數(shù)據(jù)庫設(shè)計ER模型演示課件

1、信息科學(xué)與工程學(xué)院楊金民數(shù)據(jù)庫設(shè)計section 2 實(shí)體-關(guān)系建模Individual Part 1Individual Part nER圖Individual Part i需求分析報告數(shù)據(jù)庫Relations存儲過程/視圖合理的數(shù)據(jù)庫Relations整理加工建模modeling驗證validate轉(zhuǎn)換convert數(shù)據(jù)庫設(shè)計流程Individual Part 1Individual Part nER圖Individual Part i整理加工建模Modeling調(diào)查分析研究識別/歸納/抽象推理/提煉規(guī)章制度業(yè)務(wù)表單現(xiàn)場觀察調(diào)查問卷當(dāng)面交流業(yè)務(wù)詳情：事情 /實(shí)體;活動/事件 ；過程和環(huán)節(jié)；

2、業(yè)務(wù)表單/記錄；人員；特征和趨勢；需求分析報告數(shù)據(jù)庫設(shè)計目標(biāo) 滿足業(yè)務(wù)需求：全覆蓋；需求獲取全面，分析到位； 數(shù)據(jù)正確性：盡量少的冗余，無操作異常，一致。設(shè)計正確。 可伸縮性：只要數(shù)據(jù)庫中存在數(shù)據(jù)根子，任何業(yè)務(wù)需求都能滿足，想要的業(yè)務(wù)表單都能組合/合成出來；涉及的三個問題：1) 覆蓋性問題：確定一個單位有哪些數(shù)據(jù)項（字段）？2） 劃分問題： 確定哪些字段構(gòu)成一個表？3） 關(guān)系問題： 確定表之間有什么關(guān)系？需求分析需求分析報告: 以文本或者圖形方式來陳述企業(yè)的業(yè)務(wù)活動，以及其中的處理流程，環(huán)節(jié)，記錄，流轉(zhuǎn)特性，訴求和期望。 優(yōu)點(diǎn)：門檻低，易于理解，方便交流。在認(rèn)識和把握企業(yè)特性，業(yè)務(wù)，流程，記錄

3、，數(shù)據(jù)等方面易于溝通交流。以求全面，準(zhǔn)確的認(rèn)識和理解企業(yè)，以及。不足： 在結(jié)構(gòu)和關(guān)系上模糊，不精準(zhǔn)，理解和認(rèn)識上易于出現(xiàn)偏差，讓計算機(jī)處理難; 例如：1）6除2；2）中國隊大勝美國隊，中國隊大敗美國隊；數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程概念數(shù)據(jù)庫設(shè)計邏輯數(shù)據(jù)庫設(shè)計物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計需求陳述通過建模來結(jié)構(gòu)化目標(biāo)模型驗證目標(biāo)數(shù)據(jù)庫表主鍵；外鍵；ER Modeling面向計算機(jī)處理(更多的專業(yè)知識）面向人完整性；安全；性能；(門檻越低)建模(modeling)對一個企業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，準(zhǔn)確地表達(dá)數(shù)據(jù)的內(nèi)涵; 基本要素: 概念及其定義;表達(dá)概念所用的符號;有關(guān)處理的規(guī)則; 例如：( 6 2 + 3 ) 4;需求分析報

4、告案例湖南大學(xué)本科教學(xué)的業(yè)務(wù)情況每個學(xué)期的教學(xué)過程是：老師首先提出開課申請，一個老師可以開一門或者多門課。一門課程也允許有多個老師同時開；然后學(xué)生對老師開出的課進(jìn)行選課, 學(xué)生信息有學(xué)號，姓名，性別，班級，所在學(xué)院；一個學(xué)生一個學(xué)期可以自由決定是否選課，也可選多門課. 修完一門課后得到一個考試分?jǐn)?shù)，如果考試不及格，可以以后重選、重修。 典型的教學(xué)管理業(yè)務(wù)表單(1) 女女男男性別1988/01/292008043315劉麗1988/07/092008043332張珊1992/02/212008043214汪兵1990/12/142008043101周山出生日期學(xué)號姓名學(xué)院名稱：軟件學(xué)院 學(xué)院編號

5、：01地址：湖南大學(xué)軟件大樓院長：林亞平學(xué)生名冊典型的教學(xué)管理業(yè)務(wù)表單(2) 姓名學(xué)號成績周山200804310178汪兵200804321465張珊200804333281劉麗200804331592課程名稱：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與設(shè)計 課程編號：001學(xué) 期：2010/01上課老師：張三課程成績單典型的教學(xué)管理業(yè)務(wù)表單(3) 教師姓名課程名稱選課學(xué)生人數(shù)周波數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)54楊柳數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)66張景操作系統(tǒng)75馬征面向?qū)ο笤O(shè)計92學(xué)院名稱：軟件學(xué)院學(xué) 期：2010/01上課老師名單匯總表數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程概念數(shù)據(jù)庫設(shè)計；從業(yè)務(wù)需求采用高級建模方法建模；邏輯數(shù)據(jù)庫設(shè)計；將高級模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型；物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計

6、；采用特定的DBMS產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫；三步曲：為什么要三步，而不是一步？概念數(shù)據(jù)庫設(shè)計(ER modeling) 演變非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)帶語義的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)實(shí)體(Entities)實(shí)體類(Entity type)關(guān)系(Relationships)關(guān)系類(Relationship type)抽象抽象屬性(Attributes)高級語言(規(guī)范）常用易于理解和溝通獨(dú)立于任何數(shù)據(jù)模型基本概念和要素:企業(yè)數(shù)據(jù)庫實(shí)例路橋工程公司，承接路橋工程業(yè)務(wù)，公司有多個工程部門，每個工程部門，有一些員工，公司承接的工程項目，交由某個工程部門負(fù)責(zé)承建完成，要求使用計算機(jī)對工程項目，人員，部門進(jìn)行管理，為結(jié)算，績效考核，公司狀況，

7、發(fā)展提供幫助。表（實(shí)體類型及其實(shí)例）Employee RelationENoEName BDate TitleSalarySuperNoDNoE1J. Doe01-05-75EE30000 E2nullE2M. Smith06-04-66SA50000 E5 D3E3A. Lee07-05-66ME40000 E7D2E4J. Miller09-01-50PR20000 E6D3E5B. Casey12-25-71SA50000 E8D3E6L. Chu11-30-65EE30000 E7D2E7R. Davis09-08-77ME40000 E8D1E8J. Jones10-11-72SA5

8、0000 nullD1表（實(shí)體類型及其實(shí)例）(2)Department Relation Project Relation DNo DNameMgrNoD1 Management E8D2 Consulting E7D3 Accounting E5D4 Development nullPNoPName BudgetP1 Instruments 150000P2 DB Develop 135000P3 Budget 250000P4 Maintenance 310000P5 CAD/CAM 500000表（關(guān)系類型及其實(shí)例）(3)WorksOn Relation ENoPNo RespDurat

9、ionE1 P1 Manager 12E2 P1 Analyst 24E2 P2 Analyst 6E3 P3 Consultant 10E3 P4 Engineer 48E4 P2 Programmer 18E5 P2 Manager 24E6 P4 Manager 48E7 P3 Engineer 36實(shí)體-關(guān)系建模(E-R modelling)概念(concepts):實(shí)體Entity;關(guān)系Relationship;屬性Attribute;約束(Constraints):作用于實(shí)體上的約束: 實(shí)體標(biāo)識(Entity identification);作用于關(guān)系上的約束: 度(degree)

10、, 參(participation); 基(Cardinality);符號(Symbol);1976年由Peter chen 提出.ER Model 例子 (舊標(biāo)記)EmployeeAddressTitleNameStreetENoPostcodeCityDurationSalaryResponsibilityWorkOnProjectLocationBudgetPNamePNoTotalEmpNMER Model 例子 (UML 標(biāo)記)EmployeeEno (PK)NameAddress City Street PostCodeTitleSalaryDept DNo (PK)NamePro

11、ject PNo (PK)NameBudgetLocation1.3/TotalEmpManageHasHasWorkOn ResponsibilityDurationSupervisorSuperviseeSupervises0.10.*0.*0.10.10.*0.10.*0.*0.*實(shí)體類型(Entity Types)通過歸納和抽象得出的概念。對應(yīng)于面向?qū)ο缶幊讨械腸lass注意 ：實(shí)體可以是現(xiàn)實(shí)世界的可見實(shí)體，例如：職員，學(xué)院； 也可以是抽象概念，例如： 項目(project), 會議.實(shí)體實(shí)例(entity instance) 是實(shí)體類型(entity type)的一個實(shí)例對象。 例如

12、，實(shí)體類型：員工(Employee)， 實(shí)體實(shí)例： E1 楊金民.實(shí)體實(shí)例可構(gòu)成一個集合；實(shí)體類型的符號表示實(shí)體類型用長方形表示，其名稱放在長方形中.其名稱用單數(shù)名稱，第一個字母大寫; 舊規(guī)范和XML規(guī)范一樣EmployeeProject關(guān)系類型實(shí)體類型之間的聯(lián)系關(guān)系類型(relationship type).例如，WorksOn 是員工類型(Employee)和項目類型(Project)之間的一種關(guān)系。而(E1,P1)： E1 works on project P1 是該關(guān)系類型的一個實(shí)例.在兩個實(shí)體類型之間可能存在多個關(guān)系類型。WorkOn實(shí)例E1E2E3E4E5E6E7P1P2P3P4P

13、5R1R2R3R4R5R6R7R8員工實(shí)例集項目實(shí)例集workon關(guān)系實(shí)例集多對多關(guān)系關(guān)系類型的標(biāo)記舊標(biāo)記中，菱形表示關(guān)系類型.In UML, 兩個實(shí)體類型之間的一條邊線表示一個關(guān)系類型，邊上標(biāo)簽為關(guān)系類型的名稱，附加上一個箭頭來表達(dá)關(guān)系的邏輯. 關(guān)系的名稱通常為動詞或者動詞短語，第一個字母大寫EmployeeWorksOnProjectEmployeeProjectWorksOn關(guān)系的度(Degree)一個關(guān)系類型涉及的實(shí)體類型的數(shù)量.例如, WorksOn 關(guān)系的度是2，它涉及2個實(shí)體類型： Employee, Project.度為2的關(guān)系叫二元(binary)關(guān)系，,度為3的關(guān)系叫三元(

14、ternary)關(guān)系，,度為N的關(guān)系叫N元(n-ary)關(guān)系.對于度3的關(guān)系類型在UML標(biāo)記中，也是用菱形來表示關(guān)系類型.關(guān)系類型的度Registration of a client by a staff at a branchStaff RegisterBranchClientBuyer ArrangesFinancial institutionBidSolicitor 遞歸關(guān)系(Recursive Relationships ) 一個實(shí)體類型可以充當(dāng)不同的角色，同一個實(shí)體類型的不同角色之間可能存在關(guān)系。例如：舊標(biāo)記：UML標(biāo)記：Employee SupervisesSupervisorSu

15、perviseeEmployee SupervisorSuperviseeSupervisesRole name遞歸關(guān)系(Recursive Relationships )(2)一個實(shí)體類型可以充當(dāng)不同的角色，因此兩個實(shí)體類型之間可能存在多種關(guān)系。同一個實(shí)體類型在不同的關(guān)系中扮演不同的角色。例如：Employee DepartmentManageManagerDepartmentHasMember of staffDepartment officeRole nameRole name屬性(Attributes)實(shí)體類型或者關(guān)系類型都有屬性。 例如， Employee 實(shí)體類型的屬性有： nam

16、e, salary, title等。屬性名稱以小寫字母開頭。屬性有域(domain)的概念。簡單屬性的類型簡單屬性與組合屬性： 例如，工資是一個簡單屬性，通信地址則是一個組合屬性，它由 postcode , street, city 三個組件組成。Question: 姓名是簡單屬性還是組合屬性 ?單值屬性與多值屬性：例如工資是單值屬性， 號碼是多值屬性：有手機(jī)號碼，家里 ，辦公 ；推導(dǎo)屬性：能夠由其它屬性計算得出的屬性；例如，年齡，能由出生日期計算而得；ER Model 例子(舊標(biāo)記)Primary Key Relationship Attribute EmployeeAddressTitle

17、NameStreetENoPostcodeCityDurationSalaryResponsibilityWorkOnProjectLocationBudgetPNamePNoTotalEmpNMMulti-valueAttributeDerived AttributeComposite AtrributeER Model 例子 (UML 標(biāo)記)Employeeeno PKnameaddress city street postCodetitlesalaryDepartment DnoPKnameProject pno PKnamebudgetlocation1.3/totalEmpManag

18、eHasHasWorkOn responsibilitydurationSupervisorSuperviseeSupervises0.10.*0.*0.10.10.*0.10.*0.*0.*Multi-valueAttributeDerived AttributeComposite AtrributePrimary KeyRelationship AttributeManagerStaff約束(Constraints) 作用于實(shí)體類型上的約束： 標(biāo)識屬性(primarykey)，實(shí)例集中，標(biāo)識其實(shí)例的屬性；作用于關(guān)系類型的約束： 對于二元關(guān)系，共有三類：1對1關(guān)系，1對多關(guān)系，多對多關(guān)系；進(jìn)

19、一步細(xì)化為兩極：參(participation)和基(Cardinality);一對一關(guān)系E1E2E3E4E5E6E7D1D2D3D4R1R2R3Employee ManagesDepartmentAS manager roleI舊標(biāo)記:UML 標(biāo)記:EmployeemanageDepartment11EmployeeDepartmentManage0.10.1Each departmentmay have a manager.Each employee manageszero or one department.一對一關(guān)系一對多關(guān)系P1P2P3P4P5P6P7D1D2D3D4R1R2R3R4

20、R5ProjectHasDepartment一對多關(guān)系舊標(biāo)記:UML 標(biāo)記：Project HasDepartmentN1Project DepartmentHas0.*0.1Each departmentHas zero or more projects.Each project haszero or one departments多對多關(guān)系P1P2P3P4P5P6P7R1R2R3R4R5ProjectWorksOnE1E2E3E4E5E6E7EmployeeR6R7R8多對多關(guān)系舊標(biāo)記:UML標(biāo)記:Employee WorksOnProjectNMEmployee ProjectWorks

21、On0.*0.*Each project haszero or more employees.Each employee works onzero or more projects.多元關(guān)系中的約束標(biāo)記方法對于多元關(guān)系，它至少有三個端，當(dāng)標(biāo)記某一端的約束時，其它端的實(shí)例對象數(shù)都設(shè)為1，然后從最悲觀和最樂觀視角來確定約束。Staff RegisterBranchClient1.11.10.*For each Branch/Staff combination,have zero or more clients.ER建模案例演示Please design a database for bachelo

22、r teaching (本科教學(xué)) of Hunan university. Each college(學(xué)院) offers at least 3 courses for students. A college has a name and a building location, and has some teachers. Each course has a name, course id, and course hours, and textbook. Each teacher can teach most one course in a semester(學(xué)期), but can te

23、ach different course in different semester. Each student has an id, name, sex, birth date, family address, phone. Students can enroll in (選修)one or more courses of Hunan university in a semester (學(xué)期). Once a student completes a course, he or she receives a grade（分?jǐn)?shù)）. If a student fails to pass the e

24、xamination, he or she can enroll in the course once again later. Each teacher has name, id, sex, rank(職稱), and has emails for communication with students.概念抽取Construct a university database where: Each student has an id, name, sex, birth date, and grade. Each teacher has a name and is in a departmen

25、t. Each department offers some courses and has lecturers. A department has a name and a building location. Each course has a name and number and may have multiple sections.A lecturer apply to offer a course for student to enroll. Students enroll in courses. They may only enroll in a course once. Onc

26、e a student completes a course, they receive a grade.第一步：標(biāo)識實(shí)體StudentCollegeCourseTeacher第二步：標(biāo)識關(guān)系StudentCollegeCourseTeacherOfferTeachEnrollHasHas檢查關(guān)系StudentCollegeCourseTeacherOfferTeachEnrollHasHasRoute 1Route 2Route 3Teach Enroll = route 1;But Has Has route 2; Has Offer Teach;第三步：標(biāo)識屬性StudentsNames

27、IdsexbirthDate addressCollegeCourseTeacherOfferTeachcollegeName locationcNamecIdhourstextbooktNametIdsexrankemails1.2EnrollHassemester gradesemester classHas第四步：標(biāo)識實(shí)體約束StudentsNamesIdPKsexbirthDate addressCollegeCourseTeacherOfferTeachcollegeNamePK locationcNamecIdPKhourstextbooktNametIdPKsexrankemai

28、ls1.3EnrollHassemester gradesemester classroomHas第五步：標(biāo)識關(guān)系約束StudentsNamesIdPKsexbirthDate addressCollegeCourseTeacherOfferTeachcollegeNamePK locationcNamecIdPKhourstextbooktNametIdPKsexrankemails1.3EnrollHassemester gradesemester classroom0.*Has0.*1.*0.*1.11.*1.*1.10.*1.1Practice Question ?Consider t

29、he university database developed before. 標(biāo)記如下作用于關(guān)系類型上的約束: A department must offer at least 2 courses and no more than 20 courses. A Course is offered by only one department. A course may have multiple sections, but always has at least one section. A student may enroll for courses (but does not have

30、to). A lecturer may be in multiple departments (at least 1), and a department must have at least 3 lecturers. A course is taught by at least one lecturer, but may be taught by more than one. A lecturer does not have to teach. A student may only enroll in a course once. (Not keeping track of history

31、of student enrollments.)HomeworkHtttp:/ss.hnu /database/index.htm;先看案例庫中的case C, 然后仔細(xì)看案例分析, 自己做一遍案例分析中的內(nèi)容, 然后獨(dú)立完成案例庫中的Case D:要求: ER model; Relational model; DDL for the relational model; DML for the questions (a) (n); Sample data; Web user interface;強(qiáng)實(shí)體類型和弱實(shí)體類型強(qiáng)實(shí)體類型，是指它的實(shí)例的存在不依賴于任何其他實(shí)體類型的實(shí)例；它有自己獨(dú)立的主

32、鍵，唯一性地標(biāo)識它的實(shí)例；弱實(shí)體類型，是指它的實(shí)例的存在依賴于任何其它實(shí)體類型的實(shí)例；它的主鍵包括兩個部分：1）它所依賴的實(shí)體類型的主鍵；2）在此基礎(chǔ)上，再加上它自己的標(biāo)識性屬性；Weak Entities in ER DiagramsEmployeeeno PKnameaddress city street postCodetitlesalaryHas1.10.*Dependentname PKbirthdateEmployeenameeNoHasDependentnamebirthdate1N建模陷井(Modeling Traps)要注意兩類連接陷井:扇子陷井(Fan traps):裂口陷

33、井(Chasm traps)EmployeeDepartmentHas0:*0.1Project0:10.*EmployeeDepartmentHas0:10.*ProjectHas0:10.*扇子陷井(Fan traps)例子現(xiàn)有的兩個關(guān)系類型盡管把員工實(shí)體類型和項目實(shí)體類型連接起來量，但是已有的兩個關(guān)系并不能精準(zhǔn)刻畫出員工與項目之間的關(guān)系P1P2P3P4P5R1R2R3R4R5ProjectHasE1E2E3E4E5E6EmployeeR6D1D2D3Departmentr1r2r3r4r5HasWorkson0:*0.*EmployeeDepartmentHas0:*0.1Project

34、Has0:10.*P1P2P3P4P5R1R2R3R4R5ProjectHasE1E2E3E4E5E6EmployeeR6D1D2D3Departmentr1r2r3r4r5HasR1R2R3R4Workson扇子陷井(Fan traps)例子E1D1E2D1E3D2E4D3E5D2E6D3P1D1P2D1P3D2P4D3P5D3E1D1P1E1D1P2E2D1P1E2D1P2E3D2P3E4D3P4E4D3P5E5D2P3E6D3P4E6D3P5EmployeeProjectEmployee Project這些推導(dǎo)出來的實(shí)例并不是員工參與項目的真實(shí)實(shí)例通過關(guān)系傳遞推導(dǎo)出來的關(guān)系Chasm T

35、rap 例子員工 E3屬于哪個部門?D2 部門有哪些員工?P1P2P3P4P5R1R2R3R4R5ProjectHasE1E2E3E4E5E6Employeer6D1D2D3Departmentr1r2r3r4r5WorkOnChasm Trap 例子P1P2P3R1R2R3ProjectHasE1E2E3E4EmployeeraD1D2Departmentr1r2r3r4HasEmployeeDepartmentHas0.10.*ProjectHas0.*0.*Has1:11.*rdrbrcER建模中應(yīng)該注意的事項 1) 避免冗余，不要在多處出現(xiàn)指向同一個概念的屬性，實(shí)體，關(guān)系； 2) 能用

36、屬性表達(dá)的地方不要用實(shí)體來表達(dá)；例子 Good Bad Also badDepartment DNo PKNameProject PNo PKNameBudgetLocation1.3/TotalEmpHas0.10.*Department DNo PKNameProject PNo PKNameBudgetLocation1.3/TotalEmpDeptNoHas0.10.*Project PNo PKNameBudgetLocation1.3/TotalEmpDeptNameDeptNo處理方法 Department dno PKProject pno PKnamebudgetlocati

37、on1.3Has0.10.*Project pno PKnamebudgetlocation1.3deptNoER建模面臨的挑戰(zhàn)實(shí)體，關(guān)系，屬性的界限并不分明，不知道什么時候把一個概念模型化成實(shí)體，還是關(guān)系，還是屬性； 技巧: 實(shí)體是名詞，表事物；關(guān)系是動詞，表事件；對三元關(guān)系和三元以上的關(guān)系，將其模型化為一個實(shí)體，而且是一個弱實(shí)體。該弱實(shí)體依存于所關(guān)聯(lián)的實(shí)體類型。許多建模工具只允許二元關(guān)系，不支持多元關(guān)系。對關(guān)系的認(rèn)識Department dno PKnameTeacher tno PKname0.*Has0.1Department dno PKnameTeacher tno PKname1

38、.*Work1.*start_dateend_daterole歷史記錄當(dāng)前狀態(tài)對多元關(guān)系的處理學(xué)生選課.Course cno PKnameTeacher tnoPKnameTeach0.*1.*Student sid PKnameEnroll1.*1.11.1SemesterScoreclass_no 把關(guān)系模型化成實(shí)體變成二元關(guān)系處理。Course cno PKnameTeacher tno PKnameAssign1.*1.1Student sid PKname1.10.*1.1EnrollmentSemesterPKScoreEnrollLinkTeach1.10.*0.*弱實(shí)體:enr

39、ollment依賴于student，course；Class依賴于enrollmentClassnamePKER Modeling技巧實(shí)體之間的有從屬關(guān)系，使得實(shí)體之間構(gòu)成了樹狀結(jié)構(gòu)圖，此時必須要考慮它們之間是否存在依存關(guān)系。如果是，就要表示強(qiáng)實(shí)體，與弱實(shí)體。對于關(guān)系，有兩種含義。第一種含義表達(dá)抽象概念之間相互聯(lián)系這種特性，即表達(dá)當(dāng)前狀態(tài)；第二種含義表達(dá)事件的發(fā)生，即表達(dá)歷史記錄。ER Modeling隨堂測試Business of a mall is as follows, please design a ER diagramfor its database: Each order has

40、a numeric key, a customer, a date, a total order amount, and a list of goods. A gooods in an order has an amount and a price paid by a custmoer， and is supplied by a certain supplier. Each goods has a numeric key, a name, and a price and may be supplied by multiple suppliers. A supplier has a key,a name, and a phone and may supply multiple parts. A customer has a key and a name. Each supplier and customer is located in a nation.ER Diagram DesigningGoods gno PKnameprice_inprice_outSupplier 1.10.*1.*sid PKnameOrder order_id PKd