第7章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計_1464663954

1、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論An Introduction to Database System第七章數(shù)據(jù)庫設(shè)計中國人民大學(xué)信息學(xué)院An Introduction to Database SystemAn Introduction to Database System7.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造（設(shè)計）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)操作要求。信息管理要求：在數(shù)據(jù)庫中應(yīng)該存儲和管理哪些數(shù)據(jù)對象 。數(shù)據(jù)操作要求：對數(shù)據(jù)對象需要進行哪些操作，如查詢、增、刪、改

2、、統(tǒng)計等操作。An Introduction to Database System7.1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟數(shù)據(jù)庫設(shè)計分6個階段需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計物理結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫實施數(shù)據(jù)庫運行和維護需求分析和概念設(shè)計獨立于任何數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計與選用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)密切相關(guān)An Introduction to Database System數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟（續(xù)）圖7.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計各個階段的數(shù)據(jù)設(shè)計描述An Introduction to Database SystemAn Introduction to Database System第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計7.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)

3、計概述7.2 需求分析7.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計7.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計7.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計7.6 數(shù)據(jù)庫的實施和維護7.7 小結(jié)An Introduction to Database System7.2 需求分析7.2.1 需求分析的任務(wù)7.2.2 需求分析的方法7.2.3 數(shù)據(jù)字典An Introduction to Database System需求分析（續(xù)）需求分析就是分析用戶的要求是設(shè)計數(shù)據(jù)庫的起點結(jié)果是否準確地反映了用戶的實際要求，將直接影響到后面各個階段的設(shè)計，并影響到設(shè)計結(jié)果是否合理和實用An Introduction to Database System需求分析的任務(wù)（續(xù)）調(diào)查的重點是

4、“數(shù)據(jù)”和“處理”，獲得用戶對數(shù)據(jù)庫的要求（1）信息要求用戶需要從數(shù)據(jù)庫中獲得信息的內(nèi)容與性質(zhì)由信息要求可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)要求，即在數(shù)據(jù)庫中需要存儲哪些數(shù)據(jù)（2）處理要求用戶要完成的處理功能對處理性能的要求（3）安全性與完整性要求An Introduction to Database System數(shù)據(jù)字典（續(xù)）數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)存儲處理過程 數(shù)據(jù)項是數(shù)據(jù)的最小組成單位 若干個數(shù)據(jù)項可以組成一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)字典通過對數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義來描述數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲的邏輯內(nèi)容An Introduction to Database System第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計7.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述7.

5、2 需求分析7.3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計7.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計7.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計7.6 數(shù)據(jù)庫的實施和維護7.7 小結(jié)An Introduction to Database System7.3.1 概念模型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)計概念模型的特點（1）能真實、充分地反映現(xiàn)實世界，是現(xiàn)實世界的一個真實模型。（2）易于理解，從而可以用它和不熟悉計算機的用戶交換意見。（3）易于更改，當應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用要求改變時，容易對概念模型修改和擴充。（4）易于向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換描述概念模型的工具E-R模型An Introduction to Databas

6、e System7.3.2 E-R模型1. 實體之間的聯(lián)系（1）兩個實體型之間的聯(lián)系：一對一聯(lián)系（1 1）一對多聯(lián)系（1 n）多對多聯(lián)系（m n）An Introduction to Database SystemE-R模型（續(xù)）一對一聯(lián)系（1 1）如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至多有一個（也可以沒有）實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一聯(lián)系，記為1 1。例如，學(xué)校里一個班級只有一個正班長，而一個班長只在一個班中任職，則班級與班長之間具有一對一聯(lián)系。An Introduction to Database SystemE-R模型（續(xù)）一對多聯(lián)系（1 n）如果對于實

7、體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n0）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B有一對多聯(lián)系，記為1 n。例如，一個班級中有若干名學(xué)生，而每個學(xué)生只在一個班級中學(xué)習(xí)，則班級與學(xué)生之間具有一對多聯(lián)系。An Introduction to Database SystemE-R模型（續(xù)）多對多聯(lián)系（m n）如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n0）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中也有m個實體（m0）與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B具有多對多聯(lián)系，記為m n。例如，一門課程同時有若干個學(xué)生選

8、修，而一個學(xué)生可以同時選修多門課程，則課程與學(xué)生之間具有多對多聯(lián)系。An Introduction to Database SystemE-R模型（續(xù)）圖7.6 兩個實體型之間的三類聯(lián)系A(chǔ)n Introduction to Database SystemE-R模型（續(xù)）（2）兩個以上的實體型之間的聯(lián)系一般地，兩個以上的實體型之間也存在著一對一、一對多、多對多聯(lián)系。對于課程、教師與參考書3個實體型，如果一門課程可以有若干個教師講授，使用若干本參考書，而每一個教師只講授一門課程，每一本參考書只供一門課程使用，則課程與教師、參考書之間的聯(lián)系是一對多的，如圖7.7(a)所示。An Introducti

9、on to Database SystemE-R模型（續(xù)）圖7.7三個實體型之間的聯(lián)系示例An Introduction to Database SystemE-R模型（續(xù)）（3）單個實體型內(nèi)的聯(lián)系同一個實體集內(nèi)的各實體之間也可以存在一對一、一對多、多對多的聯(lián)系。例如，職工實體型內(nèi)部具有領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)系，即某一職工（干部）“領(lǐng)導(dǎo)”若干名職工，而一個職工僅被另外一個職工直接領(lǐng)導(dǎo)，因此這是一對多的聯(lián)系，如圖7.8所示。An Introduction to Database SystemE-R模型（續(xù)）圖7.8單個實體型內(nèi)的一對多聯(lián)系示例聯(lián)系的度：參與聯(lián)系的實體型的數(shù)目2個實體型之間的聯(lián)系度為2，

10、也稱為二元聯(lián)系；3個實體型之間的聯(lián)系度為3，稱為三元聯(lián)系；N個實體型之間的聯(lián)系度為N，也稱為N元聯(lián)系E-R模型（續(xù)）2. E-R圖E-R圖提供了表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法：實體型：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名。屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體型連接起來。例如，學(xué)生實體具有學(xué)號、姓名、性別、出生年份、系、入學(xué)時間等屬性，用E-R圖表示如圖7.9所示圖7.9學(xué)生實體及屬性An Introduction to Database SystemAn Introduction to Database SystemE-R模型（續(xù)）聯(lián)系：用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實

11、體型連接起來，同時在無向邊旁標上聯(lián)系的類型（1 1，1 n或m n）。聯(lián)系可以具有屬性圖7.10 聯(lián)系的屬性An Introduction to Database SystemE-R模型（續(xù)）3. 一個實例某個工廠物資管理的概念模型。物資管理涉及的實體有：倉庫：屬性有倉庫號、面積、電話號碼零件：屬性有零件號、名稱、規(guī)格、單價、描述供應(yīng)商：屬性有供應(yīng)商號、姓名、地址、電話號碼、賬號項目：屬性有項目號、預(yù)算、開工日期職工：屬性有職工號、姓名、年齡、職稱An Introduction to Database SystemE-R模型（續(xù)）倉庫：屬性有倉庫號、面積、電話號碼零件：屬性有零件號、名稱、規(guī)格

12、、單價、描述供應(yīng)商：屬性有供應(yīng)商號、姓名、地址、電話號碼、賬號項目：屬性有項目號、預(yù)算、開工日期職工：屬性有職工號、姓名、年齡、職稱An Introduction to Database SystemE-R模型（續(xù)）這些實體之間的聯(lián)系如下：（1） 一個倉庫可以存放多種零件，一種零件可以存放在多個倉庫中，因此倉庫和零件具有多對多的聯(lián)系。用庫存量來表示某種零件在某個倉庫中的數(shù)量。（2） 一個倉庫有多個職工當倉庫保管員，一個職工只能在一個倉庫工作，因此倉庫和職工之間是一對多的聯(lián)系。（3） 職工之間具有領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)關(guān)系。即倉庫主任領(lǐng)導(dǎo)若干保管員，因此職工實體型中具有一對多的聯(lián)系。（4） 供應(yīng)商、項目和

13、零件三者之間具有多對多的聯(lián)系。即一個供應(yīng)商可以供給若干項目多種零件，每個項目可以使用不同供應(yīng)商供應(yīng)的零件，每種零件可由不同供應(yīng)商供給。An Introduction to Database System（1） 一個倉庫可以存放多種零件，一種零件可以存放在多個倉庫中，因此倉庫和零件具有多對多的聯(lián)系。用庫存量來表示某種零件在某個倉庫中的數(shù)量。（2） 一個倉庫有多個職工當倉庫保管員，一個職工只能在一個倉庫工作，因此倉庫和職工之間是一對多的聯(lián)系。（3） 職工之間具有領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)關(guān)系。即倉庫主任領(lǐng)導(dǎo)若干保管員，因此職工實體型中具有一對多的聯(lián)系。（4） 供應(yīng)商、項目和零件三者之間具有多對多的聯(lián)系。即一個供

14、應(yīng)商可以供給若干項目多種零件，每個項目可以使用不同供應(yīng)商供應(yīng)的零件，每種零件可由不同供應(yīng)商供給。An Introduction to Database SystemE-R模型（續(xù)）An Introduction to Database System7.3.5 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計1. 實體與屬性的劃分原則為了簡化E-R圖的處置，現(xiàn)實世界的事物能作為屬性對待的，盡量作為屬性對待。兩條準則兩條準則：（1）作為屬性，不能再具有需要描述的性質(zhì)。屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項，不能包含其他屬性。（2）屬性不能與其他實體具有聯(lián)系，即E-R圖中所表示的聯(lián)系是實體之間的聯(lián)系。An Introduction to Datab

15、ase System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）例1 職工是一個實體，職工號、姓名、年齡是職工的屬性。 職稱如果沒有與工資、福利掛鉤，根據(jù)準則（1）可以作為職工實體的屬性 如果不同的職稱有不同的工資、住房標準和不同的附加福利，則職稱作為一個實體更恰當An Introduction to Database System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）例2 在醫(yī)院中，一個病人只能住在一個病房，病房號可以作為病人實體的一個屬性；如果病房還要與醫(yī)生實體發(fā)生聯(lián)系，即一個醫(yī)生負責(zé)幾個病房的病人的醫(yī)療工作，則根據(jù)準則（2） 病房應(yīng)作為一個實體。An Introduction to Database System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）例

16、3 如果一種貨物只存放在一個倉庫，那么就可以把存放貨物的倉庫的倉庫號作為描述貨物存放地點的屬性。如果一種貨物可以存放在多個倉庫中，或者倉庫本身又用面積作為屬性，或者倉庫與職工發(fā)生管理上的聯(lián)系，那么就應(yīng)把倉庫作為一個實體。An Introduction to Database System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）例7.1 銷售管理子系統(tǒng)E-R圖的設(shè)計。該子系統(tǒng)的主要功能是：處理顧客和銷售員送來的訂單工廠是根據(jù)訂貨安排生產(chǎn)的交出貨物同時開出發(fā)票收到顧客付款后，根據(jù)發(fā)票存根和信貸情況進行應(yīng)收款處理An Introduction to Database System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)） 參照需求分析和數(shù)據(jù)字典

17、中的詳盡描述，遵循前面給出的兩個準則，進行了如下調(diào)整：（1）每張訂單由訂單號、若干頭信息和訂單細節(jié)組成。訂單細節(jié)又有訂貨的零件號、數(shù)量等來描述。按照準則（2），訂單細節(jié)就不能作訂單的屬性處理而應(yīng)該上升為實體。一張訂單可以訂若干產(chǎn)品，所以訂單與訂單細節(jié)兩個實體之間是1 n的聯(lián)系。An Introduction to Database System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）（2）原訂單和產(chǎn)品的聯(lián)系實際上是訂單細節(jié)和產(chǎn)品的聯(lián)系。每條訂貨細節(jié)對應(yīng)一個產(chǎn)品描述，訂單處理時從中獲得當前單價、產(chǎn)品重量等信息。（3）工廠對大宗訂貨給予優(yōu)惠。每種產(chǎn)品都規(guī)定了不同訂貨數(shù)量的折扣，應(yīng)增加一個“折扣規(guī)則”實體存放這些信息，而

18、不應(yīng)把它們放在產(chǎn)品實體中。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)） 最后得到銷售管理子系統(tǒng)E-R圖如圖7.23所示。圖7.23 銷售管理子系統(tǒng)的E-R圖An Introduction to Database SystemAn Introduction to Database System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)） 對每個實體定義的屬性如下： 顧客：顧客號，顧客名，地址，電話，信貸狀況，賬目余額 訂單：訂單號，顧客號，訂貨項數(shù)，訂貨日期，交貨日期，工種號，生產(chǎn)地點 訂單細則：訂單號，細則號，零件號，訂貨數(shù)，金額 應(yīng)收賬款：顧客號，訂單號，發(fā)票號，應(yīng)收金額，支付日期，支付金額，當前余額，貨款限額 產(chǎn)品：產(chǎn)品號，產(chǎn)品名，單價，重

19、量 折扣規(guī)則：產(chǎn)品號，訂貨量，折扣An Introduction to Database System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）2. E-R圖的集成E-R圖的集成一般需要分兩步 合并。解決各分E-R圖之間的沖突，將分E-R圖合并起來生成初步E-R圖。 修改和重構(gòu)。消除不必要的冗余，生成基本E-R圖。An Introduction to Database System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）（1）合并E-R圖，生成初步E-R圖各個局部應(yīng)用所面向的問題不同，各個子系統(tǒng)的E-R圖之間必定會存在許多不一致的地方，稱之為沖突。子系統(tǒng)E-R圖之間的沖突主要有三類：屬性沖突命名沖突結(jié)構(gòu)沖突An Introduction

20、to Database System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）屬性沖突屬性域沖突，即屬性值的類型、取值范圍或取值集合不同。例如零件號，有的部門把它定義為整數(shù)，有的部門把它定義為字符型。年齡，某些部門以出生日期形式表示職工的年齡，而另一些部門用整數(shù)表示職工的年齡。屬性取值單位沖突。例如，零件的重量有的以公斤為單位，有的以斤為單位，有的以克為單位。An Introduction to Database System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）命名沖突同名異義，即不同意義的對象在不同的局部應(yīng)用中具有相同的名字。異名同義（一義多名），即同一意義的對象在不同的局部應(yīng)用中具有不同的名字。如對科研項目，財務(wù)科稱為項目，科研處

21、稱為課題，生產(chǎn)管理處稱為工程。命名沖突可能發(fā)生在實體、聯(lián)系一級上也可能發(fā)生在屬性一級上通過討論、協(xié)商等行政手段加以解決An Introduction to Database System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）結(jié)構(gòu)沖突同一對象在不同應(yīng)用中具有不同的抽象。例如，職工在某一局部應(yīng)用中被當作實體，而在另一局部應(yīng)用中則被當作屬性。解決方法：把屬性變換為實體或把實體變換為屬性，使同一對象具有相同的抽象。同一實體在不同子系統(tǒng)的E-R圖中所包含的屬性個數(shù)和屬性排列次序不完全相同。解決方法：使該實體的屬性取各子系統(tǒng)的E-R圖中屬性的并集，再適當調(diào)整屬性的次序。An Introduction to Database

22、System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）結(jié)構(gòu)沖突（續(xù)）實體間的聯(lián)系在不同的E-R圖中為不同的類型。實體E1與E2在一個E-R圖中是多對多聯(lián)系，在另一個E-R圖中是一對多聯(lián)系解決方法是根據(jù)應(yīng)用的語義對實體聯(lián)系的類型進行綜合或調(diào)整。An Introduction to Database System概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（續(xù)）圖7.25(a)中零件與產(chǎn)品之間存在多對多的聯(lián)系“構(gòu)成”圖7.25(b)中產(chǎn)品、零件與供應(yīng)商三者之間還存在多對多的聯(lián)系“供應(yīng)”合并兩個E-R圖，如圖7.25(c)An Introduction to Database System第七章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計7.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述7.2 需求分析7.3 概

23、念結(jié)構(gòu)設(shè)計7.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計7.5 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計7.6 數(shù)據(jù)庫的實施和維護7.7 小結(jié)An Introduction to Database System7.4 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)把概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段設(shè)計好的基本E-R圖轉(zhuǎn)換為與選用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品所支持的數(shù)據(jù)模型相符合的邏輯結(jié)構(gòu)An Introduction to Database SystemE-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）轉(zhuǎn)換內(nèi)容E-R圖由實體型、實體的屬性和實體型之間的聯(lián)系三個要素組成關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)是一組關(guān)系模式的集合將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型：將實體型、實體的屬性和實體型之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（

24、續(xù)）實體型間的聯(lián)系有以下不同情況 ：(1)一個1:1聯(lián)系可以 轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式 與某一端實體對應(yīng)的關(guān)系模式合并【例3-1】將圖中E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型方案1：聯(lián)系形成的關(guān)系獨立存在： 職工（職工號，姓名，年齡）； 產(chǎn)品（產(chǎn)品號，產(chǎn)品名，價格）； 負責(zé)（職工號，產(chǎn)品號）.方案2：“負責(zé)”與“職工”兩關(guān)系合并： 職工（職工號，姓名，年齡，產(chǎn)品號）； 產(chǎn)品（產(chǎn)品號，產(chǎn)品名，價格）；方案3：“負責(zé)”與“產(chǎn)品”兩關(guān)系合并： 職工（職工號，姓名，年齡）； 產(chǎn)品（產(chǎn)品號，產(chǎn)品名，價格，職工號） 負責(zé)負責(zé)1 產(chǎn)品產(chǎn)品產(chǎn)品號產(chǎn)品號產(chǎn)品名產(chǎn)品名價格價格1 職工職工職工號職工號姓名姓名年齡年齡E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換（續(xù)）實體型間的聯(lián)系有以下不同情況 ：(2)一個1:n聯(lián)系可以 轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式 與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并【例3-2】將含有1:n聯(lián)系的E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型方案1：聯(lián)系形成的關(guān)系獨立存在 倉庫（倉庫號，地點，面積） 產(chǎn)品（產(chǎn)品號，產(chǎn)品名，價格） 倉儲（倉庫號，產(chǎn)品號，數(shù)量）方案2：聯(lián)系形成的關(guān)系與n端對象合