數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)PPT課件

1、 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù) 概念結(jié)構(gòu)是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎(chǔ) 為了能夠用某一DBMS實(shí)現(xiàn)用戶需求，還必須將概念結(jié)構(gòu)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，這正是數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所要完成的任務(wù)。 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為關(guān)系、網(wǎng)狀、層次或其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型 將得到的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型向特定DBMS支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換 對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為一般數(shù)一般數(shù)據(jù)模型據(jù)模型轉(zhuǎn)化為特轉(zhuǎn)化為特定定DBMS支持下的支持下的據(jù)模型據(jù)模型 優(yōu)化模優(yōu)化模型型概念結(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)物理設(shè)計(jì)基本基本E-R圖圖轉(zhuǎn)換規(guī)轉(zhuǎn)換規(guī)則則特定特定DBMS的的特點(diǎn)與限特點(diǎn)與限制制優(yōu)化方

2、優(yōu)化方法如規(guī)法如規(guī)范化理范化理論論邏輯邏輯模型模型 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換 向特定DBMS的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化 設(shè)計(jì)用戶子模式 轉(zhuǎn)換內(nèi)容 轉(zhuǎn)換原則 轉(zhuǎn)換內(nèi)容 E-R圖 由實(shí)體、實(shí)體的屬性和實(shí)體之間的聯(lián)系三個(gè)要素組成 關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu) 一組關(guān)系模式的集合 將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型 將實(shí)體、實(shí)體的屬性和實(shí)體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式。 轉(zhuǎn)換原則 （ 一個(gè)實(shí)體型轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。）：實(shí)體型的屬性：實(shí)體型的鍵例，學(xué)生實(shí)體可以轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，出生日期，所在系， 年級(jí)，平均成績） 性別、宿舍、班級(jí)、檔案材料、教師、課程、教室、教科書都分別轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。學(xué)生學(xué)生 學(xué)

3、號(hào)學(xué)號(hào)出生出生日期日期年級(jí)年級(jí)所在系所在系 平均平均成績成績姓名姓名轉(zhuǎn)換原則 一個(gè)m:n聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。：與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的鍵以及聯(lián)系本身的屬性：各實(shí)體鍵的組合例，“選修”聯(lián)系是一個(gè)m:n聯(lián)系，可以將它轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式，其中學(xué)號(hào)與課程號(hào)為關(guān)系的組合鍵：選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績）轉(zhuǎn)換原則 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。 1) 轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式：與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的鍵以及聯(lián)系本身的屬性：n端實(shí)體的鍵轉(zhuǎn)換原則 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。 2) 與n端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并：在n端關(guān)系中

4、加入1端關(guān)系的鍵和聯(lián)系本身的屬性：不變 可以減少系統(tǒng)中的關(guān)系個(gè)數(shù)，一般情況下更傾向于采用這種方法例，“組成”聯(lián)系為1:n聯(lián)系。將其轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式的兩種方法： 1)使其成為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式：組成（學(xué)號(hào)，班級(jí)號(hào)） 2)將其與學(xué)生關(guān)系模式合并：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，出生日期，所在系，年級(jí)，班級(jí)號(hào)，平均成績）轉(zhuǎn)換原則 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。 1) 轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式：與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的鍵以及聯(lián)系本身的屬性：每個(gè)實(shí)體的鍵均是該關(guān)系的候選碼轉(zhuǎn)換原則 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。 2) 與某

5、一端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并：加入對(duì)應(yīng)關(guān)系的鍵和聯(lián)系本身的屬性：不變例，“管理”聯(lián)系為1:1聯(lián)系，可以有三種轉(zhuǎn)換方法：（1）轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式： 管理（職工號(hào)，班級(jí)號(hào)） 或管理（職工號(hào)，班級(jí)號(hào)）（2）“管理”聯(lián)系與班級(jí)關(guān)系模式合并，則只需在班級(jí)關(guān)系中加入教師關(guān)系的碼，即職工號(hào)：班級(jí)（班級(jí)號(hào)，學(xué)生人數(shù)，職工號(hào)）（3）“管理”聯(lián)系與教師關(guān)系模式合并，則只需在教師關(guān)系中加入班級(jí)關(guān)系的碼，即班級(jí)號(hào)：教師（職工號(hào)，姓名，性別，職稱，班級(jí)號(hào)， 是否為優(yōu)秀班主任）注意：u從理論上講，1:1聯(lián)系可以與任意一端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。u但在一些情況下，與不同的關(guān)系模式合并效率會(huì)大不一樣。因此究竟應(yīng)該與哪端的關(guān)系模式

6、合并需要依應(yīng)用的具體情況而定。newu由于連接操作是最費(fèi)時(shí)的操作，所以一般應(yīng)以盡量減少連接操作為目標(biāo)。 例如，如果經(jīng)常要查詢某個(gè)班級(jí)的班主任姓名，則將管理聯(lián)系與教師關(guān)系合并更好些。轉(zhuǎn)換原則 三個(gè)或三個(gè)以上實(shí)體間的一個(gè)多元聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。：與該多元聯(lián)系相連的各實(shí)體的鍵以及聯(lián)系本身的屬性：各實(shí)體鍵的組合例，“講授”聯(lián)系是一個(gè)三元聯(lián)系，可以將它轉(zhuǎn)換為如下關(guān)系模式，其中課程號(hào)、職工號(hào)和書號(hào)為關(guān)系的組合鍵：講授（課程號(hào)，職工號(hào)，書號(hào)）轉(zhuǎn)換原則 同一實(shí)體集的實(shí)體間的聯(lián)系，即自聯(lián)系，也可按上述1:1、1:n和m:n三種情況分別處理。例，教師實(shí)體集內(nèi)部存在領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的1:n自聯(lián)系，可以將該聯(lián)系與教師

7、實(shí)體合并，這時(shí)主鍵職工號(hào)將多次出現(xiàn)，但作用不同，可用不同的屬性名加以區(qū)分：教師：職工號(hào)，姓名，性別，職稱，系主任new 具有相同鍵的關(guān)系模式可合并。 目的：減少系統(tǒng)中的關(guān)系個(gè)數(shù)。 合并方法：將其中一個(gè)關(guān)系模式的全部屬性加入到另一個(gè)關(guān)系模式中，然后去掉其中的同義屬性（可能同名也可能不同名），并適當(dāng)調(diào)整屬性的次序。例，“擁有”關(guān)系模式：擁有（學(xué)號(hào)，性別）與學(xué)生關(guān)系模式： 學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，出生日期，所在系，年級(jí)， 班級(jí)號(hào)，平均成績）都以學(xué)號(hào)為碼，可以將它們合并為一個(gè)關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生日期，所在系， 年級(jí)，班級(jí)號(hào)，平均成績）實(shí)例 按照上述七條原則，學(xué)生管理子系統(tǒng)中的18個(gè)實(shí)體和聯(lián)

8、系可以轉(zhuǎn)換為下列關(guān)系模型： 學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生日期，所在系，年級(jí)，班級(jí)號(hào)，平均成績，檔案號(hào)）性別（性別，宿舍樓）宿舍（宿舍編號(hào)，地址，性別，人數(shù)）班級(jí)（班級(jí)號(hào)，學(xué)生人數(shù)）教師（職工號(hào)，姓名，性別，職稱，班級(jí)號(hào)，是否為優(yōu)秀班主任） 教學(xué)（職工號(hào)，學(xué)號(hào)）課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)分，教室號(hào)）選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績）教科書（書號(hào)，書名，價(jià)錢）教室（教室編號(hào)，地址，容量）講授（課程號(hào)，教師號(hào)，書號(hào)）檔案材料（檔案號(hào)，） 該關(guān)系模型由12個(gè)關(guān)系模式組成 學(xué)生關(guān)系模式包含了“擁有”聯(lián)系、“組成”聯(lián)系、“歸檔”聯(lián)系所對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式 教師關(guān)系模式包含了“管理”聯(lián)系所對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式； 宿舍關(guān)系模式包含

9、了“住宿”聯(lián)系所對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式； 課程關(guān)系模式包含了“開設(shè)”聯(lián)系所對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式。E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換向特定DBMS規(guī)定的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)用戶子模式 一般的數(shù)據(jù)模型還需要向特定DBMS規(guī)定的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)換的主要依據(jù)是所選用的DBMS的功能及限制。沒有通用規(guī)則,對(duì)于關(guān)系模型來說，這種轉(zhuǎn)換通常都比較簡(jiǎn)單。E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換向特定DBMS規(guī)定的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)用戶子模式 數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的結(jié)果不是唯一的。 得到初步數(shù)據(jù)模型后，還應(yīng)該適當(dāng)?shù)匦薷?、調(diào)整數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能，這就是數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化。 關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化通常以規(guī)范化理論為指

10、導(dǎo)。優(yōu)化數(shù)據(jù)模型的方法 確定數(shù)據(jù)依賴按需求分析階段所得到的語義，分別寫出每個(gè)關(guān)系模式內(nèi)部各屬性之間的數(shù)據(jù)依賴以及不同關(guān)系模式屬性之間數(shù)據(jù)依賴。例，課程關(guān)系模式內(nèi)部存在下列數(shù)據(jù)依賴： 課程號(hào)課程名 課程號(hào)學(xué)分 課程號(hào)教室號(hào) 選修關(guān)系模式中存在下列數(shù)據(jù)依賴： （學(xué)號(hào)，課程號(hào)）成績學(xué)生關(guān)系模式中存在下列數(shù)據(jù)依賴： 學(xué)號(hào)姓名 學(xué)號(hào)性別 學(xué)號(hào)出生日期 學(xué)號(hào)所在系 學(xué)號(hào)年級(jí) 學(xué)號(hào)班級(jí)號(hào) 學(xué)號(hào)平均成績 學(xué)號(hào)檔案號(hào)學(xué)生關(guān)系模式的學(xué)號(hào)與選修關(guān)系模式的學(xué)號(hào)之間存在數(shù)據(jù)依賴： 學(xué)生.學(xué)號(hào)選修.學(xué)號(hào) 對(duì)于各個(gè)關(guān)系模式之間的數(shù)據(jù)依賴進(jìn)行極小化處理，消除冗余的聯(lián)系。 按照數(shù)據(jù)依賴的理論對(duì)關(guān)系模式逐一進(jìn)行分析，考查是否存在

11、部分函數(shù)依賴、傳遞函數(shù)依賴、多值依賴等，確定各關(guān)系模式分別屬于第幾范式。例如經(jīng)過分析可知，課程關(guān)系模式屬于BC范式。 按照需求分析階段得到的各種應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求，分析對(duì)于這樣的應(yīng)用環(huán)境這些模式是否合適，確定是否需要對(duì)它們進(jìn)行合并或分解。（通常多采用這個(gè)方法利用DD和DFD來分析冗余并消除之）并不是規(guī)范化程度越高的關(guān)系就越優(yōu)。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用的查詢中經(jīng)常涉及到兩個(gè)或多個(gè)關(guān)系模式的屬性時(shí)，系統(tǒng)必須經(jīng)常地進(jìn)行聯(lián)接運(yùn)算，而聯(lián)系運(yùn)算的代價(jià)是相當(dāng)高的，可以說關(guān)系模型低效的主要原因就是做聯(lián)接運(yùn)算引起的，因此在這種情況下，第二范式甚至第一范式也許是最好的。非BCNF的關(guān)系模式雖然從理論上分析會(huì)存在不同程度的更新

12、異常，但如果在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)此關(guān)系模式只是查詢，并不執(zhí)行更新操作，則就不會(huì)產(chǎn)生實(shí)際影響。對(duì)于一個(gè)具體應(yīng)用來說，到底規(guī)范化進(jìn)行到什么程度，需要權(quán)衡響應(yīng)時(shí)間和潛在問題兩者的利弊才能決定。一般說來，第三范式就足夠了。例：在關(guān)系模式 學(xué)生成績單(學(xué)號(hào),英語,數(shù)學(xué),語文,平均成績) 中存在下列函數(shù)依賴： 學(xué)號(hào)英語 學(xué)號(hào)數(shù)學(xué) 學(xué)號(hào)語文 學(xué)號(hào)平均成績 (英語, 數(shù)學(xué), 語文)平均成績 顯然有： 學(xué)號(hào)(英語,數(shù)學(xué),語文)因此該關(guān)系模式中存在傳遞函數(shù)信賴，是2NF關(guān)系。 雖然平均成績可以由其他屬性推算出來，但如果應(yīng)用中需要經(jīng)常查詢學(xué)生的平均成績，為提高效率，我們?nèi)匀豢杀Ａ粼撊哂鄶?shù)據(jù)，對(duì)關(guān)系模式不再做進(jìn)一步分解。

13、按照需求分析階段得到的各種應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求，對(duì)關(guān)系模式進(jìn)行必要的分解或合并，以提高數(shù)據(jù)操作的效率和存儲(chǔ)空間的利用率常用分解方法 水平分解 垂直分解 水平分解 把(基本)關(guān)系的元組分為若干子集合，定義每個(gè)子集合為一個(gè)子關(guān)系，以提高系統(tǒng)的效率。 水平分解的適用范圍 滿足“80/20原則”的應(yīng)用80/20原則：一個(gè)大關(guān)系中，經(jīng)常被使用的數(shù)據(jù)只是關(guān)系的一部分，約20%把經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)分解出來，形成一個(gè)子關(guān)系，可以減少查詢的數(shù)據(jù)量。 水平分解的適用范圍 并發(fā)事務(wù)經(jīng)常存取不相交的數(shù)據(jù)如果關(guān)系R上具有n個(gè)事務(wù)，而且多數(shù)事務(wù)存取的數(shù)據(jù)不相交，則R可分解為少于或等于n個(gè)子關(guān)系，使每個(gè)事務(wù)存取的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)關(guān)

14、系。 垂直分解 什么是垂直分解把關(guān)系模式R的屬性分解為若干子集合，形成若干子關(guān)系模式。 垂直分解的原則經(jīng)常在一起使用的屬性從R中分解出來形成一個(gè)子關(guān)系模式。垂直分解的優(yōu)點(diǎn) 可以提高某些事務(wù)的效率垂直分解的缺點(diǎn) 可能使另一些事務(wù)不得不執(zhí)行連接操作，從而降低了效率。垂直分解的適用范圍取決于分解后R上的所有事務(wù)的總效率是否得到了提高。進(jìn)行垂直分解的方法簡(jiǎn)單情況：直觀分解復(fù)雜情況：模式分解算法垂直分解必須不損失關(guān)系模式的語義(保持無損連接性和保持函數(shù)依賴)。E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換向特定DBMS規(guī)定的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)用戶子模式 定義數(shù)據(jù)庫模式主要是從系統(tǒng)的時(shí)間效率、空間效率、易維護(hù)等角度

15、出發(fā)。 定義用戶外模式時(shí)應(yīng)該更注重考慮用戶的習(xí)慣與方便。包括三個(gè)方面： (1) 使用更符合用戶習(xí)慣的別名 合并各分E-R圖曾做了消除命名沖突的工作，以使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中同一關(guān)系和屬性具有唯一的名字。這在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫整體結(jié)構(gòu)時(shí)是非常必要的。 但對(duì)于某些局部應(yīng)用，由于改用了不符合用戶習(xí)慣的屬性名，可能會(huì)使他們感到不方便，(1) 使用更符合用戶習(xí)慣的別名(續(xù)) 在設(shè)計(jì)用戶的子模式時(shí)可以重新定義某些屬性名，使其與用戶習(xí)慣一致。 為了應(yīng)用的規(guī)范化，我們也不應(yīng)該一味地遷就用戶。例：負(fù)責(zé)學(xué)籍管理的用戶習(xí)慣于稱教師模式的職工號(hào)為教師編號(hào)。因此可以定義視圖，在視圖中職工號(hào)重定義為教師編號(hào) (2) 針對(duì)不同級(jí)別的用戶定

16、義不同的外模式，以滿足系統(tǒng)對(duì)安全性的要求。 例：教師關(guān)系模式中包括職工號(hào)、姓名、性別、出生日期、婚姻狀況、學(xué)歷、學(xué)位、政治面貌、職稱、職務(wù)、工資、工齡、教學(xué)效果等屬性。 學(xué)籍管理應(yīng)用只能查詢教師的職工號(hào)、姓名、性別、職稱數(shù)據(jù)； 課程管理應(yīng)用只能查詢教師的職工號(hào)、姓名、性別、學(xué)歷、學(xué)位、職稱、教學(xué)效果數(shù)據(jù)； 教師管理應(yīng)用則可以查詢教師的全部數(shù)據(jù)。定義兩個(gè)外模式：教師_學(xué)籍管理(職工號(hào)，姓名，性別，職稱)教師_課程管理(工號(hào)，姓名，性別，學(xué)歷，學(xué)位，職稱，教學(xué)效果) 授權(quán)學(xué)籍管理應(yīng)用只能訪問教師_學(xué)籍管理視圖 授權(quán)課程管理應(yīng)用只能訪問教師_課程管理視圖 授權(quán)教師管理應(yīng)用能訪問教師表 這樣就可以防止

17、用戶非法訪問本來不允許他們查詢的數(shù)據(jù)，保證了系統(tǒng)的安全性。 (3) 簡(jiǎn)化用戶對(duì)系統(tǒng)的使用 如果某些局部應(yīng)用中經(jīng)常要使用某些很復(fù)雜的查詢，為了方便用戶，可以將這些復(fù)雜查詢定義為視圖。 任務(wù) 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)據(jù)模型 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一般的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型 將轉(zhuǎn)化來的關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型向特定DBMS支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換 對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化 設(shè)計(jì)用戶子模式 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換內(nèi)容 將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型：將實(shí)體、實(shí)體的屬性和實(shí)體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式。 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換原則 一個(gè)實(shí)體型轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。 一個(gè)m:n聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。 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。 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。 E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換原則 三個(gè)或三個(gè)以上實(shí)體間的一個(gè)多元聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。 同一實(shí)體集的實(shí)體間的聯(lián)系，即自聯(lián)系，也可按上述1:1、1:n和m:n三種情況分別處理。 具有相同碼的關(guān)系模式可合并。優(yōu)化數(shù)據(jù)模型的方法確定數(shù)據(jù)依賴對(duì)于各個(gè)關(guān)系模式之間的數(shù)據(jù)依賴進(jìn)行極小化處理，消除冗