數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與維護(hù)

數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與維護(hù)

基于標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)方法，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)必須經(jīng)過從原始需求分析到最終數(shù)據(jù)庫操作的六個(gè)步驟?！ば枨蠓治?·概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);·邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);·物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);·數(shù)據(jù)庫實(shí)施;·數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)。本文主要討論的是從概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段向邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的過渡。在概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段用E-R圖描述的概念模型,向邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的關(guān)系模型轉(zhuǎn)換時(shí)需要遵循一定的規(guī)則。一、實(shí)體碼和聯(lián)系的碼的組合(1)一個(gè)實(shí)體型轉(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)體的碼就是關(guān)系的候選碼。(2)一個(gè)一對(duì)一聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式,也可以與任意一端實(shí)體對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。如果轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式,與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性,每個(gè)實(shí)體的碼均是該關(guān)系的候選碼。如果與某一端實(shí)體對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并,則需要在該關(guān)系模式的屬性中加入另一個(gè)關(guān)系模式的碼和聯(lián)系本身的屬性。(3)一個(gè)一對(duì)多聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式,也可以與多端實(shí)體對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并,如果轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式,與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性,多端實(shí)體的碼是該關(guān)系的候選碼。如果與多端實(shí)體以的關(guān)系模式合并,則需要在該關(guān)系模式的屬性中加入另一個(gè)關(guān)系模式的碼和聯(lián)系本身的屬性。(4)一個(gè)多對(duì)多聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。與該聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性,該關(guān)系的候選碼是各實(shí)體碼的組合。(5)三個(gè)或三個(gè)以上實(shí)體間的一個(gè)多元聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。與該多元聯(lián)系相連的各實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性,該關(guān)系的候選碼是各實(shí)體碼的組合。(6)具有相同碼的關(guān)系模式可以合并。二、關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換規(guī)則在實(shí)際的運(yùn)用中,用轉(zhuǎn)換規(guī)則得到的關(guān)系的候選碼與用語義和關(guān)系候選碼的定義得到的關(guān)系的候選碼不一致。據(jù)此,說明以上轉(zhuǎn)換規(guī)則在某些情況下會(huì)發(fā)生問題。而就這一問題在數(shù)據(jù)庫理方面的專著中尚未有提及,因而對(duì)這一問題的提出和解決必將對(duì)數(shù)據(jù)庫理論和應(yīng)用產(chǎn)生一定的影響和幫助。在以下的實(shí)例中,判斷關(guān)系模式的候選碼不僅用到以上的轉(zhuǎn)換規(guī)則,另外還用到關(guān)系候選碼的定義。關(guān)系候選碼的定義:設(shè)K為關(guān)系R<U,F>中的屬性或?qū)傩越M合,若KF→ΚF→U則K為R的候選碼。其中,R為關(guān)系名,U為關(guān)系R的一組屬性,F為屬性組U上的一組數(shù)據(jù)依賴,KF→ΚF→表示U對(duì)K完全函數(shù)依賴。所謂數(shù)據(jù)依賴就是通過一個(gè)關(guān)系中屬性間值的相等與否體現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系?，F(xiàn)在已經(jīng)提出的數(shù)據(jù)依整的類型主要有:·函數(shù)依賴(簡稱FD);·多值依賴(簡稱MVD);·聯(lián)接依賴(簡稱JD)。本文步及的是函數(shù)依賴。函數(shù)依賴的定義是: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,記作X→Y。完全函數(shù)依賴是指在R(U)中,如果X→Y,并且對(duì)于X的任何一個(gè)真子集X′,都有X′→Y,則稱Y對(duì)X完全函數(shù)依賴,記作:XF→XF→Y。1.組成關(guān)系的選擇碼,指專業(yè)名、班級(jí)號(hào),人數(shù)建立一個(gè)關(guān)于專業(yè)和班級(jí)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫。描述專業(yè)的屬性有:專業(yè)名。描述班級(jí)的屬性有:班級(jí)號(hào)、人數(shù)。有關(guān)語義如下:每個(gè)專業(yè)每年只招一個(gè)班。數(shù)據(jù)庫的概念模型如下圖所示,利用以上的轉(zhuǎn)換規(guī)則將其轉(zhuǎn)換為等價(jià)的關(guān)系模型。利用以上的轉(zhuǎn)換規(guī)則(1)將兩個(gè)實(shí)體型(專業(yè)、班級(jí))轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式:專業(yè)(專業(yè)名);班級(jí)(班級(jí)號(hào),人數(shù))。專業(yè)關(guān)系的候選碼是專業(yè)名,班級(jí)關(guān)系的候選碼是班級(jí)號(hào)。利用以上的轉(zhuǎn)換規(guī)則(2)將兩個(gè)實(shí)體間的一個(gè)一對(duì)一聯(lián)系(組成)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式:組成(專業(yè)名,班級(jí)號(hào),入校年份)。由轉(zhuǎn)換規(guī)則(2)可知組成關(guān)系的候選碼是專業(yè)名和班級(jí)號(hào)。根據(jù)關(guān)系的候選碼的定義可知,關(guān)系的候選碼的值已知的情況下,可以唯一地確定關(guān)系(表)中一個(gè)元組(記錄)。而利用轉(zhuǎn)換規(guī)則(2)得到的組成關(guān)系的候選碼——專業(yè)名并不能起到這樣的作用。因?yàn)閷I(yè)→名入校年份,專業(yè)→名班號(hào)。由數(shù)據(jù)庫的語義信息可知,(專業(yè)名,入校年份)→班號(hào),所以(專業(yè)名,入校年份)→U。又因?yàn)閷I(yè)名→U,入校年份→U,所以(專業(yè)名,入上份)F→UF→U。據(jù)此,重得到組成關(guān)系的候選碼是(專業(yè)名,入校年份)。在該例中,用轉(zhuǎn)換規(guī)則得到的關(guān)系的候選碼之一(專業(yè)名)與用語義和關(guān)系的候選碼的定義得到的關(guān)系的候選碼(專業(yè)名,入校年份)不一致。2.關(guān)系模式材料號(hào),類別建立一個(gè)關(guān)于材料和倉庫的關(guān)系數(shù)據(jù)庫。描述材料的屬性有:材料號(hào)、材料名。描述倉庫的屬性有:倉庫號(hào)、地址。有關(guān)語義如下:材料按照類別放在若干倉庫中。數(shù)據(jù)庫的概念模型如下圖所示,利用以上的轉(zhuǎn)換規(guī)則將其轉(zhuǎn)換為等價(jià)的關(guān)系模型。利用以上的轉(zhuǎn)換規(guī)則(1)將兩個(gè)實(shí)體型(材料、倉庫)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式:材料(材料號(hào),材料名);倉庫(倉庫號(hào),地址)。材料關(guān)系候選碼是材料號(hào),倉庫關(guān)系的候選碼是倉庫號(hào)。利用以上的轉(zhuǎn)換規(guī)則(3)將兩個(gè)實(shí)體間的一個(gè)一對(duì)多聯(lián)系(存放)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式:存放(材料號(hào),倉庫號(hào),類別)。由規(guī)則(3)可知放關(guān)系的候選碼是材料號(hào)。根據(jù)關(guān)系的候選碼的定義可知,關(guān)系的候選碼的值已知的情況下,可以唯一地確定關(guān)系(表)中一個(gè)元組(記錄)。而利用轉(zhuǎn)換規(guī)則(3)得到的存放關(guān)系的候選碼—材料號(hào)并不能起到這樣的作用。因?yàn)椴牧稀鷤}庫號(hào),材料號(hào)→類別。由數(shù)據(jù)庫的語義信息可知,(材料號(hào),類別)→倉庫號(hào),所以(材料號(hào),類別)→U。又因?yàn)椴牧咸?hào)→U,類別→U,所以(材料號(hào),類別F→UF→U。據(jù)此,重得到存放關(guān)系的候選碼是(材料號(hào),類別)。在該例中,用轉(zhuǎn)換規(guī)則得到的關(guān)系的候選碼(材料號(hào))與用語義和關(guān)系的候選碼的定義得到的關(guān)系的候選碼(材料號(hào),類別)不一致。3.關(guān)系模式供應(yīng)商、零件、工程項(xiàng)目的轉(zhuǎn)換規(guī)則已知一個(gè)供應(yīng)數(shù)據(jù)庫的語義信息如下:(1)可查詢數(shù)據(jù)庫中供應(yīng)商的編號(hào)、名稱和地址,供應(yīng)商編號(hào)具有唯一性;(2)可查詢數(shù)據(jù)庫中零件的編號(hào)、名稱、顏色、單價(jià),所有零件均可由零件編號(hào)唯一標(biāo)識(shí);(3)可查詢數(shù)據(jù)庫中工程項(xiàng)目的編號(hào)、名稱和地址,工程項(xiàng)目編號(hào)具有唯一性;(4)可查詢數(shù)據(jù)庫中應(yīng)商在某日期給某個(gè)工程項(xiàng)目所供應(yīng)零件的數(shù)量,假設(shè)一個(gè)供應(yīng)商可以給多個(gè)工程項(xiàng)目供應(yīng)多種零件,而每個(gè)工程項(xiàng)目可以使用多個(gè)供應(yīng)商供應(yīng)的零件,每種零件可以由不同的應(yīng)商供給多個(gè)工程項(xiàng)目;供應(yīng)數(shù)據(jù)庫的概念模型如下圖所示,利用以上的轉(zhuǎn)換規(guī)則將其轉(zhuǎn)換為等價(jià)的關(guān)系模型。利用以上的轉(zhuǎn)換規(guī)則(1)將三個(gè)實(shí)體型(供應(yīng)商、零件、工程項(xiàng)目)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式:供應(yīng)商(供應(yīng)商編號(hào),供應(yīng)商名稱,供應(yīng)商地址);零件(零件編號(hào),零件名稱,顏色,單價(jià));工程項(xiàng)目(工程項(xiàng)目編號(hào),工程項(xiàng)目名稱,工程項(xiàng)目地址)。供應(yīng)商關(guān)系的候選碼是供應(yīng)商編號(hào),零件關(guān)系的候選碼是零件編號(hào),工程項(xiàng)目關(guān)系的候選碼是工程項(xiàng)目編號(hào)。利用以上的轉(zhuǎn)換規(guī)則(5)將三個(gè)實(shí)體間的一個(gè)多元聯(lián)系(供應(yīng))轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式:供應(yīng)(供應(yīng)商編號(hào),零件編號(hào),工程項(xiàng)目編號(hào),數(shù)量,日期)。由規(guī)則(5)可知供應(yīng)關(guān)系的候選碼是供應(yīng)商編號(hào)、零件編號(hào)、工程項(xiàng)目編號(hào)的組合,即供應(yīng)關(guān)系的候選碼是(供應(yīng)商編號(hào),零件編號(hào),工程項(xiàng)目編號(hào))。根據(jù)關(guān)系的候選碼的定義可知,關(guān)系的候選碼的值已知情況下,可以唯一地確定關(guān)系(表)中一個(gè)元組(記錄)。而利用規(guī)則(5)得到的供應(yīng)關(guān)系的候選碼并不起到這樣的作用,因?yàn)橐阎?yīng)商編號(hào)、零件編號(hào)和工程項(xiàng)目編號(hào)的情況下,仍無法確定具體的供應(yīng)數(shù)量。在不同的日期,供應(yīng)商給工程項(xiàng)目供應(yīng)零件的聯(lián)系都可能發(fā)生。由供應(yīng)數(shù)據(jù)庫的語義信息可知,僅有供應(yīng)商編號(hào)、零件編號(hào)和工程項(xiàng)目編號(hào)無法查詢數(shù)據(jù)庫中供應(yīng)商在某日期給某個(gè)工程項(xiàng)目所供應(yīng)零件的數(shù)量,因?yàn)槿鄙偃掌谛畔?。?jù)此,重新得到供應(yīng)關(guān)系的候選碼是(供應(yīng)商編號(hào),零件編號(hào),工程項(xiàng)目編號(hào),日期)。在該例中,用轉(zhuǎn)換規(guī)則得到的關(guān)系候選碼(供應(yīng)商編號(hào),零件編號(hào),工程項(xiàng)目編號(hào))與用語義和關(guān)系的候選碼的定義得到的關(guān)系的候選碼(供應(yīng)商編號(hào),零件編號(hào),工程項(xiàng)目編號(hào),日期)不一致。以上就是在具體運(yùn)用概念模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則時(shí)遇到的問題。三、關(guān)系的基本功能轉(zhuǎn)換對(duì)于這個(gè)問題,我也曾和《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論》的編者之一——王珊老師探討過,并且取得了一致的共識(shí)。關(guān)系的候選碼必然要滿足候選碼的定義,即關(guān)系的屬性集對(duì)候選碼完全函數(shù)依賴。所以,對(duì)于以上例題中聯(lián)系轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式后,關(guān)系的候選碼應(yīng)是用語義和關(guān)系的候選碼的定義得到的關(guān)系的候選碼。組成關(guān)系的候選碼是(專業(yè)名,入校年份)存放關(guān)系的候選碼是(材料號(hào),類別)供應(yīng)關(guān)系的候選碼是(供應(yīng)商編號(hào),零件編號(hào),工程項(xiàng)目編號(hào),日期)。使用概念模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則時(shí),得到的關(guān)系的候選碼,準(zhǔn)確地說應(yīng)該是關(guān)系的候選碼的組成。它是否能成為關(guān)系的候選碼就要由候選碼的定義來決定。如果它滿足候選碼的定義,那么它就是關(guān)系人候選碼。如果它不滿足候選碼的定義,那么就要檢查聯(lián)系本身的屬性,由函數(shù)依賴(語義)最終確定關(guān)系的候選碼。對(duì)組成聯(lián)系使用規(guī)則(2)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí),將與該聯(lián)系相連的各實(shí)體(專業(yè)、班級(jí))的碼(專業(yè)名、班級(jí)號(hào))轉(zhuǎn)換為組成關(guān)系的候選碼的組成部分。(專業(yè)名)和(班級(jí)號(hào))是否是組成關(guān)系的候選碼就要由候選碼的定義來決定。(班級(jí)號(hào))對(duì)于組成關(guān)系滿足候選碼的定義,所以(班級(jí)號(hào))就是組成關(guān)系的候選碼。(專業(yè)名)對(duì)于組成關(guān)系不滿足候選碼的定義,那么就要檢查聯(lián)系本身的屬性(即組成聯(lián)系本身的屬性:入校年份),由函數(shù)依賴(語義)最終確定組成關(guān)系的候選碼是(專業(yè)名,入校年份)和(班級(jí)號(hào))。對(duì)存放聯(lián)系使用規(guī)則(3)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí),將與該聯(lián)系相連的n端實(shí)體(材料)的碼(材料號(hào))轉(zhuǎn)換為存放關(guān)系的候選碼的組成部分。(材料號(hào))是否是存放關(guān)系的候選碼就要由候選碼的定義來決定。(材料號(hào))對(duì)于存放關(guān)系不滿足候選碼的定義,那么就要檢查系本身的屬性(即存放聯(lián)系本身的屬性:類別),由函數(shù)依賴(語義)最終確定存放關(guān)系的候選碼是(材料號(hào),類別)。對(duì)供應(yīng)聯(lián)系使用規(guī)則(5)進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí),將與該聯(lián)系相連的各關(guān)體(供應(yīng)商、零件、工程項(xiàng)目)的碼(供應(yīng)商編號(hào)、零件編號(hào)、工程項(xiàng)目編號(hào))轉(zhuǎn)換為供應(yīng)關(guān)系的候選碼的組成部分。(供應(yīng)商編號(hào),零件編號(hào),工程項(xiàng)目編號(hào))是否是供應(yīng)關(guān)系的候選碼就要由候選