數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和ER模型課件

第2章數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和ER模型1主要內(nèi)容數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)生存期ER模型的基本概念關(guān)系模型的基本概念ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換ER模型實(shí)例分析增強(qiáng)的ER模型2軟件生命周期(Lifecycle)需求分析可行性分析總體設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)編碼與測(cè)試綜合測(cè)試軟件運(yùn)行維護(hù)問(wèn)題定義軟件定義時(shí)期軟件開(kāi)發(fā)時(shí)期軟件運(yùn)行維護(hù)時(shí)期3七個(gè)階段的主要工作規(guī)劃：進(jìn)行建立數(shù)據(jù)庫(kù)的必要性和可行性分析，確定數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在組織中和信息系統(tǒng)中的地位。本階段具體分三步：系統(tǒng)調(diào)查可行性分析確定數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的總目標(biāo)，并對(duì)應(yīng)用單位的工作流程進(jìn)行優(yōu)化和制訂項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃。5需求分析：這一階段是計(jì)算機(jī)人員(系統(tǒng)分析員)和用戶共同收集數(shù)據(jù)庫(kù)所需要的信息內(nèi)容和用戶對(duì)處理的要求，加以規(guī)格化和分析，以書面形式確定下來(lái)，作為以后驗(yàn)證系統(tǒng)的依據(jù)。在分析用戶要求時(shí)，要確保用戶目標(biāo)的一致性。需求分析階段的輸入和輸出信息需求處理需求需求分析需求說(shuō)明書6需求分析階段的工作主要有一下四步：分析用戶活動(dòng)，產(chǎn)生業(yè)務(wù)流程圖。確定系統(tǒng)范圍，產(chǎn)生系統(tǒng)關(guān)聯(lián)圖。分析用戶活動(dòng)涉及的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)流圖。分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)字典。

數(shù)據(jù)字典(DataDictionary,簡(jiǎn)記為DD)是各類數(shù)據(jù)描述的集合，通常包括數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和加工過(guò)程等五個(gè)部分。7概念設(shè)計(jì)：把用戶的信息要求統(tǒng)一到一個(gè)整體邏輯結(jié)構(gòu)中，此結(jié)構(gòu)能表達(dá)用戶的要求，且獨(dú)立于任何DBMS軟件和硬件。概念設(shè)計(jì)的重要性概念設(shè)計(jì)的主要步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象，設(shè)計(jì)局部概念模型將局部概念模型合成全局概念模型評(píng)審8物理設(shè)計(jì)：對(duì)給定的基本數(shù)據(jù)模型選取一個(gè)最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)主要指數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)記錄格式、存儲(chǔ)記錄安排和存取方法。實(shí)現(xiàn)：根據(jù)物理設(shè)計(jì)的結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù)和它的應(yīng)用程序，并把原始數(shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)現(xiàn)階段主要有四項(xiàng)工作：定義數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)裝載編制與調(diào)試應(yīng)用程序；數(shù)據(jù)庫(kù)試運(yùn)行102.ER模型的基本概念12基本概念4.聯(lián)系一個(gè)或多個(gè)實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系.聯(lián)系的元數(shù)：一個(gè)聯(lián)系涉及到的實(shí)體集個(gè)數(shù).一元聯(lián)系二元聯(lián)系三元聯(lián)系14基本概念屬性實(shí)體所具有的某一方面的特性屬性的種類簡(jiǎn)單屬性和復(fù)合屬性單值屬性和多值屬性存儲(chǔ)屬性和派生屬性允許為空值的屬性15ER模型實(shí)例基本圖形符號(hào)矩形：實(shí)體集橢圓：屬性菱形：聯(lián)系集線段(直線)：實(shí)體集名屬性名聯(lián)系名16模型實(shí)例學(xué)號(hào)姓名班主任班號(hào)系號(hào)性別年齡學(xué)生班級(jí)班長(zhǎng)聯(lián)系集的主碼是任意一端的主碼1117模型實(shí)例學(xué)號(hào)姓名系主任系號(hào)系名性別年齡學(xué)生系別錄取聯(lián)系集的主碼是n端的主碼1n18采用ER模型進(jìn)行概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(guò)程概念結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：能真實(shí)、充分地反映現(xiàn)實(shí)世界；易于理解易于更改易于向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換描述概念模型的有力工具是E-R模型20概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟1、抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計(jì)局部ER模型；2、集成局部ER模型，得到全局ER模型；3、對(duì)全局ER模型進(jìn)行優(yōu)化21概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計(jì)原則：為了簡(jiǎn)化E-R圖的處置，現(xiàn)實(shí)世界的事物能作為屬性對(duì)待的，盡量作為屬性對(duì)待。作為屬性，不能再具有需要描述的性質(zhì)。屬性不能與其它實(shí)體具有聯(lián)系職工職稱職工工資聘任職稱住房標(biāo)準(zhǔn)附加福利工資住房標(biāo)準(zhǔn)23概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)視圖的集成兩種方式：多個(gè)分E-R圖一次集成，逐步集成24概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改和重構(gòu)，消除不必要的冗余，設(shè)計(jì)E-R圖在初步E-R圖中，可能存在一些冗余的數(shù)據(jù)和實(shí)體間冗余的聯(lián)系是否需要消除，要根據(jù)整體需求來(lái)確定，如果保留了一些冗余數(shù)據(jù)，則應(yīng)將數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系作為相應(yīng)的完整性約束條件。26概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全局ER模型的優(yōu)化合并實(shí)體類型消除冗余屬性消除冗余聯(lián)系273.關(guān)系模型的基本概念定義：用二維表格表示實(shí)體集，用關(guān)鍵碼表示實(shí)體間的聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為關(guān)系模型。28基本概念2.超碼一個(gè)或多個(gè)屬性的組合在一個(gè)實(shí)體集中，可唯一地標(biāo)識(shí)、區(qū)別一個(gè)實(shí)體可能有多余的屬性如（學(xué)號(hào)）、（學(xué)號(hào)+姓名）一個(gè)實(shí)體集中有多個(gè)超碼30基本概念3.候選碼從超碼中去除多余的屬性其任意真子集不具有碼的性質(zhì)的超碼一個(gè)實(shí)體集可能有多個(gè)候選碼（如學(xué)號(hào)、身份證號(hào)）能唯一標(biāo)識(shí)每一個(gè)實(shí)體且不包含多余屬性的屬性集.31基本概念4.主鍵（PrimaryKey）被設(shè)計(jì)者選中的候選碼一個(gè)實(shí)體集中只有一個(gè)主鍵32關(guān)系的性質(zhì)關(guān)系中的每一個(gè)屬性都是不可分解的；關(guān)系中不允許出現(xiàn)重復(fù)的元組；關(guān)系是元組的集合，其中的元組是無(wú)序的；關(guān)系中每個(gè)屬性對(duì)應(yīng)一列，屬性列是無(wú)序的；33關(guān)系模型的三要素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系操作關(guān)系的完整性34關(guān)系模型的三要素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在關(guān)系模型中,無(wú)論是實(shí)體還是實(shí)體間的聯(lián)系,都用單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)→關(guān)系(又稱二維表)來(lái)描述。學(xué)號(hào)姓名性別…班長(zhǎng)張力男……………田獎(jiǎng)男35關(guān)系模型的三要素關(guān)系操作關(guān)系操作包括關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算，二者在功能上是等價(jià)的。關(guān)系演算分為元組關(guān)系演算和域關(guān)系演算。關(guān)系代數(shù)主要有：選擇、投影、連接、并、差、交、廣義笛卡兒積和除運(yùn)算。36關(guān)系模型的三要素關(guān)系的完整性實(shí)體完整性參照完整性用戶自定義完整性37關(guān)系模型的三要素關(guān)系的完整性——實(shí)體完整性實(shí)體完整性規(guī)則組成主碼的屬性不能取空值。（NULL）規(guī)則實(shí)現(xiàn)實(shí)體完整性規(guī)則通過(guò)定義主碼實(shí)現(xiàn)。例如在SQLserver中，可以通過(guò)定義主碼（PrimaryKey）來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)體完整性。38

createtable

course

(

cno

char(10),

cname

varchar(20),

credit

smallint,

primarykey

(cno))Examples39

createtable

課程表

(

課程號(hào)

char(10),

課程名

varchar(20),

學(xué)分

smallint,

primarykey

(課程號(hào)))舉例說(shuō)明40Examplescreatetable

student(

sno

char(10),

sname

varchar(10),

sage

smallint,

ssex

char(1),

sdept

char(2),

primarykey

(sno),

check(ssex

in

(‘M’,‘F’)))41關(guān)系模型的三要素關(guān)系的完整性——參照完整性外碼（ForeignKey）

設(shè)F是基本關(guān)系R的一個(gè)或一組屬性，但不是關(guān)系R的碼。如果F與基本關(guān)系S的主碼K相對(duì)應(yīng)，則稱F是基本關(guān)系R的外碼。R為參照關(guān)系，S為被參照關(guān)系，R和S不一定為不同的關(guān)系。42學(xué)號(hào)姓名性別…班長(zhǎng)張力男……………田獎(jiǎng)男43關(guān)系模型的三要素關(guān)系的完整性——參照完整性參照完整性規(guī)則若屬性組F是基本關(guān)系R的外碼，它與基本關(guān)系S的主碼K相對(duì)應(yīng)，則對(duì)于R中的每個(gè)元組在F上取值要么為空；要么等于S中某個(gè)元組的主碼值。規(guī)則實(shí)現(xiàn)參照完整性通過(guò)定義外碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。44

createtable

sc(

sno

char(10),

cno

char(10),

grade

smallint,

primarykey

(sno,

cno),

foreignkey(sno)references

student(sno),

foreignkey(cno)referencescourse(cno),

check

(grade

>=0

and

grade

<=100))Examples45關(guān)系模型的三要素關(guān)系的完整性——用戶自定義完整性引入自定義完整性的原因前兩種完整性規(guī)則不能滿足一些特殊需要，數(shù)據(jù)類型的取值范圍太大，如將學(xué)生成績(jī)的取值范圍定義在0~100之間。規(guī)則實(shí)現(xiàn)在創(chuàng)建表時(shí)通過(guò)CHECK

子句來(lái)實(shí)現(xiàn)。46

createtable

sc(

sno

char(10),

cno

char(10),

grade

smallint,

primarykey

(sno,

cno),

foreignkey(sno)references

student(sno),

foreignkey(cno)references

course(cno),

check

(grade

>=0

and

grade

<=100))Examples474.ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換如何將實(shí)體和實(shí)體間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，如何確定這些關(guān)系模式的屬性和碼。48原則：1.一個(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)體的碼就是關(guān)系的碼

2.一個(gè)1：1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，每個(gè)實(shí)體的碼均是該關(guān)系的候選碼也可以與任意一端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。則需要在該關(guān)系模式的屬性中加入另一個(gè)關(guān)系模式的碼和聯(lián)系本身的屬性 部門（部門號(hào)，部門名，經(jīng)理的職工號(hào)……）部門11部門職工領(lǐng)導(dǎo)4.ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換49原則：3.一個(gè)1：n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，而關(guān)系的碼為n端實(shí)體的碼也可以與n端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。則需要在該關(guān)系模式的屬性中加入另一個(gè)關(guān)系模式的碼和聯(lián)系本身的屬性 職工（職工號(hào)，姓名，部門號(hào)……）部門職工屬于1n4.ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換50原則：4．一個(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)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，而關(guān)系的碼為各實(shí)體碼的組合庫(kù)存（零件號(hào)，倉(cāng)庫(kù)號(hào)，庫(kù)存量）零件倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存nm4.ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換51原則：5．三個(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)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，而關(guān)系的碼為各實(shí)體碼的組合供應(yīng)（產(chǎn)品號(hào)，供應(yīng)商號(hào)，零件號(hào)，供應(yīng)量）供應(yīng)商產(chǎn)品供應(yīng)mn零件p供應(yīng)量4.ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換52原則：6．具有相同碼的關(guān)系模式可以合并。4.ER模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換535.ER模型實(shí)例分析某企業(yè)生產(chǎn)若干產(chǎn)品，每種產(chǎn)品由不同的零件組成，有的零件可用在不同的產(chǎn)品上。這些零件由不同的材料制成，不同零件所用的材料可以相同。這些零件按所屬的不同產(chǎn)品分別放在倉(cāng)庫(kù)中，材料按類別存放在倉(cāng)庫(kù)中。用E-R圖畫出概念模型。將概念模型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模型。54根據(jù)題意設(shè)計(jì)E-R圖：設(shè)計(jì)各個(gè)局部E-R圖；①產(chǎn)品零件組裝mn個(gè)數(shù)材料零件制造mn②使用量55根據(jù)題意設(shè)計(jì)E-R圖：設(shè)計(jì)各個(gè)局部E-R圖；倉(cāng)庫(kù)零件保存mn③倉(cāng)庫(kù)材料存放1n④數(shù)量庫(kù)存量56根據(jù)題意設(shè)計(jì)E-R圖：合并局部E-R圖；m倉(cāng)庫(kù)零件保存mn材料產(chǎn)品制造n組裝存放1mnm庫(kù)存量數(shù)量個(gè)數(shù)使用量57將E-R圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模型中的關(guān)系模式：實(shí)體；產(chǎn)品（產(chǎn)品編號(hào)，產(chǎn)品名稱，型號(hào)，重量，單價(jià)）零件（零件編號(hào)，零件名稱，規(guī)格）材料（材料編號(hào)