數(shù)據(jù)庫ER圖設(shè)計(jì).ppt

1、第6章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是開發(fā)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵。簡(jiǎn)單地講數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)就是創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理對(duì)象。 本章以學(xué)生信息管理系統(tǒng)為例,講解數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容。,5.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述,數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法 主要是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)。,說明：邏輯模式與外模式是一對(duì)多的關(guān)系；邏輯模式與物理模式是一對(duì)一的關(guān)系。,5.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述,數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)步驟 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)過程可分為六個(gè)階段： 1. 需求分析 2. 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段 3. 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段 4. 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段 5. 數(shù)據(jù)庫實(shí)施 6. 數(shù)據(jù)庫運(yùn)行與維護(hù),5.2需求分析,需求分析是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的第一步。這一階段主要是對(duì)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)所

2、要處理的對(duì)象進(jìn)行全面了解，了解用戶需求，收集信息，提出問題及解決問題的思路。,例如：建立“學(xué)生信息管理系統(tǒng)”，目的是對(duì)學(xué)院、系、班級(jí)、教研室等部門的信息進(jìn)行管理，還要管理教師和學(xué)生的基本信息，以及學(xué)生選課的情況。 信息要求：系統(tǒng)涉及到學(xué)院、系、教研室、教師、學(xué)生、班級(jí)、課程、選課等各方面的信息。 處理要求：增加、刪除、修改各數(shù)據(jù)對(duì)象中的數(shù)據(jù)，各類查詢、統(tǒng)計(jì)及報(bào)表打印等等。 安全性要求：只允許學(xué)院內(nèi)部人員使用該系統(tǒng)，允許學(xué)生查詢成績(jī)但不能修改，允許教師錄入和修改學(xué)生成績(jī)等。,5.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)是產(chǎn)生反映需求信息的數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)，它與具體的DBMS無關(guān)。從現(xiàn)實(shí)世界到概念模型的轉(zhuǎn)換是

3、由數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員完成的，概念設(shè)計(jì)用實(shí)體-聯(lián)系模型(簡(jiǎn)稱E-R圖) 表示。在E-R模型中，用于描述數(shù)據(jù)的概念主要有實(shí)體、屬性、實(shí)體型、實(shí)體集、關(guān)鍵字及實(shí)體之間的聯(lián)系等。,1. 實(shí)體及相關(guān)概念,(1) 實(shí)體：客觀存在并相互區(qū)別的事物。 實(shí)體可以是可觸及的對(duì)象，如一個(gè)學(xué)生，一本書，一輛汽車；也可以是抽象的事件，如一堂課，一次比賽等。,(2) 屬性：實(shí)體所具有的特征和性質(zhì)。 如：學(xué)生實(shí)體有學(xué)號(hào)、姓名、年齡、性別等。,(3) 碼：在實(shí)體的屬性當(dāng)中能夠唯一的標(biāo)識(shí)一個(gè)實(shí)體的屬性稱為這個(gè)實(shí)體的關(guān)鍵字，也稱碼或鍵。 如：學(xué)生的學(xué)號(hào)。而學(xué)生的姓名可能有重名，不能作為學(xué)生實(shí)體的關(guān)鍵字(碼)。,(4) 實(shí)體集：具有相

4、同屬性的同一類事物，是一個(gè)實(shí)體的集合。 如：所有的學(xué)生信息記錄、所有的課程信息記錄等。,(5) 實(shí)體型：用實(shí)體名和屬性名稱集來描述同類實(shí)體。 如：學(xué)生(學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別)就是一個(gè)實(shí)體型。所有學(xué)生都可用這一實(shí)體型進(jìn)行描述。,兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)體集間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的描述。 如：系與系主任、班級(jí)與班長(zhǎng)(1:1關(guān)系) ；系與教研室、班級(jí)與學(xué)生(1:n關(guān)系) ；學(xué)生與課程、教師與課程(m:n關(guān)系) 。 實(shí)體集之間的聯(lián)系分一對(duì)一(1:1)、一對(duì)多(1:n) 、多對(duì)多(m:n)3種。,2. 聯(lián)系與聯(lián)系集,E-R圖,E-R模型(概念模型的描述方法) ，是用實(shí)體-聯(lián)系圖(簡(jiǎn)稱E-R圖）來描述的，是通過圖形描述

5、實(shí)體集、實(shí)體屬性和實(shí)體集之間聯(lián)系的圖形。 實(shí)體集矩形框 屬性橢圓框 聯(lián)系菱形框,例如：,學(xué)院實(shí)體集的E-R圖,例如：教師與班級(jí)、學(xué)院與系和班級(jí)、學(xué)生和課程實(shí)體集之間聯(lián)系的E-R圖。,例如：學(xué)生、教師和課程三個(gè)實(shí)體共同參與了一個(gè)選課聯(lián)系，一般稱這種由三類實(shí)體參與的聯(lián)系為三元聯(lián)系。因?yàn)槟辰處熯x定一門課講授，學(xué)生選中同一門課要學(xué)習(xí)時(shí)，三者才會(huì)聯(lián)系起來。,教師、學(xué)生與課程的E-R圖,多對(duì)多關(guān)系實(shí)際上是某兩個(gè)表與第三個(gè)表的兩個(gè)一對(duì)多關(guān)系，第三個(gè)表的主鍵包含兩個(gè)字段，分別是前兩個(gè)表的主鍵。,選課,學(xué)生-選課(1:n),課程-選課(1:n),教師-選課(1:n),n,M,M,n,此圖為3個(gè)表與第4個(gè)表的聯(lián)系

6、。,學(xué)生信息管理系統(tǒng) (E-R概念模型),5.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：將已設(shè)計(jì)好的概念模型(E-R模型)轉(zhuǎn)換為與DBMS支持的數(shù)據(jù)模型相符的邏輯結(jié)構(gòu)。 從概念模型到邏輯模型的轉(zhuǎn)換可以由數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員完成，也可以用數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)工具協(xié)助設(shè)計(jì)人員完成。,E-R模型與關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則：, 一個(gè)實(shí)體型轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。實(shí)體的屬性就是關(guān)系的屬性，實(shí)體的鍵就是關(guān)系的鍵。,例如：將學(xué)院實(shí)體轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系，其屬性取原來實(shí)體的屬性，利用規(guī)則1，得到關(guān)系模式： 學(xué)院(學(xué)院編號(hào),學(xué)院名稱,院長(zhǎng)姓名,學(xué)院電話,學(xué)院地址), 一個(gè)1:1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。,舉例：

7、兩個(gè)實(shí)體:一對(duì)一聯(lián)系,系(系編號(hào),系名字,系性質(zhì)) 系主任 (工號(hào),姓名,年齡,系編號(hào)),系(系編號(hào),系名字,系性質(zhì),工號(hào)) 系主任 (工號(hào),姓名,年齡),系(系編號(hào),系名字,系性質(zhì)) 系主任 (工號(hào),姓名,年齡) 系與系主任(工號(hào),系編號(hào)),系(系編號(hào),系名字,系性質(zhì), 系主任姓名,年齡),方式1,方式2,方式3,方式4, 一個(gè)1:n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與n端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。,例如：兩個(gè)實(shí)體1:n關(guān)系,利用規(guī)則1將學(xué)生和班級(jí)實(shí)體各轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系，其屬性取原來實(shí)體的屬性，得到關(guān)系模式： 學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生年月,籍貫) 班級(jí)(班級(jí)編號(hào)，班級(jí)名稱，班長(zhǎng)姓名，專業(yè)，

8、系編號(hào)) 由于班級(jí)與學(xué)生之間存在一對(duì)多的聯(lián)系，利用規(guī)則3可將這種聯(lián)系合并到n端，即將班級(jí)關(guān)系的碼加入到學(xué)生關(guān)系中，得到最終結(jié)果：學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生年月,籍貫,班級(jí)編號(hào)), 實(shí)體之間多對(duì)多的聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式。與該聯(lián)系相關(guān)系的各實(shí)體的碼及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為此關(guān)系模式的屬性，而關(guān)系的碼為各實(shí)體的碼的組合。 三個(gè)或以上的實(shí)體間的一個(gè)多元聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。 具有相同鍵的關(guān)系模式可以合并。,例如：三個(gè)實(shí)體m:n關(guān)系,使用規(guī)則1：三個(gè)實(shí)體集轉(zhuǎn)換為關(guān)系； 使用規(guī)則4和5：為聯(lián)系單獨(dú)建立一個(gè)關(guān)系，即將學(xué)生課程、教師課程實(shí)體之間多對(duì)多的多元“選課”聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式。

9、,實(shí)體之間多對(duì)多的多元“選課”聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式如下： 學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生年月,籍貫,班級(jí)編號(hào)) 教師(教師編號(hào),姓名,性別,職務(wù),教研室編號(hào)) 課程(課程編號(hào),課程名,學(xué)時(shí),學(xué)分) 選課(學(xué)號(hào),課程編號(hào),教師編號(hào),成績(jī)) (新關(guān)系包含兩組多對(duì)多實(shí)體的主鍵及其聯(lián)系自身的屬性),E-R圖-關(guān)系模型-關(guān)系數(shù)據(jù)庫的對(duì)應(yīng)關(guān)系：,學(xué)院(學(xué)院編號(hào),學(xué)院名稱,院長(zhǎng)姓名,電話,地址) 系(系編號(hào),系名稱,系主任,學(xué)院編號(hào)) 教研室(教研室編號(hào),教研室名稱,系編號(hào)) 教師(教師編號(hào),姓名,性別,職務(wù),教研室編號(hào)) 班級(jí)(班級(jí)編號(hào),班級(jí)名稱,班長(zhǎng)姓名,專業(yè),系編號(hào)) 學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出

10、生年月,籍貫,班級(jí)編號(hào)) 課程(課程編號(hào),課程名,學(xué)時(shí),學(xué)分) 選課(學(xué)號(hào),課程編號(hào),教師編號(hào),成績(jī)),學(xué)生信息管理系統(tǒng)(邏輯模型),關(guān)系的規(guī)范化：,2. 函數(shù)依賴和鍵的基本概念(略) 函數(shù)依賴它反映屬性或?qū)傩越M之間相依存，互相制約的關(guān)系。,簡(jiǎn)單地說，若想設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的數(shù)據(jù)庫，就要盡量滿足關(guān)系規(guī)范化原則。,1. 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中的問題 如果一個(gè)關(guān)系沒有經(jīng)過規(guī)范化，可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常、刪除異常。,3. 范式及其關(guān)系(簡(jiǎn)介) 關(guān)系規(guī)范化理論簡(jiǎn)稱范式，它提供了判別關(guān)系模式設(shè)計(jì)的優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)提供了嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)。 使用范式表示關(guān)系模式滿足規(guī)范化的等級(jí)，滿足最低要求的為第一

11、范式，在第一范式的基礎(chǔ)上滿足進(jìn)一步要求的可升級(jí)為第二范式，其余以此類推。 范式(1NF5NF)，主要為1NF-3NF。也就是說能滿足前3個(gè)范式的關(guān)系基本上是合理的。,(1) 1NF：若一個(gè)關(guān)系模式R的所有屬性都是不可再分的基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，則該關(guān)系模式屬于1NF。,例如：教師關(guān)系表如下，判斷是否為第一范式，并規(guī)范教師關(guān)系。,教師關(guān)系,修改后的教師關(guān)系,不符合第一范式，因?yàn)椤奥?lián)系電話”不是基本數(shù)據(jù)項(xiàng)。,屬于第一范式的關(guān)系應(yīng)該滿足的基本條件是每個(gè)元組的每個(gè)屬性中只能包含一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，不能將兩個(gè)以上數(shù)據(jù)項(xiàng)“擠入”到一個(gè)屬性中。,(2) 2NF：若關(guān)系模式R屬于1NF，且每個(gè)非主屬性都完全依賴于主關(guān)鍵字，則該

12、關(guān)系模式屬于2NF。,例如：學(xué)生選課成績(jī)關(guān)系表如下，判斷是否為第二范式，并規(guī)范學(xué)生選課關(guān)系。,學(xué)生選課成績(jī)關(guān)系,在這個(gè)關(guān)系中學(xué)生編號(hào)和課程編號(hào)共同組成主關(guān)鍵字，其中成績(jī)完全依賴于主關(guān)鍵字，而姓名卻完全依賴于學(xué)號(hào)，課程名稱、周學(xué)時(shí)、學(xué)分又完全依賴于課程編號(hào)，因此，此關(guān)系不符合第二范式。,上述關(guān)系可能帶來以下幾個(gè)問題： 數(shù)據(jù)冗余：假設(shè)100個(gè)學(xué)生選同一門課，重復(fù)100次相同的學(xué)分。 更新復(fù)雜：若調(diào)整某門課的學(xué)分，與其相關(guān)的記錄都要修改。 刪除異常：若學(xué)生已畢業(yè)，由于學(xué)生編號(hào)不存在，選課記錄也要?jiǎng)h除。 插入異常：或開一門新課，還沒有學(xué)生選，由于沒有學(xué)生編號(hào)，課程編號(hào)、學(xué)分均無法輸入。 可以將上述關(guān)系

13、分解為三個(gè)關(guān)系： 學(xué)生(學(xué)生編號(hào)，姓名，年齡，入校日期) 選課 (學(xué)生編號(hào)，課程編號(hào)，成績(jī)) 課程(課程編號(hào)，課程名稱，周學(xué)時(shí)，學(xué)分),(3) 3NF：若關(guān)系模式R屬于1NF，且每個(gè)非主屬性都不傳遞依賴于主關(guān)鍵字，則關(guān)系模式屬于3NF。(略),學(xué)生選課成績(jī)的三個(gè)關(guān)系： 學(xué)生(學(xué)生編號(hào)，姓名，年齡，入校日期) 選課成績(jī)(學(xué)生編號(hào)，課程編號(hào)，成績(jī)) 課程(課程編號(hào)，課程名稱，周學(xué)時(shí)，學(xué)分) 其中 和屬于第三范式， 如果學(xué)分是依據(jù)周學(xué)時(shí)多少來決定，那么學(xué)分就是通過周學(xué)時(shí)傳遞依賴于課程號(hào)。 解決方法是，將課程關(guān)系進(jìn)一步分解為兩個(gè)關(guān)系。 課程(課程編號(hào)，課程名稱，周學(xué)時(shí)) 學(xué)分(周學(xué)時(shí)，學(xué)分),“學(xué)生”關(guān)系,邏輯結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)： 若選用了Access數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可按其要規(guī)則設(shè)計(jì)類似下面的邏輯結(jié)構(gòu)。,5.5物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是為已設(shè)計(jì)好的邏輯數(shù)據(jù)模型選擇最適合應(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)。它依賴于所選擇的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和