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2023/2/41第6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)本章主要內(nèi)容6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述
6.2需求分析
6.3概念設(shè)計(jì)
6.4邏輯設(shè)計(jì)6.5模式求精
6.6物理設(shè)計(jì)
6.7數(shù)據(jù)庫實(shí)施
6.8數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)2023/2/42何謂數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)?數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是指對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用環(huán)境,構(gòu)造(設(shè)計(jì))出某種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫邏輯模式和物理結(jié)構(gòu),并據(jù)此建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng),使之能夠有效地存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù),滿足各種用戶的應(yīng)用需求,包括信息管理要求和數(shù)據(jù)處理要求。數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為現(xiàn)代信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心部分,而數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的效率和質(zhì)量。2023/2/43
數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)有別于其他軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì),有其獨(dú)特的特點(diǎn)——以數(shù)據(jù)為中心。
由于DBMS和前臺(tái)開發(fā)技術(shù)進(jìn)步,數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式可以比較容易的實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員把注意力放在數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理過程中的流向問題。2023/2/44第6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述
6.2需求分析
6.3概念設(shè)計(jì)
6.4邏輯設(shè)計(jì)
6.5模式求精2023/2/45數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的任務(wù)和目標(biāo) 一個(gè)成功的管理系統(tǒng)=50%的業(yè)務(wù)+50%的軟件
50%的成功軟件=25%的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)+25%的程序◆數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的任務(wù)
狹義上講,就是對(duì)某個(gè)給定的應(yīng)用領(lǐng)域,設(shè)計(jì)優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu),并建立數(shù)據(jù)庫。廣義地講是數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì),即設(shè)計(jì)整個(gè)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。2023/2/46◆
數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的目標(biāo)創(chuàng)建一個(gè)完整的、盡可能規(guī)范化的和完全集成的概念、邏輯和物理數(shù)據(jù)庫模型。具體要達(dá)到以下要求:
減少有害的數(shù)據(jù)冗余,提高程序共享性; 保證數(shù)據(jù)的獨(dú)立性,可修改,可擴(kuò)充; 訪問數(shù)據(jù)庫的時(shí)間要短; 數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)空間要??; 要保證數(shù)據(jù)的安全性和保密性; 易于維護(hù)。2023/2/47數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的特點(diǎn)◆三分技術(shù),七分管理,十二分?jǐn)?shù)據(jù)
數(shù)據(jù)庫的建設(shè)中不僅涉及數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和開發(fā)等技術(shù),也涉及管理問題。這里的管理不僅僅包括項(xiàng)目管理,也包括與該項(xiàng)目關(guān)聯(lián)的企業(yè)的業(yè)務(wù)管理?;A(chǔ)數(shù)據(jù)的收集、整理是非常繁瑣吃力的事情。2023/2/48◆
數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對(duì)數(shù)據(jù)的處理設(shè)計(jì)密切結(jié)合
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):就是設(shè)計(jì)各級(jí)數(shù)據(jù)庫模式,決定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的信息內(nèi)容。
行為設(shè)計(jì):它決定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能,是事務(wù)處理等應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。2023/2/49現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)分析功能分析概念模型設(shè)計(jì)邏輯模型設(shè)計(jì)物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)子模式設(shè)計(jì)建立數(shù)據(jù)庫功能模型功能說明事務(wù)設(shè)計(jì)程序說明應(yīng)用程序設(shè)計(jì)程序編碼調(diào)試結(jié)構(gòu)與行為設(shè)計(jì)分離示意圖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行為設(shè)計(jì)2023/2/410數(shù)據(jù)分析功能分析概念模型設(shè)計(jì)邏輯模型設(shè)計(jì)物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)子模式設(shè)計(jì)建立數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫功能模型功能說明事務(wù)設(shè)計(jì)程序說明應(yīng)用程序設(shè)計(jì)程序調(diào)試程序運(yùn)行結(jié)構(gòu)與行為設(shè)計(jì)結(jié)合示意圖現(xiàn)實(shí)世界2023/2/411數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法◆直觀設(shè)計(jì)法(手工試湊法)
數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)只是一種經(jīng)驗(yàn)的反復(fù)實(shí)施,而不能稱為是一門科學(xué),缺乏科學(xué)分析理論基礎(chǔ)和工程手段的支持,所以設(shè)計(jì)質(zhì)量很難保證?!粢?guī)范設(shè)計(jì)法(新奧爾良法)
新奧爾良法將數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分成需求分析(分析用戶需求)、概念設(shè)計(jì)(信息分析和定義)、邏輯設(shè)計(jì)(設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn))和物理設(shè)計(jì)(物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì))。2023/2/412常用的規(guī)范設(shè)計(jì)方法
基于ER模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法;
P.P.S.chen于1976年提出
基于3NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法;
S·Atre提出
ODL(ObjectDefinitionLanguage)方法; 語義對(duì)象模型(SemanticObject)方法。2023/2/413ODL(ObjectDefinitionLanguage)方法
ODL是利用面向?qū)ο蟮男g(shù)語(如C++中的類、對(duì)象、子類、繼承等概念)說明數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的推薦標(biāo)準(zhǔn)語言,它是IDL(InterfaceDefinitionLanguage,接口定義語言)的擴(kuò)展。ODL的主要作用是書寫面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)(正如用E/R圖進(jìn)行關(guān)系數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)一樣),進(jìn)而將其轉(zhuǎn)換成面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(OODBMS)的說明。2023/2/414◆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法是指在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的某些過程中模擬某一規(guī)范化設(shè)計(jì)的方法,并以人的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)為主導(dǎo),通過人機(jī)交互方式實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的某些部分。
Oracle公司開發(fā)的DesignerSybase公司開發(fā)的PowerDesigner
這些軟件簡(jiǎn)稱為CASE(ComputerAidedSoftwareEngineering)工具?!糇詣?dòng)化設(shè)計(jì)法
2023/2/415數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟按規(guī)范設(shè)計(jì)法可將數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)分為四個(gè)階段:系統(tǒng)需求分析階段、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段、物理設(shè)計(jì)階段。而一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)過程還需增加數(shù)據(jù)庫實(shí)施和數(shù)據(jù)庫運(yùn)行與維護(hù)兩個(gè)階段。2023/2/416不滿意不滿意需求收集和分析應(yīng)用需求(數(shù)據(jù)、處理)設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型優(yōu)化設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì),性能預(yù)測(cè)物理實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)性運(yùn)行使用維護(hù)數(shù)據(jù)庫需求分析階段概念設(shè)計(jì)階段邏輯設(shè)計(jì)階段物理設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)庫實(shí)施數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)轉(zhuǎn)換規(guī)則、DBMS功能、優(yōu)化方法應(yīng)用要求、DBMS詳細(xì)特征數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)2023/2/417第6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述
6.2需求分析
6.3概念設(shè)計(jì)
6.4邏輯設(shè)計(jì)
6.5模式求精2023/2/418需求分析的任務(wù)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界要處理的對(duì)象(組織、部門、企業(yè)等)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查,通過對(duì)原系統(tǒng)的了解,收集支持新系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理,在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能?!粽{(diào)查分析用戶的活動(dòng)
調(diào)查組織機(jī)構(gòu)情況,調(diào)查各部門的業(yè)務(wù)活動(dòng)情況?!羰占头治鲂枨髷?shù)據(jù),確定系統(tǒng)邊界信息需求;處理需求;安全性;完整性的需求。2023/2/419◆
編寫需求分析說明書(系統(tǒng)分析報(bào)告)(1)系統(tǒng)概況,系統(tǒng)的目標(biāo)、范圍、背景、歷史和現(xiàn)狀;
(2)系統(tǒng)的原理和技術(shù),對(duì)原系統(tǒng)的改善;
(3)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明;
(4)系統(tǒng)功能說明;
(5)數(shù)據(jù)處理概要、工程體制和設(shè)計(jì)階段劃分;
(6)系統(tǒng)方案及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、功能和操作上的可行性。2023/2/420隨系統(tǒng)分析報(bào)告要提供下列附件:
(1)系統(tǒng)的硬件、軟件支持環(huán)境的選擇及規(guī)格要求(所選擇的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、漢字平臺(tái)、計(jì)算機(jī)型號(hào)及其網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等)。
(2)組織機(jī)構(gòu)圖、組織之間聯(lián)系圖及各機(jī)構(gòu)功能業(yè)務(wù)一覽圖。
(3)數(shù)據(jù)流程圖、功能模塊圖和數(shù)據(jù)字典等圖表。2023/2/421需求分析的方法
主要方法有自頂向下和自底向上兩種。(a)自頂向下的需求分析(b)自底向上的需求分析………………需求需求……需求…需求需求需求需求需求需求需求需求需求需求…需求…
需求分析的方法2023/2/422自頂向下的分析方法(StructuredAnalysis,簡(jiǎn)稱SA方法)是最簡(jiǎn)單實(shí)用的方法。SA方法從最上層的系統(tǒng)組織機(jī)構(gòu)入手,采用逐層分解的方式分析系統(tǒng),并把每一層用數(shù)據(jù)流圖(DataFlowDiagram,DFD)和數(shù)據(jù)字典(DataDictionary,DD)描述。2023/2/423
數(shù)據(jù)流圖表達(dá)了數(shù)據(jù)和處理過程的關(guān)系。在數(shù)據(jù)流圖中,用命名的箭頭表示數(shù)據(jù)流,用圓圈表示處理,用矩形或其他形狀表示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來源處理數(shù)據(jù)輸出處理需求信息需求數(shù)據(jù)流圖2023/2/424讀者借書登記資格核查借書單書籍
一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)可用一張數(shù)據(jù)流圖來表示。當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí),為了便于理解,控制其復(fù)雜性,可以采用分層描述的方法。一般用第一層描述系統(tǒng)的全貌,第二層分別描述各子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
2023/2/425
數(shù)據(jù)字典是對(duì)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的詳細(xì)描述,是各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性的清單。它與數(shù)據(jù)流圖互為注釋。數(shù)據(jù)字典貫穿于數(shù)據(jù)庫需求分析直到數(shù)據(jù)庫運(yùn)行的全過程,在不同的階段其內(nèi)容和用途各有區(qū)別。在需求分析階段,數(shù)據(jù)字典通常包含以下五部分內(nèi)容:◆數(shù)據(jù)項(xiàng)
數(shù)據(jù)項(xiàng)是數(shù)據(jù)的最小單位,其具體內(nèi)容包括:數(shù)據(jù)項(xiàng)名、含義說明、別名、類型、長(zhǎng)度、取值范圍、與其他數(shù)據(jù)項(xiàng)的關(guān)系。2023/2/426◆
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)項(xiàng)有意義的集合。內(nèi)容包括:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名、含義說明,這些內(nèi)容組成數(shù)據(jù)項(xiàng)名?!魯?shù)據(jù)流
數(shù)據(jù)流可以是數(shù)據(jù)項(xiàng),也可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它表示某一處理過程中數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)穆窂?。?nèi)容包括:數(shù)據(jù)流名、說明、流出過程、流入過程,這些內(nèi)容組成數(shù)據(jù)項(xiàng)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2023/2/427◆
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
處理過程中數(shù)據(jù)的存放場(chǎng)所,也是數(shù)據(jù)流的來源和去向之一??梢允鞘止{證,手工文檔或計(jì)算機(jī)文件?!籼幚磉^程
處理過程的處理邏輯通常用判定表或判定樹來描述,數(shù)據(jù)字典只用來描述處理過程的說明性信息。2023/2/428
需求分析得到的DFD圖集和數(shù)據(jù)字典中的內(nèi)容必須返回用戶,并且用非專業(yè)術(shù)語與用戶交流。在反饋時(shí),設(shè)計(jì)者與用戶一起檢查與修改那些沒有如實(shí)反映現(xiàn)實(shí)世界的錯(cuò)誤或遺漏。修改DFD圖、補(bǔ)充數(shù)據(jù)字典的過程可能需要反復(fù)多次,最終取得用戶的認(rèn)可。最終形成的數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典為“需求分析說明書”的主要內(nèi)容,這是下一步進(jìn)行概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。也是將來系統(tǒng)維護(hù)的基礎(chǔ)。2023/2/429需求分析過程中要注意的3點(diǎn):
第一,應(yīng)用部門的業(yè)務(wù)人員常常缺少計(jì)算機(jī)的專業(yè)知識(shí),而數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員又常常缺乏應(yīng)用領(lǐng)域的業(yè)務(wù)知識(shí),因此相互的溝通往往比較困難。第二,不少業(yè)務(wù)人員往往對(duì)開發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有不同程度的抵觸情緒。有的認(rèn)為需求調(diào)查影響了他們的工作,給他們?cè)斐闪素?fù)擔(dān),特別是新系統(tǒng)的建設(shè)常常伴隨企業(yè)管理的改革,這會(huì)遇到不同部門不同程度的抵觸。2023/2/430
第三,應(yīng)用需求常常在不斷改變,使系統(tǒng)設(shè)計(jì)也常常要進(jìn)行調(diào)整甚至要有重大改變。
面對(duì)這些困難,設(shè)計(jì)人員特別應(yīng)該注意:
1.用戶參與的重要性
2.用原型法來幫助用戶確定他們的需求
3.預(yù)測(cè)系統(tǒng)的未來改變2023/2/431第6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述
6.2需求分析
6.3概念設(shè)計(jì)
6.4邏輯設(shè)計(jì)
6.5模式求精2023/2/432
概念設(shè)計(jì)就是將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu),即概念(語義)數(shù)據(jù)模型(簡(jiǎn)稱概念模型)。概念模型作為概念設(shè)計(jì)的表達(dá)工具,為數(shù)據(jù)庫提供一個(gè)說明性結(jié)構(gòu),是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)(邏輯模型)的基礎(chǔ)。概念模型必須具備以下特點(diǎn):
語義表達(dá)能力豐富;易于交流和理解; 易于修改和擴(kuò)充;易于向各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。
2023/2/433人們提出了許多概念模型,如語義對(duì)象模型(SemanticObjectModel,簡(jiǎn)稱SOM)、實(shí)體關(guān)系(Entity-Relationship,簡(jiǎn)稱ER)
模型等。目前應(yīng)用最普遍的是實(shí)體關(guān)系模型,它將現(xiàn)實(shí)世界的信息結(jié)構(gòu)統(tǒng)一用屬性、實(shí)體以及它們之間的聯(lián)系來描述。2023/2/434實(shí)體關(guān)系模型2023/2/435◆
基本概念實(shí)體(Entity)??陀^存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。實(shí)體可以是具體的人、事、物,也可以是抽象的概念或聯(lián)系。屬性(Attribute)。屬性為實(shí)體的某一方面特征的抽象表示。如教師實(shí)體可由教師編號(hào)、姓名、年齡、性別、職稱等屬性來刻畫。域(Domain)。屬性的取值范圍稱為屬性的域。如:教師實(shí)體中,屬性性別的域?yàn)槟泻团?023/2/436主碼(PrimaryKey)。碼也稱關(guān)鍵字,它是能夠唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)實(shí)體的屬性集。如:教師實(shí)體的主碼為教師編號(hào)。聯(lián)系(Relationship)?,F(xiàn)實(shí)世界的事物總是存在著這樣或那樣的聯(lián)系,這種聯(lián)系必然要在信息世界中得到反映。事物之間的聯(lián)系可分為兩類:一類是實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系,如組成實(shí)體的各屬性之間的關(guān)系;另一類是實(shí)體之間的聯(lián)系,即不同實(shí)體之間的聯(lián)系。2023/2/437◆
兩個(gè)實(shí)體集之間的聯(lián)系
1:1聯(lián)系:如果對(duì)于A中的一個(gè)實(shí)體,B中至多有一個(gè)實(shí)體與其發(fā)生聯(lián)系,反之,B中的每一實(shí)體至多對(duì)應(yīng)A中一個(gè)實(shí)體,則稱A與B是1:1聯(lián)系。
1:n聯(lián)系:如果對(duì)于A中的每一實(shí)體,實(shí)體B中有一個(gè)以上實(shí)體與之發(fā)生聯(lián)系,反之,B中的每一實(shí)體至多只能對(duì)應(yīng)于A中的一個(gè)實(shí)體,則稱A與B是1:n聯(lián)系。
m:n聯(lián)系:如果A中至少有一實(shí)體對(duì)應(yīng)于B中一個(gè)以上實(shí)體,反之,B中也至少有一個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)于A中一個(gè)以上實(shí)體,則稱A與B為m:n聯(lián)系。2023/2/438兩個(gè)實(shí)體集之間的3類聯(lián)系2023/2/439◆
兩個(gè)以上實(shí)體集之間的聯(lián)系
例如:導(dǎo)師、學(xué)生、課題之間的三元關(guān)系。
注意:為了簡(jiǎn)化概念設(shè)計(jì),通常將三元關(guān)系分解為適當(dāng)?shù)牡葍r(jià)二元關(guān)系?!?/p>
實(shí)體關(guān)系模型的表示方法
ER圖是直觀表示概念模型的工具,ER圖的基本思想就是分別用矩形框、橢圓形框和菱形框表示實(shí)體、屬性和聯(lián)系,使用無向邊將屬性與其相應(yīng)的實(shí)體連接起來,并將聯(lián)系分別和有關(guān)實(shí)體相連接,注明聯(lián)系類型。2023/2/441◆
概念設(shè)計(jì)方法
設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)的ER模型可采用自頂向下、自底向上、逐步擴(kuò)張和混合策略四種方法。其中最常用的方法是自底向上。自底向上方法是先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)ER模型,然后將它們集成,得到全局概念結(jié)構(gòu)ER模型。2023/2/442[例6.1]
在簡(jiǎn)單的教務(wù)管理系統(tǒng)中,有如下語義約束:
一個(gè)學(xué)生可選修多門課程,一門課程可被多個(gè)學(xué)生選修。學(xué)生和課程之間是多對(duì)多的聯(lián)系;
一個(gè)教師可講授多門課程,一門課程可以由多個(gè)教師講授。教師和課程之間也是多對(duì)多的聯(lián)系;
一個(gè)系可有多個(gè)教師,一個(gè)教師只能屬于一個(gè)系。系和教師是之間一對(duì)多的聯(lián)系,同樣系和學(xué)生之間也是一對(duì)多的聯(lián)系。2023/2/443n1系屬于教師擁有學(xué)生講授選修課程mmnm1m學(xué)號(hào)姓名性別年齡成績(jī)課程號(hào)課程名教師號(hào)姓名性別職稱系名電話教務(wù)管理系統(tǒng)的基本ER圖2023/2/444一個(gè)好的ER模式,除了能夠準(zhǔn)確、全面的反映用戶需求之外,還應(yīng)該達(dá)到下列要求:◆實(shí)體類型的個(gè)數(shù)應(yīng)盡量少;◆實(shí)體類型所含屬性個(gè)數(shù)應(yīng)盡可能少;◆實(shí)體類型間的聯(lián)系應(yīng)無冗余。2023/2/445典型實(shí)例
[例6.2]NewCentury唱片公司決定將制作唱片的有關(guān)音樂人的信息存入數(shù)據(jù)庫中。◆每個(gè)NewCentury中的音樂人都有No、姓名,地址、電話號(hào)碼等信息?!裘繕訕菲鞫加袠菲髅ㄈ缂?、電子合成器、長(zhǎng)笛等),音樂的基調(diào)(如C、B-flat、E-flat)等信息?!裘繌埑加袠?biāo)題、出版日期、格式(如CD和MC)、唱片標(biāo)識(shí)碼等信息。2023/2/446◆每首歌曲都有標(biāo)題和作者等信息。
◆每個(gè)音樂人可以演奏多種樂器,且一種樂器可以由多個(gè)音樂人演奏?!裘繌埑幸唤M歌曲,但一首歌曲只能出現(xiàn)在一張唱片中?!裘渴赘枨梢幻蚨嗝魳啡藖硗瓿?,一名音樂人可以完成多首歌曲?!裘總€(gè)唱片只有一名制片人,一個(gè)音樂人可以制作多個(gè)唱片。2023/2/447音樂人唱片歌曲樂器電話號(hào)碼NO.樂器名音樂基調(diào)地址姓名演奏格式出版日期唱片標(biāo)題作者標(biāo)題唱片標(biāo)識(shí)碼制作完成有n11nnmnm2023/2/448
[例6.3]設(shè)計(jì)一個(gè)科研檔案管理系統(tǒng)的ER圖。
教師:教師編號(hào)、姓名、性別、年齡、出生日期、工作時(shí)間、職稱、政治面貌、文化程度;
研究生:研究生學(xué)號(hào)、姓名、指導(dǎo)教師編號(hào)、指導(dǎo)教師姓名、專業(yè)代碼、班級(jí);
項(xiàng)目:項(xiàng)目編號(hào)、項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目來源、項(xiàng)目級(jí)別、開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間;
論文:論文編號(hào)、論文題目、論文級(jí)別、發(fā)表刊物、發(fā)表時(shí)間、主辦單位;
專業(yè):專業(yè)代碼、專業(yè)名稱、學(xué)科代碼、學(xué)科名稱。2023/2/449每位研究生都有一位教師作為導(dǎo)師,一個(gè)教師可以指導(dǎo)多名研究生(教師和研究生之間存在一對(duì)多的關(guān)系)。每個(gè)項(xiàng)目都有多名教師和研究生參加,并有一位教師作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人(項(xiàng)目和研究生之間、項(xiàng)目和教師之間都是多對(duì)多的關(guān)系)。每篇論文由一名以上教師或研究生完成,按作者順序排列(教師和論文之間、研究生和論文之間都是多對(duì)多的關(guān)系)。每位研究生只屬于某一專業(yè)(研究生和專業(yè)之間是一對(duì)多的關(guān)系)。2023/2/450nmmm11nnn項(xiàng)目研究生專業(yè)教師論文科研檔案管理ER圖參加指導(dǎo)發(fā)表參加屬于發(fā)表編號(hào)名稱成果學(xué)號(hào)姓名專業(yè)代碼專業(yè)名稱教師編號(hào)教師姓名論文編號(hào)論文名稱級(jí)別刊物nnm排名排名排名排名2023/2/451ER模型定義了一種特殊類型的實(shí)體,弱實(shí)體(weakentity)。弱實(shí)體的存在依賴于另一個(gè)實(shí)體(其所依賴的實(shí)體不存在,弱實(shí)體就不存在)。例:建筑物(建筑名稱,省,市,區(qū),街道),公寓(建筑名稱,公寓編號(hào),樓層,門牌號(hào),面積,月租)。2023/2/452數(shù)據(jù)建模產(chǎn)品中的ER圖(變體)。2023/2/453第6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述
6.2需求分析
6.3概念設(shè)計(jì)
6.4邏輯設(shè)計(jì)
6.5模式求精2023/2/454概述
概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段得到的ER模型是用戶模型,它獨(dú)立于任何一種數(shù)據(jù)模型,獨(dú)立于任何一個(gè)具體的DBMS,是一個(gè)與計(jì)算機(jī)軟、硬件的具體性能無關(guān)的全局概念模式。為了建立用戶所要求的數(shù)據(jù)庫,需要把上述概念模型轉(zhuǎn)換為某個(gè)具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型,即邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的任務(wù)是將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成特定DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型的過程。關(guān)系數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的結(jié)果是一組關(guān)系模式的定義。2023/2/455初始關(guān)系模式設(shè)計(jì)關(guān)系模式規(guī)范化模式評(píng)價(jià)是否修正以DBMS語法描述物理設(shè)計(jì)模式修正否是邏輯設(shè)計(jì)的步驟2023/2/456初始關(guān)系模式設(shè)計(jì)
初始關(guān)系模式設(shè)計(jì)過程就是ER圖向關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換。ER圖向關(guān)系模式轉(zhuǎn)換的實(shí)質(zhì)是要將ER圖中的實(shí)體、屬性和聯(lián)系轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。2023/2/457
轉(zhuǎn)換原則
一個(gè)實(shí)體轉(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)體的鍵就是關(guān)系的鍵。具有相同主鍵的關(guān)系可以合并。一個(gè)聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式,分為以下幾種情況。2023/2/458
一個(gè)1:1的聯(lián)系可以轉(zhuǎn)化為一個(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。一個(gè)1:n的聯(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)n:m的聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系。關(guān)系的屬性由聯(lián)系本身的屬性和與之聯(lián)系的實(shí)體的主鍵組成,關(guān)系的主鍵由聯(lián)系中各實(shí)體的主鍵組合而成(組合鍵)。2023/2/459
[例6.5]
將[例6.1]所示教務(wù)管理系統(tǒng)的ER圖轉(zhuǎn)換成一組初始關(guān)系模式。
轉(zhuǎn)換步驟
2023/2/460n1系屬于教師擁有學(xué)生講授選修課程mmnm1m學(xué)號(hào)姓名性別年齡成績(jī)課程號(hào)課程名教師號(hào)姓名性別職稱系名電話教務(wù)管理系統(tǒng)的基本ER圖2023/2/461
畫出關(guān)系圖
邏輯設(shè)計(jì)中,ER圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式后,應(yīng)該考慮數(shù)據(jù)的完整性。實(shí)體完整性通過確定主鍵已完成。用戶定義的完整性在實(shí)現(xiàn)階段完成。對(duì)于參照完整性,可以用關(guān)系圖來描述。2023/2/4622023/2/463
實(shí)例分析
[例6.6]
將[例6.2]設(shè)計(jì)的NewCentury唱片公司信息管理系統(tǒng)的ER圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式,并畫出相應(yīng)的關(guān)系圖。2023/2/464音樂人唱片歌曲樂器電話號(hào)碼NO.樂器名音樂基調(diào)地址姓名演奏格式出版日期唱片標(biāo)題作者標(biāo)題唱片標(biāo)識(shí)碼制作完成有n11nnmnm2023/2/4652023/2/466
[例6.7]
將[例6.3]中設(shè)計(jì)的教師和研究生科研檔案管理系統(tǒng)的ER圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式,并畫出相應(yīng)的關(guān)系圖。
實(shí)例分析
2023/2/467nmmm11nnn項(xiàng)目研究生專業(yè)教師論文科研檔案管理ER圖參加指導(dǎo)發(fā)表參加屬于發(fā)表編號(hào)名稱成果學(xué)號(hào)姓名專業(yè)代碼專業(yè)名稱教師編號(hào)教師姓名論文編號(hào)論文名稱級(jí)別刊物nnm排名排名排名排名2023/2/4682023/2/469UML與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)2023/2/470統(tǒng)一建模語言
UnifiedModelingLanguage(UML)又稱統(tǒng)一建模語言或標(biāo)準(zhǔn)建模語言,是始于1997年一個(gè)OMG標(biāo)準(zhǔn),它是一個(gè)支持模型化和軟件系統(tǒng)開發(fā)的圖形化語言,為軟件開發(fā)的所有階段提供模型化和可視化支持。面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)方法的發(fā)展在80年代末至90年代中出現(xiàn)了一個(gè)高潮,UML是這個(gè)高潮的產(chǎn)物。2023/2/471
作為一種建模語言,UML的定義包括UML語義和UML表示法兩個(gè)部分。
(1)UML語義:描述基于UML的精確元模型定義。元模型為UML的所有元素在語法和語義上提供了簡(jiǎn)單、一致、通用的定義性說明,使開發(fā)者能在語義上取得一致,消除了因人而異的最佳表達(dá)方法所造成的影響。此外UML還支持對(duì)元模型的擴(kuò)展定義。
(2)UML表示法:定義UML符號(hào)的表示法,為開發(fā)者或開發(fā)工具使用這些圖形符號(hào)和文本語法為系統(tǒng)建模提供了標(biāo)準(zhǔn)。這些圖形符號(hào)和文字所表達(dá)的是應(yīng)用級(jí)的模型,在語義上它是UML元模型的實(shí)例。2023/2/472UML中的基本元模型有:角色(actor)、用例圖(usecase)、類(class)、包(package)、消息(message)、關(guān)聯(lián)(association)、聚集(aggregation)等。如下圖所示:2023/2/473UML提供了兩大類,共9種圖形支持建模。其分類和各個(gè)圖形的作用,如下表:2023/2/474用例圖
用例圖用于建模系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能。它包括角色(Actor)、用例(UseCase)、系統(tǒng)邊界、角色與用例之間和用例與用例之間的關(guān)聯(lián)(Association)。2023/2/475類圖類是面向?qū)ο蠹夹g(shù)的重要概念,它抽象地概括具有同樣屬性和行為的所有對(duì)象的共性。觀察我們周圍的事物就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們很自然地都有各自所屬的種類(汽車、洗衣機(jī),……)。各種事物又都可能具有某些屬性,并且它們以某種方式體現(xiàn)出各自的行為,我們可以認(rèn)為這種行為是一組操作。2023/2/476學(xué)生管理信息系統(tǒng)中的一個(gè)用例圖2023/2/477學(xué)生管理信息系統(tǒng)中的一個(gè)類圖2023/2/478學(xué)生管理信息系統(tǒng)中的一個(gè)狀態(tài)圖2023/2/479UML建模工具Visio、RationalRose、PowerDesign簡(jiǎn)介
ROSE是直接從UML發(fā)展而誕生的設(shè)計(jì)工具,它的出現(xiàn)就是為了對(duì)UML建模的支持,ROSE一開始沒有對(duì)數(shù)據(jù)庫端建模的支持,但是在現(xiàn)在的版本中已經(jīng)加入數(shù)據(jù)庫建模的功能。ROSE主要是在開發(fā)過程中的各種語義、模塊、對(duì)象以及流程,狀態(tài)等描述比較好,主要體現(xiàn)在能夠從各個(gè)方面和角度來分析和設(shè)計(jì),使軟件的開發(fā)藍(lán)圖更清晰,內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加明朗(但是它對(duì)客戶了解系統(tǒng)的功能和流程等并不一定很有效),對(duì)系統(tǒng)的代碼框架生成有很好的支持,但對(duì)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)管理不是很好。2023/2/480PowerDesigner原來是對(duì)數(shù)據(jù)庫建模而發(fā)展起來的一種數(shù)據(jù)庫建模工具。直到7.0版才開始對(duì)面向?qū)ο蟮拈_發(fā)的支持,后來又引入了對(duì)UML的支持。PowerDesigner對(duì)數(shù)據(jù)庫建模的支持很好,對(duì)UML的建模使用到的各種圖的支持比較滯后(但是在最近得到加強(qiáng),所以使用它來進(jìn)行UML開發(fā)的并不多,很多人都是用它來作為數(shù)據(jù)庫的建模)。如果使用UML分析,它的優(yōu)點(diǎn)是生成代碼時(shí)對(duì)Sybase的產(chǎn)品PowerBuilder的支持很好(其它UML建模工具需要一定的插件),其他面向?qū)ο笳Z言如C++,Java,VB,C#等支持也不錯(cuò)。2023/2/481UML建模工具Visio原來僅僅是一種畫圖工具,能夠用來描述各種圖形(從電路圖到房屋結(jié)構(gòu)圖),VISIO2000開始引進(jìn)從軟件分析設(shè)計(jì)到代碼生成的全部功能,可以說是目前最能夠用圖形方式來表達(dá)各種商業(yè)圖形用途的工具(對(duì)軟件開發(fā)中的UML支持僅僅是其中很少的一部分)。它跟微軟的office產(chǎn)品的能夠很好兼容。能夠把圖形直接復(fù)制或者內(nèi)嵌到WORD的文檔中。但是對(duì)于代碼的生成更多是支持微軟的產(chǎn)品如VB,VC++,MSSQLServer等。所以它可以說用于圖形語義的描述比較方便,但是用于軟件開發(fā)過程的迭代開發(fā)則有點(diǎn)牽強(qiáng)。2023/2/482第6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述
6.2需求分析
6.3概念設(shè)計(jì)
6.4邏輯設(shè)計(jì)
6.5模式求精2023/2/483關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中存在的問題
示例:
考慮為管理職工的工資信息而設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)系模式。2023/2/484在表中包含著兩類信息:
職工個(gè)人的工資信息;各個(gè)級(jí)別的工資數(shù)額。問題:
如果我希望知道在這個(gè)單位8級(jí)工的工資是多少,能否查詢到?2023/2/485問題:
插入異常:如果沒有職工具有8級(jí)工資,則8級(jí)工資的工資數(shù)額就難以插入。
刪除異常:如果僅有職工趙明具有4級(jí)工資,如果將趙明刪除,則有關(guān)4級(jí)工資的工資數(shù)額信息也隨之刪除了。2023/2/486
數(shù)據(jù)冗余:職工很多,工資級(jí)別有限,每一級(jí)別的工資數(shù)額反復(fù)存儲(chǔ)多次。
更新異常:如果將5級(jí)工資的工資數(shù)額調(diào)為620,則需要找到每個(gè)具有5級(jí)工資的職工,逐一修改。2023/2/487解決之道:分解!2023/2/488有關(guān)學(xué)生的關(guān)系模式S(學(xué)號(hào),姓名,系號(hào),主任,課程編號(hào),成績(jī))它有哪些數(shù)據(jù)冗余?2023/2/489★規(guī)范化理論問題的提出
針對(duì)一個(gè)具體問題,如何構(gòu)造一個(gè)合適的數(shù)據(jù)模式。即應(yīng)該構(gòu)造幾個(gè)關(guān)系模式(表),每個(gè)關(guān)系有那些屬性組成?2023/2/490定義:設(shè)R(U)是屬性集U上的關(guān)系模式。X,Y是U的子集。若對(duì)于R(U)的任意一個(gè)可能的關(guān)系r,r中不可能存在兩個(gè)元組在X上的屬性值相等,而在Y上的屬性值不等,則稱X函數(shù)確定Y或Y函數(shù)依賴于X,記為X→Y。記號(hào)x→y稱x函數(shù)確定y,或y函數(shù)依賴于x。稱X為決定因素。例如:學(xué)號(hào)姓名,(學(xué)號(hào),課程)成績(jī)2023/2/491注意:函數(shù)依賴是語義范疇的概念,我們只能根據(jù)語義來確定函數(shù)依賴。例如在沒有同名的情況下,姓名→年齡是成立的,而在有同名的情況下,這個(gè)函數(shù)依賴就不成立了。平凡函數(shù)依賴:如果XY,但Y不是X的子集,則稱其為非平凡的函數(shù)依賴,否則稱為平凡的函數(shù)依賴。
如(學(xué)號(hào),姓名)姓名是平凡的函數(shù)依賴2023/2/492
函數(shù)依賴可分為三類:完全函數(shù)依賴,部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴。定義:在R(U)中有X、YU,如果X→Y,并且對(duì)于X的任何一個(gè)真子集X'?,都有Y不函數(shù)依賴于X',則稱Y對(duì)X是完全函數(shù)依賴的。定義:在R(U)中,如果X→Y,并且對(duì)于X的某個(gè)真子集X',有X'→Y,則稱Y對(duì)X部分函數(shù)依賴。定義:在R(U)中,如果X→Y(Y不包含于X,X不依賴于Y),且Y→Z,則稱Z對(duì)X傳遞函數(shù)依賴。2023/2/493例1:某單位有一資料室,它管理的數(shù)據(jù)有讀者信息、圖書信息、借閱信息。讀者信息:借書證號(hào),讀者姓名,性別,部門,學(xué)歷,部門電話,個(gè)人電話,電子信箱等;圖書信息:圖書編號(hào),分類號(hào),書名,作者,出版社,單價(jià)等;借閱信息:借書證號(hào),圖書編號(hào),書名,借出日期,應(yīng)還日期等。2023/2/494函數(shù)依賴關(guān)系(讀者信息):借書證號(hào)→讀者姓名借書證號(hào)→性別借書證號(hào)→部門借書證號(hào)→學(xué)歷部門→部門電話借書證號(hào)→個(gè)人電話借書證號(hào)→電子信箱2023/2/495函數(shù)依賴關(guān)系(圖書信息):
圖書編號(hào)→分類號(hào)圖書編號(hào)→書名圖書編號(hào)→作者圖書編號(hào)→出版社圖書編號(hào)→單價(jià)函數(shù)依賴關(guān)系(借閱信息):
圖書編號(hào)→書名借書證號(hào)、圖書編號(hào),借出日期→應(yīng)還日期2023/2/496范式理論1NF:任一屬性不能同時(shí)具有多個(gè)值(關(guān)系中每一分量不可再分。即不能以集合、序列等作為屬性值)。2NF:屬性必須完全依賴唯一標(biāo)識(shí)符。3NF:屬性間不存在傳遞依賴。BCNF:每一個(gè)決定因素都包含碼。2023/2/497例2
:R(學(xué)號(hào),姓名,課程編號(hào),課程名稱,學(xué)分,成績(jī))唯一標(biāo)識(shí)符(Key):
(學(xué)號(hào),課程編號(hào))不符合2NF依賴關(guān)系:
學(xué)號(hào)→姓名,課程編號(hào)→課程名稱,課程編號(hào)→學(xué)分,(學(xué)號(hào),課程編號(hào))→成績(jī)2023/2/498例3
:
S(學(xué)號(hào),姓名,性別,學(xué)院,院長(zhǎng))。
唯一標(biāo)識(shí)符(Key):
學(xué)號(hào)不符合3NF依賴關(guān)系:
學(xué)號(hào)→姓名,學(xué)號(hào)→性別,學(xué)號(hào)→學(xué)院,學(xué)院→院長(zhǎng)2023/2/499問題的解決辦法:拆分關(guān)系(表)2023/2/4100關(guān)于例2R(學(xué)號(hào),姓名,課程編號(hào),課程名稱,學(xué)分,成績(jī))R1(學(xué)號(hào),姓名)R2(課程編號(hào),課程名稱,學(xué)分)R3(學(xué)號(hào),課程編號(hào),成績(jī))學(xué)號(hào)→姓名,課程編號(hào)→課程名稱,課程編號(hào)→學(xué)分,(學(xué)號(hào),課程編號(hào))→成績(jī)2023/2/4101關(guān)于例3S(學(xué)號(hào),姓名,性別,學(xué)院,院長(zhǎng))S1(學(xué)號(hào),姓名,性別,學(xué)院)S2(學(xué)院,院長(zhǎng))
學(xué)號(hào)→姓名,學(xué)號(hào)→性別,學(xué)號(hào)→學(xué)院,學(xué)院→院長(zhǎng)2023/2/4102例4:某部隊(duì)擬建立干部檔案(軍官備案登記表),數(shù)據(jù)項(xiàng)有:編號(hào),姓名,現(xiàn)軍銜,現(xiàn)任職務(wù),入伍日期,最高學(xué)歷,低級(jí)軍銜及授予日期,曾擔(dān)任職務(wù)及任命日期,所取得各學(xué)歷及取得日期。2023/2/4103函數(shù)依賴關(guān)系:編號(hào)→姓名,編號(hào)→現(xiàn)軍銜,編號(hào)→現(xiàn)任職務(wù),編號(hào)→入伍日期,編號(hào)→最高學(xué)歷(編號(hào),低級(jí)軍銜)→授予日期(編號(hào),曾擔(dān)任職務(wù))→任命日期(編號(hào),各學(xué)歷)→取得日期2023/2/4104表1(編號(hào),姓名,現(xiàn)軍銜,現(xiàn)任職務(wù),入伍日期,最高學(xué)歷)表2(編號(hào),低級(jí)軍銜,授予日期)表3(編號(hào),曾擔(dān)任職務(wù),任命日期)表4(編號(hào),學(xué)歷,取得日期)。2023/2/4105規(guī)范化步驟→2NF→3NF
→BCNF→4NF
規(guī)范化的目的就是構(gòu)造合適的關(guān)系模式。2023/2/4106范式之間的關(guān)系
定理:關(guān)系模式R若滿足3NF,則必定滿足2NF。反證:若R3NF,但R2NF,則按2NF定義,一定有非主屬性部分依賴于碼;設(shè)X為R的碼,則存在X的真子集S,以及非主屬性Z(其中Z
不包含于S),使得S
Z成立;于是在R中存在碼X,屬性組S,以及非主屬性Z,使得XS,SZ成立(并且X不依賴于S);這與R3NF矛盾,所以R2NF。2023/2/4107
定理:關(guān)系模式R若滿足BCNF,則必定滿足3NF。
證明略,請(qǐng)大家看參考書。2023/2/4108模式分解中的問題實(shí)例 表(職工,級(jí)別,工資)可以有兩種分解途徑,
分解一:(職工,工資),(工資,級(jí)別)丟失函數(shù)依賴
分解二:(職工,級(jí)別),(工資,級(jí)別)
不同行業(yè)機(jī)構(gòu)的不同工資級(jí)別會(huì)有相同工資數(shù)額。按分解一,有可能導(dǎo)致同一職工對(duì)應(yīng)不同的工資級(jí)別,從而丟失了有關(guān)職工工資級(jí)別的信息(丟失了函數(shù)依賴:職工級(jí)別)。2023/2/4109R(A,B,C)∏AB(R)∏BC(R)∏AB(R)∏BC(R)R(A,B,C)∏AB(R)∏BC(R)∏AB(R)∏BC(R)有損分解無損分解2023/2/4110
將R分解為R1和R2的分解是無損連接分解的條件是,R1∩R2→R1,或R1∩R2→R2。如果有R上的函數(shù)依賴X→Y成立,且X∩Y是空集,則分解R–Y和XY是無損連接分解。2023/2/4111
判定一個(gè)分解是否為依賴保持分解的算法比較復(fù)雜。請(qǐng)看參考文獻(xiàn)。
2023/2/4112
設(shè)計(jì)目標(biāo):無損連接
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