信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)：5_關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

1、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述：設(shè)計(jì)方法和步驟數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的需求分析數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行與維護(hù)第5章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)5.1數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和建設(shè)的重要組成部分。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是指為一個(gè)給定的應(yīng)用環(huán)境建立數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是要建立一個(gè)能正確反映給定的信息應(yīng)用需求，能被某個(gè)現(xiàn)有的DBMS所接受并能使系統(tǒng)具有較好性能的關(guān)系數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)步驟5.1.1數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法1直觀設(shè)計(jì)法直觀設(shè)計(jì)法也叫手工試湊法，早期用于設(shè)計(jì)一些小型系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和技巧，缺乏科學(xué)理論和工程方法的支持，不適應(yīng)信息管理發(fā)展的需要。2規(guī)范設(shè)計(jì)法規(guī)

2、范設(shè)計(jì)法是運(yùn)用軟件工程的思想和方法，以各種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和規(guī)程，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的方法。規(guī)范設(shè)計(jì)法從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)仍然是手工設(shè)計(jì)方法，其基本思想是過(guò)程迭代和逐步求精。新奧爾良（New Orleans）方法是規(guī)范設(shè)計(jì)法中比較著名的一種方法。它將數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)分為四個(gè)階段：需求分析、概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)。后經(jīng)改進(jìn)，分為六個(gè)階段：數(shù)據(jù)庫(kù)需求分析、數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施和數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行與維護(hù)。常用規(guī)范方法：1) 基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)。其基本思想是在需求分析的基礎(chǔ)上，用E-R圖來(lái)構(gòu)造一個(gè)反映現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體之間聯(lián)系的信息模式，它是數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)階段廣泛采用的方法。 2) 基

3、于3NF（第三范式）的數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)。該方法是結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，其基本思想是在需求分析的基礎(chǔ)上，確定數(shù)據(jù)庫(kù)模式中的全部屬性和屬性間的依賴關(guān)系，將它們組織在一個(gè)單一的關(guān)系模式中，然后再分析模式中不符合3NF的約束條件，將其進(jìn)行投影分解，規(guī)范成若干個(gè)3NF關(guān)系模式的集合。它是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中邏輯階段可以采用的一種有效方法。3) 基于視圖的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法。先從分析各個(gè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)著手，其基本思想是為每個(gè)應(yīng)用建立自己的視圖，然后再把這些視圖匯總起來(lái)合并成整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模式。3.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法是利用一些專門(mén)的CASE軟件工具來(lái)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程。數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)化設(shè)計(jì)法是指數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程完全由計(jì)算機(jī)完成

4、。常用軟件：產(chǎn)品功能公司Power Designer支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)建模和應(yīng)用開(kāi)發(fā)且不一定要求Sybase數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境SybaseDesigner分析設(shè)計(jì)工具，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，常和Developer（應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具）一起使用。需要Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境OracleERwin支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，還支持事務(wù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)Computer AssociatesVisioVisio是圖形工具集，其中提供了數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)及反向工具M(jìn)icrosoftDatabase DesignerDatabase Designer是一個(gè)嵌入在SQL Server和Access中的圖形工具。所建立的圖稱為Databas

5、e Diagram這種圖不是ER圖，它實(shí)際上是數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模式的圖形化Microsoft數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)1）反復(fù)性：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)不可能一氣呵成，需要反復(fù)推敲和修改才能完成。2）試探性：與解決一般問(wèn)題不同，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的結(jié)果經(jīng)常不是唯一的，所以設(shè)計(jì)的過(guò)程通常是一個(gè)試探的過(guò)程。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)結(jié)果很難達(dá)到非常滿意的效果，常常為了達(dá)到某些方面的優(yōu)化而降低另一方面的性能。3）分步進(jìn)行：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)常常由不同的人員分階段進(jìn)行。為使整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)變得條理清晰、目的明確，必須在每一步分段把關(guān)，逐級(jí)審查，保證數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和進(jìn)度。5.1.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)步驟 前四個(gè)步驟為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)；后兩個(gè)步驟為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)

6、施、運(yùn)行與維護(hù)。1）需求分析：了解和分析用戶的應(yīng)用需求（包括信息需求和處理需求），進(jìn)行需求收集和分析，并以數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典等形式加以描述。2）概念設(shè)計(jì)：把需求分析階段得到的用戶需求進(jìn)行綜合、歸納和抽象，形成一個(gè)獨(dú)立于具體DBMS的概念數(shù)據(jù)模型。3）邏輯設(shè)計(jì)：按照一組轉(zhuǎn)換規(guī)則，將概念設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的概念模型轉(zhuǎn)換為某個(gè)DBMS支持的邏輯數(shù)據(jù)模型。4）物理設(shè)計(jì)：是為邏輯模型選取一個(gè)最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（包括存取結(jié)構(gòu)和存取方法）。5）數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施：設(shè)計(jì)人員運(yùn)用DBMS提供的數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言及其宿主語(yǔ)言，根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的結(jié)果建立數(shù)據(jù)庫(kù)，編制與調(diào)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫(kù)，并進(jìn)行試運(yùn)行。6）數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行與

7、維護(hù)：數(shù)據(jù)庫(kù)試運(yùn)行后，即可投入正式運(yùn)行。數(shù)據(jù)庫(kù)在運(yùn)行期間應(yīng)不斷地對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)、調(diào)整與修改。5.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的需求分析目標(biāo)：給出應(yīng)用領(lǐng)域中數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的關(guān)系和數(shù)據(jù)操作任務(wù)的詳細(xì)定義，為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，為優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)提供可靠依據(jù)。需求分析是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程的基礎(chǔ)。決定了以后各步設(shè)計(jì)的速度與質(zhì)量。5.2.1需求分析的方法在用戶的積極配合下，通過(guò)查閱文檔、面談、觀察業(yè)務(wù)操作、問(wèn)卷調(diào)查等手段來(lái)收集用戶的信息內(nèi)容和處理要求。 （1）結(jié)構(gòu)化分析方法（Structured Analysis，SA）用于需求分析的方法有多種，主要方法有自頂向下和自底

8、向上兩種。其中自頂向下的結(jié)構(gòu)分析方法（簡(jiǎn)稱SA方法）是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法。SA方法從最上層的系統(tǒng)組織機(jī)構(gòu)入手，采用逐層分解的方式分析系統(tǒng)，用數(shù)據(jù)流圖描述系統(tǒng)，處理過(guò)程的處理邏輯常借助判定表或判定樹(shù)來(lái)描述，而系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)則是借助數(shù)據(jù)字典來(lái)描述。（2）數(shù)據(jù)流圖（Data Flow Diagram，DFD）數(shù)據(jù)流圖從數(shù)據(jù)傳遞和加工的角度，來(lái)刻畫(huà)數(shù)據(jù)流從輸入到輸出的移動(dòng)變換過(guò)程。 當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí)，可以采用分層描述的方法。在處理功能逐步分解的同時(shí)，它們所用的數(shù)據(jù)也逐級(jí)分解，形成若干層次的數(shù)據(jù)流圖。數(shù)據(jù)流圖表達(dá)了數(shù)據(jù)和處理過(guò)程的關(guān)系。 （3）數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典是結(jié)構(gòu)化分析方法的核心。數(shù)據(jù)字典是對(duì)所有與系統(tǒng)

9、相關(guān)的數(shù)據(jù)元素的一個(gè)有組織的列表，以及精確的、嚴(yán)格的定義、使得用戶和系統(tǒng)分析員對(duì)于輸入、輸出、存儲(chǔ)成分和中間計(jì)算結(jié)果有共同的理解。數(shù)據(jù)字典把不同的需求文檔和分析模型緊密地結(jié)合在一起，與各模型的圖形表示配合，能清楚地表達(dá)數(shù)據(jù)處理的要求。概括地說(shuō)，數(shù)據(jù)字典的作用是對(duì)DFD中出現(xiàn)的被命名的圖形元素的確切解釋。通常數(shù)據(jù)字典包含的信息有：名稱、別名、含義、類型、何處使用、如何使用、補(bǔ)充信息等。 （4）判定表和判定樹(shù) 它們都是描述加工的圖形工具，適合描述問(wèn)題處理中具有多個(gè)判斷，而且每個(gè)決策與若干條件有關(guān)。 在使用判定樹(shù)或判定表時(shí)，應(yīng)該從問(wèn)題的文字描述中分清哪些是判定條件，哪些是判定的決策規(guī)則，再構(gòu)造判定表

10、或樹(shù)。5.2.2需求分析的任務(wù)通過(guò)詳細(xì)調(diào)查現(xiàn)實(shí)世界要處理的對(duì)象（組織、部門(mén)、企業(yè)等），充分了解原系統(tǒng)（手工系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）工作概況，明確用戶的各種需求，然后在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能。調(diào)查的重點(diǎn)是“數(shù)據(jù)”和“處理”，通過(guò)調(diào)查、收集和分析，獲得用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)業(yè)務(wù)需求、數(shù)據(jù)需求、處理需求，最后編寫(xiě)需求分析說(shuō)明書(shū)。1確定業(yè)務(wù)需求業(yè)務(wù)需求包括業(yè)務(wù)的流程、組成業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)的處理以及一些規(guī)則。 【例5-1】教務(wù)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求分析。1）了解業(yè)務(wù)流程2）明確組成業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)字典3）明確數(shù)據(jù)處理任務(wù)4）明確業(yè)務(wù)規(guī)則數(shù)據(jù)字典片段舉例：表5-2教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)含義說(shuō)明組成學(xué)

11、生定義了一個(gè)學(xué)生的有關(guān)信息學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生日期，班號(hào)課程定義一門(mén)課程的有關(guān)信息課程號(hào)，課程名，學(xué)時(shí)數(shù)，學(xué)分，開(kāi)設(shè)學(xué)期，任課教師。表5-3教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典中的數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)據(jù)項(xiàng)含義說(shuō)明別名類型長(zhǎng)度取值范圍取值含義與其他數(shù)據(jù)項(xiàng)關(guān)系其他說(shuō)明學(xué)號(hào)唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)學(xué)生學(xué)生編號(hào)字符型80000000099999999前兩位表示入學(xué)年， 后六位按順序編號(hào)候選關(guān)鍵字。2確定數(shù)據(jù)需求數(shù)據(jù)需求是指用戶需要一個(gè)信息系統(tǒng)最終能夠提供的所有數(shù)據(jù),通過(guò)分析制作數(shù)據(jù)流圖。【例5-2】 教務(wù)管理系統(tǒng)的頂層數(shù)據(jù)流圖。3確定處理需求 處理需求通常是指用戶要求應(yīng)用軟件系統(tǒng)能夠提供的所有功能。根據(jù)業(yè)務(wù)需求以及數(shù)據(jù)需求可以進(jìn)一步確定處

12、理需求。處理需求可用系統(tǒng)功能模塊圖表示?！纠?-3】 教務(wù)管理系統(tǒng)的功能模塊圖。4編寫(xiě)需求分析說(shuō)明書(shū) 需求分析階段最后是編寫(xiě)系統(tǒng)分析報(bào)告，通常稱為需求規(guī)范說(shuō)明書(shū)。需求規(guī)范說(shuō)明書(shū)是對(duì)需求分析階段的一個(gè)總結(jié)。編寫(xiě)系統(tǒng)分析報(bào)告是一個(gè)不斷反復(fù)、逐步深入與完善的過(guò)程，系統(tǒng)分析報(bào)告應(yīng)包括如下內(nèi)容： 系統(tǒng)概況，系統(tǒng)的目標(biāo)、范圍、背景、歷史和現(xiàn)狀； 系統(tǒng)的原理和技術(shù)，對(duì)原系統(tǒng)的改善； 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說(shuō)明； 系統(tǒng)功能說(shuō)明； 數(shù)據(jù)處理概要、工程體制和設(shè)計(jì)階段劃分； 系統(tǒng)方案及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、功能和操作上的可行性。5.3數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì) 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(guò)程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。它

13、是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。概念結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：能真實(shí)、充分地反映現(xiàn)實(shí)世界，包括事物和事物之間的聯(lián)系，能滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)的處理要求；易于理解，可以用它和用戶交換意見(jiàn)，用戶的積極參與是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵；易于修改，當(dāng)應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用要求改變時(shí)，容易對(duì)概念模型修改和擴(kuò)充；易于向關(guān)系數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。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(dú)立于機(jī)器、更抽象，從而更加穩(wěn)定。5.3.1概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法與步驟以需求分析為基礎(chǔ)，通常采用自底向上的方法進(jìn)行概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。按照這種方法，概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可按下面步驟進(jìn)行。 5.3.2數(shù)據(jù)抽象與局部視圖的設(shè)計(jì)1.數(shù)據(jù)抽象 E-R模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一種抽象。所謂抽象

14、是對(duì)實(shí)際的人、物、事和概念，抽取人們關(guān)心的共同特性并用各種概念精確地加以描述，組成了某種模型。分類：定義某一類概念作為現(xiàn)實(shí)世界中一組對(duì)象的類型。 聚集：定義某一類型的組成成分。 概括：定義類型之間的一種子集聯(lián)系。 分類聚集概括2. 局部視圖（局部E-R圖）設(shè)計(jì)1）確定局部視圖的設(shè)計(jì)范圍：根據(jù)系統(tǒng)情況，在多層的數(shù)據(jù)流圖中選擇一個(gè)適當(dāng)層次的數(shù)據(jù)流圖，讓這組圖中每一部分對(duì)應(yīng)一個(gè)局部應(yīng)用，然后以這一層次的數(shù)據(jù)流圖為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)局部視圖。通常以中層數(shù)據(jù)流圖作為設(shè)計(jì)局部視圖的依據(jù) 。教務(wù)管理系統(tǒng)的第1層數(shù)據(jù)流圖學(xué)籍管理選課管理2）確定實(shí)體及實(shí)體的主關(guān)鍵字：區(qū)分實(shí)體與屬性的一般原則：第一，實(shí)體一般需要描述信

15、息，而屬性不需要。例如，學(xué)生需要描述屬性（學(xué)號(hào)、姓名、性別等），所以學(xué)生是實(shí)體。而性別是屬性。第二，多值的屬性可考慮作為實(shí)體。例如，教師的職務(wù)是一個(gè)多值的屬性，即一個(gè)教師可能擔(dān)任多個(gè)職務(wù)。此時(shí)，職務(wù)可以考慮作為一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體，否則數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系中將會(huì)出現(xiàn)大量的空值。 3）定義實(shí)體間的聯(lián)系。 4）給實(shí)體及聯(lián)系加上描述屬性。 【例5-6】 教務(wù)管理系統(tǒng)中的主要實(shí)體。 從各個(gè)子系統(tǒng)分析，確定以下實(shí)體：學(xué)生、班級(jí)、專業(yè)、優(yōu)異生、學(xué)籍變動(dòng)、課程、教師等。3. E-R圖設(shè)計(jì)原則1）真實(shí)性原則：是指E-R圖必須能真實(shí)地反映客觀世界的狀況。真實(shí)是建立描述客觀現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)，是成功的前提。2）避冗余原則：是要求在描述客

16、觀現(xiàn)實(shí)的一個(gè)事物時(shí)只能在一個(gè)地方出現(xiàn)。冗余將會(huì)增加信息的存儲(chǔ)空間，另外還將造成數(shù)據(jù)的不一致性。3）合適性原則：是指在描述某個(gè)事物時(shí)，選擇實(shí)體、聯(lián)系、還是屬性哪個(gè)較合適?！纠?-9】 教務(wù)管理系統(tǒng)中的局部E-R圖。5.3.3視圖集成1視圖集成概述 視圖集成可分為局部視圖集成和新老視圖集成。局部視圖集成是指對(duì)新設(shè)計(jì)的各局部視圖進(jìn)行集成；而新老視圖集成是指原來(lái)已存在的集成視圖與新增加的局部視圖進(jìn)行集成。不管是哪一種集成，都會(huì)存在各種沖突。例如，命名沖突、結(jié)構(gòu)沖突、度量沖突以及值域沖突等。2視圖集成的策略 （1）二元集成：是一種兩兩集成方式，即每次集成的視圖數(shù)為2。優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)集成步驟上分析比較過(guò)程簡(jiǎn)單

17、化，缺點(diǎn)是集成操作的總的次數(shù)較多。（2）多元集成：多元集成是一種集成視圖數(shù)大于2的集成方式。3視圖集成的步驟 （1）預(yù)集成階段：確定總的集成策略，包括視圖集成的優(yōu)先次序、一次集成的視圖數(shù)以及初始集成序列等；對(duì)視圖進(jìn)行分析比較、識(shí)別數(shù)據(jù)對(duì)象間的語(yǔ)義，揭示和解決沖突，為下一階段視圖的集成奠定基礎(chǔ)。（2）集成階段：集成階段的主要任務(wù)是歸并和重構(gòu)視圖，最后得到一個(gè)統(tǒng)一的全局實(shí)體。應(yīng)該滿足以下要求：第一，完整性和正確性。第二，最小化。第三，可理解性。4新老數(shù)據(jù)模式的集成新老數(shù)據(jù)模式的集成可有兩種情況：第一，一個(gè)單位已建立了若干面向單項(xiàng)應(yīng)用的獨(dú)立數(shù)據(jù)庫(kù)。集成工作包括單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的集成和擴(kuò)充的數(shù)據(jù)模式的集成。

18、 第二，已建立了在一定范圍內(nèi)支持多項(xiàng)應(yīng)用的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)模式已是一個(gè)經(jīng)過(guò)集成的數(shù)據(jù)模式，這時(shí)再和擴(kuò)充模式進(jìn)行集成時(shí)，應(yīng)盡量地向原有模式靠攏，以使原應(yīng)用程序基本不變。對(duì)所有局部視圖集成后便形成了一個(gè)整體的數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)，確保滿足下列條件：整體概念結(jié)構(gòu)內(nèi)部必須具有一致性，不存在各種沖突。整體概念結(jié)構(gòu)能準(zhǔn)確地反映原各局部視圖結(jié)構(gòu)，包括屬性、實(shí)體及實(shí)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需求。 【例5-10】 教務(wù)管理系統(tǒng)的概念視圖。5.4數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)在概念設(shè)計(jì)所獲得的E-R圖的基礎(chǔ)上，定義和優(yōu)化關(guān)系模式，形成數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)最終選用的DBMS有關(guān)。5.4

19、.1數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程1. 數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程主要任務(wù)是在概念設(shè)計(jì)所獲得的E-R圖的基礎(chǔ)上，首先利用一些轉(zhuǎn)換規(guī)則得到一組初始關(guān)系模式集，然后用關(guān)系規(guī)范化理論對(duì)關(guān)系模式進(jìn)行優(yōu)化，以獲得優(yōu)良的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，最后結(jié)合所采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的具體特性完成數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)。2E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（1）實(shí)體到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于E-R圖中的每一個(gè)實(shí)體，在關(guān)系模式中建立一個(gè)與其同名且具有相同屬性集的關(guān)系。而關(guān)系的關(guān)鍵字就對(duì)應(yīng)實(shí)體的關(guān)鍵字。（2）聯(lián)系到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換 對(duì)于兩個(gè)實(shí)體的一對(duì)一聯(lián)系，可將聯(lián)系本身自帶的屬性與任何一個(gè)實(shí)體的關(guān)鍵字一起合并到另一個(gè)實(shí)體之中。【例5-11】 一對(duì)一聯(lián)系的轉(zhuǎn)換：班級(jí)和班長(zhǎng)

20、實(shí)體聯(lián)系。對(duì)于兩個(gè)實(shí)體的一對(duì)多聯(lián)系，可將聯(lián)系本身自帶的屬性與一方實(shí)體的關(guān)鍵字一起合并到多方實(shí)體之中。【例5-12】 一對(duì)多聯(lián)系的轉(zhuǎn)換：學(xué)生和班級(jí)實(shí)體聯(lián)系。對(duì)于兩個(gè)實(shí)體的多對(duì)多聯(lián)系，可直接轉(zhuǎn)換成一個(gè)關(guān)系模式，即用三個(gè)關(guān)系模式來(lái)描述，其屬性包括聯(lián)系本身自帶的所有屬性和兩個(gè)相關(guān)實(shí)體的鍵碼，其主鍵由兩個(gè)相關(guān)實(shí)體的主鍵組合構(gòu)成?！纠?-13】 多對(duì)多聯(lián)系的轉(zhuǎn)換：學(xué)生和課程實(shí)體聯(lián)系。3關(guān)系模式的優(yōu)化關(guān)系模式是對(duì)關(guān)系結(jié)構(gòu)的描述，它設(shè)計(jì)得好壞，將直接影響數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性、冗余性和可操作性。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)不能簡(jiǎn)單用對(duì)與錯(cuò)來(lái)衡量。優(yōu)化就是對(duì)已建立的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行適當(dāng)修改和調(diào)整，使其更規(guī)范、合理并且滿足信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)需求

21、。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)。5.4.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范化關(guān)系模式的規(guī)范化理論包括一系列范式（Normal Forms，簡(jiǎn)記為NF），高一級(jí)范式所需要的條件包含了低一級(jí)范式所需要的條件，如一個(gè)關(guān)系模式需要滿足第三范式，則其必須滿足第一范式和第二范式的條件。所謂關(guān)系模式的規(guī)范化是將一個(gè)低一級(jí)范式的關(guān)系模式，通過(guò)模式分解轉(zhuǎn)換為高一級(jí)范式的過(guò)程。對(duì)于大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，第三范式已足夠使用。關(guān)系模式的規(guī)范化的三個(gè)范式1第一范式（1NF）如果關(guān)系（表）中的每一分量都是不可分的，則稱該關(guān)系（表）滿足1NF。2第二范式（2NF）包含在任意一個(gè)候選關(guān)鍵字中的屬性稱為主屬性，否則稱為非主屬性。如果

22、一個(gè)表是1NF且所有非主屬性完全依賴于某一個(gè)候選關(guān)鍵字，則稱該表是2NF。 第二范式主要用于有組合關(guān)鍵字的表，也就是主關(guān)鍵字是由兩個(gè)或多個(gè)屬性組合而成的表。主關(guān)鍵字是單屬性且滿足1NF條件的表一定是2NF的表。3第三范式（3NF）如果一個(gè)表是2NF，且表中任意非主屬性都不傳遞依賴于某一個(gè)候選關(guān)鍵字，則該表是3NF的。三個(gè)范式的應(yīng)用舉例(非1NF表3NFA、B、C、D、E)非1NF表 非2NF表 非3NF表ABCDE5.4.3關(guān)系模式的設(shè)計(jì)原則在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，關(guān)系模式是根據(jù)有關(guān)實(shí)體屬性及其相互聯(lián)系等方面的內(nèi)容轉(zhuǎn)換構(gòu)成的，然后進(jìn)行規(guī)范化，確定滿足用戶預(yù)定要求條件的適當(dāng)規(guī)范化的一組關(guān)系模式。因此

23、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)要以關(guān)系規(guī)范化理論為基礎(chǔ)，充分考慮關(guān)系模型的數(shù)據(jù)完整性規(guī)則，下面以實(shí)例討論數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的一些具有指導(dǎo)性的原則。（1）一個(gè)表應(yīng)該滿足1NF，并根據(jù)信息系統(tǒng)需要相對(duì)完整、合理地表達(dá)實(shí)體集的屬性。在需求分析時(shí)對(duì)信息準(zhǔn)確把握，抽象出系統(tǒng)所關(guān)注的實(shí)體集的屬性，并以合適的數(shù)據(jù)類型來(lái)描述。針對(duì)系統(tǒng)需求，只選擇與系統(tǒng)相關(guān)的屬性。屬性的數(shù)據(jù)類型定義要合理，因?yàn)椴煌臄?shù)據(jù)類型表達(dá)能力不同，帶來(lái)的系統(tǒng)開(kāi)銷（存儲(chǔ)空間、處理速度等）也不一樣，合理地選擇屬性的數(shù)據(jù)類型描述還會(huì)給應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)帶來(lái)便利。【例5-17】 學(xué)生表中學(xué)號(hào)和年齡的表達(dá)。“學(xué)號(hào)”整數(shù)還是字符？“年齡”整數(shù)還是日期型？“性別”表達(dá)？“姓名”字

24、符串長(zhǎng)度？（2）表結(jié)構(gòu)中不含含義類似的重復(fù)字段表中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)含義相類似的字段，比如多個(gè)聯(lián)系電話，多個(gè)聯(lián)系人等，為了將來(lái)程序處理方便，最好不分列多個(gè)相似字段?！纠?-18】 不含含義相似的字段：通訊錄表中聯(lián)系方式的表達(dá)。含義類似的重復(fù)字段（3）保持實(shí)體獨(dú)立性，表的每一列均依賴主關(guān)鍵字，而不是依賴主關(guān)鍵字的部分字段，即滿足2NF。 實(shí)體中存在依賴部分主關(guān)鍵字段的屬性，會(huì)造成數(shù)據(jù)的反復(fù)存儲(chǔ)，帶來(lái)數(shù)據(jù)冗余，更為嚴(yán)重的是它容易造成數(shù)據(jù)的不一致。【例5-19】 保持實(shí)體的獨(dú)立性：選課表分解為課程表和成績(jī)表。部分依賴（4）保持實(shí)體的獨(dú)立性，表中不存在傳遞依賴，即每一列均直接依賴主關(guān)鍵字。即滿足3NF。傳遞依

25、賴是指字段間接依賴主關(guān)鍵字，會(huì)造成數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)不一致?！纠?-20】 保持實(shí)體的獨(dú)立性：學(xué)生表分解為學(xué)生表和班級(jí)表，即滿足3NF。存在傳遞依賴（5）最好不在數(shù)據(jù)庫(kù)中存放計(jì)算值?！纠?-21】 不存放計(jì)算值：選課表中的平均成績(jī)。數(shù)據(jù)庫(kù)中應(yīng)存放基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，客戶需要的匯總計(jì)算結(jié)果最好不要和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存放到一起，容易造成與真實(shí)信息不一致。存放計(jì)算值（6）最好為每個(gè)表定義主關(guān)鍵字，實(shí)施保證關(guān)系完整性的各種約束。主關(guān)鍵字不是必須的，但最好為每個(gè)表定義主關(guān)鍵字，因?yàn)樗鼤?huì)為數(shù)據(jù)維護(hù)和表結(jié)構(gòu)管理帶來(lái)很多好處。實(shí)施保證關(guān)系完整性的各種約束對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的意義非常重大。 （7）要根據(jù)實(shí)際問(wèn)題需要，運(yùn)用關(guān)系模式設(shè)計(jì)原

26、則和關(guān)系規(guī)范化理論。，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量遵守?cái)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范化理論和設(shè)計(jì)原則，以實(shí)現(xiàn)較優(yōu)秀的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。但這些原則只是指導(dǎo)性的，不是絕對(duì)要求的，在某些應(yīng)用中，規(guī)范化程度高的關(guān)系模式不一定是最合適的關(guān)系模式，要根據(jù)實(shí)際情況確定。違反原則的需求舉例簡(jiǎn)化應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的需求：對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，非規(guī)范化的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)可能會(huì)使數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序簡(jiǎn)單化；提高查詢效率的需求：為了支持快速查找可以事先將匯總結(jié)果算好存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中；再例如，對(duì)于歷史信息的轉(zhuǎn)儲(chǔ)，主要用于查詢匯總等應(yīng)用，可以將規(guī)范化程度較高的關(guān)系模式合并為規(guī)范化低的關(guān)系，從而提高查詢響應(yīng)效率。減少數(shù)據(jù)修改量的需求：高規(guī)范化意味著關(guān)系間的聯(lián)系比較多，數(shù)據(jù)約束多

27、，因此在進(jìn)行修改操作時(shí)可能會(huì)涉及多表的數(shù)據(jù)修改，低規(guī)范化的表將更多屬性歸并到較少的表中，可減少數(shù)據(jù)修改量?！纠?-22】教務(wù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)。(1) T_Student學(xué)生表：存儲(chǔ)學(xué)生基本信息。 字段名稱字段說(shuō)明類型定義屬性限定索引關(guān)系（外鍵）StudentCode學(xué)號(hào)Char(8)Primary KeyStudentName學(xué)生姓名Varchar (16)Not NullClassCode班號(hào)Char (6)Not NullT_Class: ClassCodeSex 性別Char (2)Not Null男或女Birthday出生日期DatetimeLiveInDorm是否住校BitD

28、efault 1Photo學(xué)生照片ImageTelephone聯(lián)系電話Varchar (40) HomePage個(gè)人主頁(yè)Varchar(50)Description備注Text(2) T_Class表：存儲(chǔ)班級(jí)基本情況。字段名稱字段說(shuō)明類型定義屬性限定索引關(guān)系（外鍵）ClassCode班號(hào)Char(6)Primary Key ClassName班級(jí)名稱Varchar(20)Not NullMajorCode專業(yè)號(hào)Char(6)Not NullT_Major: MajorCode(3) T_Major表：存儲(chǔ)專業(yè)設(shè)置的基本情況字段名稱字段說(shuō)明類型定義屬性限定索引關(guān)系（外鍵）MajorCode專業(yè)

29、號(hào)Char(6)Primary KeyMajorName專業(yè)名稱Varchar(20)Not NullAcademy學(xué)院名稱Varchar(20)Not NullEduDegree學(xué)位Varchar(16)MajorTuition學(xué)費(fèi)MoneyNot NullDescription備注信息Text字段名稱字段說(shuō)明類型定義屬性限定索引關(guān)系（外鍵）CourseCode課程號(hào)Char(6)Primary KeyCourseName課程名稱Varchar(30)Not NullCredit學(xué)分Numeric(3,1)Default 0 =0Academy開(kāi)課學(xué)院Varchar(20)Not NullC

30、lassTime上課學(xué)時(shí)Tinyint=0LabTime實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)Tinyint=0TotalStudent最大學(xué)生數(shù)Smallint=0Teacher任課教師Varchar (16)Description備注Text(4) T_Course表：存儲(chǔ)開(kāi)設(shè)課程的基本情況。(5) T_Grade表：存儲(chǔ)學(xué)生選課及成績(jī)。字段名稱字段說(shuō)明類型定義屬性限定索引關(guān)系（外鍵）StudentCode學(xué)號(hào)Char(8)Primary KeyT_Student: StudentCodeCourseCode課程號(hào)Char(6)Primary KeyT_Course: CourseCodeGrade成績(jī)Numeric(

31、4,1)Default 0 =05.5數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫(kù)的物理設(shè)計(jì)是對(duì)已確定的邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，利用DBMS所提供的方法、技術(shù)，以較優(yōu)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存取路徑、合理的數(shù)據(jù)存放位置以及存儲(chǔ)分配，設(shè)計(jì)出一個(gè)高效的、可實(shí)現(xiàn)的物理數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。 1. 數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)的要求1）對(duì)要運(yùn)行的事務(wù)進(jìn)行詳細(xì)分析，獲得選擇物理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)所需要的參數(shù)。2）要充分了解所用DBMS的內(nèi)部特征，特別是系統(tǒng)提供的存取方法和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。3）對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)查詢事務(wù)，需要得到如下信息：查詢的關(guān)系、查詢條件所涉及的屬性、聯(lián)接條件所涉及的屬性、查詢的投影屬性。4）對(duì)于數(shù)據(jù)更新事務(wù)，需要得到如下信息：被更新的關(guān)系、每個(gè)關(guān)系上的更新操作條件

32、所涉及的屬性、修改操作要改變的屬性值。2. 關(guān)系模式存取方法的選擇 （1）索引存取方法的選擇如果一個(gè)（或一組）屬性經(jīng)常在查詢條件中出現(xiàn)，則考慮在這個(gè)（或這組）屬性上建立索引（或組合索引）；如果一個(gè)屬性經(jīng)常作為最大值和最小值等聚集函數(shù)的參數(shù)，則考慮在這個(gè)屬性上建立索引；如果一個(gè)（或一組）屬性經(jīng)常在聯(lián)接操作的聯(lián)接條件中出現(xiàn)，則考慮在這個(gè)（或這組）屬性上建立索引。（2）聚簇存取方法的選擇為了提高某個(gè)屬性（或?qū)傩越M）的查詢速度，把這個(gè)或這些屬性（稱為聚簇碼）上具有相同值的元組集中存放在連續(xù)的物理塊稱為聚簇。（3）數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的確定確定數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)主要是指確定數(shù)據(jù)的存放位置和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括確定關(guān)系、

33、索引、聚簇、日志、備份等的存儲(chǔ)安排和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)以及確定系統(tǒng)配置等。（4）物理結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)物理設(shè)計(jì)過(guò)程需要對(duì)時(shí)間、空間效率、維護(hù)代價(jià)和各種用戶要求進(jìn)行權(quán)衡，其結(jié)果可以產(chǎn)生多種方案。在實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)前，對(duì)這些方案進(jìn)行細(xì)致的評(píng)價(jià)，以選擇一個(gè)較優(yōu)的方案作為數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)。評(píng)價(jià)物理數(shù)據(jù)庫(kù)的方法完全依賴于所選用的DBMS，主要是從定量估算各種方案的存儲(chǔ)空間、存取時(shí)間和維護(hù)代價(jià)入手，對(duì)估算結(jié)構(gòu)進(jìn)行權(quán)衡、比較，選出較優(yōu)方案。5.6數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施階段主要做兩項(xiàng)工作：1 . 應(yīng)用程序的編制與調(diào)試；定義數(shù)據(jù)庫(kù)，建立實(shí)際數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，編制與調(diào)試應(yīng)用程序。2. 數(shù)據(jù)的加載及數(shù)據(jù)庫(kù)試運(yùn)行?？上仁褂媚M數(shù)據(jù)。如由手工生成或用

34、隨機(jī)數(shù)發(fā)生器生成。測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)盡可能覆蓋需求分析階段所需的各種數(shù)據(jù)。 功能測(cè)試：實(shí)際運(yùn)行應(yīng)用程序，執(zhí)行對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各種操作，測(cè)試應(yīng)用程序的各種功能是否符合應(yīng)用要求。性能測(cè)試：測(cè)量系統(tǒng)的性能指標(biāo)，分析是否符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。5.7數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行與維護(hù) 數(shù)據(jù)庫(kù)試運(yùn)行合格后，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作基本完成，即可投入正式運(yùn)行。在數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行期間，由數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）來(lái)維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)常性工作。維護(hù)內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性、完整性控制 數(shù)據(jù)庫(kù)性能的監(jiān)督、分析和改進(jìn) 數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)整數(shù)據(jù)庫(kù)的重組和重構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)整、重組以及重構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)整：包括調(diào)整數(shù)據(jù)模式、調(diào)整索引和聚簇、調(diào)整數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行環(huán)境以及調(diào)整數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)，

35、目的是提高系統(tǒng)性能。數(shù)據(jù)庫(kù)的重構(gòu)：主要是根據(jù)新環(huán)境調(diào)整數(shù)據(jù)庫(kù)的模式和內(nèi)模式、增加新的數(shù)據(jù)項(xiàng)、改變數(shù)據(jù)項(xiàng)的類型、改變數(shù)據(jù)庫(kù)的容量、增加或刪除索引以及修改完整性約束條件。重構(gòu)是邏輯上的調(diào)整。數(shù)據(jù)庫(kù)的重組：是在數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行一段時(shí)間后，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的物理組織進(jìn)行一次全面的調(diào)整。是物理存儲(chǔ)位置的調(diào)整。 本章小結(jié) 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述:：設(shè)計(jì)方法和步驟數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的需求分析：數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典、系統(tǒng)功能模塊圖、系統(tǒng)需求說(shuō)明書(shū)數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)：概念設(shè)計(jì)步驟，數(shù)據(jù)抽象、E-R圖設(shè)計(jì)、視圖集成數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)：邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程、E-R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換、關(guān)系模式的三個(gè)范式、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原則數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)：物理設(shè)計(jì)要求、索引的選擇、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的確定數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施：編程調(diào)試、加載數(shù)據(jù)試運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行與維護(hù)：主要工作、數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)整、重組和重構(gòu)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)練習(xí)(學(xué)生課外科技活動(dòng)管理系統(tǒng))需求描述： 不同的科技活動(dòng)項(xiàng)目有不同的要求（人數(shù)、學(xué)生年級(jí)、相應(yīng)課程成績(jī)），學(xué)生報(bào)名選擇想?yún)⒓拥目萍蓟顒?dòng)項(xiàng)目，系統(tǒng)根據(jù)項(xiàng)目的要求和約束錄取同學(xué)，并進(jìn)行分組，完成活動(dòng)后指導(dǎo)教師給出成績(jī)和評(píng)語(yǔ)，學(xué)生可以查詢參加項(xiàng)目及得分情況。要求：1）數(shù)據(jù)流