數(shù)據(jù)庫清華版6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計.ppt

第6章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟 6.2 需求分析 6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 6.6 數(shù)據(jù)庫實施 6.7 數(shù)據(jù)庫運行與維護,第6章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟 6.2 需求分析 6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 6.6 數(shù)據(jù)庫實施 6.7 數(shù)據(jù)庫運行與維護,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的準(zhǔn)備工作 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程,一、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的準(zhǔn)備工作,選定參加設(shè)計的人員 數(shù)據(jù)庫分析設(shè)計人員 用戶 程序員 操作員,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的準(zhǔn)備工作(續(xù)),1. 數(shù)據(jù)庫分析設(shè)計人員 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的核心人員 自始至終參與數(shù)據(jù)庫設(shè)計 其水平?jīng)Q定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的質(zhì)量,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的準(zhǔn)備工作(續(xù)),2. 用戶 在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中也是舉足輕重的 主要參加需求分析和數(shù)據(jù)庫的運行維護 用戶積極參與帶來的好處 加速數(shù)據(jù)庫設(shè)計 提高數(shù)據(jù)庫設(shè)計的質(zhì)量,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的準(zhǔn)備工作(續(xù)),3. 程序員 在系統(tǒng)實施階段參與進來，負責(zé)編制程序 4. 操作員 在系統(tǒng)實施階段參與進來，準(zhǔn)備軟硬件環(huán)境,二.數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(六個階段),需求分析階段 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計階段 數(shù)據(jù)庫實施階段 數(shù)據(jù)庫運行和維護階段,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(續(xù)),需求分析階段 準(zhǔn)確了解與分析用戶需求（包括數(shù)據(jù)與處理） 是整個設(shè)計過程的基礎(chǔ)，是最困難、最耗費時間的一步,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(續(xù)),概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵 通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(續(xù)),邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型 對其進行優(yōu)化,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(續(xù)),數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計階段 為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法）,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(續(xù)),數(shù)據(jù)庫實施階段 運用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言、工具及宿主語言，根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果 建立數(shù)據(jù)庫 編制與調(diào)試應(yīng)用程序 組織數(shù)據(jù)入庫 并進行試運行,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(續(xù)),數(shù)據(jù)庫運行和維護階段 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過試運行后即可投入正式運行。 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行過程中必須不斷地對其進行評價、調(diào)整與修改。,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(續(xù)),設(shè)計一個完善的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)往往是上述六個階段的不斷反復(fù)。 P184圖6-1,第6章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟 6.2 需求分析 6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 6.6 數(shù)據(jù)庫實施 6.7 數(shù)據(jù)庫運行與維護,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任務(wù) 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 數(shù)據(jù)字典,需求分析（續(xù)）,需求分析就是分析用戶的需要與要求 需求分析是設(shè)計數(shù)據(jù)庫的起點 需求分析的結(jié)果是否準(zhǔn)確地反映了用戶的實際要求，將直接影響到后面各個階段的設(shè)計，并影響到設(shè)計結(jié)果是否合理和實用,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任務(wù) 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 數(shù)據(jù)字典,6.2.1 需求分析的任務(wù),一、需求分析的任務(wù) 二、需求分析的重點 三、需求分析的難點,一、需求分析的任務(wù),通過詳細調(diào)查現(xiàn)實世界要處理的對象（組織、部門、企業(yè)等），充分了解原系統(tǒng)（手工系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)）工作概況，明確用戶的各種需求 在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能。新系統(tǒng)必須充分考慮今后可能的擴充和改變，不能僅僅按當(dāng)前應(yīng)用需求來設(shè)計數(shù)據(jù)庫,二、需求分析的重點,需求分析的重點是調(diào)查、收集與分析用戶在數(shù)據(jù)管理中的信息要求、處理要求、安全性與完整性要求。 信息要求 用戶需要從數(shù)據(jù)庫中獲得信息的內(nèi)容與性質(zhì) 由用戶的信息要求可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)要求，即在數(shù)據(jù)庫中需要存儲哪些數(shù)據(jù),需求分析的重點（續(xù)）,處理要求 對處理功能的要求 對處理的響應(yīng)時間的要求 對處理方式的要求(批處理 / 聯(lián)機處理) 新系統(tǒng)的功能必須能夠滿足用戶的信息要求、處理要求、安全性與完整性要求。,三、需求分析的難點,確定用戶最終需求的難點 用戶缺少計算機知識，開始時無法確定計算機究竟能為自己做什么，不能做什么，因此無法一下子準(zhǔn)確地表達自己的需求，他們所提出的需求往往不斷地變化。 設(shè)計人員缺少用戶的專業(yè)知識，不易理解用戶的真正需求，甚至誤解用戶的需求。 新的硬件、軟件技術(shù)的出現(xiàn)也會使用戶需求發(fā)生變化。,需求分析的難點(續(xù)),解決方法 設(shè)計人員必須采用有效的方法，與用戶不斷深入地進行交流，才能逐步得以確定用戶的實際需求,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任務(wù) 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 數(shù)據(jù)字典,6.2.2 需求分析的方法,調(diào)查清楚用戶的實際需求并進行初步分析 與用戶達成共識 進一步分析與表達這些需求,一、 調(diào)查與初步分析用戶需求, 調(diào)查組織機構(gòu)情況 部門的組成情況 各部門的職責(zé)等,調(diào)查與初步分析用戶需求（續(xù)）, 調(diào)查各部門的業(yè)務(wù)活動情況。調(diào)查重點之一。 各個部門輸入和使用什么數(shù)據(jù) 如何加工處理這些數(shù)據(jù) 輸出什么信息 輸出到什么部門 輸出結(jié)果的格式是什么,調(diào)查與初步分析用戶需求（續(xù)）, 在熟悉業(yè)務(wù)活動的基礎(chǔ)上，協(xié)助用戶明確對新系統(tǒng)的各種要求。調(diào)查重點之二。 信息要求 處理要求 完全性與完整性要求,調(diào)查與初步分析用戶需求（續(xù)）, 對前面調(diào)查的結(jié)果進行初步分析 確定新系統(tǒng)的邊界 確定哪些功能由計算機完成或?qū)頊?zhǔn)備讓計算機完成 確定哪些活動由人工完成 由計算機完成的功能就是新系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)的功能。,二、常用調(diào)查方法,做需求調(diào)查時，往往需要同時采用多種方法 無論使用何種調(diào)查方法，都必須有用戶的積極參與和配合 設(shè)計人員應(yīng)該和用戶取得共同的語言，幫助不熟悉計算機的用戶建立數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的共同概念，并對設(shè)計工作的最后結(jié)果共同承擔(dān)責(zé)任,常用調(diào)查方法（續(xù)）,常用調(diào)查方法 跟班作業(yè) 通過親身參加業(yè)務(wù)工作了解業(yè)務(wù)活動的情況 能比較準(zhǔn)確地理解用戶的需求，但比較耗時 開調(diào)查會 通過與用戶座談來了解業(yè)務(wù)活動情況及用戶需求 請專人介紹,常用調(diào)查方法（續(xù)）,詢問 對某些調(diào)查中的問題，可以找專人詢問 設(shè)計調(diào)查表請用戶填寫 如果調(diào)查表設(shè)計合理，則很有效，且易于為用戶接受 查閱記錄 查閱與原系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)記錄,三、進一步分析和表達用戶需求,分析和表達用戶的需求的常用方法 自頂向下的結(jié)構(gòu)化分析方法（Structured Analysis，簡稱SA方法） SA方法從最上層的系統(tǒng)組織機構(gòu)入手，采用逐層分解的方式分析系統(tǒng)，并用數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典描述系統(tǒng)。,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,1首先把任何一個系統(tǒng)都抽象為：,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,2分解處理功能和數(shù)據(jù) （1）分解處理功能 將處理功能的具體內(nèi)容分解為若干子功能，再將每個子功能繼續(xù)分解，直到把系統(tǒng)的工作過程表達清楚為止。 （2）分解數(shù)據(jù) 在處理功能逐步分解的同時，其所用的數(shù)據(jù)也逐級分解，形成若干層次的數(shù)據(jù)流圖 數(shù)據(jù)流圖表達了數(shù)據(jù)和處理過程的關(guān)系,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,（3）表達方法 處理過程：用判定表或判定樹來描述 數(shù)據(jù)：用數(shù)據(jù)字典來描述,進一步分析和表達用戶需求（續(xù)）,3將分析結(jié)果再次提交給用戶，征得用戶的認可,四、需求分析小結(jié),P187圖6-4,需求分析小結(jié)（續(xù)）,實例：假設(shè)我們要開發(fā)一個學(xué)校管理系統(tǒng)。 1經(jīng)過可行性分析和初步需求調(diào)查，抽象出該系統(tǒng)最高層數(shù)據(jù)流圖，該系統(tǒng)由教師管理子系統(tǒng)、學(xué)生管理子系統(tǒng)、后勤管理子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)分別配備一個開發(fā)小組。 2進一步細化各個子系統(tǒng)。 其中學(xué)生管理子系統(tǒng)開發(fā)小組通過進行進一步的需求調(diào)查，明確了該子系統(tǒng)的主要功能是進行學(xué)籍管理和課程管理，包括學(xué)生報到、入學(xué)、畢業(yè)的管理，學(xué)生上課情況的管理。通過詳細的信息流程分析和數(shù)據(jù)收集后，他們生成了該子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖。,6.2 需求分析,6.2.1 需求分析的任務(wù) 6.2.2 需求分析的方法 6.2.3 數(shù)據(jù)字典,6.2.3 數(shù)據(jù)字典,一、數(shù)據(jù)字典的用途 二、數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容,一、數(shù)據(jù)字典的用途,數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合 數(shù)據(jù)字典是進行詳細的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析所獲得的主要結(jié)果 數(shù)據(jù)字典在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中占有很重要的地位,二、數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容,數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容 數(shù)據(jù)項 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)存儲 處理過程 數(shù)據(jù)項是數(shù)據(jù)的最小組成單位 若干個數(shù)據(jù)項可以組成一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)字典通過對數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義來描述數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲的邏輯內(nèi)容。, 數(shù)據(jù)項,數(shù)據(jù)項是不可再分的數(shù)據(jù)單位 對數(shù)據(jù)項的描述 數(shù)據(jù)項描述數(shù)據(jù)項名，數(shù)據(jù)項含義說明， 別名，數(shù)據(jù)類型，長度，取值范圍， 取值含義，與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關(guān)系 取值范圍、與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關(guān)系定義了數(shù)據(jù)的完整性約束條件, 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映了數(shù)據(jù)之間的組合關(guān)系。 一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以由若干個數(shù)據(jù)項組成，也可以由若干個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，或由若干個數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)混合組成。 對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名，含義說明， 組成:數(shù)據(jù)項或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)穆窂健?對數(shù)據(jù)流的描述 數(shù)據(jù)流描述數(shù)據(jù)流名，說明，數(shù)據(jù)流來源， 數(shù)據(jù)流去向，組成:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 平均流量，高峰期流量 數(shù)據(jù)流來源是說明該數(shù)據(jù)流來自哪個過程 數(shù)據(jù)流去向是說明該數(shù)據(jù)流將到哪個過程去 平均流量是指在單位時間（每天、每周、每月等）里的傳輸次數(shù) 高峰期流量則是指在高峰時期的數(shù)據(jù)流量, 數(shù)據(jù)存儲,數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)停留或保存的地方，也是數(shù)據(jù)流的來源和去向之一。 對數(shù)據(jù)存儲的描述 數(shù)據(jù)存儲描述數(shù)據(jù)存儲名，說明，編號， 流入的數(shù)據(jù)流 ，流出的數(shù)據(jù)流 ， 組成:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量，存取方式 流入的數(shù)據(jù)流：指出數(shù)據(jù)來源 流出的數(shù)據(jù)流：指出數(shù)據(jù)去向 數(shù)據(jù)量：每次存取多少數(shù)據(jù)，每天（或每小時、每周等）存取幾次等信息 存取方法：批處理 / 聯(lián)機處理；檢索 / 更新；順序檢索 / 隨機檢索, 處理過程,處理過程的具體處理邏輯一般用判定表或判定樹來描述。數(shù)據(jù)字典中只需要描述處理過程的說明性信息 處理過程說明性信息的描述 處理過程描述處理過程名，說明， 輸入:數(shù)據(jù)流，輸出:數(shù)據(jù)流， 處理:簡要說明,處理過程（續(xù)）,簡要說明：主要說明該處理過程的功能及處理要求 功能：該處理過程用來做什么 處理要求：處理頻度要求（如單位時間里處理多少事務(wù)，多少數(shù)據(jù)量）；響應(yīng)時間要求等 處理要求是后面物理設(shè)計的輸入及性能評價的標(biāo)準(zhǔn),處理過程（續(xù)）,例：學(xué)生學(xué)籍管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典。 數(shù)據(jù)項，以“學(xué)號”為例： 數(shù)據(jù)項： 學(xué)號 含義說明：唯一標(biāo)識每個學(xué)生 別名： 學(xué)生編號 類型： 字符型 長度： 8 取值范圍：00000000至99999999 取值含義：前兩位標(biāo)別該學(xué)生所在年級， 后六位按順序編號 與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關(guān)系：,處理過程（續(xù)）,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 以“學(xué)生”為例 “學(xué)生”是該系統(tǒng)中的一個核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 學(xué)生 含義說明： 是學(xué)籍管理子系統(tǒng)的主體數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)，定義了一個學(xué)生的有關(guān)信息 組成： 學(xué)號，姓名，性別，年齡， 所在系，年級,處理過程（續(xù)）,數(shù)據(jù)流“體檢結(jié)果”可如下描述： 數(shù)據(jù)流： 體檢結(jié)果 說明： 學(xué)生參加體格檢查的最終結(jié)果 數(shù)據(jù)流來源：體檢 數(shù)據(jù)流去向：批準(zhǔn) 組成： 平均流量： 高峰期流量：,處理過程（續(xù)）,數(shù)據(jù)存儲“學(xué)生登記表”可如下描述： 數(shù)據(jù)存儲： 學(xué)生登記表 說明： 記錄學(xué)生的基本情況 流入數(shù)據(jù)流： 流出數(shù)據(jù)流： 組成： 數(shù)據(jù)量： 每年3000張 存取方式： 隨機存取,處理過程（續(xù)）,處理過程“分配宿舍”可如下描述： 處理過程：分配宿舍 說明： 為所有新生分配學(xué)生宿舍 輸入： 學(xué)生，宿舍， 輸出： 宿舍安排 處理： 在新生報到后，為所有新生分配學(xué) 生宿舍。要求同一間宿舍只能安排 同一性別的學(xué)生，同一個學(xué)生只能 安排在一個宿舍中。每個學(xué)生的居 住面積不小于3平方米。安排新生 宿舍其處理時間應(yīng)不超過15分鐘。,第6章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟 6.2 需求分析 6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 6.6 數(shù)據(jù)庫實施 6.7 數(shù)據(jù)庫運行與維護,6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,什么是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 需求分析階段描述的用戶應(yīng)用需求是現(xiàn)實世界的具體需求 將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)即概念模型的過程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 概念結(jié)構(gòu)是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎(chǔ)，它比數(shù)據(jù)模型更獨立于機器、更抽象，從而更加穩(wěn)定。 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點 （1）能真實、充分地反映現(xiàn)實世界，包括事物和事物之間的聯(lián)系，能滿足用戶對數(shù)據(jù)的處理要求。是對現(xiàn)實世界的一個真實模型。 （2）易于理解，從而可以用它和不熟悉計算機的用戶交換意見，用戶的積極參與是數(shù)據(jù)庫的設(shè)計成功的關(guān)鍵。,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(續(xù)) （3）易于更改，當(dāng)應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用要求改變時，容易對概念模型修改和擴充。 （4）易于向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）,描述概念模型的工具 E-R模型,6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟 6.3.2 數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計 6.3.3 視圖的集成,6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟 6.3.2 數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計 6.3.3 視圖的集成,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟,設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的四類方法 自頂向下 首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，然后逐步細化,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,自頂向下策略,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的四類方法（續(xù)） 自底向上 首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成起來，得到全局概念結(jié)構(gòu),概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,自底向上策略,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,逐步擴張 首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu)，然后向外擴充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結(jié)構(gòu)，直至總體概念結(jié)構(gòu) 混合策略 將自頂向下和自底向上相結(jié)合，用自頂向下策略設(shè)計一個全局概念結(jié)構(gòu)的框架，以它為骨架集成由自底向上策略中設(shè)計的各局部概念結(jié)構(gòu)。,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,逐步擴張,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,常用策略 自頂向下地進行需求分析 自底向上地設(shè)計概念結(jié)構(gòu),概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟（續(xù)）,自底向上設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的步驟 第1步：抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計局部視圖 第2步：集成局部視圖，得到全局概念結(jié)構(gòu),6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟 6.3.2 數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計 6.3.3 視圖的集成,6.3.2 數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計,數(shù)據(jù)抽象 局部視圖設(shè)計,一、數(shù)據(jù)抽象,概念結(jié)構(gòu)是對現(xiàn)實世界的一種抽象 從實際的人、物、事和概念中抽取所關(guān)心的共同特性，忽略非本質(zhì)的細節(jié) 把這些特性用各種概念精確地加以描述 這些概念組成了某種模型,數(shù)據(jù)抽象（續(xù)）,三種常用抽象 1. 分類（Classification） 定義某一類概念作為現(xiàn)實世界中一組對象的類型 這些對象具有某些共同的特性和行為 它抽象了對象值和型之間的“is member of”的語義 在E-R模型中，實體型就是這種抽象,例：,數(shù)據(jù)抽象（續(xù)）,2. 聚集（Aggregation） 定義某一類型的組成成分 它抽象了對象內(nèi)部類型和成分之間“is part of”的語義 在E-R模型中若干屬性的聚集組成了實體型，就是這種抽象,例：,數(shù)據(jù)抽象（續(xù)）,3. 概括（Generalization） 定義類型之間的一種子集聯(lián)系 它抽象了類型之間的“is subset of”的語義 概括有一個很重要的性質(zhì)：繼承性。子類繼承超類上定義的所有抽象。,例：,數(shù)據(jù)抽象（續(xù)）,注：原E-R模型不具有概括，本書對E-R模型作了擴充，允許定義超類實體型和子類實體型。 用雙豎邊的矩形框表示子類， 用直線加小圓圈表示超類-子類的聯(lián)系,數(shù)據(jù)抽象（續(xù)）,數(shù)據(jù)抽象的用途 對需求分析階段收集到的數(shù)據(jù)進行分類、組織（聚集），形成 實體 實體的屬性，標(biāo)識實體的碼 確定實體之間的聯(lián)系類型(1:1，1:n，m:n),二、局部視圖設(shè)計,設(shè)計分E-R圖的步驟: 選擇局部應(yīng)用 逐一設(shè)計分E-R圖, 選擇局部應(yīng)用,需求分析階段，已用多層數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典描述了整個系統(tǒng)。 設(shè)計分E-R圖首先需要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，在多層的數(shù)據(jù)流圖中選擇一個適當(dāng)層次的數(shù)據(jù)流圖，讓這組圖中每一部分對應(yīng)一個局部應(yīng)用，然后以這一層次的數(shù)據(jù)流圖為出發(fā)點，設(shè)計分E-R圖。,選擇局部應(yīng)用（續(xù)）,通常以中層數(shù)據(jù)流圖作為設(shè)計分E-R圖的依據(jù)。原因： 高層數(shù)據(jù)流圖只能反映系統(tǒng)的概貌 中層數(shù)據(jù)流圖能較好地反映系統(tǒng)中各局部應(yīng)用的子系統(tǒng)組成 低層數(shù)據(jù)流圖過細,選擇局部應(yīng)用（續(xù)）,例：由于學(xué)籍管理、課程管理等都不太復(fù)雜，因此可以它們?nèi)胧衷O(shè)計學(xué)生管理子系統(tǒng)的分E-R圖。如果局部應(yīng)用比較復(fù)雜，則可以從更下層的數(shù)據(jù)流圖入手。, 逐一設(shè)計分E-R圖,任務(wù) 標(biāo)定局部應(yīng)用中的實體、屬性、碼，實體間的聯(lián)系 將各局部應(yīng)用涉及的數(shù)據(jù)分別從數(shù)據(jù)字典中抽取出來，參照數(shù)據(jù)流圖，標(biāo)定各局部應(yīng)用中的實體、實體的屬性、標(biāo)識實體的碼，確定實體之間的聯(lián)系及其類型（1:1，1:n，m:n）,逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,如何抽象實體和屬性 實體：現(xiàn)實世界中一組具有某些共同特性和行為的對象就可以抽象為一個實體。對象和實體之間是“is member of“的關(guān)系。 例：在學(xué)校環(huán)境中，可把張三、李四等對象抽象為學(xué)生實體。,逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,屬性：對象類型的組成成分可以抽象為實體的屬性。組成成分與對象類型之間是“is part of“的關(guān)系。 例：學(xué)號、姓名、專業(yè)、年級等可以抽象為學(xué)生實體的屬性。其中學(xué)號為標(biāo)識學(xué)生實體的碼。,逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,如何區(qū)分實體和屬性 實體與屬性是相對而言的。同一事物，在一種應(yīng)用環(huán)境中作為“屬性”，在另一種應(yīng)用環(huán)境中就必須作為“實體”。 例：學(xué)校中的系，在某種應(yīng)用環(huán)境中，它只是作為“學(xué)生”實體的一個屬性，表明一個學(xué)生屬于哪個系；而在另一種環(huán)境中，由于需要考慮一個系的系主任、教師人數(shù)、學(xué)生人數(shù)、辦公地點等，這時它就需要作為實體了。,逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,一般原則 屬性不能再具有需要描述的性質(zhì)。即屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項，不能再由另一些屬性組成。 屬性不能與其他實體具有聯(lián)系。聯(lián)系只發(fā)生在實體之間。 符合上述兩條特性的事物一般作為屬性對待。 為了簡化E-R圖的處置，現(xiàn)實世界中的事物凡能夠作為屬性對待的，應(yīng)盡量作為屬性。,逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,舉例 例1：“學(xué)生”由學(xué)號、姓名等屬性進一步描述，根據(jù)準(zhǔn)則，“學(xué)生”只能作為實體，不能作為屬性。 例2：職稱通常作為教師實體的屬性，但在涉及住房分配時，由于分房與職稱有關(guān)，也就是說職稱與住房實體之間有聯(lián)系，根據(jù)準(zhǔn)則，這時把職稱作為實體來處理會更合適些。,逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,設(shè)計分E-R圖的步驟 （1）以數(shù)據(jù)字典為出發(fā)點定義E-R圖。 數(shù)據(jù)字典中的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“數(shù)據(jù)流”和“數(shù)據(jù)存儲”等已是若干屬性的有意義的聚合 （2）按上面給出的準(zhǔn)則進行必要的調(diào)整。,逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,例：學(xué)籍管理局部應(yīng)用中主要涉及的實體包括學(xué)生、宿舍、檔案材料、班級、班主任。 實體之間的聯(lián)系： 由于一個宿舍可以住多個學(xué)生，而一個學(xué)生只能住在某一個宿舍中，因此宿舍與學(xué)生之間是1:n的聯(lián)系。 由于一個班級往往有若干名學(xué)生，而一個學(xué)生只能屬于一個班級，因此班級與學(xué)生之間也是1:n的聯(lián)系。,逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,由于班主任同時還要教課，因此班主任與學(xué)生之間存在指導(dǎo)聯(lián)系，一個班主任要教多名學(xué)生，而一個學(xué)生只對應(yīng)一個班主任，因此班主任與學(xué)生之間也是1:n的聯(lián)系。 而學(xué)生和他自己的檔案材料之間，班級與班主任之間都是1:1的聯(lián)系。 學(xué)籍管理局部應(yīng)用的分E-R圖草圖：,逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,接下來需要進一步斟酌該E-R圖，做適當(dāng)調(diào)整。 (1) 在一般情況下，性別通常作為學(xué)生實體的屬性，但在本局部應(yīng)用中，由于宿舍分配與學(xué)生性別有關(guān)，根據(jù)準(zhǔn)則，應(yīng)該把性別作為實體對待。 (2) 數(shù)據(jù)存儲“學(xué)生登記表”，由于是手工填寫，供存檔使用，其中有用的部分已轉(zhuǎn)入學(xué)生檔案材料中，因此這里就不必作為實體了。 最后得到學(xué)籍管理局部應(yīng)用的分E-R圖：,逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,學(xué)籍管理E-R圖中省略了各個實體的屬性描述： 學(xué)生：學(xué)號，姓名，出生日期 性別：性別 檔案材料：檔案號， 班級：班級號，學(xué)生人數(shù) 班主任：職工號，姓名，性別， 是否為優(yōu)秀班主任 宿舍：宿舍編號，地址，人數(shù) 其中有下劃線的屬性為實體的碼。,逐一設(shè)計分E-R圖（續(xù)）,同樣方法可以得到課程管理局部應(yīng)用的分E-R圖 各實體的屬性分別為： 學(xué)生：姓名，學(xué)號，性別，年齡，所在系， 年級，平均成績 課程：課程號，課程名，學(xué)分 教師：職工號，姓名，性別，職稱 教科書：書號，書名，價錢 教室：教室編號，地址，容量,6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,6.3.1 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟 6.3.2 數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計 6.3.3 視圖的集成,6.3.4 視圖的集成,各個局部視圖即分E-R圖建立好后，還需要對它們進行合并，集成為一個整體的數(shù)據(jù)概念結(jié)構(gòu)即總E-R圖。,視圖的集成（續(xù)）,視圖集成的兩種方式 一次集成（圖6.25(a)） 一次集成多個分E-R圖 通常用于局部視圖比較簡單時 逐步累積式（圖6.25(b)） 首先集成兩個局部視圖（通常是比較關(guān)鍵的兩個局部視圖） 以后每次將一個新的局部視圖集成進來,視圖的集成（續(xù)）,集成局部E-R圖的步驟 1. 合并 2. 修改與重構(gòu),視圖的集成（續(xù)）,一、合并分E-R圖，生成初步E-R圖,各分圖存在沖突 各個局部應(yīng)用所面向的問題不同 由不同的設(shè)計人員進行設(shè)計 各個分E-R圖之間必定會存在許多不一致的地方 合并分E-R圖的主要工作與關(guān)鍵所在：合理消除各分E-R圖的沖突,合并分E-R圖，生成初步E-R圖（續(xù)）,沖突的種類 屬性沖突 命名沖突 結(jié)構(gòu)沖突, 屬性沖突,兩類屬性沖突 屬性域沖突：屬性值的類型、取值范圍或取值集合不同。 例1， 由于學(xué)號是數(shù)字，因此某些部門（即局部應(yīng)用）將學(xué)號定義為整數(shù)形式，而由于學(xué)號不用參與運算，因此另一些部門（即局部應(yīng)用）將學(xué)號定義為字符型形式。 例2， 某些部門（即局部應(yīng)用）以出生日期形式表示學(xué)生的年齡，而另一些部門（即局部應(yīng)用）用整數(shù)形式表示學(xué)生的年齡。,屬性沖突（續(xù)）,屬性取值單位沖突。 例：學(xué)生的身高，有的以米為單位，有的以厘米為單位，有的以尺為單位。,屬性沖突（續(xù)）,屬性沖突的解決方法 通常用討論、協(xié)商等行政手段加以解決, 命名沖突,兩類命名沖突 同名異義：不同意義的對象在不同的局部應(yīng)用中具有相同的名字 例，局部應(yīng)用A中將教室稱為房間 局部應(yīng)用B中將學(xué)生宿舍稱為房間 異名同義（一義多名）：同一意義的對象在不同的局部應(yīng)用中具有不同的名字 例，有的部門把教科書稱為課本 有的部門則把教科書稱為教材,命名沖突（續(xù)）,命名沖突可能發(fā)生在屬性級、實體級、聯(lián)系級上。其中屬性的命名沖突更為常見。 命名沖突的解決方法 通過討論、協(xié)商等行政手段加以解決, 結(jié)構(gòu)沖突,三類結(jié)構(gòu)沖突 同一對象在不同應(yīng)用中具有不同的抽象 例，“課程”在某一局部應(yīng)用中被當(dāng)作實體 在另一局部應(yīng)用中則被當(dāng)作屬性 解決方法：通常是把屬性變換為實體或把實體變換為屬性，使同一對象具有相同的抽象。變換時要遵循兩個準(zhǔn)則。,結(jié)構(gòu)沖突（續(xù)）,同一實體在不同局部視圖中所包含的屬性不完全相同，或者屬性的排列次序不完全相同。 產(chǎn)生原因：不同的局部應(yīng)用關(guān)心的是該實體的不同側(cè)面。 解決方法：使該實體的屬性取各分E-R圖中屬性的并集，再適當(dāng)設(shè)計屬性的次序。,結(jié)構(gòu)沖突（續(xù)）,學(xué)生,學(xué)號,姓名,性別,平均成績,(a)在局部應(yīng)用A中,結(jié)構(gòu)沖突（續(xù)）,學(xué)生,學(xué)號,姓名,出生日期,年級,(b)在局部應(yīng)用B中,所在系,結(jié)構(gòu)沖突（續(xù)）,學(xué)生,學(xué)號,姓名,政治面貌,(c)在局部應(yīng)用C中,結(jié)構(gòu)沖突（續(xù)）,學(xué)生,政治 面貌,學(xué)號,出生 日期,年級,(d)合并后,所在系,平均 成績,姓名,性別,結(jié)構(gòu)沖突（續(xù)）,實體之間的聯(lián)系在不同局部視圖中呈現(xiàn)不同的類型 例1， 實體E1與E2在局部應(yīng)用A中是多對多聯(lián)系，而在局部應(yīng)用B中是一對多聯(lián)系 例2， 在局部應(yīng)用X中E1與E2發(fā)生聯(lián)系，而在局部應(yīng)用Y中E1、E2、E3三者之間有聯(lián)系。 解決方法：根據(jù)應(yīng)用語義對實體聯(lián)系的類型進行綜合或調(diào)整。,合并分E-R圖，生成初步E-R圖實例,例：生成學(xué)校管理系統(tǒng)的初步E-R圖 以合并學(xué)籍管理局部視圖, 課程管理局部視圖為例 這兩個分E-R圖存在著多方面的沖突：,合并分E-R圖，生成初步E-R圖實例,(1) 班主任實際上也屬于教師，也就是說學(xué)籍管理中的班主任實體與課程管理中的教師實體在一定程度上屬于異名同義，可以應(yīng)將學(xué)籍管理中的班主任實體與課程管理中的教師實體統(tǒng)一稱為教師，統(tǒng)一后教師實體的屬性構(gòu)成為： 教師：職工號，姓名，性別，職稱， 是否為優(yōu)秀班主任,合并分E-R圖，生成初步E-R圖實例（續(xù)）,(2) 將班主任改為教師后，教師與學(xué)生之間的聯(lián)系在兩個局部視圖中呈現(xiàn)兩種不同的類型，一種是學(xué)籍管理中教師與學(xué)生之間的指導(dǎo)聯(lián)系，一種是課程管理中教師與學(xué)生之間的教學(xué)聯(lián)系，由于指導(dǎo)聯(lián)系實際上可以包含在教學(xué)聯(lián)系之中，因此可以將這兩種聯(lián)系綜合為教學(xué)聯(lián)系。,合并分E-R圖，生成初步E-R圖實例（續(xù)）,(3) 性別在兩個局部應(yīng)用中具有不同的抽象，它在學(xué)籍管理中為實體，在課程管理中為屬性，按照前面提到的兩個原則，在合并后的E-R圖中性別只能作為實體，否則它無法與宿舍實體發(fā)生聯(lián)系。,合并分E-R圖，生成初步E-R圖實例（續(xù)）,(4) 在兩個局部E-R圖中，學(xué)生實體屬性組成及次序都存在差異，應(yīng)將所有屬性綜合，并重新調(diào)整次序。假設(shè)調(diào)整結(jié)果為： 學(xué)生：學(xué)號，姓名，出生日期，年齡，所在系，年級，平均成績 解決上述沖突后，學(xué)籍管理分E-R圖與課程管理分E-R圖合并為學(xué)生管理子系統(tǒng)的初步E-R圖,二、修改與重構(gòu),基本任務(wù) 消除不必要的冗余，設(shè)計生成基本E-R圖,修改與重構(gòu)（續(xù)）,1冗余 2消除冗余的方法,1冗余,冗余的數(shù)據(jù)是指可由基本數(shù)據(jù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)， 冗余的聯(lián)系是指可由其他聯(lián)系導(dǎo)出的聯(lián)系。 冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系容易破壞數(shù)據(jù)庫的完整性，給數(shù)據(jù)庫維護增加困難 并不是所有的冗余數(shù)據(jù)與冗余聯(lián)系都必須加以消除，有時為了提高某些應(yīng)用的效率，不得不以冗余信息作為代價。,冗余（續(xù)）,設(shè)計數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)時，哪些冗余信息必須消除，哪些冗余信息允許存在，需要根據(jù)用戶的整體需求來確定。 消除不必要的冗余后的初步E-R圖稱為基本E-R圖。,2消除冗余的方法,分析方法 以數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)流圖為依據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)字典中關(guān)于數(shù)據(jù)項之間邏輯關(guān)系的說明來消除冗余。,消除冗余的方法(續(xù)),例，教師工資單中包括該教師的基本工資、各種補貼、應(yīng)扣除的房租水電費以及實發(fā)工資。 由于實發(fā)工資可以由前面各項推算出來，因此可以去掉，在需要查詢實發(fā)工資時根據(jù)基本工資、各種補貼、應(yīng)扣除的房租水電費數(shù)據(jù)臨時生成。,消除冗余的方法（續(xù)）,如果是為了提高效率，人為地保留了一些冗余數(shù)據(jù)，則應(yīng)把數(shù)據(jù)字典中數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的說明作為完整性約束條件。 一種更好的方法是把冗余數(shù)據(jù)定義在視圖中,消除冗余的方法（續(xù)）,規(guī)范化理論 函數(shù)依賴的概念提供了消除冗余聯(lián)系的形式化工具,消除冗余的方法（續(xù)）,方法 1. 確定分E-R圖實體之間的數(shù)據(jù)依賴FL 。實體之間一對一、一對多、多對多的聯(lián)系可以用實體碼之間的函數(shù)依賴來表示。 例： 班級和學(xué)生之間一對多的聯(lián)系： 學(xué)號班級號 學(xué)生和課程之間多對多的聯(lián)系： （學(xué)號，課程號） 成績,消除冗余的方法（續(xù)）,2. 求FL的最小覆蓋GL ，差集為 D = FL-GL。 逐一考察D中的函數(shù)依賴，確定是否是冗余的聯(lián)系，若是，就把它去掉。,消除冗余的方法（續(xù)）,由于規(guī)范化理論受到泛關(guān)系假設(shè)的限制，應(yīng)注意下面兩個問題： 1.冗余的聯(lián)系一定在D中，而D中的聯(lián)系不一定是冗余的； 2.當(dāng)實體之間存在多種聯(lián)系時要將實體之間的聯(lián)系在形式上加以區(qū)分。 例P229圖6.30中 部門和職工之間兩種聯(lián)系表示為： 負責(zé)人.職工號部門號 部門號負責(zé)人.職工號,泛關(guān)系假設(shè),假設(shè)存在著一個單一的關(guān)系模式 “假設(shè)已知一個模式S，它僅由單個關(guān)系模式組成，問題是要設(shè)計一個模式SD，它與S等價，但在某些方面更好一些” 從一個關(guān)系模式出發(fā)，而不是從一組關(guān)系模式出發(fā)實行分解 “等價”的定義也是一組關(guān)系模式與一個關(guān)系模式的“等價”,泛關(guān)系假設(shè)(續(xù)),泛關(guān)系假設(shè)是運用規(guī)范化理論時的障礙 承認了泛關(guān)系假設(shè)，就等于承認了現(xiàn)實世界各實體間只能有一種聯(lián)系,消除冗余，設(shè)計生成基本E-R圖實例,教程198圖6-16的初步E-R圖中存在著冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系： (1) 學(xué)生實體中的年齡屬性可以由出生日期推算出來，屬于冗余數(shù)據(jù)，應(yīng)該去掉。這樣不僅可以節(jié)省存儲空間，而且當(dāng)某個學(xué)生的出生日期有誤，進行修改后，無須相應(yīng)修改年齡，減少了產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致的機會。 學(xué)生：學(xué)號，姓名，出生日期，所在系， 年級，平均成績,消除冗余，設(shè)計生成基本E-R圖實例（續(xù)）,(2) 教室實體與班級實體的上課聯(lián)系可以由教室與課程之間的開設(shè)聯(lián)系、課程與學(xué)生之間的選修聯(lián)系、學(xué)生與班級之間的組成聯(lián)系三者推導(dǎo)出來，因此屬于冗余聯(lián)系，可以消去。,消除冗余，設(shè)計生成基本E-R圖實例（續(xù)）,(3) 學(xué)生實體中的平均成績可以從選修聯(lián)系中的成績屬性中推算出來 由于應(yīng)用中需要經(jīng)常查詢某個學(xué)生的平均成績，每次都進行這種計算效率就會太低，因此為提高效率，保留該冗余數(shù)據(jù) 但定義一個觸發(fā)器來保證學(xué)生的平均成績等于該學(xué)生各科成績的平均值。 任何一科成績修改后，或該學(xué)生學(xué)了新的科目并有成績后，就觸發(fā)該觸發(fā)器去修改該學(xué)生的平均成績屬性值。,學(xué)生管理子系統(tǒng)初步E-R圖：,修改重構(gòu)后的基本E-R圖：,消除冗余，設(shè)計生成基本E-R圖實例（續(xù)）,學(xué)生管理子系統(tǒng)的基本E-R圖與教師管理子系統(tǒng)以及后勤管理子系統(tǒng)的基本E-R圖合并后，生成整個學(xué)校管理系統(tǒng)的基本E-R圖,三、驗證整體概念結(jié)構(gòu),視圖集成后形成一個整體的數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)，對該整體概念結(jié)構(gòu)還必須進行進一步驗證，確保它能夠滿足下列條件： 整體概念結(jié)構(gòu)內(nèi)部必須具有一致性，不存在互相矛盾的表達。 整體概念結(jié)構(gòu)能準(zhǔn)確地反映原來的每個視圖結(jié)構(gòu)，包括屬性、實體及實體間的聯(lián)系。 整體概念結(jié)構(gòu)能滿足需要分析階段所確定的所有要求。,驗證整體概念結(jié)構(gòu)（續(xù)）,整體概念結(jié)構(gòu)最終還應(yīng)該提交給用戶，征求用戶和有關(guān)人員的意見，進行評審、修改和優(yōu)化，然后把它確定下來，作為數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)，作為進一步設(shè)計數(shù)據(jù)庫的依據(jù)。,數(shù)據(jù)庫設(shè)計,數(shù)據(jù)庫的設(shè)計過程 需求分析 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計 實施 運行維護 設(shè)計過程中往往還會有許多反復(fù)。,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計小結(jié),什么是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計小結(jié),概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟 抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計局部視圖 集成局部視圖，得到全局概念結(jié)構(gòu) 驗證整體概念結(jié)構(gòu),概念結(jié)構(gòu)設(shè)計小結(jié),數(shù)據(jù)抽象 分類 聚集 概括,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計小結(jié),設(shè)計局部視圖 選擇局部應(yīng)用 逐一設(shè)計分E-R圖 標(biāo)定局部應(yīng)用中的實體、屬性、碼，實體間的聯(lián)系 用E-R圖描述出來,概念結(jié)構(gòu)設(shè)計小結(jié),集成局部視圖 1.合并分E-R圖，生成初步E-R圖 消除沖突 屬性沖突 命名沖突 結(jié)構(gòu)沖突 2. 修改與重構(gòu) 消除不必要的冗余，設(shè)計生成基本E-R圖 分析方法 規(guī)范化理論,第6章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計,6.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟 6.2 需求分析 6.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 6.5 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 6.6 數(shù)據(jù)庫實施 6.7 數(shù)據(jù)庫運行與維護,6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù) 概念結(jié)構(gòu)是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎(chǔ) 為了能夠用某一DBMS實現(xiàn)用戶需求，還必須將概念結(jié)構(gòu)進一步轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，這正是數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計所要完成的任務(wù)。,6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型 將轉(zhuǎn)化來的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型向特定DBMS支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換 對數(shù)據(jù)模型進行優(yōu)化,6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,6.4.1 E-R圖向數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換 6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化 6.4.3 設(shè)計用戶子模式,6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,6.4.1 E-R圖向數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換 6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化 6.4.3 設(shè)計用戶子模式,6.4.1 E-R圖向數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換,只介紹向關(guān)系數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換內(nèi)容 轉(zhuǎn)換原則,E-R圖向數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,轉(zhuǎn)換內(nèi)容 E-R圖由實體、實體的屬性和實體之間的聯(lián)系三個要素組成 關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)是一組關(guān)系模式的集合 將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型：將實體、實體的屬性和實體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式。,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,轉(zhuǎn)換原則 一個實體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 關(guān)系的屬性：實體型的屬性 關(guān)系的碼：實體型的碼 例，學(xué)生實體可以轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式： 學(xué)生（學(xué)號，姓名，出生日期，所在系， 年級，平均成績） 性別、宿舍、班級、檔案材料、教師、課程、教室、教科書都分別轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 一個m:n聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 關(guān)系的屬性：與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的碼：各實體碼的組合 例，“選修”聯(lián)系是一個m:n聯(lián)系，可以將它轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式，其中學(xué)號與課程號為關(guān)系的組合碼： 選修（學(xué)號，課程號，成績）,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 一個1:n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 1) 轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式 關(guān)系的屬性：與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的碼：n端實體的碼,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 一個1:n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 2) 與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并 合并后關(guān)系的屬性：在n端關(guān)系中加入1端關(guān)系的碼和聯(lián)系本身的屬性 合并后關(guān)系的碼：不變 可以減少系統(tǒng)中的關(guān)系個數(shù)，一般情況下更傾向于采用這種方法,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,例，“組成”聯(lián)系為1:n聯(lián)系。 將其轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式的兩種方法： 1)使其成為一個獨立的關(guān)系模式： 組成（學(xué)號，班級號） 2)將其學(xué)生關(guān)系模式合并： 學(xué)生（學(xué)號，姓名，出生日期，所在系， 年級，班級號，平均成績）,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 一個1:1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 1) 轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式 關(guān)系的屬性：與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的候選碼：每個實體的碼均是該關(guān)系的候選碼,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 一個1:1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 2) 與某一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并 合并后關(guān)系的屬性：加入對應(yīng)關(guān)系的碼和聯(lián)系本身的屬性 合并后關(guān)系的碼：不變,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,例，“管理”聯(lián)系為1:1聯(lián)系，可以有三種轉(zhuǎn)換方法： （1）轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式： 管理（職工號，班級號） 或 管理（職工號，班級號） （2）“管理”聯(lián)系與班級關(guān)系模式合并，則只需在班級關(guān)系中加入教師關(guān)系的碼，即職工號： 班級：（班級號，學(xué)生人數(shù)，職工號） （3）“管理”聯(lián)系與教師關(guān)系模式合并，則只需在教師關(guān)系中加入班級關(guān)系的碼，即班級號： 教師：（職工號，姓名，性別，職稱，班級號， 是否為優(yōu)秀班主任）,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,注意： 從理論上講，1:1聯(lián)系可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。 但在一些情況下，與不同的關(guān)系模式合并效率會大不一樣。因此究竟應(yīng)該與哪端的關(guān)系模式合并需要依應(yīng)用的具體情況而定。 由于連接操作是最費時的操作，所以一般應(yīng)以盡量減少連接操作為目標(biāo)。 例如，如果經(jīng)常要查詢某個班級的班主任姓名，則將管理聯(lián)系與教師關(guān)系合并更好些。,new,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 三個或三個以上實體間的一個多元聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。 關(guān)系的屬性：與該多元聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性 關(guān)系的碼：各實體碼的組合 例，“講授”聯(lián)系是一個三元聯(lián)系，可以將它轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式，其中課程號、職工號和書號為關(guān)系的組合碼： 講授（課程號，職工號，書號）,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 同一實體集的實體間的聯(lián)系，即自聯(lián)系，也可按上述1:1、1:n和m:n三種情況分別處理。 例，如果教師實體集內(nèi)部存在領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的1:n自聯(lián)系，我們可以將該聯(lián)系與教師實體合并，這時主碼職工號將多次出現(xiàn)，但作用不同，可用不同的屬性名加以區(qū)分： 教師：職工號，姓名，性別，職稱，系主任,new,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）, 具有相同碼的關(guān)系模式可合并。 目的：減少系統(tǒng)中的關(guān)系個數(shù)。 合并方法：將其中一個關(guān)系模式的全部屬性加入到另一個關(guān)系模式中，然后去掉其中的同義屬性（可能同名也可能不同名），并適當(dāng)調(diào)整屬性的次序。,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,例，“擁有”關(guān)系模式： 擁有（學(xué)號，性別） 與學(xué)生關(guān)系模式： 學(xué)生（學(xué)號，姓名，出生日期，所在系，年級， 班級號，平均成績） 都以學(xué)號為碼，可以將它們合并為一個關(guān)系模式： 學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，所在系， 年級，班級號，平均成績）,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,實例 按照上述七條原則，學(xué)生管理子系統(tǒng)中的18個實體和聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為下列關(guān)系模型： 學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，出生日期，所在系， 年級，班級號，平均成績，檔案號） 性別（性別，宿舍樓） 宿舍（宿舍編號，地址，性別，人數(shù)） 班級（班級號，學(xué)生人數(shù)） 教師（職工號，姓名，性別，職稱，班級號， 是否為優(yōu)秀班主任）,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,教學(xué)（職工號，學(xué)號） 課程（課程號，課程名，學(xué)分，教室號） 選修（學(xué)號，課程號，成績） 教科書（書號，書名，價錢） 教室（教室編號，地址，容量） 講授（課程號，教師號，書號） 檔案材料（檔案號，）,E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）,該關(guān)系模型由12個關(guān)系模式組成。 其中： 學(xué)生關(guān)系模式包含了“擁有”聯(lián)系、“組成”聯(lián)系、“歸檔”聯(lián)系所對應(yīng)的關(guān)系模式 教師關(guān)系模式包含了“管理”聯(lián)系所對應(yīng)的關(guān)系模式； 宿舍關(guān)系模式包含了“住宿”聯(lián)系所對應(yīng)的關(guān)系模式； 課程關(guān)系模式包含了“開設(shè)”聯(lián)系所對應(yīng)的關(guān)系模式。,6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,6.4.1 E-R圖向數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換 6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化 6.4.3 設(shè)計用戶子模式,6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化,數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的結(jié)果不是唯一的。 得到初步數(shù)據(jù)模型后，還應(yīng)該適當(dāng)?shù)匦薷?、調(diào)整數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，以進一步提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能，這就是數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化。 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化通常以規(guī)范化理論為指導(dǎo)。,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,優(yōu)化數(shù)據(jù)模型的方法 確定數(shù)據(jù)依賴 按需求分析階段所得到的語義，分別寫出每個關(guān)系模式內(nèi)部各屬性之間的數(shù)據(jù)依賴以及不同關(guān)系模式屬性之間數(shù)據(jù)依賴。,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,例，課程關(guān)系模式內(nèi)部存在下列數(shù)據(jù)依賴： 課程號課程名 課程號學(xué)分 課程號教室號 選修關(guān)系模式中存在下列數(shù)據(jù)依賴： （學(xué)號，課程號）成績,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,學(xué)生關(guān)系模式中存在下列數(shù)據(jù)依賴： 學(xué)號姓名 學(xué)號性別 學(xué)號出生日期 學(xué)號所在系 學(xué)號年級 學(xué)號班級號 學(xué)號平均成績 學(xué)號檔案號,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,學(xué)生關(guān)系模式的學(xué)號與選修關(guān)系模式的學(xué)號之間存在數(shù)據(jù)依賴： 學(xué)生.學(xué)號選修.學(xué)號,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）, 對于各個關(guān)系模式之間的數(shù)據(jù)依賴進行極小化處理，消除冗余的聯(lián)系。,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）, 按照數(shù)據(jù)依賴的理論對關(guān)系模式逐一進行分析，考查是否存在部分函數(shù)依賴、傳遞函數(shù)依賴、多值依賴等，確定各關(guān)系模式分別屬于第幾范式。 例如經(jīng)過分析可知，課程關(guān)系模式屬于BC范式。,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）, 按照需求分析階段得到的各種應(yīng)用對數(shù)據(jù)處理的要求，分析對于這樣的應(yīng)用環(huán)境這些模式是否合適，確定是否要對它們進行合并或分解。,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,并不是規(guī)范化程度越高的關(guān)系就越優(yōu)。 當(dāng)一個應(yīng)用的查詢中經(jīng)常涉及到兩個或多個關(guān)系模式的屬性時，系統(tǒng)必須經(jīng)常地進行聯(lián)接運算，而聯(lián)系運算的代價是相當(dāng)高的，可以說關(guān)系模型低效的主要原因就是做聯(lián)接運算引起的，因此在這種情況下，第二范式甚至第一范式也許是最好的。,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,非BCNF的關(guān)系模式雖然從理論上分析會存在不同程度的更新異常，但如果在實際應(yīng)用中對此關(guān)系模式只是查詢，并不執(zhí)行更新操作，則就不會產(chǎn)生實際影響。 對于一個具體應(yīng)用來說，到底規(guī)范化進行到什么程度，需要權(quán)衡響應(yīng)時間和潛在問題兩者的利弊才能決定。一般說來，第三范式就足夠了。,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,例：在關(guān)系模式 學(xué)生成績單(學(xué)號,英語,數(shù)學(xué),語文,平均成績) 中存在下列函數(shù)依賴： 學(xué)號英語 學(xué)號數(shù)學(xué) 學(xué)號語文 學(xué)號平均成績 (英語, 數(shù)學(xué), 語文)平均成績,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,顯然有： 學(xué)號(英語,數(shù)學(xué),語文) 因此該關(guān)系模式中存在傳遞函數(shù)信賴，是2NF關(guān)系。 雖然平均成績可以由其他屬性推算出來，但如果應(yīng)用中需要經(jīng)常查詢學(xué)生的平均成績，為提高效率，我們?nèi)匀豢杀Ａ粼撊哂鄶?shù)據(jù)，對關(guān)系模式不再做進一步分解。,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）, 按照需求分析階段得到的各種應(yīng)用對數(shù)據(jù)處理的要求，對關(guān)系模式進行必要的分解或合并，以提高數(shù)據(jù)操作的效率和存儲空間的利用率 常用分解方法 水平分解 垂直分解,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,水平分解 什么是水平分解 把(基本)關(guān)系的元組分為若干子集合，定義每個子集合為一個子關(guān)系，以提高系統(tǒng)的效率。 水平分解的適用范圍 滿足“80/20原則”的應(yīng)用 并發(fā)事務(wù)經(jīng)常存取不相交的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,滿足“80/20原則”的應(yīng)用 80/20原則：一個大關(guān)系中，經(jīng)常被使用的數(shù)據(jù)只是關(guān)系的一部分，約20% 把經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)分解出來，形成一個子關(guān)系，可以減少查詢的數(shù)據(jù)量。 并發(fā)事務(wù)經(jīng)常存取不相交的數(shù)據(jù) 如果關(guān)系R上具有n個事務(wù)，而且多數(shù)事務(wù)存取的數(shù)據(jù)不相交，則R可分解為少于或等于n個子關(guān)系，使每個事務(wù)存取的數(shù)據(jù)對應(yīng)一個關(guān)系。,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,垂直分解 什么是垂直分解 把關(guān)系模式R的屬性分解為若干子集合，形成若干子關(guān)系模式。 垂直分解的原則 經(jīng)常在一起使用的屬性從R中分解出來形成一個子關(guān)系模式。,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,垂直分解的優(yōu)點 可以提高某些事務(wù)的效率 垂直分解的缺點 可能使另一些事務(wù)不得不執(zhí)行連接操作，從而降低了效率。,數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化（續(xù)）,垂直分解的適用范圍 取決于分解后R上的所有事務(wù)的總效率是否得到了提高。 進行垂直分解的方法 簡單情況：直觀分解 復(fù)雜情況：用第五章中的模式分解算法 垂直分解必須不損失關(guān)系模式的語義(保持無損連接性和保持函數(shù)依賴)。,6.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計,6.4.1 E-R圖向數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換 6.4.2 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化 6.4.3 設(shè)計用戶子模式,6.4.3 設(shè)計用戶子模式,定義數(shù)據(jù)庫模式主要是從系統(tǒng)的時間效率、空間效率、易維護等角度出發(fā)。 定義用戶外模式時應(yīng)該更注重考慮用戶的習(xí)慣與方便。包括三個方面：,設(shè)計用戶子模式（續(xù)）,(1) 使用更符合用戶習(xí)慣的別名 合并各分E-R圖曾做了消除命名沖突的工作，以使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中同一關(guān)系和屬性具有唯一的名字。這在設(shè)計數(shù)據(jù)庫整體結(jié)構(gòu)時是非常必要的。