數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用課件第二章-概念設(shè)計(jì)

第二章概念設(shè)計(jì)第二章概念設(shè)計(jì)1學(xué)習(xí)目標(biāo):了解概念設(shè)計(jì)的基本概念了解概念設(shè)計(jì)的方法理解實(shí)體、屬性、聯(lián)系等的概念掌握E-R模型的畫法學(xué)習(xí)目標(biāo):了解概念設(shè)計(jì)的基本概念2概念設(shè)計(jì)的基本概念

數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)階段是將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵階段,其主要任務(wù)是通過對(duì)用戶需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象,形成一個(gè)獨(dú)立于具體DBMS的概念模型。 概念模型實(shí)際上是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次。概念模型用于信息世界的建模,是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的第一層抽象。 概念數(shù)據(jù)模型是對(duì)信息世界建模,所以概念模型能夠方便、準(zhǔn)確地表示出上述信息世界中的常用概念。概念設(shè)計(jì)的基本概念 數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)階段是將需求分析得到的用戶3概念設(shè)計(jì)的基本概念

概念模型的表示方法有很多,其中最為著名的為實(shí)體-聯(lián)系方法(Entity-Relationship)。該方法用E-R圖來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型,也稱為E-R模型。它具有以下特點(diǎn): ①能真實(shí)、充分的反映現(xiàn)實(shí)世界。包括事物和事物之間的聯(lián)系,能夠滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)的處理要求,是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)真實(shí)模型。 ②易于理解。可用它和不熟悉計(jì)算機(jī)的用戶交換意見,用戶的積極參與是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。 ③易于更改。當(dāng)應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用要求改變時(shí),容易對(duì)概念模型進(jìn)行修改和擴(kuò)充。 ④易于向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。概念設(shè)計(jì)的基本概念 概念模型的表示方法有很多,其中最為著名的42.1概念設(shè)計(jì)基本方法

概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)通常有自頂向下、自底向上、逐步擴(kuò)充和混合策略4類方法。

(1)自頂向下

首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架,然后逐步細(xì)化,如圖2．1(a)所示。2.1概念設(shè)計(jì)基本方法 概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)通常有自頂向下、自底5概念設(shè)計(jì)基本方法

(2)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),如圖2．1(b)所示。概念設(shè)計(jì)基本方法 (2)自底向上6概念設(shè)計(jì)基本方法

(3)逐步擴(kuò)充

首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu),然后向外擴(kuò)充,以滾雪球的方式逐步生成其他概念結(jié)構(gòu),直至形成總體概念結(jié)構(gòu),如圖2．1(c)所示。概念設(shè)計(jì)基本方法 (3)逐步擴(kuò)充7概念設(shè)計(jì)基本方法

(4)混合策略

混合策略是將上述3種方法與實(shí)際情況結(jié)合起來使用,用自頂向下策略設(shè)計(jì)一個(gè)全局概念結(jié)構(gòu)的框架,再以它為骨架集成自底向上策略中設(shè)計(jì)的各個(gè)局部新概念結(jié)構(gòu)。

通常,當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不是特別復(fù)雜,且很容易掌握全局時(shí),可以采用自頂向下策略;當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)十分龐大,且結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí),很難一次性掌握全局,這時(shí)一般采用自底向上策略;當(dāng)時(shí)間緊迫,需要快速建立起一個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時(shí),可以采用逐步擴(kuò)張策略,但是該策略容易產(chǎn)生負(fù)面效果,所以要慎用。概念設(shè)計(jì)基本方法 (4)混合策略82.2局部概念模型設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)的過程主要有以下兩個(gè)階段:

第一階段:劃分用戶組,建立面向特定用戶(組)的局部數(shù)據(jù)模式,即局部視圖。

第二階段:將所有的局部視圖集成一個(gè)全局的數(shù)據(jù)模式,即全局視圖。

局部視圖的設(shè)計(jì)是從劃分用戶組開始,然后對(duì)每一個(gè)用戶組建立一個(gè)局部視圖。該視圖是由實(shí)體、實(shí)體的屬性、實(shí)體的主鍵和實(shí)體間的聯(lián)系組成,具體步驟如下:

①確定局部視圖的設(shè)計(jì)范圍。

②確定實(shí)體及視圖的屬性。

③定義實(shí)體間的聯(lián)系。

④給實(shí)體和聯(lián)系加上描述屬性。2.2局部概念模型設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計(jì)的過程主要有以下兩92.2.1局部視圖設(shè)計(jì)范圍 在用戶需求分析階段,已對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的多層數(shù)據(jù)流圖進(jìn)行了描述。設(shè)計(jì)局部視圖時(shí),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(gè)適當(dāng)層次的數(shù)據(jù)流圖,讓這組圖中每個(gè)部分對(duì)應(yīng)一個(gè)局部應(yīng)用,然后以這個(gè)層次的數(shù)據(jù)流圖為出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)局部視圖。 設(shè)計(jì)局部視圖時(shí),通常以中間層數(shù)據(jù)流圖作為設(shè)計(jì)局部視圖的依據(jù)。 確定局部視圖設(shè)計(jì)范圍時(shí),應(yīng)注意以下兩點(diǎn): ①一個(gè)局部視圖內(nèi)應(yīng)包含關(guān)系最密切的若干功能域所涉及的數(shù)據(jù)。 ②一個(gè)局部視圖范圍內(nèi)的實(shí)體數(shù)不應(yīng)過多、過于復(fù)雜,這樣不便于理解和管理。2.2.1局部視圖設(shè)計(jì)范圍 在用戶需求分析階段,已對(duì)整102.2.2實(shí)體及主鍵 確定了局部視圖的設(shè)計(jì)范圍后,接著需進(jìn)一步確定局部應(yīng)用范圍內(nèi)的所有實(shí)體以及實(shí)體的主鍵。 (1)實(shí)體 實(shí)體是指現(xiàn)實(shí)世界中抽象出來的一組具有某些共同特性和行為的對(duì)象。數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典中的分析結(jié)果是確定實(shí)體、屬性及實(shí)體關(guān)鍵字的最重要的參考。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意,實(shí)體和屬性是相對(duì)而言的。屬性和實(shí)體之間可以給出兩大準(zhǔn)則。 ①作為“屬性”,不能再具有需要描述的性質(zhì)?！皩傩浴北仨毷遣豢煞值臄?shù)據(jù)項(xiàng),不能包含其他屬性。 ②作為“屬性”,不能與其他實(shí)體具有聯(lián)系,即E-R圖中所表示的聯(lián)系是實(shí)體之間的聯(lián)系。2.2.2實(shí)體及主鍵 確定了局部視圖的設(shè)計(jì)范圍后,接著11實(shí)體及主鍵 在現(xiàn)實(shí)世界中,有些實(shí)體對(duì)另一些實(shí)體有很強(qiáng)的依賴關(guān)系,即一個(gè)實(shí)體的存在必須以另一個(gè)實(shí)體的存在為前提。前者稱為“弱實(shí)體”。例如,在學(xué)生信息管理系統(tǒng)中,學(xué)生家長的信息是以學(xué)生的存在為前提的,只有學(xué)生實(shí)體存在,家長實(shí)體才會(huì)存在。家長實(shí)體是弱實(shí)體,學(xué)生與家長的聯(lián)系是一種依賴聯(lián)系。在E-R圖中用雙線框表示弱實(shí)體,如圖2．2所示。實(shí)體及主鍵 在現(xiàn)實(shí)世界中,有些實(shí)體對(duì)另一些實(shí)體有很強(qiáng)的依賴關(guān)12實(shí)體及主鍵 (2)主鍵 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的一條記錄里有若干個(gè)屬性,若其中某一個(gè)屬性組能唯一標(biāo)識(shí)一條記錄,則該屬性組就可以成為一個(gè)主鍵。 學(xué)生表(學(xué)號(hào),姓名,性別,班級(jí)),每個(gè)學(xué)生的學(xué)號(hào)是唯一的,則學(xué)號(hào)是一個(gè)主鍵。 課程表(課程編號(hào),課程名,學(xué)分),課程表中課程編號(hào)是唯一的,則課程編號(hào)是一個(gè)主鍵。 成績表(學(xué)號(hào),課程號(hào),成績),成績表中單一一個(gè)屬性無法唯一標(biāo)識(shí)一條記錄,學(xué)號(hào)和課程號(hào)的組合才可以唯一標(biāo)識(shí)一條記錄,所以學(xué)號(hào)和課程號(hào)的屬性組是一個(gè)主鍵。實(shí)體及主鍵 (2)主鍵13實(shí)體及主鍵 成績表中的學(xué)號(hào)不是成績表的主鍵,但它和學(xué)生表中的學(xué)號(hào)相對(duì)應(yīng),并且學(xué)生表中的學(xué)號(hào)是學(xué)生表的主鍵,則稱成績表中的學(xué)號(hào)是學(xué)生表的外鍵。主鍵與外鍵的區(qū)別見表2．1。實(shí)體及主鍵 成績表中的學(xué)號(hào)不是成績表的主鍵,但它和學(xué)生表中的142.2.3實(shí)體間的聯(lián)系及E-R模型 (1)實(shí)體間的聯(lián)系 實(shí)體內(nèi)部及實(shí)體集之間的相互關(guān)系稱為聯(lián)系。在現(xiàn)實(shí)世界中,事物之間常常有聯(lián)系。例如,學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)就是學(xué)生與課程之間的聯(lián)系,而部門對(duì)員工的管理就是員工與部門之間的聯(lián)系。 聯(lián)系是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的最重要思想,它將若干離散的數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起,你可以通過一個(gè)實(shí)體查找到與它有關(guān)系的所有實(shí)體。 按照聯(lián)系的度數(shù),可以將聯(lián)系分為一元聯(lián)系、二元聯(lián)系和多元聯(lián)系。 ①一元聯(lián)系:涉及單個(gè)實(shí)體的聯(lián)系,即1個(gè)實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系,遞歸聯(lián)系,自反聯(lián)系。 ②二元聯(lián)系:兩個(gè)實(shí)體之間的聯(lián)系,這種聯(lián)系最為常見。 ③多元聯(lián)系:涉及兩個(gè)以上實(shí)體的聯(lián)系。2.2.3實(shí)體間的聯(lián)系及E-R模型 (1)實(shí)體間的15實(shí)體間的聯(lián)系及E-R模型 映射基數(shù)也稱為映射比例,指實(shí)體中的一個(gè)實(shí)例通過一個(gè)聯(lián)系能同另一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系的實(shí)例數(shù)目。 按照映射基數(shù),可以將聯(lián)系分為一對(duì)一聯(lián)系(1∶1)、一對(duì)多聯(lián)系(1∶n)、多對(duì)多聯(lián)系(m∶n),如圖2．3所示。實(shí)體間的聯(lián)系及E-R模型 映射基數(shù)也稱為映射比例,指實(shí)體16實(shí)體間的聯(lián)系及E-R模型 (2)E-R模型 概念模型的表示方法有很多,其中最為常用的是于1976年提出的實(shí)體-聯(lián)系方法(Entity-RelationshipApproach),即E-R模型。它提供了表示實(shí)體類型、屬性和聯(lián)系的方法,用來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型。它是描述現(xiàn)實(shí)世界關(guān)系概念模型的有效方法,是表示概念關(guān)系模型的一種方式。 用“矩形框”表示實(shí)體型,矩形框內(nèi)寫明實(shí)體名稱;用“橢圓圖框”表示實(shí)體的屬性;用“菱形框”表示聯(lián)系;用“無向邊”將其與相應(yīng)關(guān)系的“實(shí)體型”連接起來,如圖2．4所示。實(shí)體間的聯(lián)系及E-R模型 (2)E-R模型17實(shí)體間的聯(lián)系及E-R模型 創(chuàng)建學(xué)生實(shí)體及屬性和課程實(shí)體,分別如圖2．5和圖2．6所示。實(shí)體間的聯(lián)系及E-R模型 創(chuàng)建學(xué)生實(shí)體及屬性和課程實(shí)體,18實(shí)體間的聯(lián)系及E-R模型 創(chuàng)建學(xué)生選課E-R圖,如圖2．7所示。 創(chuàng)建老師授課E-R圖,如圖2．8所示。實(shí)體間的聯(lián)系及E-R模型 創(chuàng)建學(xué)生選課E-R圖,如圖19實(shí)體間的聯(lián)系及E-R模型 創(chuàng)建局部E-R圖的基本步驟如下: ①對(duì)需求進(jìn)行分析,從而確定系統(tǒng)中所包含的實(shí)體; ②分析得出每個(gè)實(shí)體所具有的屬性; ③找出每個(gè)實(shí)體的主鍵; ④確定實(shí)體之間的聯(lián)系。實(shí)體間的聯(lián)系及E-R模型 創(chuàng)建局部E-R圖的基本步驟202.3全局概念模型設(shè)計(jì) 局部E-R圖的設(shè)計(jì)從局部的需求出發(fā),比開始就設(shè)計(jì)全局模式要簡單得多?？赏ㄟ^局部E-R圖的集成設(shè)計(jì)全局模式。需按照以下步驟來進(jìn)行。 (1)確認(rèn)局部E-R模型圖中的對(duì)應(yīng)關(guān)系相沖突 局部模型之間不可避免地存在有很多不一致的地方,稱為沖突。常見的沖突有命名沖突、概念沖突、域沖突和約束沖突4種。 1)命名沖突 命名沖突有同名異義和同義異名兩種。例如,“學(xué)生”和“課程”兩個(gè)實(shí)體集在教務(wù)處的局部E-R圖中,是指大學(xué)生和大學(xué)生的課程;在研究生院的局部E-R圖中,是指研究生和研究生的課程,這屬于同名異義。在教務(wù)處的局部E-R圖中學(xué)生實(shí)體集有“何時(shí)入學(xué)”這一屬性,在研究生院的局部E-R圖中有“入學(xué)日期”這一屬性,兩者屬于同義異名。2.3全局概念模型設(shè)計(jì) 局部E-R圖的設(shè)計(jì)從局部的需21全局概念模型設(shè)計(jì) 2)概念沖突 同一個(gè)概念在一個(gè)局部E-R圖中可能作為實(shí)體集,在另一個(gè)局部E-R圖中可能作為屬性或聯(lián)系。例如,如果用戶提出要求,選課也可以作為實(shí)體集,而不作為聯(lián)系。 3)域沖突 相同的屬性采用不同的度量單位,稱為域沖突。相同的屬性在不同的局部E-R圖中有不同的域。例如,學(xué)號(hào)在一個(gè)局部E-R圖中可能當(dāng)作字符串,在另一個(gè)局部E-R圖中則可能當(dāng)作整數(shù)。 4)約束沖突 不同局部E-R圖可能有不同的約束。例如,對(duì)于“選課”這個(gè)聯(lián)系,大學(xué)生和研究生選課數(shù)量的最低和最高的限定可能不一樣。全局概念模型設(shè)計(jì) 2)概念沖突22全局概念模型設(shè)計(jì) (2)消除冗余,合并局部E-R圖,形成全局模式 在合并局部E-R圖時(shí),可能存在冗余的數(shù)據(jù)和實(shí)體間冗余的聯(lián)系。冗余信息的存在會(huì)影響數(shù)據(jù)庫的完整性,給數(shù)據(jù)庫的管理增加困難,應(yīng)當(dāng)予以消除。消除冗余的問題比較復(fù)雜,有些冗余信息雖對(duì)管理帶來問題,但卻對(duì)提高數(shù)據(jù)庫的效率有好處。因此,