數(shù)據(jù)庫建模-概念設計

1、電子信息工程系授課教師：鄧偉華第二講 概念設計教學重點教學重點。數(shù)據(jù)庫概念設計第二講 概念設計掌握數(shù)據(jù)庫的范式理論。掌握數(shù)據(jù)庫的設計的三個模式理論。掌握利用ER圖進行數(shù)據(jù)庫概念設計教學教學目的目的教學教學難點難點數(shù)據(jù)庫的范式理論0 0 回顧前講的內(nèi)容回顧前講的內(nèi)容1、數(shù)據(jù)庫的基本知識和數(shù)據(jù)庫設計技術；2、數(shù)據(jù)庫設計的重要性；3、數(shù)據(jù)庫設計的步驟；4、數(shù)據(jù)庫設計的需求分析； 回顧一：數(shù)據(jù)建模的概念將現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息世界的數(shù)據(jù)的過程稱為建模回顧二：數(shù)據(jù)庫設計的必要性好的數(shù)據(jù)庫結構有利于：- 節(jié)省數(shù)據(jù)的存儲空間節(jié)省數(shù)據(jù)的存儲空間- 能夠保證數(shù)據(jù)的完整性能夠保證數(shù)據(jù)的完整性- 方便進行數(shù)據(jù)庫應

2、用系統(tǒng)的開發(fā)方便進行數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的開發(fā)設計不好的數(shù)據(jù)庫結構將導致- 數(shù)據(jù)冗余、存儲空間浪費數(shù)據(jù)冗余、存儲空間浪費- 各種數(shù)據(jù)操作異常各種數(shù)據(jù)操作異常- 內(nèi)存空間浪費內(nèi)存空間浪費需求收集和分析設計概念結構設計邏輯結構數(shù)據(jù)模型優(yōu)化設計物理結構評價設計,性能預測物理實現(xiàn)試驗性運行使用、維護數(shù)據(jù)庫應用需求數(shù)據(jù)、處理 轉(zhuǎn)換規(guī)則、DBMS功能優(yōu)化方法應用要求,DBMS詳細特征需求分析階段數(shù)據(jù)庫運行、維護階段不滿意不滿意 數(shù)據(jù)庫實施階段物理設計階段邏輯設計階段概念設計階段回顧三：數(shù)據(jù)庫設計的步驟數(shù)據(jù)庫的設計步驟數(shù)據(jù)庫的設計步驟 需求收集和分析需求收集和分析 設計概念結構設計概念結構 設計邏輯結構設計邏輯結

3、構 設計物理結構設計物理結構 物理實現(xiàn)物理實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的設計步驟數(shù)據(jù)庫的設計步驟 需求收集和分析需求收集和分析 用戶關心什么用戶關心什么 用戶要什么結果用戶要什么結果 設計概念結構設計概念結構 設計邏輯結構設計邏輯結構 設計物理結構設計物理結構 物理實現(xiàn)物理實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的設計步驟數(shù)據(jù)庫的設計步驟 需求收集和分析需求收集和分析 設計概念結構設計概念結構 存什么存什么 關系（聯(lián)系）如何關系（聯(lián)系）如何 E/R圖，是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎圖，是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎 設計邏輯結構設計邏輯結構 設計物理結構設計物理結構 物理實現(xiàn)物理實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的設計步驟數(shù)據(jù)庫的設計步驟 需求收集和分析需求收集和分析 設計概

4、念結構設計概念結構 設計邏輯結構設計邏輯結構 用什么數(shù)據(jù)模型用什么數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)庫的模式（數(shù)據(jù)庫的模式（database schema） 用戶子模式用戶子模式 設計物理結構設計物理結構 物理實現(xiàn)物理實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的設計步驟數(shù)據(jù)庫的設計步驟 需求收集和分析需求收集和分析 設計概念結構設計概念結構 設計邏輯結構設計邏輯結構 設計物理結構設計物理結構 數(shù)據(jù)怎么存數(shù)據(jù)怎么存 根據(jù)根據(jù)DBMS產(chǎn)品、環(huán)境特點產(chǎn)品、環(huán)境特點 物理實現(xiàn)物理實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的設計步驟數(shù)據(jù)庫的設計步驟 需求收集和分析需求收集和分析 設計概念結構設計概念結構 設計邏輯結構設計邏輯結構 設計物理結構設計物理結構 物理實現(xiàn)物理實現(xiàn) 運行運行DD

5、L 裝入測試數(shù)據(jù)裝入測試數(shù)據(jù) 應用程序應用程序 8.2.2 需求分析的方法 一. 調(diào)查用戶需求的具體步驟 1. 調(diào)查組織機構情況; 2. 調(diào)查各部門的業(yè)務活動情況; 3. 協(xié)助用戶明確對新系統(tǒng)的各種要求; 4. 確定新系統(tǒng)的邊界. 二. 常用的調(diào)查方法 1. 跟班作業(yè); 2. 開調(diào)查會; 3. 請專人介紹; 4. 詢問; 5. 設計調(diào)查表請用戶填寫; 6. 查閱記錄. 8.2 需需 求求 分分 析析 8.2.1 需求分析的任務.需求分析調(diào)查組織機構總體情況熟悉業(yè)務活動明確用戶需求確定系統(tǒng)邊界用戶 數(shù)據(jù)庫 設計人員.DDDDDFD概念設計 需求分析過程 8.3 概念結構設計概念結構設計 8.3.

6、1 概念結構的主要特點: 1. 能真實、充分地反映現(xiàn)實世界； 2. 易于理解; 3. 易于更改; 4. 易于向關系模式轉(zhuǎn)變。8.3.2：實體關系模型實體關系模型：DB 設計過程，并且表示 DB 的整個邏輯結構 實體：實體可以是具體的（例如一個人或一本書），也可以是抽象的（如一個節(jié)日或一個概念） 屬性：實體是由一組屬性來表示的。例如：Person（個人）實體的屬性有 Name（名稱）、SSN、Age（年齡）、Street（街道）、City（城市） 關系：關系是兩個或多個實體之間的聯(lián)系 數(shù)據(jù)抽象 2. 聚類聚類(Aggregation) 學 生張英 王平 劉勇 趙亮“is member of” 3

7、. 概括概括(Generalization) 學 生學號姓名 專業(yè) 班級“is part of ”實體型屬性 學 生本科生研究生“is subset of ” 三種抽象 1. 分類分類(Classification)關系的類型X X X X Y Y Y Y 一對一一對一X X X X Y Y Y Y 一對多一對多X X X X Y Y Y 多對一多對一X X X X Y Y Y Y 多對多多對多E-R 圖的符號 E-R 圖姓名Person性別身份證結合11時間E-R 圖客戶客戶號名稱汽車汽車號名稱訂購日期1mE-R 圖學生學號姓名課程課程號名稱學分選課時間nm8.3.3:采用ER的概念模型設計

8、步驟1、局部設計需求分析結果確定局部結構范圍定義實體屬性分配定義聯(lián)系進入全局ER模式設計還有局部結構等待分析嗎是8.3.3:采用ER的概念模型設計步驟2、全局設計局部ER模式確定公共實體合并兩個局部ER模式檢查并消除沖突進入全局ER模式優(yōu)化是還有沖突？還有局部模式？是 3 視圖的集成視圖的集成 視圖集成的兩種方式視圖集成的兩種方式: * 多個分E-R圖一次集成.(a) *逐步集成, 用累加的方式一次集成兩個分E-R圖. (b)(E-R)1(E-R)2(E-R)n基本E-R初步E-R(E-R)3(E-R)12(E-R)2(E-R)1初步E-R基本E-R(a)(b) 視圖集成的兩種方式 合并分合并

9、分E-R圖，生成初步圖，生成初步E-R圖圖 1、屬性沖突 (1) 屬性域沖突 (2) 屬性取值單位沖突 2、命名沖突 (1) 同名異義 (2) 異名同義 3、結構沖突 (1) 同一對象在不同應用中具有不同定抽象 (2) 同一實體在不同分E-R圖中所包含的屬性個數(shù)和屬性排列次序不完全相同.合理消除各分E-R圖的沖突是合并分E-R圖的主要工作與關鍵所在。各分E-R圖之間主要有三類沖突。8.3.3:采用ER的概念模型設計步驟3、全局ER模式優(yōu)化加工加工消耗存儲零件數(shù)Q1耗用量Q2存放量Q5庫存量Q4用電量Q3產(chǎn)品材料倉庫零件 消除不必要的冗余，設計基本消除不必要的冗余，設計基本E-R圖圖 (一).

10、采用分析方法消除冗余 (二). 用規(guī)范化理論消除冗余 1. 確定分E-R圖實體之間的數(shù)據(jù)依賴. 2. 求FL的最小覆蓋GL,差集為: D=FL-GL8.3.4：范式理論范式理論：第一范式：1NF第二范式：2NF第三范式：3NF帶有問題的表格問題分析1表中包含大量的冗余，可能會導致數(shù)據(jù)異常： a.更新異常 例如，修改職工號=1001的職務，則必須修改所有職工號=1001的行。 b. 添加異常 若要增加一個新的職工時，首先必須給這名職工分配一個工程。或者為了添加一名新職工的數(shù)據(jù)，先給這名職工分配一個虛擬的工程。（因為主關鍵字不能為空） c. 刪除異常 例如，1001號職工要辭職，則必須刪除所有職工

11、號1001的數(shù)據(jù)行。這樣的刪除操作，很可能丟失了其它有用的數(shù)據(jù)。什么是規(guī)范化 研究設計一個“好”的（沒有“毛病”的）關系模式的辦法。第一范式第二范式第三范式第一范式第一范式的定義： 指數(shù)據(jù)庫表的每一列都是不可分割的基本數(shù)據(jù)項，同一列中不能有多個值，即實體中的某個屬性不能有多個值或者不能有重復的屬性。 在第一范式（1NF）中表的每一行只包含一個實例的信息第一范式要求：屬性是原子性的要求：屬性是原子性的 客戶號客戶號姓名姓名聯(lián)系方法聯(lián)系方法宅電宅電手機手機郵址郵址不可以出現(xiàn)如上的關系不可以出現(xiàn)如上的關系 聯(lián)系方法非原子性聯(lián)系方法非原子性第二范式第二范式的定義： 如果一個表屬于1NF，且不包含部分依

12、賴性，既沒有任何屬性只依賴于關鍵字的一部分，則這個表屬于第二范式（常記成2NF ）。 第二范式（2NF）要求數(shù)據(jù)庫表中的每個實例或行必須可以被惟一地區(qū)分. 將1NF轉(zhuǎn)換成2NF的方法是分解。第二范式在符合第一范式的基礎上，在符合第一范式的基礎上，再要求：關系中不存在這樣的函數(shù)依賴：再要求：關系中不存在這樣的函數(shù)依賴：x - Ax - Ax x是部分主鍵，是部分主鍵，A A是某一屬性是某一屬性送貨單號產(chǎn)品碼數(shù)量客戶號客戶宅電客戶地址客戶郵編經(jīng)辦人= 送貨單號客戶號客戶宅電客戶地址客戶郵編經(jīng)辦人送貨單號產(chǎn)品碼數(shù)量第三范式第三范式的定義： 如果一個表屬于2NF，且不包含傳遞依賴性，則這個表是第三范式

13、（常記成3NF）。 滿足3NF的表中不包含傳遞依賴，即沒有一個非關鍵屬性依賴于另一個非關鍵屬性，或者說沒有一個非關鍵屬性決定另一個非關鍵屬性。第三范式就是屬性不依賴于其它非主屬性。第三范式第三范式：在符合第一、第二范式的基礎上，再要求不存在傳遞依賴 客戶號-決定了客戶地址,客戶地址決定了客戶地址郵編。是傳遞依賴?？蛻籼柨蛻粽娍蛻舻刂房蛻羿]編送貨單號客戶號客戶宅電客戶地址客戶郵編經(jīng)辦人送貨單號客戶號經(jīng)辦人客戶號客戶宅電客戶地址客戶郵編= 案例分析把學生關系表分為如下兩個表： 學生：(學號, 姓名, 年齡, 所在學院)； 學院：(學院, 地點, 電話)。 規(guī)范化實例1-2假設某建筑公司要設計一個

14、數(shù)據(jù)庫。公司的業(yè)務規(guī)則概括說明如下： 公司承擔多個工程項目，每一項工程有：工程號、工程名稱、施工人員等； 公司有多名職工，每一名職工有：職工號、姓名、性別、職務（工程師、技術員）等； 公司按照工時和小時工資率支付工資，小時工資率由職工的職務決定（例如，技術員的小時工資率與工程師不同）。 公司定期制定一個工資報表，如圖-1所示。規(guī)范化實例2-2 某公司的工資表某公司的工資表再看這三個表的函數(shù)依賴圖圖圖 三個表的函數(shù)依賴圖三個表的函數(shù)依賴圖畫出四個表的函數(shù)依賴圖 從函數(shù)依賴圖可見，已經(jīng)消除職工表中的傳遞依賴，這四個表都屬于第三范式。 在絕大多數(shù)情況下，一個數(shù)據(jù)庫的所有表都滿足3NF，就基本達到數(shù)據(jù)

15、庫設計的目標。案例分析把選課關系表SelectCourse改為如下三個表： 學生：Student(學號, 姓名, 年齡)； 課程：Course(課程名稱, 學分)； 選課關系：SelectCourse(學號, 課程名稱, 成績)。 案例分析及實現(xiàn)一 X員工在X日期收到X訂單中的X貨品X件到倉庫中. X員工在X日期在倉庫中提取X貨品X件案例分析及實現(xiàn)一員工：員工：員工號員工號姓名姓名貨品：貨品：貨品編號貨品編號貨品描述貨品描述庫倉：庫倉：庫倉號庫倉號庫倉描述庫倉描述收貨收貨: :員工員工日期日期訂單號訂單號出貨出貨: :員工員工日期日期出貨號出貨號收貨明細：收貨明細：訂單號訂單號貨品貨品數(shù)量數(shù)量

16、出貨明細出貨明細出貨號出貨號貨品貨品日期日期數(shù)量數(shù)量正規(guī)化選擇 將表格分得過細有時并不好，因為這樣需要將各表進行各種的關聯(lián)，這會令查詢時變得復雜，而且效率也可能降低，這些正規(guī)化的規(guī)定可以參考，在實際應用時，要根據(jù)項目的大小，必要時可以進行一些測試，以設計出更合理的表格結構。 8.4 邏輯設計邏輯設計特定的DBMS支持下的數(shù)據(jù)模型優(yōu)化的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換規(guī)則DBMS的特點和限制優(yōu)化方法ER模型向邏輯模型轉(zhuǎn)換 每個實體轉(zhuǎn)換成一個關系模式 一個1:1的聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個關系模式,或與任意一端的關系模式合并 若獨立轉(zhuǎn)換為一個關系模式,兩端的關系碼及聯(lián)系的屬性為該關系的屬性; 若與一端合并,那么將另一端的碼及

17、聯(lián)系的屬性合并到該端. 一個1:n的關系可以轉(zhuǎn)換成一個關系模式,或與n端的關系模式合并. 若獨立轉(zhuǎn)換為一個關系模式,兩端的關系碼及聯(lián)系的屬性為該關系的屬性,n端的碼為該關系的碼. 一個m:n的聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個關系模式,那么兩端的關系碼及聯(lián)系的屬性為該關系的屬性,關系的碼為兩端實體碼的組合. E-R圖向關系模型的轉(zhuǎn)換方法 一、轉(zhuǎn)換一般遵循如下原則: 1、一個實體型轉(zhuǎn)換為一個關系模式. 2、一個1:1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關系模式，也可以與任意一端對應的關系模式合并。 3、一個1:n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關系模式，也可以與n端對應的關系模式合并。 4、一個m:n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個關系模式。 5、三個或三個以上實體間的一個多元聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個關系模式。 6、具有相同碼的關系模式可合并。二、自聯(lián)系1、1:1的聯(lián)系轉(zhuǎn)換在實體中增加一個表示關系的字段2、1：n聯(lián)系的轉(zhuǎn)換方法一：在n端增加1端關鍵字方法二：為聯(lián)系增加表3、M:N的聯(lián)系轉(zhuǎn)換三、多元聯(lián)系的轉(zhuǎn)換1、最多只有一個實體的基數(shù)