第5章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與er模型

1、第五章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和ER模型n 本章重要概念 （1）DBS生存期及其7個(gè)階段的任務(wù)和工作。（2）概念設(shè)計(jì)的重要性、主要步驟。邏輯設(shè)計(jì)階段的主要步驟。（3）ER模型的基本元素，屬性的分類，聯(lián)系的元數(shù)、連通詞、基數(shù)。采用ER方法的概念設(shè)計(jì)步驟。（4）ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則。采用ER方法的邏輯設(shè)計(jì)步驟。（5）ER模型的擴(kuò)充：弱實(shí)體，超類和子類。 主要內(nèi)容和學(xué)習(xí)要求n數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述（了解）n數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的全過程（領(lǐng)會(huì)）n ER模型 （綜合應(yīng)用）n ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換 （綜合應(yīng)用）nER模型實(shí)例分析 （理解）nER模型的擴(kuò)充 （理解）n小結(jié) 5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概論之一n軟件工程 人們認(rèn)為，應(yīng)該

2、用科學(xué)知識(shí)、工程方面的紀(jì)律指導(dǎo)軟件開發(fā)的過程，以提高軟件質(zhì)量和開發(fā)效率，降低開發(fā)成本 。n軟件生存期從軟件的規(guī)劃、研制、實(shí)現(xiàn)、投入運(yùn)行后的維護(hù)，直到它被新的軟件所取代而停止使用的整個(gè)期間。n數(shù)據(jù)庫工程 n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)生存期數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)從開始規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、維護(hù)到最后被新的系統(tǒng)取代而停止使用的整個(gè)期間。 n數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的輸入輸出隸屬關(guān)系規(guī)劃需求分析系統(tǒng)設(shè)計(jì) 程序編制 調(diào)試 運(yùn)行維護(hù) 運(yùn)行和維護(hù) 實(shí)現(xiàn) 物理設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)需求分析規(guī)劃軟件生存期數(shù)據(jù)庫生存期處理需求DBMS特征總體信息需求第5步物理設(shè)計(jì)第3步概念設(shè)計(jì)第4步邏輯設(shè)計(jì)第1步規(guī)劃第2步需求描述和分析硬件和OS特征物理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)需求說明

3、書 信息結(jié)構(gòu)（獨(dú)立于硬件、軟件）邏輯數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)（DBMS能處理的）應(yīng)用程序說明書數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的輸入輸出主要內(nèi)容n5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述n5.2 5.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的全過程數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的全過程n5.3 ER模型n5.4 ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換n5.5 ER模型實(shí)例分析n5.6 ER模型的擴(kuò)充n小結(jié) 5.2.1 規(guī)劃階段n目標(biāo)n規(guī)劃階段的三個(gè)步驟n系統(tǒng)調(diào)查： 對(duì)企業(yè)組織作全面的調(diào)查，畫出組織層次圖，以了解企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)n可行性分析 從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、效益、法律等族方面對(duì)建立數(shù)據(jù)庫的可行性進(jìn)行分析；寫出可行性分析報(bào)告；組織專家進(jìn)行討論其可行性n確定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的總目標(biāo)和制定項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃5.2.2 需求分析n

4、目標(biāo)n需求分析工作n分析用戶活動(dòng)產(chǎn)生，產(chǎn)生業(yè)務(wù)流程圖業(yè)務(wù)流程圖n確定系統(tǒng)范圍，產(chǎn)生系統(tǒng)范圍圖系統(tǒng)范圍圖n分析用戶活動(dòng)涉及的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖n分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典5.2.3 概念設(shè)計(jì)n目標(biāo)n為什么需要概念設(shè)計(jì)n概念設(shè)計(jì)的主要步驟n進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象，設(shè)計(jì)局部概念模式n將局部概念模式綜合成全局概念模式n評(píng)審圖5.2 數(shù)據(jù)庫的各級(jí)模式應(yīng)用1應(yīng)用3應(yīng)用2概念模式概念要求概念要求概念要求應(yīng)用1應(yīng)用3應(yīng)用2邏輯模式內(nèi)模式外模式3外模式2外模式1綜合轉(zhuǎn)換映像映像5.2.4 邏輯設(shè)計(jì)n目標(biāo)n邏輯設(shè)計(jì)步驟導(dǎo)出初始DBMS模式說明概念模式子模式設(shè)計(jì)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)草圖模式評(píng)價(jià)處 理 結(jié)束模式需要修正

5、模式修正進(jìn)入物理設(shè)計(jì)階段返回到前面階段圖5.3 邏輯設(shè)計(jì)步驟是 是 否否5.2.5 物理設(shè)計(jì)n目標(biāo)n什么是數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)n物理設(shè)計(jì)的步驟n存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) n確定數(shù)據(jù)存放位置 n存取方法的設(shè)計(jì) n完整性和安全性考慮 n程序設(shè)計(jì) 5.2.6 數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)n目標(biāo)n實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫應(yīng)做的主要工作n用DDL定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)；n組織數(shù)據(jù)入庫組織數(shù)據(jù)入庫；n對(duì)數(shù)據(jù)量不大的小型系統(tǒng)（人工）主要工作：篩選數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式；輸入數(shù)據(jù)；校驗(yàn)數(shù)據(jù)。n對(duì)大中型系統(tǒng)（自動(dòng)）主要工作：篩選數(shù)據(jù)；輸入數(shù)據(jù)；校驗(yàn)數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；綜合數(shù)據(jù)。n編制與調(diào)試應(yīng)用程序；n數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行。n功能測(cè)試n性能測(cè)試（時(shí)空代價(jià)） 5.2.7 數(shù)據(jù)庫的

6、運(yùn)行與維護(hù)工作n 數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù) n 數(shù)據(jù)庫安全性、完整性控制 n 數(shù)據(jù)庫性能的監(jiān)督、分析和改進(jìn)n 數(shù)據(jù)庫的重組織和重構(gòu)造 主要內(nèi)容n5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述n5.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的全過程n5.3 ER5.3 ER模型模型n5.4 ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換n5.5 ER模型實(shí)例分析n5.6 ER模型的擴(kuò)充n小結(jié) 5.3.1 ER模型概述n什么是ER模型nER模型的歷史nER模型的基本元素n實(shí)體n聯(lián)系n屬性n例子實(shí)體聯(lián)系屬性ER模型圖例老師學(xué)生教mn學(xué)號(hào)姓名專業(yè)班級(jí)職稱性別姓名職號(hào)5.3.2 屬性的分類n基本屬性和復(fù)合屬性（可否再分）n單值屬性和多值屬性（對(duì)一個(gè)實(shí)體對(duì)象是否只能取一個(gè)值）n多值屬

7、性的處理n將原來的多值屬性用幾個(gè)新的單值屬性來表示。 n將原來的多值屬性用一個(gè)新的實(shí)體類型表示 n導(dǎo)出屬性n空值圖5.4 地址屬性的層次結(jié)構(gòu)郵政編碼?。ㄊ校┟?址區(qū) 名街 道家庭地址門牌號(hào)碼圖5.5 多值屬性的表示零件編碼零 件零件名供應(yīng)商規(guī)格進(jìn)貨價(jià)格銷售價(jià)格價(jià)格圖5.8 導(dǎo)出屬性的表示工號(hào)職 工姓名基本工資獎(jiǎng)金房租實(shí)發(fā)工資圖5.6 多值屬性的變換（1）零件編碼零 件零件名供應(yīng)商規(guī)格進(jìn)貨價(jià)格經(jīng)銷價(jià)格代銷價(jià)格批發(fā)價(jià)格零售價(jià)格圖5.7 多值屬性的變換（2）零件編碼零 件零件名供應(yīng)商規(guī)格進(jìn)貨價(jià)格銷售性質(zhì)價(jià)格售貨價(jià)格存在銷售價(jià)格1N零件編碼零件編碼5.3.3 聯(lián)系的設(shè)計(jì)之一n 聯(lián)系集 聯(lián)系集是n（n

8、2）個(gè)實(shí)體集上的數(shù)學(xué)關(guān)系，這些實(shí)體集不必互異。如果E1，E2，En為n個(gè)實(shí)體集，那么聯(lián)系集R是(e1，e2，en）|e1E1 ,e2E2，enEn的一個(gè)子集，而（e1，e2，en）是一個(gè)聯(lián)系。 n聯(lián)系的元數(shù) 一個(gè)聯(lián)系涉及到的實(shí)體集個(gè)數(shù) n聯(lián)系的連通詞 聯(lián)系涉及到的實(shí)體集之間實(shí)體對(duì)應(yīng)的方式 n實(shí)體的基數(shù) 有兩個(gè)實(shí)體集E1和E2，E1中每個(gè)實(shí)體與E2中有聯(lián)系實(shí)體的數(shù)目的最小值min和最大值max，稱為E1的基數(shù)，用（min，max）形式表示 問題：運(yùn)動(dòng)員根據(jù)其得分來排定名次。在名次排列中，排在他前面只有一個(gè)人排在他后面也只有一個(gè)人 運(yùn)動(dòng)員編號(hào)姓名性別名次順序11圖5.9 一元聯(lián)系中的1:1聯(lián)系 職

9、工之間的上下級(jí)聯(lián)系 職工工號(hào)姓名年齡性別領(lǐng)導(dǎo)1N圖5.10 一元聯(lián)系中的1:N聯(lián)系 工廠的零件之間存在著組合關(guān)系，一種零件由許多種子零件組成，而一種零件也可以是其他零件的子零件 零件零件號(hào)零件名規(guī)格數(shù)量組成MN圖5.11 一元聯(lián)系中的M:N聯(lián)系 某商業(yè)集團(tuán)中，商店、倉庫、商品之間的進(jìn)貨聯(lián)系 圖5.12 三元聯(lián)系中的M:N:P聯(lián)系 倉庫商品商店倉庫號(hào)倉庫名地址數(shù)量商店號(hào)商品名商品號(hào)商店名日期進(jìn)貨MNP學(xué)校里規(guī)定每學(xué)期學(xué)生至少選修1門課程，最多選修6門課程；每門課程至多有50人選修，最少可以沒人選修 圖5.13 聯(lián)系的連通詞和實(shí)體的基數(shù)學(xué)生課程選課M （1，6）N （0，50）5.3.4 ER模型

10、的操作包括實(shí)體類型、聯(lián)系類型和屬性的分裂分裂、合并合并、增刪增刪等等 教師號(hào)姓名出生日期職務(wù)工資獎(jiǎng)金教師（a）教師號(hào)姓名出生日期教師不變信息職務(wù)工資獎(jiǎng)金教師號(hào)教師變動(dòng)信息（b）圖5.15 實(shí)體類型的垂直分裂教師課程主講輔導(dǎo)1MNN圖5.16 聯(lián)系類型的分裂教師課程主講MN（a）（b）圖5.17 不合法的合并B(a)ACA-CB-CACA-B-C(b)B5.3.5 采用ER方法的數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì) 之設(shè)計(jì)局部ER模式 需求分析結(jié)果確定局部結(jié)構(gòu)范圍實(shí)體定義聯(lián)系定義屬性分配還有局部結(jié)構(gòu)待分析有無進(jìn)入全局ER模式設(shè)計(jì)圖5.18 局部ER模式設(shè)計(jì)范圍的劃分要自然，易于管理；范圍的大小要適度。太小了，會(huì)造成局

11、部結(jié)構(gòu)過多，設(shè)計(jì)過程繁瑣，綜合困難；太大了，則容易造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便分析 范圍之間的界面要清晰，相互影響要小采用人們習(xí)慣的劃分；避免冗余，在一個(gè)局部結(jié)構(gòu)中，對(duì)一個(gè)對(duì)象只取一種抽象形式，不要重復(fù)；依據(jù)用戶的信息處理需求 確定屬性的原則： 屬性應(yīng)該是不可再分解的語義單位；實(shí)體與屬性之間的關(guān)系只能是1:N的；不同實(shí)體類型的屬性之間應(yīng)無直接關(guān)聯(lián)關(guān)系。 屬性分配的原則： 當(dāng)多個(gè)實(shí)體類型用到同一屬性時(shí)， 一般把屬性分配給那些使用頻率最高的實(shí)體類型，或分配給實(shí)體值少的實(shí)體類型。 有些屬性不宜歸屬于任一實(shí)體類型，只說明實(shí)體之間聯(lián)系的特性 局部模式現(xiàn)有的教學(xué)管理系統(tǒng)初步分析系統(tǒng)的對(duì)象根據(jù)服務(wù)種類分析教師子模

12、塊局部ER圖其他局部模式現(xiàn)有的教學(xué)管理系統(tǒng)初步分析系統(tǒng)的對(duì)象根據(jù)服務(wù)種類分析學(xué)生子模塊導(dǎo)師班級(jí)學(xué)生組成管理班主任檔案材料宿舍住宿歸檔指導(dǎo)系有參加學(xué)會(huì)1N111NNN11NMN1具有社會(huì)關(guān)系1N局部ER圖其他局部模式現(xiàn)有的教學(xué)管理系統(tǒng)初步分析系統(tǒng)的對(duì)象根據(jù)服務(wù)種類分析課程子模塊局部ER圖圖5.22 課程管理局部應(yīng)用分E-R圖1教室M1教科書教師擔(dān)任課程系開設(shè)N1學(xué)生選修NMN上課PN5.3.5 采用ER方法的數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì) 之設(shè)計(jì)全局 ER模式無圖5.20全局ER模式設(shè)計(jì) 局部ER模式確定公共實(shí)體類型合并兩個(gè)局部ER模式檢查并消除沖突還有未合并的局部模式有還有沖突嗎有屬性沖突 ：如，重量單位有的

13、用公斤，有的用克。 結(jié)構(gòu)沖突 ：同一對(duì)象在不同應(yīng)用中的不同抽象 ；同一實(shí)體在不同局部ER圖中屬性的個(gè)數(shù)或次序不同 ；實(shí)體之間的聯(lián)系在不同的局部ER圖中呈現(xiàn)不同的類型 命名沖突 ：屬性名、實(shí)體名、聯(lián)系名之間存在同名異義或異名同義沖突5.3.5 采用ER方法的數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì) 之全局ER模式的優(yōu)化n實(shí)體類型的合并n1:1聯(lián)系的兩個(gè)實(shí)體類型 n具有相同鍵的實(shí)體類型 n冗余屬性的消除 n冗余聯(lián)系的消除：利用規(guī)范化理論中函數(shù)依賴的概念消除冗余聯(lián)系 例子：三個(gè)局部ER圖合并成一個(gè)ER圖11N1P1N1N1N1MMNNNN社會(huì)關(guān)系具有1NNM1系聘用承接項(xiàng)目參加設(shè)置院長(zhǎng)學(xué)院主管NN111教師評(píng)定職稱分配工作量

14、111N檔案材料歸檔參加學(xué)會(huì)1宿舍住宿教科書擔(dān)任指導(dǎo)課程選修教室上課有1班級(jí)學(xué)生組成N開設(shè)N管理11教師管理1 1主要內(nèi)容n5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述n5.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的全過程n5.3 ER模型n5.4 ER5.4 ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換n5.5 ER模型實(shí)例分析n5.6 ER模型的擴(kuò)充n小結(jié) 5.4.1 ER圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式集的規(guī)則n將每個(gè)實(shí)體類型轉(zhuǎn)換成一個(gè)關(guān)系模式，實(shí)體的屬性即為關(guān)系模式的屬性，實(shí)體標(biāo)識(shí)符即為關(guān)系模式的鍵n二元聯(lián)系類型的轉(zhuǎn)換n若實(shí)體間聯(lián)系是1:1，可以在兩個(gè)實(shí)體類型轉(zhuǎn)換成的兩個(gè)關(guān)系模式中任意一個(gè)關(guān)系模式的屬性中加入另一個(gè)關(guān)系模式的鍵和聯(lián)系類型的屬性。 n

15、若實(shí)體間聯(lián)系是1:N，則在N端實(shí)體類型轉(zhuǎn)換成的關(guān)系模式中加入1端實(shí)體類型的鍵和聯(lián)系類型的屬性。 n若實(shí)體間聯(lián)系是M:N，則將聯(lián)系類型也轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，其屬性為兩端實(shí)體類型的鍵加上聯(lián)系類型的屬性，而鍵為兩端實(shí)體鍵的組合 n一元聯(lián)系類型的轉(zhuǎn)換:同二元聯(lián)系 n三元聯(lián)系類型的轉(zhuǎn)換 總是將三元聯(lián)系類型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式，其屬性為三端實(shí)體類型的鍵加上聯(lián)系類型的屬性，而鍵為三端實(shí)體鍵的組合。 ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換實(shí)例運(yùn)動(dòng)員編號(hào)姓名性別名次順序11職工工號(hào)姓名年齡性別領(lǐng)導(dǎo)1N運(yùn)動(dòng)員（編號(hào)，姓名，性別，名次，上一名次編號(hào)，下一名次編號(hào)） 職工（工號(hào)，姓名，年齡，性別，經(jīng)理工號(hào)） ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換實(shí)例零件

16、零件號(hào)零件名規(guī)格數(shù)量組成MN倉庫商品商店倉庫號(hào)倉庫名地址數(shù)量商店號(hào)商品名商品號(hào)商店名日期進(jìn)貨MNP零件（零件號(hào)，零件名，規(guī)格）組成（零件號(hào)，子零件號(hào)，數(shù)量） 倉庫（倉庫號(hào)，倉庫名，地址）商店（商店號(hào)，商店名）商品（商品號(hào)，商品名）進(jìn)貨（商店號(hào)，商品名，倉庫號(hào)，日期，數(shù)量） 5.4.2 采用ER方法的邏輯設(shè)計(jì)步驟圖5.25 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計(jì)關(guān)系模式規(guī)范化模式評(píng)價(jià)是否需要修正從ER模式導(dǎo)出初始數(shù)據(jù)庫模式處理需求ER模式 DBMS特征用DBMS語法描述模式修正進(jìn)入物理設(shè)計(jì)階段是否主要內(nèi)容n5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述n5.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的全過程n5.3 ER模型n5.4 ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換n5.

17、5 ER5.5 ER模型實(shí)例分析模型實(shí)例分析n5.6 ER模型的擴(kuò)充n小結(jié) 例1 庫存銷售信息管理系統(tǒng)的ER模型及轉(zhuǎn)換P車間倉位產(chǎn)品客戶銷售員存儲(chǔ)出庫訂單入庫MNMPMNPMNN庫存系統(tǒng)ER圖車間(車間號(hào),車間名,主任名) 產(chǎn)品(產(chǎn)品號(hào)，產(chǎn)品名，單價(jià)) 倉位(倉位號(hào)，地址，主任名) 客戶(客戶號(hào)，客戶名，聯(lián)系人，電話， 地址，稅號(hào)，賬號(hào))銷售員(銷售員號(hào),姓名,性別,學(xué)歷,業(yè)績(jī)）實(shí)體入庫（入庫單號(hào),入庫量,入庫日期,經(jīng)手人, 車間號(hào),倉位號(hào),產(chǎn)品名）出庫（出庫單號(hào)，出庫量，出庫日期，經(jīng)手人，客戶號(hào)，產(chǎn)品名，倉位號(hào)）訂單（訂單號(hào)，數(shù)量，折扣，總價(jià)，訂單日期，產(chǎn)品號(hào)，客戶號(hào)，銷售員號(hào)） 存儲(chǔ)(倉位

18、號(hào),產(chǎn)品號(hào),核對(duì)日期,核對(duì)員,存儲(chǔ)量)聯(lián)系例2：公司車隊(duì)信息系統(tǒng)的ER模型 圖5.27 公司車隊(duì)信息系統(tǒng)的ER模型部門車隊(duì)司機(jī)車輛開銷維修公司調(diào)用報(bào)銷擁有聘用保險(xiǎn)2保險(xiǎn)1M1NN1NNNN11保險(xiǎn)公司1N維修主要內(nèi)容n5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述n5.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的全過程n5.3 ER模型n5.4 ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換n5.5 ER模型實(shí)例分析n5.6 ER5.6 ER模型的擴(kuò)充模型的擴(kuò)充n小結(jié)5.6.1 弱實(shí)體n什么是弱實(shí)體n弱實(shí)體的表示方法n包含弱實(shí)體的ER圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式問題：?jiǎn)栴}：在人事管理系統(tǒng)中，親屬的存在是以職工的存在為前提，即親屬對(duì)于職工具有依賴聯(lián)系，所以說，親屬是弱實(shí)體 職 工社會(huì)關(guān)系具有1NER圖職工職工（職工號(hào)，職工姓名，性別，年齡） 親屬親屬（職工號(hào)，稱呼，姓名，工作單位） 關(guān)系關(guān)系模式模式問題問題: :商業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中，顧客地址的存在依賴于顧客的存在（一般顧客可以有若干個(gè)聯(lián)系地址） ER圖顧 客地 址通訊N15.6.2 子類實(shí)體與超類實(shí)體n什么是子類和超類n子類和超類的性質(zhì)n子類與超類之間具有繼承性，但子類本身還能包含比超類更多的屬性。n子類和超類有相同的標(biāo)識(shí)符 人員教師本科生學(xué)生研究生學(xué)校人事系統(tǒng)中學(xué)校人事系統(tǒng)中實(shí)體之間的聯(lián)系實(shí)體之間的聯(lián)系 人員（身份證號(hào)，姓名，年齡，性別）教師（身份證號(hào)，教師編號(hào)，職稱）學(xué)生（身份證號(hào)，學(xué)號(hào)，系別