數(shù)據(jù)庫原理 第六章 實體聯(lián)系模型

1、第1部分 基礎篇第一章：數(shù)據(jù)庫發(fā)展史第二章：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構第2部分：運算篇第三章：關系運算第四章：結構化查詢語言SQL第3部分：設計篇第五章：規(guī)范化設計第六章：實體聯(lián)系模型第七章：數(shù)據(jù)庫設計第4部分：管理篇第九章：數(shù)據(jù)庫的管理第六章主要內(nèi)容基本概念映射約束弱實體集擴展ER特性ER模型設計要點概念數(shù)據(jù)庫設計過程E-R模型向關系模式的轉換數(shù)據(jù)庫設計過程需求分析概念數(shù)據(jù)庫設計邏輯數(shù)據(jù)庫設計確定存儲哪些數(shù)據(jù)，建立哪些應用，常用的操作及對象有哪些等對需求分析所得到數(shù)據(jù)的更高層的抽象描述將概念模型所描述的數(shù)據(jù)映射為某個特定的DBMS模式數(shù)據(jù)物理數(shù)據(jù)庫設計E-R模型的發(fā)展歷史歷史-模型：Entity-Rel

2、ationship Model1976年，P.P.S.Chen提出-模型，用-圖來描述概念模型觀點世界是由一組稱作實體的基本對象和這些對象之間的聯(lián)系構成的基本概念實體(Entity)客觀存在并可相互區(qū)分的事物,是一個數(shù)據(jù)對象。如學生張三、工人李四、計算機系、數(shù)據(jù)庫概論弱實體某個實體的存在是依賴于原先的某個實體的，它的主鍵全部或部分從原先的實體中獲得。屬性(Attribute)實體所具有的某一特性一個實體可以由若干個屬性來刻畫例如，學生可由學號、姓名、年齡、系等組成域(Domain)屬性的取值范圍，性別的域為（男、女），月份的域為到的整數(shù)基本概念實體型(Entity Type)實體名與其屬性名集

3、合共同構成實體型例，學生（學號、姓名、年齡、性別、系、年級）注意實體型與實體（值）之間的區(qū)別，后者是前者的一個特例如(9808100，王平，21，男，計算機系，2)是一個實體實體集(Entity Set)同型實體的集合稱為實體集。如全體學生基本概念聯(lián)系(Relationship)：實體之間的相互關聯(lián)關系如學生與老師間的授課關系，學生與學生間有班長關系聯(lián)系也可以有屬性，如學生與課程之間有選課聯(lián)系，每個選課聯(lián)系都有一個成績作為其屬性同類聯(lián)系的集合稱為聯(lián)系集元或度（Degree）參與聯(lián)系的實體集的個數(shù)稱為聯(lián)系的元如學生選修課程是二元聯(lián)系，供應商向工程供應零件則是三元聯(lián)系 基本E-R圖要點學 生姓 名

4、學號系 別選 修課 程學 分課程名先修課成績MN屬性的分類基本屬性 不可再分的屬性如學號、年齡、性別 復合屬性可以劃分若干個更小屬性的屬性可以把相關屬性聚集起來，使模型更清晰如電話號碼=區(qū)號+本地號碼 出生日期=年+月+日復合屬性的例子地 址郵政編碼省（市）街道路 名門牌號區(qū)名屬性的類型單值屬性每一個特定的實體在該屬性上的取值唯一如學生的學號，年齡、性別、系別等多值屬性某個特定的實體在該屬性上的有多于一個的取值如學生（學號，所選課程，聯(lián)系電話）學號與課程之間是一種多值依賴關系多值屬性用雙橢圓形表示多值屬性舉例零 件零件名規(guī) 格進貨價格零件編碼銷售價格供應商多值屬性的變化（1）零 件零件名規(guī) 格

5、經(jīng)銷價格零件編碼供應商零售價格批發(fā)價格代銷價格多值屬性的變化（2）零 件零件名規(guī) 格進貨價格零件編碼供應商存在銷售價格售貨價格銷售性質關于屬性的空值NULL屬性null表示“無意義”，當實體在某個屬性上沒有值時設為null，如通訊錄（姓名，email，電話，BP），若某人沒有email地址，則在email屬性上取值為nullnull表示“值未知”，即值存在，但目前沒有獲得該信息，如職工（姓名，部門，工種，身份證），如果目前不知道職工身份證號碼，則設身份證值為null實體完整性作為主碼的屬性上取值不能為null屬性的類型導出（Derived）屬性與基屬性可以從其他相關的屬性或實體派生出來的屬性值

6、如學生（學號，姓名，平均成績），選課（學號，課程號，成績），則平均成績可由學生所選課程的總成績除以課程總數(shù)來得到。稱平均成績?yōu)榕缮鷮傩裕煽優(yōu)榛鶎傩?。?shù)據(jù)庫中，一般只存基屬性值，而派生屬性只存其定義或依賴關系，用到時再從基屬性中計算出來導出屬性的例子學 生性 別出生日期所學專業(yè)年齡姓 名平均成績學 號聯(lián)系的連通詞聯(lián)系的連通詞聯(lián)系的連通詞是指實體集之間實體對應的方式。即一個實體通過一個聯(lián)系集能與另一實體集相關聯(lián)的實體的數(shù)目可以有一對一的（1:1），一對多的（1:m），多對多的（m:n）幾種情況聯(lián)系在E-R圖中的表示多方實體集單方實體集聯(lián)系R從A到B是一對一或多對一的ABR聯(lián)系R從A到B是多對多

7、或一對多的ABR聯(lián)系的元數(shù)一個聯(lián)系涉及到的實體集的個數(shù)，稱為該聯(lián)系的元數(shù)或度數(shù)。同一個實體集內(nèi)的聯(lián)系稱為一元聯(lián)系兩個不同實體集之間的聯(lián)系稱為二元聯(lián)系三個不同實體間的聯(lián)系稱為三元關系一個實體集內(nèi)的二元聯(lián)系一對一ei E，至多存在一個ej E，與之相聯(lián)系（ji）如“職工”之間的“配偶”聯(lián)系一對多如“職工”內(nèi)部的“領導”聯(lián)系多對多如“零件”之間的“構成”聯(lián)系職工配偶丈夫妻子構成零件母零件子零件職工領導領導屬下二元聯(lián)系中的1:1聯(lián)系的例子產(chǎn) 品車 間 車間號車間 名電 話產(chǎn)品號 月計劃量 產(chǎn)品名規(guī) 格生 產(chǎn)11二元聯(lián)系中的1:N的例子職 工部 門 部門號部門 名電 話職工號 工 資 姓 名性 別聘 用

8、1N年 齡職 工二元聯(lián)系中的M:N的例子零 件產(chǎn) 品 產(chǎn)品號產(chǎn)品名規(guī) 格零件號 數(shù) 量 零件名庫存量構 成MN一元聯(lián)系中的1:1的例子運動員順 序姓 名名 次編 號性 別11一元聯(lián)系中的1:N的例子職 工領 導姓 名年齡職工號性 別N1一元聯(lián)系中的M:N的例子零 件組 成零件名零件號規(guī) 格NM數(shù)量三元聯(lián)系中的M:N:P的例子倉 庫商 品商 店進 貨倉庫名地 址日 期數(shù) 量商店名商品名倉庫號商店號商品號MNP擴展E-R特性特殊化（Specialization）概括（Generalization）屬性繼承（Attribute Inheritance）聚集（Aggregation）擴展E-R特性特殊

9、化特殊化實體集中某些子集具有區(qū)別于該實體集內(nèi)其它實體的特性，可以根據(jù)這些差異特性對實體集進行分組，這一分組的過程稱作特殊化自頂向下、逐步求精子類和超類子類特例更小的實體集更多的屬性一個銀行帳號可以有存款帳號、貸款帳號學生可以有研究生、本科生擴展E-R特性概括概括各個實體集根據(jù)共有的性質，合成一個較高層的實體集。概括是一個高層實體集與若干個低層實體集之間的包含關系自底向上、逐步合成概括 Vs 特殊化概括與特殊化是個互逆的過程，在E-R圖中的表示方法是相同的特殊化強調同一實體集內(nèi)不同實體之間的差異，概括強調不同實體集之間的相似性反映了數(shù)據(jù)庫設計的不同方法本章小結E-R模型的基本元素屬性的分類基本屬

10、性和復合屬性單值屬性和多值屬性導出屬性聯(lián)系的設計E-R模型的擴充第七章的主要內(nèi)容數(shù)據(jù)庫設計的步驟數(shù)據(jù)庫模型的三個層次概念設計中的ER模型設計方法邏輯設計中的ER模型向關系模型轉換的規(guī)則數(shù)據(jù)庫設計概述數(shù)據(jù)庫的作用數(shù)據(jù)庫是計算機信息系統(tǒng)的核心，在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的支持下，進行信息的收集、整理、存儲、檢索、更新、加工、統(tǒng)計和傳播數(shù)據(jù)庫設計的概念利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件和相關的硬件系統(tǒng)，將用戶需求轉化成有效的數(shù)據(jù)結構，并使數(shù)據(jù)結構易于適應用戶新的要求的過程。數(shù)據(jù)庫設計的目標對于一個給定的應用環(huán)境，提供一個確定最優(yōu)數(shù)據(jù)模型與處理模式的邏輯設計。提供一個確定數(shù)據(jù)庫存儲結構與存取方法的物理設計。建立起既能

11、反映現(xiàn)實世界信息和信息聯(lián)系，滿足用戶數(shù)據(jù)要求和加工要求，又能被某個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所接受，同時能實現(xiàn)系統(tǒng)目標，并有效存取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。軟件生存期軟件生存期的概念軟件生存期是指從軟件規(guī)劃、研制、實現(xiàn)、投入運行后的維護，直到被新軟件所取代的整個期間軟件生存期的幾個階段規(guī)劃階段：需求分析階段設計階段程序編制階段調試階段運行維護階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)生存期規(guī)劃需求分析（信息要求、處理要求、安全性和完整性要求）概念設計（ER圖）邏輯設計（數(shù)據(jù)庫邏輯結構設計、應用程序設計）物理設計物理數(shù)據(jù)庫結構的選擇和邏輯設計中程序模塊說明的精確化。實現(xiàn)用DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言和其他實用程序將數(shù)據(jù)庫邏輯設計和物理設計結果嚴格描

12、述出來，成為DBMS可接受的源代碼，再經(jīng)過調試產(chǎn)生目標模式，然后就可以入庫了。運行和維護收集和記錄系統(tǒng)實際運行的數(shù)據(jù)第0步 規(guī)劃 第 1 步需求描述和分析 第 2 步概 念 設 計 第 3 步邏 輯 設 計 第 4 步物 理 設 計總體信息需求處理需求DBMS特征硬件和OS特征物理數(shù)據(jù)庫結構需求說明書 信息結構（獨立于硬件、軟件）邏輯數(shù)據(jù)庫結構（DBMS能處理的應用程序說明書）圖7.1 基本的數(shù)據(jù)庫設計步驟數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)生存期1-規(guī)劃階段規(guī)劃階段的主要任務確定系統(tǒng)范圍確定開發(fā)工作所需的資源（人員、硬件、軟件）估計軟件開發(fā)的成本確定項目進度數(shù)據(jù)庫設計規(guī)劃階段的任務進行建立數(shù)據(jù)庫的必要性及可行性分析確

13、定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在組織中和信息系統(tǒng)中的地位確定各數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的拓撲結構子系統(tǒng)1 子系統(tǒng)2 子系統(tǒng)3 公用數(shù)據(jù)庫2公用數(shù)據(jù)庫1專用數(shù)據(jù)庫1專用數(shù)據(jù)庫2 圖7.2 數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的拓撲結構數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)生存期2-需求分析需求分析的任務對整個應用情況作全面、詳細的調查確定企業(yè)組織的目標收集支持系統(tǒng)總的設計目標的基礎數(shù)據(jù)和對這些數(shù)據(jù)的要求確定用戶需求并將其寫成用戶和數(shù)據(jù)庫設計者都能夠接受的文檔需求分析階段的輸入和輸出總體信息需求第一步：需求分析處理需求需求說明書圖7.3 需求分析階段的輸入和輸出需求分析的步驟（1） 分析用戶活動，產(chǎn)生用戶活動圖搞清其處理流程，如果一個處理比較復雜，就分解成若

14、干個子處理，使每個處理功能明確、界面清楚。 確定系統(tǒng)范圍，產(chǎn)生系統(tǒng)范圍圖確定計算機所能進行數(shù)據(jù)處理的范圍，確定人機界面，即哪些由人工處理，哪些由機器處理。 需求分析的步驟（2）分析用戶活動所涉及的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流是從“數(shù)據(jù)”和“對數(shù)據(jù)的加工”兩個方面表達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)工作過程的一種圖形表示法。 分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)、產(chǎn)生數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典提供對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)描述的集中管理，其功能是存儲和檢索各種數(shù)據(jù)描述，如敘述性的數(shù)據(jù)報告等，并為DBA提供有關的報告。數(shù)據(jù)字典的組成（1）數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)的最小單位，描述包括數(shù)據(jù)項名、含義、別名、類型、長度、取值范圍、與其它數(shù)據(jù)項的關系。數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)之間的組合關系，一個數(shù)據(jù)結

15、構可以由若干個數(shù)據(jù)項構成，也可以由若干個數(shù)據(jù)結構構成，包括數(shù)據(jù)結構名、含義以及組成該數(shù)據(jù)結構的數(shù)據(jù)項名或數(shù)據(jù)結構名。數(shù)據(jù)字典的組成（2）數(shù)據(jù)流（用箭頭表示）某一加工處理過程的輸入或輸出數(shù)據(jù)，可以是數(shù)據(jù)項也可以是數(shù)據(jù)結構，包括數(shù)據(jù)流名、說明、流入的加工名以及組成該數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)結構或數(shù)據(jù)項。數(shù)據(jù)存儲是處理過程中要存儲的數(shù)據(jù)，可以是手工憑證，也可以是手工文檔或計算機文檔。加工過程（用圓圈表示）對加工處理的描述，包括加工過程名、說明、輸入數(shù)據(jù)流、輸出數(shù)據(jù)流、并簡要說明處理工作、頻度要求、數(shù)據(jù)量及相應時間等一個簡單的數(shù)據(jù)流圖教師輸入成績輸出教務處原始輸入格式化輸入輸出格式化輸出成績文件圖7.4 一個簡單

16、的DFD1.0選課2.0上課3.0考試學生教師申請選同意/不同意選核對選課單同意/不同意已選課程名單選課名單選課教師課程任課教師介紹課程介紹選課單教室安排允許參加考試成績單教材 教室選用教材教室安排平時成績成績考場 試卷 成績考場安排試卷成績教室安排評定成績考場安排評定考試成績圖7.5 課程管理數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)字典對數(shù)據(jù)項的描述數(shù)據(jù)項名：選課單號說 明：標識每張選課單類 型：CHAR（8）長 度：8別 名：選課單號取值范圍：0000000199999999數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)結構的描述數(shù)據(jù)流名：考場安排說 明：由各課程所選學生數(shù)，選定教室，時間確定考場安排來 源：考試去 向：教師數(shù)據(jù)結構：考場安排 -考試

17、課程 -考試時間 -教學樓 -教室編號 數(shù)據(jù)字典-數(shù)據(jù)結構的描述數(shù)據(jù)結構名：考試課程說 明：作為考場安排的組成部分，說明某門課哪位老師帶 以及該門課所選學生人數(shù)。組 成：課程號 教師號 選課人數(shù) 數(shù)據(jù)字典-數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲名：課程說 明： 對每門課程名稱、學分、先行課程號和摘要描述。輸出數(shù)據(jù)流：課程介紹數(shù)據(jù)描述： 課程號 課程名 學分數(shù) 先行課程號 摘要數(shù) 量： 每年500種存取方式： 隨機存取 數(shù)據(jù)字典-加工過程處理過程：確定選課名單說 明：對要選某門課程的每一個學生，根據(jù)已選修課程確定其是否可選該課程。再根據(jù)學生選課的人數(shù)選擇適當?shù)慕淌?，制定選課單。輸 入：學生選課 可選課程 已選課程輸

18、出：選課單程序提要：a、對所選課程在選課表中查找其是否已選此課程 b、若未選過此課程，則在選課表中查找是否已選此課程的先 行課程 c、若a、b都滿足，則在選課表中增加一條選課記錄 d、處理完全部學生的選課處理后，形成選課單 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)生存期3概念設計概念設計的目標產(chǎn)生反映企業(yè)組織信息需求的數(shù)據(jù)庫概念結構，即概念模式。將概念設計獨立出來的必要性各階段的任務相對單一化，設計復雜程度大大降低，便于組織管理不受特定的DBMS限制，也獨立于存儲安排和效率方面的考慮，因而比邏輯模式更為穩(wěn)定概念模式不含具體的DBMS所附加的技術細節(jié)，更容易為用戶所理解，因而才有可能準確反映用戶的信息需求。數(shù)據(jù)庫設計的各級模

19、式概念要求概念模式概念要求概念要求內(nèi)模式邏輯模式外模式1外模式3外模式2應用1應用2應用3應用1應用2應用3映象映象轉換綜合圖7.6 數(shù)據(jù)庫的各級模式概念模型與數(shù)據(jù)模型的關系客觀世界概念模型DBMS支持的數(shù)據(jù)模型 認識、抽象現(xiàn)實世界信息世界機器世界圖7.7 概念模型與數(shù)據(jù)模型的關系概念模型應該滿足的要求概念模型是對現(xiàn)實世界的抽象和概括，應真實、充分地反映現(xiàn)實世界中事物與事物之間的聯(lián)系。概念模型應該簡潔、明晰、獨立于機器、容易理解概念模型應易于變動概念模型應容易向關系、層次、網(wǎng)狀等模型轉換概念設計的主要步驟進行數(shù)據(jù)抽象，設計局部概念模式聚集：將若干對象和它們的之間的聯(lián)系組合成一個新的對象概括：將

20、一組具有某些共同特性的對象合并成更高一層意義上的對象將局部概念模式綜合成全局概念模式主要處理格局部模式對象定義的不一致問題，包括同名異義、異名同義以及同一事物被抽象為不同類型的對象評審用戶評審DBA及應用開發(fā)人員評審局部概念模式到全局概念模式消除沖突屬性沖突結構沖突命名沖突屬性沖突屬性域的沖突：屬性類型、取值范圍不同如不同學校的學號編碼方式不同屬性取值單位沖突如重量分別采用磅、千克結構沖突同一對象在不同應用中的抽象不同如職工在某應用中是實體，在另一應用中則抽象為屬性同一實體在不同E-R圖中屬性組成不同實體之間的聯(lián)系在不同E-R圖中呈現(xiàn)不同的類型命名沖突同名異義：不同意義的對象具有相同的名字異名

21、同義：同一意義的對象具有不同的名字全局結構的評審用戶評審確認全局概念模式是否準確完整反映用戶的信息需求和現(xiàn)實世界事物的屬性間的固有關系。DBA及應用開發(fā)人員評審確認全局結構是否完整各種成分劃分是否合理是否存在不一致性各種文檔是否齊全數(shù)據(jù)抽象抽象的概念抽象是對實際的人、事物或概念的人為處理，抽取人們關心的共同特性，忽略非本質的細節(jié)，并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。抽象的形式系統(tǒng)狀態(tài)的抽象：抽象對象系統(tǒng)轉換的抽象：抽象運算對象之間聯(lián)系的兩種形式聚集概括聚集聚集的數(shù)學意義迪卡爾積，通過聚集形成對象之間的一個聯(lián)系對象聚集層次表示的關系Is part of（是的一部分）聚集

22、層次的例子維修運載商號名日期技工工廠車號內(nèi)燃機車輛 姓名裝載量制造者價值地點地點圖7.9 聚集層次概括概括的概念概括是從一類對象形成一個對象概括表示的關系Is a(是的一種）概括的例子交通工具空中交通工具內(nèi)燃機交通工具陸上交通工具滑翔車飛機郵車卡車自行車GM卡車FORDVM卡車圖7.8 概括層次聚集和概括合并的例子卡車內(nèi)燃機車輛郵車飛機制造者價值車號概括聚集圖7.10 聚集層次和概括層次的合并ER模型的操作實體類型的分裂垂直分裂水平分裂實體類型的合并聯(lián)系類型的分裂聯(lián)系類型的合并實體類型的分裂垂直分裂指把一個實體類型的屬性分成若干組，然后按組形成若干實體類型鍵必須在分割后的每個實體中都出現(xiàn)示意水

23、平分割指把一個實體分裂成互不相交的子類示意實體類型的垂直分割的例子教師號性別姓名出生日期獎金工資職務性別職務獎金姓名教師號教師不變信息教師變動信息教師圖 7.11 實體類型的垂直分割 工資教師號出生日期實體類型水平分割的例子教師號 工資出生日期 姓名 職務獎金 姓名 工資 獎金 職務 教師號出生日期 男教師女教師圖7.12 實體類型的水平分割聯(lián)系類型分裂的例子教師 擔任 課程 課程教師主講 輔導(a)(b)圖7.13 聯(lián)系類型的分裂1NMNMN不合法合并的例子AA-CA-B-CB-CCBCAB圖7.14 不合法的合并采用ER方法的數(shù)據(jù)庫概念設計設計局部ER模式設計全局ER模式全局ER模式的優(yōu)化

24、設計局部E-R模式需求分析結果確定局部結構范圍實體定義聯(lián)系定義屬性分配局部E|R模式設計全局E-R模式設計設計全局E-R模式局部E-R模式確定公共實體類型合并兩個局部E-R模式檢查并消除沖突全局E|R模式設計還有未合并的局部模式？全局E-R模式優(yōu)化無有全局E-R模式的優(yōu)化合并實體類型消除冗余屬性消除冗余聯(lián)系全局E|R模式優(yōu)化全局E-R模式邏輯數(shù)據(jù)庫設計系有管理班級班主任組成指導導師檔案材料歸檔學生擁有性別具有參加住宿社會關系學會宿舍圖7.8 學籍管理局部應用的分E-R圖課程管理局部應用的分ER圖系教師教科書教室學生課程上課擔任選修開設圖7.19 課程管理局部應用E-R圖1MNMNM11M教師管

25、理局部應用的分ER圖院長工作量項目系職稱教師學院 負責人主管參加聘用設置承接管理分配評定圖7.20 教師管理局部應用E-R圖MMNNMM1111111111開設院長主管學院教師設置管理項目承接系有班級學會參加參加管理聘用選修組成教師擔任課程評定職稱分配工作量教科上課教室指導學生擁有性別歸檔具有住宿檔案材料社會關系宿舍1111111111111111111111NNNNNNNNNNNNNNNMMP圖7.21 合并后的教學管理E-R圖冗余聯(lián)系的例子教師任教學生 課程選修授課圖7.16 冗余聯(lián)系的例子E-R模型向關系模式的轉換實體 關系屬性 關系的屬性S（SNO，SNAME，DEPT）學生姓名學號系