二章數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計概述-PPT精選

1、主講人 徐萬萬數(shù)據(jù)庫及其應用系統(tǒng)開發(fā) Access 2003張迎新 主編7/23/20221第二章數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計概述7/23/202222.1 數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的開發(fā)2.2 數(shù)據(jù)庫的設計2.3 規(guī)范化理論的基本概念2.4 規(guī)范化設計2.5 “教學管理系統(tǒng)”的開發(fā)2.6 Access2019開發(fā)工具7/23/202232.1 數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的開發(fā) 數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的開發(fā)方法 結構化生命周期法（開發(fā)周期較長） 原型法（以用戶需求為準） 面向對象方法（應變能力較強）7/23/20224 結構化生命周期法基本思想：把系統(tǒng)的開發(fā)看作工程項目。需要經(jīng)過系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運行和維護

2、五個階段。7/23/20225 結構化生命周期法的開發(fā)步驟一、系統(tǒng)規(guī)劃階段在系統(tǒng)正式開發(fā)之前，必須進行系統(tǒng)調查和可行性分析。本階段的主要任務是根據(jù)用戶的系統(tǒng)開發(fā)請求，初步調查，明確問題，進行可行性分析研究。7/23/20226二、系統(tǒng)分析階段系統(tǒng)分析階段可以說是系統(tǒng)開發(fā)中最重要的一步。主要任務： 需求分析 信息采集 編寫需求說明書7/23/20227三、系統(tǒng)設計階段 如果系統(tǒng)分析階段的任務是解決“干什么”的問題，那么系統(tǒng)設計階段的任務是確定“怎么干”。系統(tǒng)設計工作由總體設計和詳細設計兩部分組成。 7/23/20228四、系統(tǒng)實施階段第一步：選擇合適的軟件開發(fā)工具。第二步：使用所選擇的開發(fā)工具，

3、建立數(shù)據(jù)庫，輸入原始數(shù)據(jù)，編寫和調試各個模塊的應用程序代碼。第三步：完成各個子系統(tǒng)和模塊之間的聯(lián)合調試和測試。7/23/20229五、系統(tǒng)運行和維護階段系統(tǒng)正式交給用戶投入使用，便進入系統(tǒng)的運行和維護階段。用戶在使用過程中，可能會發(fā)現(xiàn)很多問題，或提出新的要求，開發(fā)者應不斷對系統(tǒng)進行修改、維護或調整，直至系統(tǒng)生命周期的結束。7/23/2022101、概念模型設計最常用的工具是E-R圖。步驟如下：(1)確定實體；(2)確定實體的屬性；(3)確定實體的主鍵；(4)確定實體間的聯(lián)系類型；(5)畫出E-R圖。2.2 數(shù)據(jù)庫的設計7/23/2022112、邏輯數(shù)據(jù)庫設計任務是將概念模型轉換成數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

4、所支持的數(shù)據(jù)模型。如果是關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，就應將概念模型轉換為關系模型，即將E-R圖中的實體和聯(lián)系轉換為關系模式（二維表）。7/23/2022122、邏輯數(shù)據(jù)庫設計關系模式（二維表）學院（學院代碼、學院名稱、院長姓名、學院地址、學院電話、學院簡介）系部（系部編號、學院代碼、系部名稱、主任、地址、電話、專業(yè)介紹）教師（教師編號、系部編號、姓名、性別、學歷、職稱、辦公電話、手機、E-mail、照片）班級（班級編號、班級名稱、班長、聯(lián)系電話、獎勵處罰、系部編號）學生（學號、姓名、性別、出生年月、籍貫、個人簡歷、照片、獎勵處罰、班級編號）7/23/2022133、規(guī)范化理論的應用在上一步的邏輯數(shù)據(jù)

5、庫設計中，形成了一組關系模式。如果關系模式?jīng)]有設計好，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)更新異常、數(shù)據(jù)刪除異常、數(shù)據(jù)插入異常等問題。規(guī)范化理論的目的就是設計好的關系模式。7/23/2022144、物理數(shù)據(jù)庫設計任務是設計數(shù)據(jù)庫的存儲結構和物理實現(xiàn)方法。例如：字段的存儲類型及屬性 7/23/2022151函數(shù)依賴函數(shù)依賴是屬性之間的一種聯(lián)系。如果一個關系模式設計得不好，說明在它的某些屬性之間存在“不良”的函數(shù)依賴。2.3 規(guī)范化理論的基本概念7/23/202216設在關系R中，X、Y為R的兩個屬性子集，如果每個X值只有一個Y值與之對應，則稱屬性Y函數(shù)依賴于屬性X；或稱屬性X惟一確定屬性Y，記作XY。例如：學

6、號確定姓名如果XY，同時Y不包含于X，則稱XY是非平凡的函數(shù)依賴。（注：本書介紹的是非平凡的函數(shù)依賴） 2.3 規(guī)范化理論的基本概念7/23/2022172完全函數(shù)依賴設在關系R中，X、Y為R的兩個屬性子集，若XY，且對于X的任何一個真子集X，都有XY, 則稱Y完全函數(shù)依賴于X。若X Y，則稱：Y部分函數(shù)依賴于X。 反例見P27表2-37/23/2022183傳遞函數(shù)依賴設在關系R中，X、Y、Z為R的三個屬性子集。若XY，YZ，且X不依賴于Y，則稱：Z傳遞函數(shù)依賴于X 。 反例見P28表2-67/23/2022191971年IBM公司的科德博士提出了規(guī)范化理論，從而提供了判別關系模式優(yōu)劣的標準

7、。 規(guī)范化的基本思想是消除關系模式中的數(shù)據(jù)冗余。解決數(shù)據(jù)插入、更新、刪除時發(fā)生異常現(xiàn)象。這就要求關系數(shù)據(jù)庫設計出來的關系模式要滿足規(guī)范的模式，即“范式”。2.4 規(guī)范化設計7/23/202220科德博士為不同程度的規(guī)范化設立了不同的標準，稱為范式(Normal Form)。由于規(guī)范化的程度不同，就產(chǎn)生了不同的范式。2.4 規(guī)范化設計7/23/202221數(shù)據(jù)庫的邏輯設計為什么要遵循一定的規(guī)范化理論？例如：要設計教學管理數(shù)據(jù)庫，其關系模式SCD如下：SCD(SNO,SN,AGE,DEPT,MN,CNO,SCORE)其中SNO表示學號，SN表示學生姓名，AGE表示學生年齡，DEPT表示學生所在系別

8、，MN表示系主任姓名，CNO表示課程號，SCORE表示成績。 7/23/202222根據(jù)實際情況，這些數(shù)據(jù)有如下語義規(guī)定：1.一個系有若干個學生，但一個學生只屬于一個系；2.一個系只有一名系主任，但一個人可以同時兼幾個系的系主任；3.一個學生可以選修多門功課，每門課程可有若干學生選修；4.每個學生學習一門課程只有一個成績。在這個關系模式中填入一部分具體的數(shù)據(jù)，可得到SCD關系模式的實例，即一個教學管理數(shù)據(jù)庫，如下表所示。7/23/202223SNOSNAGEDEPTMNCNOSCORES1趙亦17計算機劉偉C190S1趙亦17計算機劉偉C285S2錢爾18信息王平C557S2錢爾18信息王平C

9、680S2錢爾18信息王平C770S2錢爾18信息王平C570S3孫珊20信息王平C10S3孫珊20信息王平C270S3孫珊20信息王平C485S4李思男自動化劉偉C193課程分數(shù)學號系別7/23/202224分析：從以上關系的數(shù)據(jù)中可以看出：(SNO,CNO)屬性的組合能唯一標識一個元組，所以(SNO,CNO)是該關系模式的主鍵。但在進行數(shù)據(jù)庫的操作時，會出現(xiàn)以下幾方面的問題：7/23/202225數(shù)據(jù)冗余。每個系名和系主任的名字存儲的次數(shù)等于該系的學生人數(shù)乘以每個學生選修的課程門數(shù)，同時學生的姓名、年齡也都要重復存儲多次，數(shù)據(jù)的冗余度很大，浪費了存儲空間。7/23/2022262. 插入異

10、常。如果某個新系沒有招生，則系名和系主任的信息無法插入到數(shù)據(jù)庫中（缺少主鍵值）。因為在這個關系模式中，(SNO,CNO)是主鍵。根據(jù)關系的實體完整性約束，主鍵的值不能為空，而這時沒有學生，SNO和CNO均無值，因此不能進行插入操作。7/23/202227另外，當某個學生尚未選課，即CNO未知，根據(jù)實體完整性約束的規(guī)定，主鍵的值不能部分為空，同樣不能進行插入操作。7/23/2022283. 刪除異常。某系學生全部畢業(yè)而沒有再招生時，刪除全部學生的記錄則系名、系主任也隨之刪除。此時，這個系雖然存在，在數(shù)據(jù)庫中卻無法找到該系的信息。7/23/2022293. 刪除異常。另外，如果某個學生不再選修C1

11、課程，本應該只刪去C1，但C1是主鍵的一部分，為保證實體完整性，必須將整個元組一起刪掉。這樣，有關該學生的其它信息也隨之丟失。7/23/2022304. 更新異常。如果學生改名，則該學生的所有記錄都要逐一修改SN；又如某系更換系主任，則屬于該系的學生記錄都要修改MN的內容，稍有不慎，就有可能漏改某些記錄，這就會造成數(shù)據(jù)的不一致性，破壞了數(shù)據(jù)的完整性。7/23/202231由于存在以上問題，SCD是一個不好的關系模式。產(chǎn)生上述問題的原因，直觀地說，是因為關系中“包羅萬象”，內容太雜了。 怎樣才能得到一個好的關系模式呢？7/23/202232把關系模式SCD分解為下面三個結構簡單的關系模式，如圖所

12、示。學生S(SNO,SN,AGE,DEPT)選課SC(SNO,CNO,SCORE)系D(DEPT,MN)7/23/202233S SCSNOSNAGEDEPTSNOCNOSCORES1趙亦17計算機S1C190S2錢爾18信息S1C285S3孫珊20信息S2C557S4李思21自動化S2C680S2C7DS2C570DEPTMNS3C10計算機劉偉S3C270信息王平S3C485自動化劉偉S4C193分解后的關系模式 7/23/202234經(jīng)過上述分析，分解后的關系模式是一個好的關系數(shù)據(jù)庫模式。好的關系模式應具備以下四個條件：1. 盡可能少的數(shù)據(jù)冗余。2. 沒有插入異常。3. 沒有刪除異常。4

13、. 沒有更新異常。 7/23/202235按照一定的規(guī)范設計關系模式，將結構復雜的關系分解成結構簡單的關系，從而把不好的關系數(shù)據(jù)庫模式轉變?yōu)楹玫年P系數(shù)據(jù)庫模式，這就是關系的規(guī)范化。7/23/202236把關系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化要求設立的標準稱為范式（Normal Form）。由于規(guī)范化的程度不同，就產(chǎn)生了不同的范式。范式 7/23/202237范式 滿足最基本規(guī)范化要求的關系模式叫第一范式在第一范式中進一步滿足一些要求為第二范式以此類推就產(chǎn)生了第三范式等概念。每種范式都規(guī)定了一些限制約束條件。 7/23/202238第一范式（1NF）第一范式（First Normal Form）是最基本的規(guī)范形式

14、，即關系中每個屬性都是不可再分的簡單項。每個規(guī)范化的關系都屬于1NF，這也是它之所以稱為“第一”的原因。 7/23/202239第一范式（1NF）定義 如果關系模式R，其所有的屬性均為簡單屬性，即每個屬性都是不可再分的，則稱R屬于第一范式，簡稱1NF，記作R1NF。7/23/202240編號姓名電話家庭電話辦公電話01004張輝春667788998733421102019陳玉茜672123458656633302019張一燕6789123482334212編號姓名家庭電話辦公電話01004張輝春667788998733421102019陳玉茜672123458656633302019張一燕67

15、89123482334212只要將所有的屬性表示為不可再分的數(shù)據(jù)項，轉化后的關系即符合第一范式。 7/23/202241然而，一個關系模式僅僅屬于第一范式是不適用的。關系模式SCD屬于第一范式，但其具有大量的數(shù)據(jù)冗余，具有插入異常、刪除異常、更新異常等弊端。7/23/202242第二范式（2NF）定義 如果關系模式R1NF，且每個非主屬性都完全函數(shù)依賴于任意一個侯選關鍵字，則稱R屬于第二范式，簡稱2NF，記作R2NF。7/23/202243學號課程號成績學分01002C176401002C288502019C190402019C286502019C393405007C3964其原因是：非主屬性

16、“學分”僅僅依賴于“課程號”，也就是說只是部分依賴于主關鍵字（學號，課程號），而不是完全依賴。學號課程號成績課程號課程名學分01002C176C1高等數(shù)學401002C288C2計算機文化基礎502019C190C3英語402019C286C4大學物理402019C393C5大學美育305007C396C6計算機繪圖37/23/2022442NF的關系模式解決了1NF中存在的一些問題，規(guī)范化的程度前進了一步，但2NF的關系模式在進行數(shù)據(jù)操作時，仍然存在著一些問題。7/23/202245第三范式（3NF）定義 如果關系模式R2NF，且每個非主屬性都不傳遞依賴于R的任何候選關鍵字，則稱R屬于第三范

17、式，簡稱3NF，記作R3NF 。如果 R3NF，則R也是2NF。反之 R2NF，則R不一定是3NF。7/23/202246學號姓名院系編號院系名稱院系地址01004張輝春01計算機學院科教樓三層02019陳玉茜01計算機學院科教樓三層02019張一燕03會計學院科教樓十一層在該表中，關鍵字是學號，由于是單個關鍵字，沒有部分依賴的問題，這個關系肯定屬于第二范式。帶來問題的原因是：關系中存在傳遞依賴?！霸合得Q”、“院系地址”兩個屬性依賴于“院系編號”，而“院系編號”又依賴于“學號”，因此，“院系名稱”、“院系地址”兩個屬性通過“院系編號”依賴于“學號”，這種現(xiàn)象稱為傳遞依賴。7/23/20224

18、7學號姓名院系編號院系編號院系名稱院系地址01004張輝春0101計算機學院科教樓三層02019陳玉茜0103會計學院科教樓十一層02019張一燕0302經(jīng)濟學院科教樓二層解決辦法是將R分解為以下兩個關系：7/23/202248BCNF（第四范式）定義：如果關系模式的所有屬性（包括主屬性和非主屬性）都不傳遞依賴于R的任何侯選關鍵字，則稱R屬于BCNF，記作RBCNF。如果R BCNF ，則R也是3NF 。7/23/202249關系模式規(guī)范化的目的和原則一個關系的分量都是不可再分的數(shù)據(jù)項，就可稱作規(guī)范化的關系，但這只是最基本的規(guī)范化。這樣的關系模式是合法的。但有些關系模式存在插入、刪除、修改異常

19、、數(shù)據(jù)冗余等弊病。規(guī)范化的目的就是使結構合理，消除存儲異常，使數(shù)據(jù)冗余盡量小，便于插入、刪除和更新。 7/23/202250規(guī)范化的基本原則就是遵從概念單一化“一事一地”的原則，即一個關系只描述一個實體或者實體間的聯(lián)系。若多于一個實體，就把它“分離”出來。因此，所謂規(guī)范化，實質上是概念的單一化，即一個關系表示一個實體。7/23/202251注意1在數(shù)據(jù)庫設計過程中，一般說來，1NF很容易遵守，完全遵守3NF的人很少。從關系模型的角度來看，滿足3NF最符合標準，這樣的設計容易維護。而BCNF的范式出現(xiàn)機會較少，而且會破壞完整性，可以在設計時不考慮它。7/23/202252注意2規(guī)范化的優(yōu)點是減少

20、了數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約了存儲空間，同時加快了增、刪、改的速度，但在數(shù)據(jù)查詢方面，需要進行關系模式之間的連接操作，因而影響查詢的速度。因此，并不一定要求全部模式都達到BCNF，有時故意保留部分冗余可能更方便地查詢數(shù)據(jù)。7/23/2022532.5 “教學管理系統(tǒng)”的開發(fā)2.5.1 系統(tǒng)規(guī)劃階段某大學是一所多科性大學，學校設有經(jīng)濟學院、化學與環(huán)境工程學院、機械自動化學院、信息工程學院、計算機學院、商學院、會計學院等11個學院。學?，F(xiàn)有教職工近1400人，學生18000多人。7/23/2022541提出開發(fā)請求隨著信息量的增加，教學管理工作越來越繁雜，手工管理的弊端日益顯露。為了提高教學管理的質量和工作效率，為了及時提供信息，實現(xiàn)教學管理的信息化，學校委托某軟件開發(fā)公司開發(fā)“教學管理系統(tǒng)”。7/23/2022552可行性分析研究可行性分析包括兩部分內容：分析建立新的管理信息系統(tǒng)的必要性和可能性?？赡苄灾饕ń?jīng)濟可行性、技術可行性和社會可行性。7/23/2022562.5.2 系統(tǒng)分析階段（P31-32）1學校機構組織2教學管理工作流程3教學管理數(shù)據(jù)流程圖院系教師登錄班級檔案登錄課程檔案登錄學生成績登錄學生檔案登錄教師檔案接受教學任務