數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論 高等教育出版社chp7-2

AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論AnIntroductiontoDatabaseSystem第七章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(續(xù)1)AnIntroductiontoDatabaseSystem7.3概念結(jié)構(gòu)7.3.1什么是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)即概念模型的過程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎(chǔ)，它比數(shù)據(jù)模型更獨立于機器、更抽象，從而更加穩(wěn)定概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵AnIntroductiontoDatabaseSystem概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

(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(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換AnIntroductiontoDatabaseSystem描述概念模型的工具要進行數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計，首先必須選擇適當?shù)母拍钅Ｐ?。用于概念設(shè)計的模型既要有足夠的表達能力，可以表示各種類型的數(shù)據(jù)及其相互間的聯(lián)系和語義，又要簡明易懂，能夠為非計算機專業(yè)人員所接受。目前應用得最廣泛的是E―R模型及其擴充版本(EER)。E―R模型除了具有上述的特點外，還可以用E―R圖表示數(shù)據(jù)模式，便于理解與交流。AnIntroductiontoDatabaseSystem7.3.2概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的四類方法自頂向下

首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，然后逐步細化自頂向下策略需求

全局概念模式

概念模式

概念模式

概念模式

概念模式

概念模式

概念模式………AnIntroductiontoDatabaseSystem7.3.2概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟自底向上

首先定義各局部應用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成起來，得到全局概念結(jié)構(gòu)自底向上策略需求需求需求需求

概念模式

概念模式

概念模式

概念模式

概念模式

概念模式

全局概念模式….AnIntroductiontoDatabaseSystem逐步擴張

首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu)，然后向外擴充，以滾雪球的方式逐步生成其他概念結(jié)構(gòu)，直至總體概念結(jié)構(gòu)逐步擴張策略核心需求需求核心概念結(jié)構(gòu)概念結(jié)構(gòu)全局概念結(jié)構(gòu)…AnIntroductiontoDatabaseSystem混合策略將自頂向下和自底向上相結(jié)合，用自頂向下策略設(shè)計一個全局概念結(jié)構(gòu)的框架，以它為骨架集成由自底向上策略中設(shè)計的各局部概念結(jié)構(gòu)。AnIntroductiontoDatabaseSystem常用策略自頂向下地進行需求分析自底向上地設(shè)計概念結(jié)構(gòu)AnIntroductiontoDatabaseSystem自底向上設(shè)計概念結(jié)構(gòu)的步驟

第1步：抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計局部視圖 第2步：集成局部視圖，得到全局概念結(jié)構(gòu)AnIntroductiontoDatabaseSystem概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要步驟（1）進行數(shù)據(jù)抽象，設(shè)計局部概念模式。（2）將局部概念模式綜合成全局概念模式。（3）評審。AnIntroductiontoDatabaseSystem概念模型的基本概念現(xiàn)實世界機器世界信息世界需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計AnIntroductiontoDatabaseSystem1．實體型實體型用帶有實體名的矩形框表示。學生課程AnIntroductiontoDatabaseSystem2．屬性一般屬性：用帶有屬性名的橢圓形框表示。多值屬性：用雙橢圓形框表示。派生屬性：用虛橢圓形框表示。復合屬性：可以進一步劃分為更小部分的屬性。屬性與其對應的實體型之間用直線連接。學號E-mail人數(shù)請按鍵★家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼AnIntroductiontoDatabaseSystem例：課程(課程號，課程名，學分，周學時)，該實體集及其屬性的表示方法如圖所示，其中帶下劃線的屬性“課程號”是實體集的鍵課程課程名學分課程號周學時AnIntroductiontoDatabaseSystem例：教師(教師號，姓名，性別，職稱，E-mail地址，電話號碼，家庭地址)實體集表示方法如圖。E-mail：多值屬性家庭地址：復合屬性家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼教師性別姓名教師號電話號碼e-mail地址職稱請按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem3．實體集之間的聯(lián)系用帶有聯(lián)系名的菱形框表示，并用直線將聯(lián)系與相應的實體相連接，且在直線靠近實體的那端標上1或n等，以表明聯(lián)系的類型(1:1、1:n或m:n)。若一個聯(lián)系的某個參與者是全部的，則用雙線將聯(lián)系與該參與者相連。學生姓名性別學號年齡班級班級號人數(shù)班級名屬于n1請按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem課程實體集、教師實體集及相互間的多對多聯(lián)系。AnIntroductiontoDatabaseSystem7.3.3E-R模型的設(shè)計問題1．確定實體集和屬性2．確定實體集間的聯(lián)系A(chǔ)nIntroductiontoDatabaseSystem1．確定實體集和屬性作為屬性的事物應符合的原則：①除了復合屬性，其他屬性都不能具有需要描述的特性。②屬性不能與其它實體發(fā)生聯(lián)系。③符合上述原則的事物應作為屬性，其余的應作為實體。AnIntroductiontoDatabaseSystem例：分析課程實體：課程實體：課程號，課程名，學分，周學時應作為屬性；若課程類型與課程的上課周數(shù)有關(guān)，則應把“課程類型”作為一個實體，而將“周數(shù)”作為它的屬性。AnIntroductiontoDatabaseSystem課程類型與課程課程課程名學分課程號周學時課程類型課程課程名學分

課程號周學時類型名類型號周數(shù)課程類型分類n1課程類型作為屬性課程類型作為實體請按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem2．確定實體集間的聯(lián)系確定課程、教師和學生實體集相互之間的聯(lián)系增加課程和教師聯(lián)系的描述性屬性增加課程,教師和學生的聯(lián)系mp時間教室號上課學生性別學號姓名年齡nmn教授家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼電話號碼e-mail地址性別姓名教師號職稱教師課程課程名學分課程號周學時請按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem課程、教師和學生實體集相互之間的聯(lián)系將“教授”和“上課”聯(lián)系和并為如下的“教授”(冗余)請按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem將學生的考試成績用“上課”聯(lián)系中增加的“成績”屬性表示出來學生性別學號姓名年齡mp時間教室號上課nmn教授家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼電話號碼e-mail地址性別姓名教師號職稱教師課程課程名學分課程號周學時成績請按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem將學生的考試成績在學生和課程實體間增加的“考試”聯(lián)系中作為屬性表示出來學生性別學號姓名年齡mp時間教室號上課nmn教授家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼電話號碼e-mail地址性別姓名教師號職稱教師課程課程名學分課程號周學時考試m成績請按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem將學生，課程之間的聯(lián)系作進一步修改學生性別學號姓名年齡mp時間教室號上課nmn教授家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼電話號碼e-mail地址性別姓名教師號職稱教師課程課程名學分課程號周學時考試m成績AnIntroductiontoDatabaseSystempmn教授家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼電話號碼e-mail地址性別姓名教師號職稱教師課程課程名學分課程號周學時學生性別學號姓名年齡考試成績mnAnIntroductiontoDatabaseSystem7.3.3數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計

數(shù)據(jù)抽象:抽象是對實際的人、物、事和概念中抽取所關(guān)心的共同特性，忽略非本質(zhì)的細節(jié)，并把這些特性用各種概念精確地加以描述。概念結(jié)構(gòu)是對現(xiàn)實世界的一種抽象AnIntroductiontoDatabaseSystem幾個重要概念：1.特殊化(specialization)

一個實體集是具有某些共性的實體的集合。這些實體一方面具有共性，另一方面還具有各自的特殊性。一個實體集可以按照某一特征區(qū)分為幾個子實體集。這是一個從普遍到特殊的過程，這個過程叫做特殊化。AnIntroductiontoDatabaseSystem分析：課程實體具有課程號、課程名、學分和周學時等屬性。假設(shè)課程實體可以進一步劃分為兩大類：選修課和必修課。這兩類課程都具有課程實體所具有的所有屬性這兩類課程也分別具有區(qū)別于其他課程的一些獨特的屬性。

ⅰ每門選修課都具有選修人數(shù)上限和下限，根據(jù)這兩個值，一方面可以限制選修課程的人數(shù)，另一方面如果選修人數(shù)太少，也可以取消某門選修課的上課計劃。因此，選修課實體還具有人數(shù)上限和人數(shù)下限屬性，而這些屬性是必修課所沒有的；

ⅱ每門必修課都具有一個課程負責人，而該屬性也是選修課所不具有的。AnIntroductiontoDatabaseSystem在實體集內(nèi)部進行分組的過程稱為特殊化。對課程實體集進行特殊化可以產(chǎn)生如下實體集：

①選修課：具有人數(shù)上限和人數(shù)下限屬性。

②必修課：具有課程負責人屬性。AnIntroductiontoDatabaseSystem選修課還可以分成共同限選課和專業(yè)選修課兩類共同限選課是面向全校學生開設(shè)的選修課專業(yè)選修課是面向某個專業(yè)學生的選修課，因此每門專業(yè)選修課都屬于某個專業(yè)，并且不同專業(yè)隊可以選修的課程數(shù)目有不同的規(guī)定。例如，信息系可能允許學生最多選修8門專業(yè)選修課，而會計系也許僅允許學會選修5門專業(yè)選修課。這樣，對選修課實體集進行特殊化可以產(chǎn)生如下實體集：

①共同限選課②專業(yè)選修課：每門專業(yè)選修課都屬于某個專業(yè)。相關(guān)專業(yè)允許學生可以選修的專業(yè)選修課的門數(shù)在專業(yè)實體集中描述。AnIntroductiontoDatabaseSystem課程號課程名學分周學時課程選修課必修課IsA人數(shù)下限人數(shù)上限課程負責人IsA共同限選課專業(yè)選修課選修課計劃專業(yè)專業(yè)號專業(yè)名稱選修門數(shù)1nAnIntroductiontoDatabaseSystem2.概括：與特殊化相反的過程，即把幾個具有某些共性的實體集概括成一個更普遍的實體集。AnIntroductiontoDatabaseSystem概括分析：如先設(shè)計選修課和必修課選修課：課程號，課程名，學分，周學時，人數(shù)上限，人數(shù)下限必修課：課程號，課程名，學分，周學時，課程負責人它們之間的共性可以概括出課程實體集AnIntroductiontoDatabaseSystem屬性繼承特殊化和概括所產(chǎn)生的高層實體集和低層實體集的一個重要特性是屬性繼承。高層實體集的屬性被低層實體集繼承。低層實體集(或子類)同時還繼承參與其高層實體集所參與的那些聯(lián)系集。屬性繼承作用于低層實體集的所有聯(lián)系中。同高層實體集相聯(lián)系的所有屬性和聯(lián)系也適用于它的所有低層實體集;低層實體集特有的性質(zhì)僅僅適用于某個特定的低層實體集。AnIntroductiontoDatabaseSystem

3弱實體集有些實體集的屬性都不足以形成主鍵，這樣的實體集稱作弱實體集。與此相對，有主鍵實體集稱作強實體集。弱實體集只有作為一對多聯(lián)系的一部分才有意義，這時該聯(lián)系集就應該不具有任何描述性屬性，因為任何所需屬性都可以同弱實體集相聯(lián)系。存在依賴是一類重要的約束。具體地說，如果實體x的存在依賴于實體y的存在，那么就說x存在依賴于y。AnIntroductiontoDatabaseSystem

在操作上，如果y被刪除，那么x也要被刪除。實體y稱作支配實體，實體x稱作從屬實體。

全部參與同存在依賴緊密相關(guān)。強實體集的成員必然是支配實體，而弱實體集的成員是從屬實體。弱實體集與其擁有者之間的聯(lián)系稱為標識性聯(lián)系。例如，學生實體有社會關(guān)系這方面的特性，若將社會關(guān)系抽象為社會關(guān)系實體，那么該實體的存在依賴于學生實體，所以社會關(guān)系實體為弱實體，學生實體為對應的強實體。AnIntroductiontoDatabaseSystem圖強實體集的主鍵和弱實體集的分辨符學生社會關(guān)系擁有社會關(guān)系號學號AnIntroductiontoDatabaseSystem注意：弱實體集的分辨符是使得我們能進行這種區(qū)分的屬性集合。弱實體集的主鍵由該弱實體集所存在依賴的強實體集的主鍵和該弱實體集的分辨符共同組成。在某些情況下，數(shù)據(jù)庫設(shè)計者會選擇用擁有者實體集的多值、復合屬性來表示弱實體集。如果弱實體集只參與標識性聯(lián)系，而且其屬性不多，那么在建模時將其表述為一個屬性更恰當。相反地，如果弱實體集參與到標識性聯(lián)系以外的聯(lián)系中，或者其屬性較多，則建模時將其表述為弱實體集更恰當。AnIntroductiontoDatabaseSystem局部視圖設(shè)計設(shè)計分E-R圖的步驟:⒈選擇局部應用⒉逐一設(shè)計分E-R圖AnIntroductiontoDatabaseSystem1局部E-R模型的設(shè)計步驟需求分析結(jié)果確定局部結(jié)構(gòu)的范圍還有局部結(jié)構(gòu)要設(shè)計？全局E-R模型的設(shè)計有無設(shè)計局部E-R模型確定局部結(jié)構(gòu)的實體定義局部結(jié)構(gòu)的屬性定義局部結(jié)構(gòu)的聯(lián)系請按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem①

設(shè)計教學管理子系統(tǒng)的E-R模型AnIntroductiontoDatabaseSystem②設(shè)計工資及福利管理子系統(tǒng)的E-R模型AnIntroductiontoDatabaseSystem2．全局E-R模型的設(shè)計全局E-R模型的設(shè)計過程

⑴合并局部E-R模型⑵消除冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系局部E-R模型合并兩個局部E-R模型檢查并消除沖突檢查并消除冗余邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計無有無還有未合并的局部E-R模型嗎?還有沖突嗎?還有冗余嗎?無有有請按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem

依次取出所有的局部E-R模型，進行合并，直至所有的局部E-R模型都合并完為止。在合并過程中要檢查并消除局部E-R模型間的一些沖突。

沖突的種類：

①屬性沖突

②命名沖突

③結(jié)構(gòu)沖突⑴合并局部E-R模型AnIntroductiontoDatabaseSystem①屬性沖突

包括屬性域沖突和屬性取值單位的沖突。屬性域的沖突：指同一屬性在不同局部E-R模型中有不同數(shù)據(jù)類型、取值范圍或取值集合。AnIntroductiontoDatabaseSystem②命名沖突

同名異義：

是指具有不同意義的對象在不同的局部E-R模型中卻使用了相同的名字。

異名同義：

是指具有同一意義的對象在不同的局部E-R模型中卻使用了不同的名字。AnIntroductiontoDatabaseSystem③結(jié)構(gòu)沖突

既指同一對象在不同的局部E-R模型中具有不同的抽象，也指同一實體在不同的局部E-R模型中包含不同的屬性個數(shù)和排列次序，又指實體間的聯(lián)系在不同的局部E-R模型中具有不同的類型。AnIntroductiontoDatabaseSystem例：教學管理與工資及福利管理子系統(tǒng)中，教師的職工號存在命名沖突；教師實體存在結(jié)構(gòu)沖突。教師教師號工齡養(yǎng)老金公積金基本工資家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼統(tǒng)一與合并后教師電話號碼e-mail地址性別姓名教師號職稱家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼教學管理子系統(tǒng)教師教師編號姓名性別工齡公積金養(yǎng)老金基本工資工資及福利子系統(tǒng)e-mail地址性別姓名電話號碼請按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem課程實體存在結(jié)構(gòu)沖突，進行合并課程課程名學分課程號周學時課程課程名課程號總課時教學管理子系統(tǒng)工資及福利子系統(tǒng)合并后課程類型周數(shù)類型號類型名分類1n課程課程名學分課程號周學時請按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem教授聯(lián)系的合并教學管理子系統(tǒng)工資及福利子系統(tǒng)教授課程nm教師時間教室號時間評教等級教授課程nm教師時間教室號評教等級教授課程nm教師合并后請按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem⑵消除冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系在初步E―R圖中，可能存在一些冗余的數(shù)據(jù)和實體間冗余的聯(lián)系。所謂冗余的數(shù)據(jù)是指可由基本數(shù)據(jù)導出的數(shù)據(jù)冗余的聯(lián)系是指可由其他聯(lián)系導出的聯(lián)系冗余數(shù)據(jù)和冗余聯(lián)系容易破壞數(shù)據(jù)庫的完整性，給數(shù)據(jù)庫的維護增加困難，應當予以消除。消除了冗余后的初步E―R圖稱為基本E―R圖。消除冗余主要采用分析方法，即以數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)流圖為依據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)字典中關(guān)