數(shù)據(jù)庫設(shè)計之概念設(shè)計 課件

數(shù)據(jù)庫設(shè)計概念設(shè)計概念設(shè)計邏輯設(shè)計物理設(shè)計客觀事物用戶要求概念結(jié)構(gòu)關(guān)系，網(wǎng)狀，層次數(shù)據(jù)模型DBMS數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（語義和結(jié)構(gòu)）強調(diào)語義描述強調(diào)結(jié)構(gòu)描述現(xiàn)實世界信息世界機器世界抽象推理實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫設(shè)計一般過程收集信息標識實體標識實體的屬性標識實體之間的關(guān)系現(xiàn)實世界概念模型物理數(shù)據(jù)庫ER模型向關(guān)系轉(zhuǎn)化關(guān)系規(guī)范化，優(yōu)化物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計概念設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概述概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計視圖的集成概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概述概念結(jié)構(gòu)設(shè)計就是將現(xiàn)實事物以不依賴于任何數(shù)據(jù)模型的方式加以描述，目的在于以符號化的形式正確地反映現(xiàn)實事物及事物與事物間的聯(lián)系。

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概述概念數(shù)據(jù)模型的含義用于信息世界（現(xiàn)實世界在人腦中的反映）的建模，是現(xiàn)實世界到信息世界的第一次抽象，是數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計的有力工具，也是設(shè)計人員和用戶之間交流的語言。概念數(shù)據(jù)模型的表示方法實體聯(lián)系圖(ER圖):用于描述信息世界的概念數(shù)據(jù)模型。它通過畫圖將實體以及實體間的聯(lián)系刻畫出來，為客觀事物建立概念數(shù)據(jù)模型。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概述概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點：

(1)能真實、充分地反映現(xiàn)實世界。概念結(jié)構(gòu)獨立于數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)，也獨立于支持數(shù)據(jù)庫的DBMS,不受其約束

(2)易于理解。是現(xiàn)實世界的一個真實模型，易于理解，便于和不熟悉計算機的用戶交換意見，使用用于易于參與

(3)易于更改。是現(xiàn)實世界與機器世界的中介，一方面能夠充分反映現(xiàn)實世界，包包括實體和實體之間的聯(lián)系，同時又易于向關(guān)系、網(wǎng)狀，層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。

(4)當現(xiàn)實世界需求改變時，概念結(jié)構(gòu)又可以很容易地作相應(yīng)調(diào)整。因此概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是事個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵所在。E-R圖E-R圖(Entity-RelationshipDiagram)最早由P.P.S.Chen于1976提出是對現(xiàn)實世界事物的符號化描述，為計算機處理做準備是信息世界建模的常用工具E-R圖實體是現(xiàn)實世界中任何可以被認識、區(qū)分的事物。實體可以是人或物，可以是實際的對象，也可以是抽象的概念（如事物之間的聯(lián)系）在學(xué)校：學(xué)生、課程、教師、選課、班委等；某企業(yè)集團：工廠、職工、產(chǎn)品等屬性實體所具有的特性。一個實體可以有若干屬性來描述。學(xué)生的屬性：學(xué)號、姓名、年齡、性別、系、專業(yè)等；產(chǎn)品的屬性：產(chǎn)品編號、產(chǎn)品名、規(guī)格等E-R圖聯(lián)系的種類：一對一聯(lián)系(1:1)：實體集A中的任一實體，在實體集B中最多有一個實體和它對應(yīng)；反之，實體集B中的任一實體，在實體集A中最多有一個實體和它對應(yīng)。a1

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E-R圖聯(lián)系的種類：一對多聯(lián)系(1:N)：實體集A中的任一實體，在實體集B中有多個實體和它對應(yīng)；反之，實體集B中的任一實體，在實體集A中最多有一個實體和它對應(yīng)。a1

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E-R圖聯(lián)系的種類：多對多聯(lián)系(M:N)：實體集A中的任一實體，在實體集B中有多個實體和它對應(yīng)；反之，實體集B中的任一實體，在實體集A中有多個實體和它對應(yīng)。a1

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E-R圖用E-R圖建立概念模型實體的表示：屬性的表示：最后用無向邊將其與相應(yīng)的實體連接起來實體名屬性名學(xué)生學(xué)號年齡性別姓名E-R圖聯(lián)系的表示：實體聯(lián)系圖示例聯(lián)系名11聯(lián)系名1n聯(lián)系名mn課程選修學(xué)生mnm:n聯(lián)系班級組成學(xué)生1n1:n聯(lián)系班級管理班長111:1聯(lián)系E-R圖兩個以上不同實體集之間的聯(lián)系：課程講授教師1m多個實體型間的1:n聯(lián)系參考書n食堂進餐教師mm多個實體型兩兩間的m:n聯(lián)系學(xué)生n吃飯教-學(xué)mnnE-R圖同一實體集內(nèi)部實體間的聯(lián)系：職工領(lǐng)導(dǎo)1n同一實體型內(nèi)部的1:n聯(lián)系學(xué)生室友mn同一實體型內(nèi)部的m:n聯(lián)系E-R圖完整的E-R圖（實體、屬性和聯(lián)系都要完整）課程選修學(xué)生mn成績姓名性別年齡班級課程號學(xué)號學(xué)分課程名學(xué)生選課E-R圖E-R圖完整的E-R圖零件管理庫存管理供應(yīng)商供應(yīng)商號姓名地址電話賬號倉庫倉庫號面積電話工作職工職工號姓名年齡職稱供應(yīng)項目零件供應(yīng)量項目號預(yù)算開工日期零件號名稱規(guī)格單價描述庫存庫存量領(lǐng)導(dǎo)m1nnpmn1n工廠物資管理E-R圖人事管理E-R圖超類與子類學(xué)生本科生研究生超類子類概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概述概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計視圖的集成方法與步驟概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的四種策略：(1)自頂向下：即首先定義全局概念結(jié)構(gòu)的框架，然后逐步細化。方法與步驟(2)自底向上：即首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成起來，得到全局概念結(jié)構(gòu)。方法與步驟(3)逐步擴張：即首先確定核心業(yè)務(wù)的概念結(jié)構(gòu)，然后以此為中向外擴張，以滾雪球的方式實現(xiàn)逐步生成其他概念結(jié)構(gòu)，最終實現(xiàn)全局概念結(jié)構(gòu)。方法與步驟(3)混合策略：即將自頂向下和自底向上兩種策略結(jié)合使用，首先確定全局框架，劃分為若干個局部概念模型，再采取自底向上的策略實現(xiàn)各局部概念模型，加以合并實現(xiàn)全局概念模型。實際應(yīng)用中這些策略并沒有嚴格的限定，可以根據(jù)具體業(yè)務(wù)的特點選擇，如對于組織機構(gòu)管理，因其固有的層次結(jié)構(gòu)，可采用自頂向下的策略；對于已實現(xiàn)計算機管理的業(yè)務(wù)，通?？梢砸源藶楹诵?，采取逐步擴張的策略。

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概述概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計視圖的集成數(shù)據(jù)抽象概念結(jié)構(gòu)是對現(xiàn)實世界的一種抽象從實際的人、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)把這些特性用各種概念精確地加以描述這些概念組成了某種模型數(shù)據(jù)抽象對現(xiàn)實事物抽象認識的方法分為以下三種：(1)分類(ismemberof)：對現(xiàn)實世界的事物，按照其具有的共同特征和行為，定義一種類型。這在現(xiàn)實生活中很常見的，如學(xué)校中的學(xué)生和教師就屬于不同的類型。在某一類型中，個體是類型的一個成員或?qū)嵗?，即“ismemberof”，如李娜是學(xué)生類型中的一個成員。(2)聚集(ispartof)：定義某一類型所具有的屬性。如學(xué)生類型具有學(xué)號、姓名、性別、班級等共同屬性，每一個學(xué)生都是這一類型中的個體，通過在這些屬性上的不同取值來區(qū)分。各個屬性是所屬類型的一個成份，即“ispartof”，如姓名是學(xué)生類型的一個成份。(3)概括(issubsetof)：由一種已知類型定義新的類型。如由學(xué)生類型定義研究生類型，在學(xué)生類型的屬性上增加導(dǎo)師等其它屬性就構(gòu)成研究生類型。通常把已知類型稱為超類（Superclass），新定義的類型稱為子類（Subclass）。子類是超類的一個子集，即“issubsetof”，如研究生是學(xué)生的一個子集。分類（共同特征）學(xué)生張三李四王五聚集（組成）學(xué)生學(xué)號姓名性別年齡概括（包括）學(xué)生?？粕究粕芯可M修生局部視圖設(shè)計通常以中層數(shù)據(jù)流圖作為設(shè)計分E-R圖的依據(jù)。原因：高層數(shù)據(jù)流圖只能反映系統(tǒng)的概貌中層數(shù)據(jù)流圖能較好地反映系統(tǒng)中各局部應(yīng)用的子系統(tǒng)組成低層數(shù)據(jù)流圖過細設(shè)計分E-R圖的步驟（1）需求分析在需求分析階段，通過對應(yīng)用環(huán)境和要求進行詳盡的調(diào)查分析，描述了整個系統(tǒng)，作為設(shè)計分E-R圖的依據(jù)。（2）逐步設(shè)計分ER圖逐一設(shè)計分ER圖1.確定局部應(yīng)用中的實體;2.實體的屬性、標識實體的鍵;3.確定實體之間的聯(lián)系及其類型（1：1，1:n,m:n）如何區(qū)分實體和屬性實體與屬性是相對而言的。同一事物，在一種應(yīng)用環(huán)境中作為“屬性”，在另一種應(yīng)用環(huán)境中就可能作為“實體”。 例：學(xué)校中的系，在某種應(yīng)用環(huán)境中，它只是作為“學(xué)生”實體的一個屬性，表明一個學(xué)生屬于哪個系；而在另一種環(huán)境中，由于需要考慮一個系的系主任、教師人數(shù)、學(xué)生人數(shù)、辦公地點等，這時它就需要作為實體了。確定實體與屬性的兩條準則：(1)屬性是不可再分的數(shù)據(jù)項，屬性不可以再有屬性；(2)屬性不能與其他實體發(fā)生聯(lián)系，聯(lián)系只能存在于實體與實體之間。符合上述兩條特性的事物一般作為屬性對待。為了簡化E-R圖的處置，現(xiàn)實世界中的事物凡能夠作為屬性對待的，應(yīng)盡量作為屬性。例1：“學(xué)生”由學(xué)號、姓名等屬性進一步描述，根據(jù)準則１，“學(xué)生”只能作為實體，不能作為屬性。例2：職稱通常作為教師實體的屬性，但在涉及住房分配時，由于分房與職稱有關(guān)，也就是說職稱與住房實體之間有聯(lián)系，根據(jù)準則２，這時把職稱作為實體來處理會更合適些。教師教工號姓名年齡職稱教師教工號姓名年齡職稱職稱名工資住房福利聘任例：建立學(xué)生信息管理ER圖學(xué)生信息管理子模塊功能（1）學(xué)生信息的增、刪、改、查功能（2）學(xué)生選課功能（3）學(xué)生查詢成績設(shè)計分E-R圖的步驟第一步：確定現(xiàn)實系統(tǒng)可能包含的實體從需求上看可以設(shè)定實體有學(xué)生、課程第二步：確定每個實體的屬性，特別要注明每個實體的碼學(xué)生：學(xué)號、姓名、性別、出生日期、籍貫、專業(yè)課程：課程號、課程名、學(xué)時數(shù)、學(xué)分第三步：確定實體之間可能有的聯(lián)系，并結(jié)合實際情況給每個聯(lián)系命名學(xué)生課程選修第四步：畫ER圖，建立概念模型，完成現(xiàn)實世界到信息世界的第一次抽象。方法：(1)用長方形表示實體，在框內(nèi)寫上實體名(2)用橢圓表示實體的屬性，并用無向邊把實體與其屬性連接起來。學(xué)生學(xué)號姓名性別出生日期課程課程號課程名學(xué)時學(xué)分專業(yè)(3)用菱形表示實體之間的聯(lián)系，菱形內(nèi)寫上聯(lián)系名。用無向邊把菱形與有關(guān)的實體連接，在無向邊旁標上聯(lián)系的類型。若實體之間的聯(lián)系也有屬性（實體以外的屬性），則把屬性和菱形也用無向邊連接起來。課程選修學(xué)生mn成績姓名性別出生日期課程號學(xué)號學(xué)分課程名學(xué)時專業(yè)若實體的屬性太多，可簡化ER圖?？稍贓R圖中只畫實體間的聯(lián)系學(xué)生課程選修mn成績學(xué)生學(xué)號姓名性別出生日期專業(yè)課程課程號課程名學(xué)時學(xué)分班號而實體及屬性用另一個圖表示一個學(xué)籍管理系統(tǒng)的例子學(xué)籍管理局部ER圖課程管理局部ER圖概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概述概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計視圖的集成視圖的集成 局部的E-R圖又稱為局部視圖，將多個局部E-R圖合并成一張完整的E-R圖的過程稱為視圖集成。視圖集成的方法： 選擇兩個具有相同實體的E-R圖，通過相同實體將它們連結(jié)起來構(gòu)成一個E-R圖。如此重復(fù)，直到將所有的局部E-R圖全部連結(jié)成一個E-R圖，這稱為全局E-R圖。教師教工號姓名職稱課程授課mn課程號課程名學(xué)分教師編號姓名職稱m學(xué)生學(xué)號姓名性別出生日期成績學(xué)習(xí)課程n課程號課程名學(xué)分mn授課學(xué)生姓名性別出生日期m成績課程學(xué)習(xí)n課程號課程名學(xué)分學(xué)號視圖集成的作用：一方面可以完整地描述企業(yè)的信息及其聯(lián)系，另一方面在集成過程中可以解決沖突和消除冗余。

分E-R圖之間的三類沖突：屬性沖突：命名沖突：結(jié)構(gòu)沖突：

(1)屬性沖突：同一屬性可能會存在于不同的分E-R圖，由于設(shè)計人員不同或是出發(fā)點不同，對屬性的類型、取值范圍、數(shù)據(jù)單位等可能會不一致，這些屬性對應(yīng)的數(shù)據(jù)將來只能以一種形式在計算機中存儲，這就需要在設(shè)計階段進行統(tǒng)一。

屬性域沖突：屬性值的類型、取值范圍或取值集合不同。 例1，由于學(xué)號是數(shù)字，因此某些部門（即局部應(yīng)用）將學(xué)號定義為整數(shù)形式，而由于學(xué)號不用參與運算，因此另一些部門（即局部應(yīng)用）將學(xué)號定義為字符型形式。 例2，某些部門（即局部應(yīng)用）以出生日期形式表示學(xué)生的年齡，而另一些部門（即局部應(yīng)用）用整數(shù)形式表示學(xué)生的年齡。屬性取值單位沖突。 例：學(xué)生的身高，有的以米為單位，有的以厘米為單位，有的以尺為單位。

(2)命名沖突：

相同意義的屬性，在不同的分E-R圖上有著不同的命名，或是名稱相同的屬性在不同的分E-R圖中代表著不同的意義，這些也要進行統(tǒng)一。同名異義：不同意義的對象在不同的局部應(yīng)用中具有相同的名字例，局部應(yīng)用A中將教室稱為房間局部應(yīng)用B中將學(xué)生宿舍稱為房間異名同義（一義多名）：同一意義的對象在不同的局部應(yīng)用中具有不同的名字例，有的部門把教科書稱為課本有的部門則把教科書稱為教材(3)結(jié)構(gòu)沖突：同一實體在不同的分E-R圖中有不同的屬性，同一對象在某一分E-R圖中被抽象為實體而在另一分E-R圖中又被抽象為屬性，需要統(tǒng)一。產(chǎn)生原因：不同的局部應(yīng)用關(guān)心的是該實體的不同側(cè)面。解決方法：使該實體的屬性取各分E-R圖中屬性的并集，再適當設(shè)計屬性的次序。學(xué)生學(xué)號

姓名性別平均成績(a)在局部應(yīng)用A中學(xué)生學(xué)號

姓名出生日期年級所在系(b)在局部應(yīng)用B中學(xué)生學(xué)號

姓名

政治面貌(c)在局部應(yīng)用C中學(xué)生

政治面貌

學(xué)號出生日期年級所在系平均成績姓名性別(d)合并后生成學(xué)校管理系統(tǒng)整理ER圖解決沖突后的ER圖冗余冗余的數(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)庫的完整性，給數(shù)據(jù)庫維護增加困難并不是所有的冗余數(shù)據(jù)與冗余聯(lián)系都必須加以消除，有時為了提高某些應(yīng)用的效率，不得不以冗余信息作為代價。設(shè)計數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)時，哪些冗余信息必須消除，哪些冗余信息允許存在，需要根據(jù)用戶的整體需求來確定。消除不必要的冗余后的初步E-R圖稱為基本E-R圖。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計總結(jié)：(1)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是對企業(yè)信息的描述，建立在需求分析的基礎(chǔ)上；(2)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是對需求分析的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)字典)依照業(yè)務(wù)處理流程(數(shù)據(jù)流圖)抽象出事物之間的聯(lián)系，以E-R圖的形象加以描述；(3)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是獨立于具體DBMS的，信息世界的范疇，即只考慮正確體現(xiàn)事實世界中的事物及聯(lián)系的描述，而不考慮如何存儲這些信息；(4)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計所得到的E-R圖應(yīng)該得到用戶的認可；(5)進行概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時進行的是系統(tǒng)的總體設(shè)計。教學(xué)活動建立商店顧客的ER圖設(shè)有商店和顧客兩個實體?！吧痰辍庇袑傩裕荷痰昃幪枴⑸痰昝?、地址、電話“顧客”有屬性：顧客編號、姓名、地址、年齡、性別。假設(shè)一個商店有多個顧客購物，一個顧客可以到多個商店購物，顧客每一次去商店購物有一個消費金額和日期。試畫ER圖，并注明屬性和聯(lián)系類型。建立步驟：確定實體類型及屬性。本題已知有：商店、顧客。商店商店編號商店名地址電話顧客顧客編號姓名地址年齡性別建立步驟：確定實體類型及屬性。確定聯(lián)系類型及屬性。“商店-顧客”的聯(lián)系是m:n聯(lián)系的屬性有四項:顧客(編號)商店(編號)消費金額日期聯(lián)系的名稱：購物商店顧客日期購物消費金額mn建立步驟：確定實體類型及屬性。確定聯(lián)系類型及屬性。把實體類型和聯(lián)系類型組合成ER圖。商店商店編號商店名地址電話日期購物消費金額顧客顧客編號姓名地址年齡性別案例分析一家建筑設(shè)計公司在3個城市都設(shè)有辦事處。公司準備快速擴大規(guī)模，劃分了10個部門，每個部門都有部門負責(zé)人。為了招聘合適的新員工，人事部門規(guī)劃了7