第2章實體-聯(lián)系數(shù)據(jù)模型課件

第2章實體-聯(lián)系數(shù)據(jù)模型主講人：喻小光Email：40016076@2數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是用于描述數(shù)據(jù)或信息的標(biāo)志，有三個組成部分：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)上的約束一些重要的數(shù)據(jù)模型早期的網(wǎng)狀模型和層次模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型半結(jié)構(gòu)化模型對象關(guān)系模型3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫是某個企業(yè)、組織或部門所涉及的數(shù)據(jù)的綜合，它不僅要反映數(shù)據(jù)本身的內(nèi)容，而且要反映數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)要進(jìn)入到數(shù)據(jù)庫中，需要經(jīng)過人們的認(rèn)識、理解、整理、規(guī)范和加工?？梢园堰@一過程劃分成三個主要階段：現(xiàn)實世界階段信息世界階段機(jī)器世界階段4

三個階段間的相互關(guān)系不依賴于具體機(jī)器和DBMS依賴于具體機(jī)器和DBMS現(xiàn)實世界信息世界：概念模型機(jī)器世界：某DBMS支持的數(shù)據(jù)模型抽象轉(zhuǎn)換現(xiàn)實世界事物及其聯(lián)系信息世界機(jī)器世界概念模型實施模型人腦的抽象DBMS的轉(zhuǎn)換圖數(shù)據(jù)模型的兩個級別數(shù)據(jù)庫模型通常包含概念模型和實施模型，反映了信息的兩重抽象5實體-聯(lián)系模型概念模型有多種表示方法，其中最常用的是

“實體－聯(lián)系方法”(EntityRelationshipApproach)，簡稱E-R方法，E-R方法用E-R圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型E-R圖提供了表示實體集、屬性和聯(lián)系的方法（三要素）6主要內(nèi)容2.1E/R模型

2.2設(shè)計原則2.3E/R模型中的約束2.4弱實體集7E/R模型的元素E/R模型（Entity-relationshipmodel）實體集：同類實體的集合實體是客觀存在并可相互區(qū)別的事件或物體在E/R圖中用矩形表示屬性：實體集中實體所具有的性質(zhì)在E/R圖中用與實體集相連的橢圓表示聯(lián)系：兩個或多個實體集間的連接。

E/R圖中用與相應(yīng)的實體集相連的菱形表示8ExampleAEntitysetBeershastwoattributes,nameandmanf(manufacturer).EachBeersentityhasvaluesforthesetwoattributes,e.g.(Bud,Anheuser-Busch)Beersnamemanf9ExampleBDrinkersaddrnameBeersmanfnameBarsnamelicenseaddrNote:license=beer,full,noneSellsBarssellsomebeers.LikesDrinkerslikesomebeers.FrequentsDrinkersfrequentsomebars.10一個貫穿全文的例子暗示每部電影只屬于唯一的電影公司11E-R圖實例用E/R圖描述的數(shù)據(jù)庫包含特定的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)庫實例。在數(shù)據(jù)庫實例中：對每個實體集，都有一個特定的有限實體集合。實體集中的每個實體對每個屬性都有特定的值數(shù)據(jù)庫實例也包含聯(lián)系的具體選擇。聯(lián)系n個實體集E1,E2,…,En的聯(lián)系R有一個實例，由列表(e1,e2,…,en)的有限集構(gòu)成，其中ei是從實體集Ei的當(dāng)前實例中選出的。這個列表集叫做R當(dāng)前實例的聯(lián)系集。12實體-聯(lián)系模型的基本概念（續(xù)）基本概念

（1）數(shù)據(jù)庫實例：E/R圖描述的數(shù)據(jù)庫包含特定的數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)庫實例。pp.75:4.1.5前兩段。（2）聯(lián)系集：2-3段。例如ExampleB中的聯(lián)系Sells的一個實例/聯(lián)系集如下：Bar BeerJoe’sBar BudJoe’sBar MillerSue’sBar BudSue’sBar Pete’sAleSue’sBar BudLite13E-R圖實例示例14二元E/R聯(lián)系的多樣性（1）多對一聯(lián)系：如果對于實體集E中的每一個實體，實體集F中有n個實體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對于實體集F中的每一個實體，實體集E中至多只有一個（也可以沒有）實體與之聯(lián)系，則稱實體集F與實體集E有多對一（many-one）聯(lián)系。實體集F實體集E15二元E/R聯(lián)系的多樣性（2）一對一聯(lián)系：如果對于實體集E中的每一個實體，實體集F中至多有一個實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實體集E與實體集F具有一對一聯(lián)系。實體集F實體集E16二元E/R聯(lián)系的多樣性（3）多對多聯(lián)系：如果對于實體集E中的每一個實體，實體集F中有n個實體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對于實體集F中的每一個實體，實體集E中也有m個實體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實體集E與實體集F具有多對多聯(lián)系。實體集F實體集E17用箭頭表示E/R聯(lián)系的多樣性如果從實體集E到F是多對一聯(lián)系，就把箭頭指向F。箭頭表明實體集E中每個實體與實體集F中的最多一個實體聯(lián)系。如果實體集E和F是一對一聯(lián)系，就把箭頭同時指向E和F。18兩個例子RunsPresidents19多路聯(lián)系多路聯(lián)系是兩個以上實體集之間的聯(lián)系StarsMoviesContractsStudios一個制片公司與一位特定的影星簽約來演一部特定的電影指向Studios的箭頭表明對于某一影星和電影，只有一家電影公司與這位影星簽訂了出演此電影的合同20多路聯(lián)系中的箭頭符號在多路聯(lián)系中，指向?qū)嶓w集E的箭頭表示：如果從此聯(lián)系中除E之外的其他每個實體集選擇一個實體，它們至多與E中的一個實體有聯(lián)系。多路聯(lián)系中的關(guān)系是同時發(fā)生在兩方以上的。n路聯(lián)系中，箭頭指向的實體集是其他(n-1)個實體集的函數(shù)。換句話說，這種箭頭關(guān)系表明該實體集是其他(n-1)個實體集共同唯一決定的結(jié)果。21聯(lián)系中的角色角色：如果在一個聯(lián)系中同一個實體集出現(xiàn)兩次或多次，則該實體集與聯(lián)系間的每一條連線命名稱為角色。Sequel-ofMoviesOriginalSequel22一個較復(fù)雜的例子StarsMoviesContractsStudiosStudioofstarProducingstudio23聯(lián)系的屬性聯(lián)系中可以包含屬性由聯(lián)系而產(chǎn)生的屬性StarsMoviesContractsStudiossalary思考：如果把salary（片酬）作為其他實體集的屬性，會有什么后果？24消除聯(lián)系的屬性可以創(chuàng)建一個實體集，將聯(lián)系的屬性轉(zhuǎn)嫁給該實體集，并在該實體集與聯(lián)系之間增加相應(yīng)的連線。25多路聯(lián)系到二元聯(lián)系的轉(zhuǎn)換有些數(shù)據(jù)模型限制聯(lián)系必須是二元的。而E/R模型不要求聯(lián)系必須是二元的。所以需要看一下聯(lián)接多個實體集的聯(lián)系怎樣轉(zhuǎn)化為一組二元的多對一聯(lián)系。26轉(zhuǎn)換方法在E/R模型中,我們可以引入一個新的實體集,并把它的實體看作是多路聯(lián)系所對應(yīng)的聯(lián)系集的元組。我們稱這個實體集為連接實體集。然后,我們引入從連接實體集到為最初的多路聯(lián)系提供元組分量的每個實體集的多對一聯(lián)系如果一個實體集扮演多個角色,那么它將是每個角色所對應(yīng)的一個聯(lián)系的目標(biāo)。27示例28E-R模型中的子類現(xiàn)實世界中的很多概念之間具有層次關(guān)系，ER模型可用實體集間的ISA關(guān)系來描述這種概念間的層次關(guān)系A(chǔ)isaB表示（A是B的）子類聯(lián)系，在E-R圖中表示為一個三角形，頂角朝向父類。isa聯(lián)系是一對一的。這里的子類有三層含義它是原實體集的特例，具有特殊性；它是原實體集的子集；它比原實體集具有更多的屬性。29示例130isa結(jié)構(gòu)isa結(jié)構(gòu)被限制為樹形結(jié)構(gòu)，即只有一個根的實體集，它是最具有普遍性的，其他逐漸具體化的實體集就由樹形結(jié)構(gòu)的根向下延伸。假設(shè)有一個由isa聯(lián)系聯(lián)接的樹形實體集。如果一個實體e在實體集E中有組成部分c，E在樹中的父實體集是F，那么e也有F中的組成部分d。另外，c和d必須在從E到F的isa聯(lián)系集中配對出現(xiàn)。e的組成部分有什么屬性，實體e就一定有什么屬性；它們參與什么聯(lián)系，e就一定參與什么聯(lián)系。31示例232課堂小思考請閱讀pp.80倒數(shù)二段話或P43頁第一段，理解其含義。如理解困難請進(jìn)一步結(jié)合例4.11或例2.22分析。習(xí)題4.1.1為一家銀行設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫，包括客戶以及他們的賬戶信息。客戶信息包括姓名、地址、電話、社會保障號，帳號信息包括號碼、類型和余額。另外還需要記錄有帳號的客戶。為該數(shù)據(jù)庫畫一幅E/R圖。在適當(dāng)?shù)牡胤疆嬌霞?，以表示?lián)系的多樣性。

4.1.2按如下要求修改上題的解決方法：a)修改圖使一個帳戶只有一個顧客b）修改圖使一個顧客只有一個賬戶c）修改圖，使顧客可以有多個地址（街道,城市,州組成的三元組）和多個電話號碼，記住E/R模型不允許屬性有非原子類型進(jìn)一改圖，使顧客可以有一組地址，每個地址有一組電話號碼33主要內(nèi)容2.1E/R模型2.2設(shè)計原則2.3約束的建模2.4弱實體集34設(shè)計原則忠實性避免冗余簡單性考慮選擇正確的聯(lián)系選擇正確的元素種類35(1)忠實性忠實性：所設(shè)計的實體集、屬性和聯(lián)系必須要能夠反映應(yīng)用需求背景中的實際情況。例如：不能把屬性“氣缸數(shù)”與stars聯(lián)系，卻可以把它作為汽車的屬性。例如：Stars和Movies之間定義聯(lián)系Star-in，應(yīng)該是多對多聯(lián)系例如：實體集Course和Instructors之間的聯(lián)系Teaches，是多對一聯(lián)系？還是多對多聯(lián)系？36(2)避免冗余避免冗余：一件事如果在模型中多次出現(xiàn)就意味著冗余。應(yīng)當(dāng)注意每件事只說一次。冗余會造成存儲空間的浪費，并且為了保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性，要求更多的同步處理機(jī)制。37示例在電影和電影公司之間用了聯(lián)系Owns。又把電影公司的名稱studioName選作電影實體集的一個屬性。這種做法是危險的:兩次表示“所屬的制片公司”這一同樣的事實,比任何一次單獨的表示都占用了更多的空間。當(dāng)電影被賣掉后,可能改變了被聯(lián)系Owns聯(lián)接的所屬制片公司,卻忘記改變該電影的StudioName屬性值,反之亦然。當(dāng)然,人們可以強調(diào)決不應(yīng)做這樣粗心大意的事,但是實際上錯誤是常有的。38Example:GoodBeersManfsManfBynameThisdesigngivestheaddressofeachmanufacturerexactlyonce.nameaddr39Example:BadBeersManfsManfBynameThisdesignstatesthemanufacturerofabeertwice:asanattributeandasarelatedentity.namemanfaddr40Example:BadBeersnameThisdesignrepeatsthemanufacturer’saddressonceforeachbeerandlosestheaddressiftherearetemporarilynobeersforamanufacturer.manfmanfAddr41(3)簡單性考慮簡單性考慮：用盡可能少的元素來描述模型，如果有必要，再逐步逐個擴(kuò)充。示例：電影所有權(quán)Holdings可以真實地反映現(xiàn)實世界，但沒有實際用途，并使Movies和Studios的聯(lián)系變得復(fù)雜，沒有它更好。42(4)選擇正確的聯(lián)系聯(lián)系也可能冗余，即一個聯(lián)系聯(lián)接起來的實體對或?qū)嶓w集可以從一個或多個其他聯(lián)系中導(dǎo)出聯(lián)系的冗余會占用更多空間，數(shù)據(jù)的一處變動會引起儲存聯(lián)系的多處變動，使數(shù)據(jù)庫的修改更復(fù)雜。選擇正確的聯(lián)系：根據(jù)實際問題需求判斷要創(chuàng)建哪些必要的聯(lián)系，如果冗余或者和問題需求無關(guān)的聯(lián)系就可以舍棄。43示例1是否需要添加如下的2個二元聯(lián)系呢？Stars-inOwns取決于實際問題中對這三個聯(lián)系的假定44示例2在Stars與Studios之間增加聯(lián)系Works-for有意義嗎？45(5)選擇正確的元素種類人們可以選擇不同的元素類型來表示現(xiàn)實世界選擇正確的元素種類：使用屬性？還是使用實體集？使用實體集？還是使用聯(lián)系？46問題1：屬性代替實體集的思考將實體集Studios去掉，將其屬性name和address作為movies的兩個屬性合理嗎？Studios-nameStudios-address如果沒有記錄Studios-address，只把Studios-name作為Movies的一個屬性，有危害嗎？47用屬性代替實體集E的條件所有與實體集E有關(guān)的聯(lián)系必須有指向E的箭頭，即E必須是1對多聯(lián)系的1方。E的屬性必須總體上標(biāo)示一個實體如果只有一個屬性則肯定符合如果有幾個屬性，那么不能有屬性依賴于其他屬性。如Studios中address依賴于name沒有聯(lián)系包含E多次48用屬性代替實體集的方法Step1：如果從實體集F到E有多對一聯(lián)系R，那么刪除R和實體集E，并把E的屬性作為F的屬性。如果屬性名沖突則重命名。Step2：如果有多路聯(lián)系R的箭頭指向E，則把E的屬性作為R的屬性，并刪除從R到E的弧。49示例50問題2：實體集代替聯(lián)系的思考假設(shè)參與合同的電影公司限制為2個，一個為影星所屬的電影公司，另一個為電影的制作公司，那么Contracts作為“多路聯(lián)系”或作為“附帶若干個二元聯(lián)系的連接實體集”都是適合的。51問題2（續(xù)）但如果假設(shè)合同中可以包含任意數(shù)目的電影公司，且分別承擔(dān)不同的分工(制作、特效、發(fā)行……)。則更好的辦法是把合同Contracts看作為一個實體集更合適多對多聯(lián)系52Example:GoodBeersManfsManfBynameManfsdeservestobeanentitysetbecauseofthenonkeyattributeaddr.Beersdeservestobeanentitysetbecauseitisthe“many”ofthemany-onerelationshipManfBy.nameaddr53Example:GoodBeersnameThereisnoneedtomakethemanufactureranentityset,becausewerecordnothingaboutmanufacturersbesidestheirname.manf54Example:BadBeersManfsManfBynameSincethemanufacturerisnothingbutaname,andisnotatthe“many”endofanyrelationship,itshouldnotbeanentityset.name55課堂練習(xí)pp.86習(xí)題4.2.1，4.2.256課堂練習(xí)pp.86習(xí)題4.2.357主要內(nèi)容2.1E/R模型2.2設(shè)計原則2.3約束的建模2.4弱實體集582.3約束的建模約束是模式的一部分。鍵(key)

：實體集中唯一標(biāo)識一個實體的屬性或?qū)傩约?。不存在兩個實體，其構(gòu)成鍵的所有屬性值都相同。但允許部分相同單值約束(single-valueconstraints)：指值在某種情況下有惟一性的要求。鍵是單值約束的主要來源，因為它要求一個實體集中的每個實體在鍵屬性上都有惟一值。參照完整性約束(referenceintegrityconstraints)：要求某個對象所引用的值必須在數(shù)據(jù)庫中實際存在。引用完整性與禁止懸掛指針或懸掛引用很相似。域的約束(domainconstraints)：要求屬性的值必須在一個具體的集合或范圍內(nèi)。一般約束(generalconstraints)：是需要在數(shù)據(jù)庫中得到滿足的任意要求。59E/R模型中的鍵實體集E的鍵是由一個或多個屬性組成的集合K，對于來自E的不同實體e1和e2，它們包含在鍵K中的屬性沒有完全相同的值。如果K由多個屬性組成，對于e1和e2，雖然它們可以部分相同，但決不會全部相同。必須保證一個實體集至少有一個鍵碼（稱為實體完整性約束！）。60關(guān)于鍵的三個要點（1）鍵可以由多個屬性組成。（2）一個實體集可以有多個鍵。但是，習(xí)慣上只選擇一個作為“主鍵”。（3）當(dāng)一個實體集處于一個isa層次中時，要求根實體集擁有鍵所需的所有屬性，并且每個實體集的鍵都可在根實體集中找到它的組成部分，而不論在層次中有多少個實體集有它的組成部分。也就是說：根的鍵也是所有節(jié)點的鍵，但節(jié)點的鍵可以是其子集。61E/R模型中鍵的表示一個實體集的鍵屬性用下劃線標(biāo)出。當(dāng)一個實體有幾個鍵時，只在主鍵下劃線。還要注意一些不常見的情況下，一個實體集的鍵屬性并不完全屬于它自己，叫“弱實體集”62約束是模式的一部分pp.45（史）文本框中的文字如何選擇鍵？如何設(shè)定各種約束？關(guān)鍵在于“約束是模式的一部分”，所以必須由設(shè)計者根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求背景結(jié)合數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計中其他要素進(jìn)行設(shè)計。如例2.19中對實體集Movies鍵的思考：

title--->title+year，注意特例

，由于注冊原因，該屬性不會重值

--->stars.藝名--->name+address更普遍的情況：創(chuàng)建一個屬性作為鍵。ID63Example:nameisKeyforBeersBeersAlesisanamemanfcolor注意：如果一個實體集有多個鍵，則下劃線只標(biāo)出主鍵！64Example:aMulti-attributeKeyCoursesdeptnumberhoursroom

Notethathoursandroomcouldalsoserveasakey,butwemustselectonlyonekey.65示例P45（史）例2.23P46（史）例2.24創(chuàng)造一個屬性作為鍵的想法是非常普遍的。66單值約束屬性的單值約束一個實體的每個屬性最多只有一個值非主屬性必要時允許為“空”(null)。而構(gòu)成主碼的屬性(無論是全部，或者一部分！)任何時候必須有一個值，且不能為“空”！。聯(lián)系的單值約束（1：1或1：n）E-R圖中用菱形并帶“箭頭”的連線表示！如果從關(guān)系R到實體集E有一個箭頭，那么與E相關(guān)聯(lián)的實體集中每個實體至多對應(yīng)E的一個實體。如：每個電影實體有唯一的名字、出品年份、片長和電影類型如：每部電影只屬于唯一的電影公司67引用完整性單值約束針對實體集內(nèi)部或?qū)嶓w集間多對一/一對一聯(lián)系；而引用完整性針對實體集間聯(lián)系。

假設(shè)R是實體集E到F的聯(lián)系，E/R圖中可用圓箭頭指向F表示此聯(lián)系從E到F不僅是多對一或一對一，而且要求對于E中當(dāng)前存在的一個實體e,F上必須存在一個相對應(yīng)的實體f(注意不可空)當(dāng)R是多個實體集之間的聯(lián)系時同樣如此。EFR引用實體被引用實體68示例①每部電影至多被一家電影公司所擁有(多對一聯(lián)系),且如果它被某個電影公司所擁有，要求該電影公司必須存在于Studios實體集中(引用完整性)②每位經(jīng)理至多經(jīng)營一家電影公司(一對一聯(lián)系)，且該公司必須存在于Studios實體集中(引用完整性)。③每家電影公司至多一位經(jīng)理(一對一聯(lián)系)①②③69實現(xiàn)過程中保證引用完整性的措施禁止被引用實體的刪除操作被引用實體刪除，則同時刪除所有引用它的實體新增實體時，它所引用的實體必須存在引用目標(biāo)變化時，新的引用實體必須存在引用實體被引用實體引用實體70其他類型的約束域約束：屬性值必須取自一個有限集的約束例如：對屬性類型聲明，屬性值域限制例如：電影的片長屬性必須是從0-240之間的整數(shù)聯(lián)系程度約束如電影實體連到的影星實體不能多于10位E/R模型中可以在聯(lián)系到實體的連線上加一個數(shù)字，表示相關(guān)實體集中可被聯(lián)系到的實體數(shù)目約束71課堂思考習(xí)題2.3.2習(xí)題2.3.3，注意解答過程的數(shù)學(xué)描述。如理解困難請進(jìn)一步結(jié)合例4.11或例2.22分析。72主要內(nèi)容2.1E/R模型2.2設(shè)計原則2.3約束的建模2.4弱實體集73弱實體集若實體集E的所有屬性集均不能獨立成鍵，即組成實體集E的鍵碼屬性的一部份（或全部），必須來自其它實體集的鍵碼屬性，這樣的實體集稱為弱實體集。74弱實體集的符號雙邊的矩形表示弱實體集雙邊的菱形表示弱實體集的多對一支持聯(lián)系。鍵屬性用下劃線表示。以上約定可以用下面的規(guī)則概述：但凡實體集E有雙邊，它就是弱實體集E中帶下劃線的屬性（如果有的話），加上E被雙邊的多對一聯(lián)系指向的實體集的鍵屬性，必定對E的實體是惟一的。弱實體集與提供鍵屬性的實體集間的聯(lián)系75弱實體集的來源(1)實體集屬于層次結(jié)構(gòu)，但不是isa聯(lián)系如果集合E中的實體是集合F中實體的一部分，那么可能僅考慮E實體的名字將不具有惟一性，直到再考慮了E實體所屬的F實體的名字后惟一性才成立。(2)連接實體集連接實體集被作為消除多路聯(lián)系的一種方法，本質(zhì)上不是真正意義上的實體，所以它的鍵必須借助于相關(guān)實體集，由它所連接的實體的鍵屬性構(gòu)成。76示例1來源1：實體集屬于層次結(jié)構(gòu)

鍵=公司名+組號鍵=公司名攝制組制片公司屬于組號公司名地址拍攝班子77示例2樓與小區(qū):樓的鍵:小區(qū)名+樓號住戶數(shù)樓小區(qū)小區(qū)名樓號面積位置層數(shù)屬于78示例3來源2：連接實體集(為消除多路聯(lián)系而引入)合同的鍵由電影公司的名字、參演影星的名字、電影名字和出品日期組成。79Examplenameisalmostakeyforfootballplayers,buttheremightbetwowiththesamename.numberiscertainlynotakey,sinceplayersontwoteamscouldhavethesamenumber.Butnumber,togetherwiththeteamnamerelatedtotheplayerbyPlays-onshouldbeunique.80InE/RDiagramsPlayersTeamsPlays-onname