數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論 高等教育出版社chp7-2

AnIntroductiontoDatabaseSystem數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論AnIntroductiontoDatabaseSystem第七章數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)(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(jì)將需求分析得到的用戶(hù)需求抽象為信息結(jié)構(gòu)即概念模型的過(guò)程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dú)立于機(jī)器、更抽象，從而更加穩(wěn)定概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵AnIntroductiontoDatabaseSystem概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

(1)能真實(shí)、充分地反映現(xiàn)實(shí)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(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的概念設(shè)計(jì)，首先必須選擇適當(dāng)?shù)母拍钅Ｐ汀Ｓ糜诟拍钤O(shè)計(jì)的模型既要有足夠的表達(dá)能力，可以表示各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)及其相互間的聯(lián)系和語(yǔ)義，又要簡(jiǎn)明易懂，能夠?yàn)榉怯?jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員所接受。目前應(yīng)用得最廣泛的是E―R模型及其擴(kuò)充版本(EER)。E―R模型除了具有上述的特點(diǎn)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(jì)的方法與步驟設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)的四類(lèi)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(xì)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(jì)的方法與步驟自底向上

首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成起來(lái)，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(kuò)張

首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu)，然后向外擴(kuò)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(kuò)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(jì)一個(gè)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(jì)的各局部概念結(jié)構(gòu)。AnIntroductiontoDatabaseSystem常用策略自頂向下地進(jìn)行需求分析自底向上地設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)AnIntroductiontoDatabaseSystem自底向上設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)的步驟

第1步：抽象數(shù)據(jù)并設(shè)計(jì)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(jì)的主要步驟（1）進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象，設(shè)計(jì)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(píng)審。AnIntroductiontoDatabaseSystem概念模型的基本概念現(xiàn)實(shí)世界機(jī)器世界信息世界需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)AnIntroductiontoDatabaseSystem1．實(shí)體型實(shí)體型用帶有實(shí)體名的矩形框表示。學(xué)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(fù)合屬性：可以進(jìn)一步劃分為更小部分的屬性。屬性與其對(duì)應(yīng)的實(shí)體型之間用直線連接。學(xué)號(hào)E-mail人數(shù)請(qǐng)按鍵★家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼AnIntroductiontoDatabaseSystem例：課程(課程號(hào)，課程名，學(xué)分，周學(xué)時(shí))，該實(shí)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(hào)”是實(shí)體集的鍵課程課程名學(xué)分課程號(hào)周學(xué)時(shí)AnIntroductiontoDatabaseSystem例：教師(教師號(hào)，姓名，性別，職稱(chēng)，E-mail地址，電話號(hào)碼，家庭地址)實(shí)體集表示方法如圖。E-mail：多值屬性家庭地址：復(fù)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(hào)電話號(hào)碼e-mail地址職稱(chēng)請(qǐng)按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem3．實(shí)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(yīng)的實(shí)體相連接，且在直線靠近實(shí)體的那端標(biāo)上1或n等，以表明聯(lián)系的類(lèi)型(1:1、1:n或m:n)。若一個(gè)聯(lián)系的某個(gè)參與者是全部的，則用雙線將聯(lián)系與該參與者相連。學(xué)生姓名性別學(xué)號(hào)年齡班級(jí)班級(jí)號(hào)人數(shù)班級(jí)名屬于n1請(qǐng)按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem課程實(shí)體集、教師實(shí)體集及相互間的多對(duì)多聯(lián)系。AnIntroductiontoDatabaseSystem7.3.3E-R模型的設(shè)計(jì)問(wèn)題1．確定實(shí)體集和屬性2．確定實(shí)體集間的聯(lián)系A(chǔ)nIntroductiontoDatabaseSystem1．確定實(shí)體集和屬性作為屬性的事物應(yīng)符合的原則：①除了復(fù)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(shí)體發(fā)生聯(lián)系。③符合上述原則的事物應(yīng)作為屬性，其余的應(yīng)作為實(shí)體。AnIntroductiontoDatabaseSystem例：分析課程實(shí)體：課程實(shí)體：課程號(hào)，課程名，學(xué)分，周學(xué)時(shí)應(yīng)作為屬性；若課程類(lèi)型與課程的上課周數(shù)有關(guān)，則應(yīng)把“課程類(lèi)型”作為一個(gè)實(shí)體，而將“周數(shù)”作為它的屬性。AnIntroductiontoDatabaseSystem課程類(lèi)型與課程課程課程名學(xué)分課程號(hào)周學(xué)時(shí)課程類(lèi)型課程課程名學(xué)分

課程號(hào)周學(xué)時(shí)類(lèi)型名類(lèi)型號(hào)周數(shù)課程類(lèi)型分類(lèi)n1課程類(lèi)型作為屬性課程類(lèi)型作為實(shí)體請(qǐng)按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem2．確定實(shí)體集間的聯(lián)系確定課程、教師和學(xué)生實(shí)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(xué)生的聯(lián)系mp時(shí)間教室號(hào)上課學(xué)生性別學(xué)號(hào)姓名年齡nmn教授家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼電話號(hào)碼e-mail地址性別姓名教師號(hào)職稱(chēng)教師課程課程名學(xué)分課程號(hào)周學(xué)時(shí)請(qǐng)按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem課程、教師和學(xué)生實(shí)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(qǐng)按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem將學(xué)生的考試成績(jī)用“上課”聯(lián)系中增加的“成績(jī)”屬性表示出來(lái)學(xué)生性別學(xué)號(hào)姓名年齡mp時(shí)間教室號(hào)上課nmn教授家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼電話號(hào)碼e-mail地址性別姓名教師號(hào)職稱(chēng)教師課程課程名學(xué)分課程號(hào)周學(xué)時(shí)成績(jī)請(qǐng)按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem將學(xué)生的考試成績(jī)?cè)趯W(xué)生和課程實(shí)體間增加的“考試”聯(lián)系中作為屬性表示出來(lái)學(xué)生性別學(xué)號(hào)姓名年齡mp時(shí)間教室號(hào)上課nmn教授家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼電話號(hào)碼e-mail地址性別姓名教師號(hào)職稱(chēng)教師課程課程名學(xué)分課程號(hào)周學(xué)時(shí)考試m成績(jī)請(qǐng)按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem將學(xué)生，課程之間的聯(lián)系作進(jìn)一步修改學(xué)生性別學(xué)號(hào)姓名年齡mp時(shí)間教室號(hào)上課nmn教授家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼電話號(hào)碼e-mail地址性別姓名教師號(hào)職稱(chēng)教師課程課程名學(xué)分課程號(hào)周學(xué)時(shí)考試m成績(jī)AnIntroductiontoDatabaseSystempmn教授家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼電話號(hào)碼e-mail地址性別姓名教師號(hào)職稱(chēng)教師課程課程名學(xué)分課程號(hào)周學(xué)時(shí)學(xué)生性別學(xué)號(hào)姓名年齡考試成績(jī)mnAnIntroductiontoDatabaseSystem7.3.3數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)抽象:抽象是對(duì)實(shí)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(xì)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(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一種抽象AnIntroductiontoDatabaseSystem幾個(gè)重要概念：1.特殊化(specialization)

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

ⅰ每門(mén)選修課都具有選修人數(shù)上限和下限，根據(jù)這兩個(gè)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(mén)選修課的上課計(jì)劃。因此，選修課實(shí)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(méi)有的；

ⅱ每門(mén)必修課都具有一個(gè)課程負(fù)責(zé)人，而該屬性也是選修課所不具有的。AnIntroductiontoDatabaseSystem在實(shí)體集內(nèi)部進(jìn)行分組的過(guò)程稱(chēng)為特殊化。對(duì)課程實(shí)體集進(jìn)行特殊化可以產(chǎn)生如下實(shí)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(fù)責(zé)人屬性。AnIntroductiontoDatabaseSystem選修課還可以分成共同限選課和專(zhuān)業(yè)選修課兩類(lèi)共同限選課是面向全校學(xué)生開(kāi)設(shè)的選修課專(zhuān)業(yè)選修課是面向某個(gè)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的選修課，因此每門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課都屬于某個(gè)專(zhuān)業(yè)，并且不同專(zhuān)業(yè)隊(duì)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(xué)生最多選修8門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課，而會(huì)計(jì)系也許僅允許學(xué)會(huì)選修5門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課。這樣，對(duì)選修課實(shí)體集進(jìn)行特殊化可以產(chǎn)生如下實(shí)體集：

①共同限選課②專(zhuān)業(yè)選修課：每門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課都屬于某個(gè)專(zhuān)業(yè)。相關(guān)專(zhuān)業(yè)允許學(xué)生可以選修的專(zhuān)業(yè)選修課的門(mén)數(shù)在專(zhuān)業(yè)實(shí)體集中描述。AnIntroductiontoDatabaseSystem課程號(hào)課程名學(xué)分周學(xué)時(shí)課程選修課必修課IsA人數(shù)下限人數(shù)上限課程負(fù)責(zé)人IsA共同限選課專(zhuān)業(yè)選修課選修課計(jì)劃專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)號(hào)專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)選修門(mén)數(shù)1nAnIntroductiontoDatabaseSystem2.概括：與特殊化相反的過(guò)程，即把幾個(gè)具有某些共性的實(shí)體集概括成一個(gè)更普遍的實(shí)體集。AnIntroductiontoDatabaseSystem概括分析：如先設(shè)計(jì)選修課和必修課選修課：課程號(hào)，課程名，學(xué)分，周學(xué)時(shí)，人數(shù)上限，人數(shù)下限必修課：課程號(hào)，課程名，學(xué)分，周學(xué)時(shí)，課程負(fù)責(zé)人它們之間的共性可以概括出課程實(shí)體集AnIntroductiontoDatabaseSystem屬性繼承特殊化和概括所產(chǎn)生的高層實(shí)體集和低層實(shí)體集的一個(gè)重要特性是屬性繼承。高層實(shí)體集的屬性被低層實(shí)體集繼承。低層實(shí)體集(或子類(lèi))同時(shí)還繼承參與其高層實(shí)體集所參與的那些聯(lián)系集。屬性繼承作用于低層實(shí)體集的所有聯(lián)系中。同高層實(shí)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(shí)體集;低層實(shí)體集特有的性質(zhì)僅僅適用于某個(gè)特定的低層實(shí)體集。AnIntroductiontoDatabaseSystem

3弱實(shí)體集有些實(shí)體集的屬性都不足以形成主鍵，這樣的實(shí)體集稱(chēng)作弱實(shí)體集。與此相對(duì)，有主鍵實(shí)體集稱(chēng)作強(qiáng)實(shí)體集。弱實(shí)體集只有作為一對(duì)多聯(lián)系的一部分才有意義，這時(shí)該聯(lián)系集就應(yīng)該不具有任何描述性屬性，因?yàn)槿魏嗡鑼傩远伎梢酝鯇?shí)體集相聯(lián)系。存在依賴(lài)是一類(lèi)重要的約束。具體地說(shuō)，如果實(shí)體x的存在依賴(lài)于實(shí)體y的存在，那么就說(shuō)x存在依賴(lài)于y。AnIntroductiontoDatabaseSystem

在操作上，如果y被刪除，那么x也要被刪除。實(shí)體y稱(chēng)作支配實(shí)體，實(shí)體x稱(chēng)作從屬實(shí)體。

全部參與同存在依賴(lài)緊密相關(guān)。強(qiáng)實(shí)體集的成員必然是支配實(shí)體，而弱實(shí)體集的成員是從屬實(shí)體。弱實(shí)體集與其擁有者之間的聯(lián)系稱(chēng)為標(biāo)識(shí)性聯(lián)系。例如，學(xué)生實(shí)體有社會(huì)關(guān)系這方面的特性，若將社會(huì)關(guān)系抽象為社會(huì)關(guān)系實(shí)體，那么該實(shí)體的存在依賴(lài)于學(xué)生實(shí)體，所以社會(huì)關(guān)系實(shí)體為弱實(shí)體，學(xué)生實(shí)體為對(duì)應(yīng)的強(qiáng)實(shí)體。AnIntroductiontoDatabaseSystem圖強(qiáng)實(shí)體集的主鍵和弱實(shí)體集的分辨符學(xué)生社會(huì)關(guān)系擁有社會(huì)關(guān)系號(hào)學(xué)號(hào)AnIntroductiontoDatabaseSystem注意：弱實(shí)體集的分辨符是使得我們能進(jìn)行這種區(qū)分的屬性集合。弱實(shí)體集的主鍵由該弱實(shí)體集所存在依賴(lài)的強(qiáng)實(shí)體集的主鍵和該弱實(shí)體集的分辨符共同組成。在某些情況下，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)者會(huì)選擇用擁有者實(shí)體集的多值、復(fù)合屬性來(lái)表示弱實(shí)體集。如果弱實(shí)體集只參與標(biāo)識(shí)性聯(lián)系，而且其屬性不多，那么在建模時(shí)將其表述為一個(gè)屬性更恰當(dāng)。相反地，如果弱實(shí)體集參與到標(biāo)識(shí)性聯(lián)系以外的聯(lián)系中，或者其屬性較多，則建模時(shí)將其表述為弱實(shí)體集更恰當(dāng)。AnIntroductiontoDatabaseSystem局部視圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)分E-R圖的步驟:⒈選擇局部應(yīng)用⒉逐一設(shè)計(jì)分E-R圖AnIntroductiontoDatabaseSystem1局部E-R模型的設(shè)計(jì)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(jì)？全局E-R模型的設(shè)計(jì)有無(wú)設(shè)計(jì)局部E-R模型確定局部結(jié)構(gòu)的實(shí)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(qǐng)按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem①

設(shè)計(jì)教學(xué)管理子系統(tǒng)的E-R模型AnIntroductiontoDatabaseSystem②設(shè)計(jì)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(jì)全局E-R模型的設(shè)計(jì)過(guò)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(gè)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(jì)無(wú)有無(wú)還有未合并的局部E-R模型嗎?還有沖突嗎?還有冗余嗎?無(wú)有有請(qǐng)按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem

依次取出所有的局部E-R模型，進(jìn)行合并，直至所有的局部E-R模型都合并完為止。在合并過(guò)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(lèi)：

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(lèi)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(duì)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(duì)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(duì)象在不同的局部E-R模型中具有不同的抽象，也指同一實(shí)體在不同的局部E-R模型中包含不同的屬性個(gè)數(shù)和排列次序，又指實(shí)體間的聯(lián)系在不同的局部E-R模型中具有不同的類(lèi)型。AnIntroductiontoDatabaseSystem例：教學(xué)管理與工資及福利管理子系統(tǒng)中，教師的職工號(hào)存在命名沖突；教師實(shí)體存在結(jié)構(gòu)沖突。教師教師號(hào)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(hào)碼e-mail地址性別姓名教師號(hào)職稱(chēng)家庭地址城市街道區(qū)郵政編碼教學(xué)管理子系統(tǒng)教師教師編號(hào)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(hào)碼請(qǐng)按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem課程實(shí)體存在結(jié)構(gòu)沖突，進(jìn)行合并課程課程名學(xué)分課程號(hào)周學(xué)時(shí)課程課程名課程號(hào)總課時(shí)教學(xué)管理子系統(tǒng)工資及福利子系統(tǒng)合并后課程類(lèi)型周數(shù)類(lèi)型號(hào)類(lèi)型名分類(lèi)1n課程課程名學(xué)分課程號(hào)周學(xué)時(shí)請(qǐng)按鍵★AnIntroductiontoDatabaseSystem教授聯(lián)系的合并教學(xué)管理子系統(tǒng)工資及福利子系統(tǒng)教授課程nm教師時(shí)間教室號(hào)時(shí)間評(píng)教等級(jí)教授課程nm教師時(shí)間教室號(hào)評(píng)教等級(jí)教授課程nm教師合并后請(qǐng)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(shí)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(dǎo)出的數(shù)據(jù)冗余的聯(lián)系是指可由其他聯(lián)系導(dǎo)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(kù)的完整性，給數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)增加困難，應(yīng)當(dāng)予以消除。消除了冗余后的初步E―R圖稱(chēng)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)