Aun así, hemos llegado a un punto en que seguir usando bases de datos relacionales para todos los casos es simplemente inviable. Existen varios problemas con los RDBMS actuales que pueden suponer una seria limitante para la construcción de aplicaciones. Estos problemas son en gran medida el motivo por el que surgió el movimiento NoSQL (Not Only SQL). El paradigma NoSQL no es un sustituto a las bases de datos relacionales, es solo un movimiento que busca otras opciones para escenarios específicos como los que mencionamos, “No uses sólo SQL”. Históricamente, el término fue primero usado en los 90’s para nombrar una base de datos relacional open source. Sin embargo, como denominador del conjunto de bases de datos alternativas al modelo relacional, fue primero usado en 2009 por Eric Evans para nombrar una serie de conferencias sobre este tipo de bases de datos. Aunque el término más correcto sería NoREL (Not Only Relational), como varios han señalado, el término NoSQL ya tiene gran aceptación. Es solo una forma de decir que no todos los problemas son clavos que
- 3. pueden ser atacados con un RDBMS y dentro de las alternativas que surgen para solucionar estos inconvenientes tenemos el surgimiento de las bases de datos orientadas a grafos. Las Bases de Datos Orientadas a Grafos (BDOG) se caracterizan porque las estructuras de datos para el esquema e instancia se basan en modelos de datos de grafo. Un grafo es básicamente un conjunto de puntos (vértices) en el espacio, que están conectados por un conjunto de líneas (aristas). Como una de las formas más generales de modelado de datos, un grafo permite representar fácilmente entidades, sus atributos y sus relaciones. Esto permite darle importancia no solo a los datos, sino a las relaciones entre ellos. Estos modelos se iniciaron en los años ochenta y a principios de los noventa, junto con modelos orientados a objetos Su influencia decayó poco a poco con la aparición de nuevos modelos de bases de datos. Recientemente, la necesidad de gestionar la información a través de una estructura de grafo y las limitaciones de las bases de datos tradicionales (en particular el modelo relacional), para cubrir las necesidades de las aplicaciones actuales ha llevado al desarrollo de nuevas tecnologías, y por consiguiente ha restablecido la importancia de esta área.
- 4. Bases de datos orientadas a grafos Las bases de datos basadas en grafos, abordan una de las nuevas tendencias de negocio que podemos encontrarnos actualmente y que consiste en aprovechar las relaciones complejas y dinámicas que existen en los datos, para generar nuevos conocimiento y ventajas competitivas en las empresas. Si nuestro objetivo es que queremos ser capaces de entender las relaciones de compra de nuestros clientes, el funcionamiento de los genes dentro del ADN o los aminoácidos de las proteínas, o como las fuerzas actúan sobre las partículas subatómicas, por poner algunos ejemplos de naturaleza muy dispar, es necesario tener la capacidad de comprender y analizar enormes cantidades de datos, datos que se encuentran relacionados unos con otros siguiendo un modelo basado en grafos. Una de las ventajas que encontramos con las bases de datos orientadas a grafos, es que a diferencia de los modelos relacionales, la forma en la que los datos son almacenados es muy similar a la manera en la que las personas pensamos sobre ellos, lo que facilita su comprensión y hace de las relaciones el elemento más importante dentro del modelo de datos. Es decir, cada elemento que forma parte del grafo, puede ser algo tan simple como un nodo o tan complejo como un documento o una persona, y todos ellos van a tener un conjunto de descriptores o metadatos que los describen, algo perfectamente posible dentro del modelo relacional. Pero si nos detenemos a mirar las relaciones se este modelo estas no pasan de convertirse en meras restricciones (constraints) en tiempo de ejecución, una relación de tipo 1 a N, no posee la semántica que podemos encontrar cuando hablamos de una relación del tipo “amigo de” en un modelo basado en grafos, y por supuesto no es igual de fácil de comprender, y aunque podamos modelar esta idea en una base de datos relacional, lo tenemos que hacer de un modo forzado, y utilizando mecanismos que no son los más óptimos.
- 5. Pero, ¿qué es un grafo? Formalmente un grafo es una colección de vértices y aristas o de nodos y las relaciones que los conectan. Los grafos nos sirven para modelar toda clase de escenarios, pensemos en los ejemplos que hemos puesto al principio para hacernos una idea de sus posibilidades. Los grafos tienen una serie de características muy sencillas de comprender: Están formados por nodos y relaciones Los nodos contienen propiedades (del tipo clave-valor) Las relaciones tienen un nombre y siempre parte de un nodo de inicio a otro de destino. Las relaciones también pueden tener propiedades. Pensemos por ejemplo en Facebook, y cómo podría ser su modelo de datos utilizando grafos para una pequeña red de amigos, y en donde la semántica de la relación “amigo de” es fundamental para poder establecer el contexto. Esta relación queda establecida por la flecha que une cada una de las cajas siguientes: En el grafo anterior observamos las relaciones de Carlos-Sara y Carolina-Sara son ambas de amigos mutuos, a pesar de que Carlos aparece como amigo de Carolina, esta no ha aceptado la solicitud de amistad. El modelo de Facebook al que se hace referencia es increíblemente más grande que el ejemplo anterior, pero ejemplifica adecuadamente lo que buscamos entender en cuanto a BDOG se refiere.
- 6. Otro ejemplo es el del famoso “me gusta (like)” que se puede implementar en el ejemplo que anteriormente se vio. Consideremos que Sara ha actualizado su estado en repetidas ocasiones, lo que resulta en una relación “último” entre Sara y su última actualización, una relación “anterior” entre una actualización y otra, y una relación “me gusta” entre Carlos y alguna de las actualizaciones de Sara, lo cual se representaría de la siguiente manera: Una base de datos basada en grafos debe permitir tanto el modelado de un escenario como el anteriormente establecido, como proporcionar las herramientas necesarias para su consulta y análisis.
- 7. Fortalezas de una BDOG Cualquier cosa puede ser modelada en una base de datos orientada a grafos debido a que usa los grafos como estructuras de control, pero que una base de datos orientada a grafos ofrezca una poderosa y novedosas técnicas de modelado de datos, no es una justificación suficiente para que una técnica bien conocida, como lo son las bases de datos tradicionales, sean sustituidas. En las bases de datos con grafos existen ciertos casos donde el uso de datos en una aplicación mejora el rendimiento en uno o más pedidos si se lo implementa con grafos, y cuya latencia es menor en comparación al procesamiento por lotes tradicional. Además de este beneficio, las bases de datos con grafos ofrecen un modelo de datos muy flexible, y un modelo para la entrega de datos con la agilidad que necesita el software, como son: - Rendimiento Una de las principales razones por las que se implementan las BDOG es su mayor rendimiento, en comparación con las bases de datos relacionales y otras NoSQL. A diferencia de las bases de datos relacionales, cuyos rendimientos se deterioran en las consultas intensivas y con un procesamiento de datos muy alto; las BDOG ofrecen un rendimiento que tiende a permanecer constante, así como un crecimiento de los datos. Esto se debe a que las consultas se realizan de manera gráfica, haciendo recorridos entre las relaciones (aristas) que posea la base. Como resultado, el tiempo de ejecución de esta consulta es proporcional solo al tamaño de la parte grafica que tenga que recorrer para satisfacerla, en lugar del tamaño global del grafo. - Flexibilidad Al desarrollador de aplicaciones le interesa conectar los datos permitiendo una estructura donde el esquema que surja del conjunto de Interés pueda crecer sin ningún problema. Las bases de datos orientadas a grafos abordan directamente este tema, porque su modelo de datos se expresa y se acomoda a las necesidades
- 8. del negocio, de tal manera que se permite mover a mayor velocidad en la resolución problema. Los grafos son auditivos, por lo que se pueden añadir nuevos tipos de relaciones, nuevos nodos y sub-grafos a una estructura ya existente sin alterar las consultas y la funcionalidad de la aplicación. Y, en general, esto tiene consecuencias positivas para el desarrollador debido a la flexibilidad del modelo con grafos, lo que también tiene tendencia a realizar menos migraciones para poder reducirlos gastos de mantenimiento y el riesgo que conlleva. - Agilidad A medida que la aplicación vaya creciendo, también se precisa que el modelo de datos evolucione para adaptarse a las nuevas necesidades. Las bases de datos nos equipan para llevar a cabo el mantenimiento progresivo de los sistemas, en particular, la naturaleza sin esquema, junto con la comprobación de las aplicaciones y el lenguaje de consulta, damos paso para que evolucionen las aplicaciones en un entorno controlado. Al mismo tiempo, como son libres de esquemas, las bases de datos con grafos carecen de la clase de mecanismos que son familiares en las bases de datos relacionales. Pero esto no es un riesgo debido a que estas se alinean al desarrollo ágil del software, lo que permite respaldar la evolución que tienen las aplicaciones actualmente para que se acoplen al ritmo cambiante del entorno de negocio.
- 9. Conclusiones. Primero que nada considero que todo esto surge principalmente a partir del concepto de “Big data”, ya que debido a que en la actualidad la información que se genera día con día necesita ser almacenada, procesada y organizada para que cuando se requiera acceder a esta, se muestre de una manera eficiente, además de que la cantidad de esta es cada vez es más grande. Ante esta situación es requerida la creación de sistemas que realicen estas tareas, por ello surgen distintos tipos de sistemas de bases de datos como el relacionales uno de los principales modelos utilizados para hacer frente a esta necesidad, sin embargo no es una solución perfecta ya que tiene algunas limitantes. Por ello las bases de datos orientadas a grafos comienzan a obtener una amplia implementación en el manejo de la información. Los motivos por los que se sobreponen a las bases de datos relacionales son de resaltar: eficiencia, flexibilidad, agilidad, etc; todo esto debido a que el uso de grafos permite representar fácilmente entidades, sus atributos y sus relaciones. Además de darle importancia no solo a los datos, sino a las relaciones entre ellos. Bibliografía. http://es.wikipedia.org/wiki/Base_de_datos_orientada_a_grafos http://dspace.utalca.cl/bitstream/1950/9359/2/cornejo_diaz.pdf http://sg.com.mx/revista/42/nosql-la-evolucion-las-bases-datos#.VBjSgdLuLRU https://www.academia.edu/5731075/Bases_de_datos_orientadas_a_grafos_y_su_enfoque_en_el_ mundo_real http://www.javamexico.org/blogs/ezamudio/neo4j_base_de_datos_orientada_grafos http://santiagomarquezsolis.com/herramientas-para-big-data-neo4j-parte-1/ http://www.tesis.uchile.cl/tesis/uchile/2009/angles_r/html/index-frames.html