《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用》課件1第4章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)14.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述1.數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點和方法1）數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點（1）綜合性數(shù)據(jù)庫設(shè)計涉及面廣，較為復(fù)雜，它包含計算機專業(yè)知識及業(yè)務(wù)系統(tǒng)專業(yè)知識，要解決技術(shù)及非技術(shù)兩方面的問題；（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計與行為設(shè)計相結(jié)合數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計在模式和外模式中定義，應(yīng)用系統(tǒng)的行為設(shè)計在存取數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序中設(shè)計和實現(xiàn)。靜態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計是指數(shù)據(jù)庫的模式框架設(shè)計（包括語義結(jié)構(gòu)（概念）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（邏輯）、存儲結(jié)構(gòu)（物理）），動態(tài)行為設(shè)計是指應(yīng)用程序設(shè)計（動作操縱：功能組織、流程控制）。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計和行為設(shè)計是分離進行的，程序和數(shù)據(jù)不易結(jié)合，我們必須強調(diào)數(shù)據(jù)庫設(shè)計和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的密切結(jié)合。數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)22）數(shù)據(jù)庫設(shè)計的方法（1）新奧爾良(NewOrleans)設(shè)計方法新奧爾良方法是規(guī)范設(shè)計方法中比較著名的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法，該方法將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分成4個階段：需求分析、概念設(shè)計、邏輯設(shè)計和物理設(shè)計。經(jīng)過很多人的改進，將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為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)庫實施和數(shù)據(jù)庫運行維護。（2）基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法在需求分析的基礎(chǔ)上，基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法設(shè)計數(shù)據(jù)庫的概念模型，是數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計階段廣泛采用的方法。（3）3NF設(shè)計方法3NF的設(shè)計方法以關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論為指導(dǎo)來設(shè)計數(shù)據(jù)庫的邏輯模型，是設(shè)計關(guān)系數(shù)據(jù)庫時在邏輯設(shè)計階段采用的一種有效方法。4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)3（4）對象定義語言(ObjectDefinitionLanguage,ODL)方法ODL方法是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫設(shè)計方法，該方法使用面向?qū)ο蟮母拍詈托g(shù)語來描述和完成數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過統(tǒng)一建模語言(UML,UnifiedModelingLanguage)的類圖表示數(shù)據(jù)對象的匯集及它們之間的聯(lián)系，其所得到的對象模型，既可用于設(shè)計關(guān)系數(shù)據(jù)庫，也可用于設(shè)計面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫等。數(shù)據(jù)庫設(shè)計工具已經(jīng)實用化和商品化，例如SYSBASE公司的PowerDesigner、Oracle公司的Designer2000、Rational公司的RationalRose等。2.數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟按照規(guī)范設(shè)計的方法，考慮數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)全過程，將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為以下6個階段：需求分析階段，概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，數(shù)據(jù)庫實施階段，數(shù)據(jù)庫運行和維護階段，如圖4.1所示。4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)4（1）需求分析階段需求分析是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，首先需要準(zhǔn)確了解與分析用戶的需求，明確系統(tǒng)的目標(biāo)和實現(xiàn)的功能。（2）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵，其任務(wù)是根據(jù)需求分析，形成一個獨立于具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的概念模型，即設(shè)計E-R模型。圖4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計步驟4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)5（3）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計是將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型。（4）物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段物理結(jié)構(gòu)設(shè)計是為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)，包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法等。（5）數(shù)據(jù)庫施現(xiàn)階段設(shè)計人員運用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)庫語言和宿主語言，根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果建立數(shù)據(jù)庫，編寫和調(diào)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫和試運行。（6）數(shù)據(jù)庫運行與維護階段通過試運行后即可投入正式運行，在數(shù)據(jù)庫運行過程中，不斷地對其進行評估、調(diào)整和修改。4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)6數(shù)據(jù)庫設(shè)計的不同階段形成的數(shù)據(jù)庫各級模式，如圖4.2所示。圖4.2數(shù)據(jù)庫各級模式4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)7在需求分析階段，設(shè)計的中心工作是綜合各個用戶的需求。在概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，形成與計算機硬件無關(guān)的、獨立于各個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品的概念模式，即E-R圖。在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，將E-R圖轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品支持的數(shù)據(jù)模型，形成數(shù)據(jù)庫邏輯模式，然后，在基本表的基礎(chǔ)上再建立必要的視圖，形成數(shù)據(jù)的外模式。在物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，根據(jù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的特點和處理的需要，進行物理存儲安排，建立索引，形成數(shù)據(jù)庫物理模式。4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)84.2需求分析1.需求分析的任務(wù)需求分析階段的主要任務(wù)是對現(xiàn)實世界要處理的對象（公司，部門，企業(yè)）進行詳細(xì)調(diào)查，在了解現(xiàn)行系統(tǒng)的概況、確定新系統(tǒng)功能的過程中，收集支持系統(tǒng)目標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及其處理方法。需求分析是在用戶調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過分析，逐步明確用戶對系統(tǒng)的需求，包括數(shù)據(jù)需求和圍繞這些數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)處理需求。用戶調(diào)查的重點是“數(shù)據(jù)”和“處理”。（1）信息需求定義未來數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用到的所有信息，明確用戶將向數(shù)據(jù)庫中輸入什么樣的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫中要求獲得哪些內(nèi)容，將要輸出哪些信息，以及描述數(shù)據(jù)間的聯(lián)系等。數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)9（2）處理需求定義了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的操作功能，描述操作的優(yōu)先次序，包括操作的執(zhí)行頻率和場合，操作與數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。處理需求還要明確用戶要完成哪些處理功能，每種處理的執(zhí)行頻度，用戶需求的響應(yīng)時間以及處理的方式，比如是聯(lián)機處理還是批處理等。（3）安全性與完整性要求描述了系統(tǒng)中不同用戶對數(shù)據(jù)庫的使用和操作情況，完整性要求描述了數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及數(shù)據(jù)的取值范圍要求。2.需求分析的方法1）數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖用來描述系統(tǒng)的功能，表達了數(shù)據(jù)和處理的關(guān)系。數(shù)據(jù)流圖采用4個基本符號：外部實體、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲。4.2需求分析數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)10（1）外部實體數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)輸出又稱為外部實體，表示系統(tǒng)數(shù)據(jù)的外部來源和去處，也可是另外一個系統(tǒng)。（2）數(shù)據(jù)流由數(shù)據(jù)組成，表示數(shù)據(jù)的流向，數(shù)據(jù)流都需要命名，數(shù)據(jù)流的名稱反映了數(shù)據(jù)流的含義。（3）數(shù)據(jù)處理指對數(shù)據(jù)的邏輯處理，也就是數(shù)據(jù)的變換。（4）數(shù)據(jù)存儲表示數(shù)據(jù)保存的地方，即數(shù)據(jù)存儲的邏輯描述。數(shù)據(jù)流圖如圖4.3所示。圖4.3數(shù)據(jù)流圖4.2需求分析數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)112）數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合，對數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)存儲等進行詳細(xì)的描述，它包括數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、存儲、處理過程等。（1）數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)項是數(shù)據(jù)最小的組成單位，即不可再分的基本數(shù)據(jù)單位，記錄了數(shù)據(jù)對象的基本信息，描述了數(shù)據(jù)的靜態(tài)特性.數(shù)據(jù)項描述＝｛數(shù)據(jù)項名，數(shù)據(jù)項含義說明，別名，數(shù)據(jù)類型，長度，取值范圍，取值含義，與其他數(shù)據(jù)項的邏輯關(guān)系｝（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是若干數(shù)據(jù)項有意義的集合，由若干數(shù)據(jù)項組成，或由若干數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述＝｛數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名，含義說明，組成:｛數(shù)據(jù)項或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)｝｝4.2需求分析數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)12（3）數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流表示某一處理過程的輸入和輸出，表示了數(shù)據(jù)處理過程中的傳輸流向，是對數(shù)據(jù)動態(tài)特性的描述，。數(shù)據(jù)流描述＝｛數(shù)據(jù)流名，說明，數(shù)據(jù)流來源，數(shù)據(jù)流去向，組成:｛數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)｝，平均流量，高峰期流量｝（4）數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲是處理過程中存儲的數(shù)據(jù)，它是在事務(wù)和處理過程中數(shù)據(jù)所停留和保存過的地方.數(shù)據(jù)存儲描述＝｛數(shù)據(jù)存儲名，說明，編號，流入的數(shù)據(jù)流，流出的數(shù)據(jù)流，組成:｛數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)｝，數(shù)據(jù)量，存取頻度，存取方式｝（5）處理過程在數(shù)據(jù)字典中，只需描述簡要描述處理過程的信息。處理過程描述＝｛處理過程名，說明，輸入:｛數(shù)據(jù)流｝，輸出:｛數(shù)據(jù)流｝,處理:｛簡要說明｝｝4.2需求分析數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)134.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計4.3.1概念結(jié)構(gòu)的特點和設(shè)計步驟1.概念結(jié)構(gòu)的特點（1）能真實、充分地反映現(xiàn)實世界概念模型是現(xiàn)實世界的一個真實模型，能滿足用戶對數(shù)據(jù)的處理要求。（2）易于理解便于數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員和用戶交流，用戶的積極參與是數(shù)據(jù)庫設(shè)計成功的關(guān)鍵。（3）易于更改當(dāng)應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用要求發(fā)生改變時，易于修改和擴充概念模型（4）易于轉(zhuǎn)換為關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型。描述概念模型的有力工具是E-R模型，在第1章已經(jīng)介紹，本章在介紹概念結(jié)構(gòu)設(shè)計中也采用E-R模型。數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)142.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法有4種。（1）自底向上首先定義局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后按一定的規(guī)則把它們集成起來，得到全局概念模型。（2）自頂向下首先定義全局概念模型，然后再逐步細(xì)化。（3）由里向外首先定義最重要的核心概念結(jié)構(gòu)，然后再逐步向外擴展。（4）混合策略將自頂向下和自底向上結(jié)合起來使用。4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)153.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟（1）根據(jù)需求分析劃分的局部應(yīng)用，設(shè)計局部E-R圖。（2）將局部E-R圖合并，冗余和可能的矛盾，得到系統(tǒng)的全局E-R圖，審核和驗證全局E-R圖，完成概念模型的設(shè)計。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟如圖4.4所示。圖4.4概念結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)164.3.2E-R模型描述概念模型的有力工具是E-R模型，E-R模型即實體-聯(lián)系模型，在E-R模型中：●實體：客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體，實體用矩形框表示，框內(nèi)為實體名。實體可以是具體的人、事、物或抽象的概念，例如，在學(xué)生成績管理系統(tǒng)中，“學(xué)生”就是一個實體?！駥傩裕簩嶓w所具有的某一特性稱為屬性，屬性采用橢圓框表示，框內(nèi)為屬性名，并用無向邊與其相應(yīng)實體連接。例如，在學(xué)生成績管理系統(tǒng)中，學(xué)生的特性有學(xué)號、姓名、性別、出生日期、專業(yè)、班號、總學(xué)分，它們就是學(xué)生實體的7個屬性?！?/p>

實體型：用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體型。例如，學(xué)生(學(xué)號,姓名,性別,出生日期,專業(yè),班號,總學(xué)分)就是一個實體型。4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)17●實體集：同型實體的集合稱為實體集，例如全體學(xué)生記錄就是一個實體集。●聯(lián)系：實體之間的聯(lián)系，可分為一對一的聯(lián)系、一對多的聯(lián)系、多對多的聯(lián)系。實體間的聯(lián)系采用菱形框表示，聯(lián)系以適當(dāng)?shù)暮x命名，名字寫在菱形框中，用無向邊將參加聯(lián)系的實體矩形框分別與菱形框相連，并在連線上標(biāo)明聯(lián)系的類型，即1—1、1—n或m—n。如果聯(lián)系也具有屬性，則將屬性與菱形也用無向邊連上。（1）一對一的聯(lián)系（1:1）例如，一個班只有一個正班長，而一個正班長只屬于一個班，班級與正班長兩個實體間具有一對一的聯(lián)系。（2）一對多的聯(lián)系（1:n）例如，一個班可有若干學(xué)生，一個學(xué)生只能屬于一個班，班級與學(xué)生兩個實體間具有一對多的聯(lián)系。4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)18（3）多對多的聯(lián)系（m:n）例如，一個學(xué)生可選多門課程，一門課程可被多個學(xué)生選修，學(xué)生與課程兩個實體間具有多對多的聯(lián)系。實體之間的三種聯(lián)系如圖4.5所示。圖4.5實體之間的聯(lián)系4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)194.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計4.3.3局部E-R模型設(shè)計使用系統(tǒng)需求分析階段得到的數(shù)據(jù)流程圖、數(shù)據(jù)字典和需求規(guī)格說明，建立對應(yīng)于每一部門或應(yīng)用的局部E-R模型，關(guān)鍵問題是如何確定實體（集）和實體屬性，即首先要確定系統(tǒng)中的每一個子系統(tǒng)包含哪些實體和屬性。設(shè)計局部E-R模型時，最大的困難在于實體和屬性的正確劃分，其基本劃分原則如下：（1）屬性應(yīng)是系統(tǒng)中最小的信息單位。（2）若屬性具有多個值時，應(yīng)該升級為實體。【例4.1】設(shè)有學(xué)生、課程、教師、學(xué)院實體如下：學(xué)生：學(xué)號、姓名、性別、出生日期、專業(yè)、總學(xué)分、選修課程號課程：課程號、課程名、學(xué)分、開課學(xué)院、任課教師號數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)20教師：教師號、姓名、性別、出生日期、職稱、學(xué)院名、講授課程號學(xué)院：學(xué)院號、學(xué)院名、電話、教師號、教師名上述實體中存在如下聯(lián)系：（1）一個學(xué)生可選修多門課程，一門課程可為多個學(xué)生選修。（2）一個教師可講授多門課程，一門課程可為多個教師講授。（3）一個學(xué)院可有多個教師，一個教師只能屬于一個學(xué)院。（4）一個學(xué)院可擁有多個學(xué)生，一個學(xué)生只屬于一個學(xué)院。（5）假設(shè)學(xué)生只能選修本學(xué)院的課程，教師只能為本學(xué)院的學(xué)生講課。要求分別設(shè)計學(xué)生選課和教師任課兩個局部信息的結(jié)構(gòu)E-R圖。4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)21圖4.6學(xué)生選課局部E-R圖解：從各實體屬性看到，學(xué)生實體與學(xué)院實體和課程實體關(guān)聯(lián)，不直接與教師實體關(guān)聯(lián)，一個學(xué)院可以開設(shè)多門課程，學(xué)院實體與課程實體之間是1:m關(guān)系，學(xué)生選課局部E-R圖如圖4.6所示。4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)22教師實體與學(xué)院實體和課程實體關(guān)聯(lián)，不直接與學(xué)生實體關(guān)聯(lián)，教師任課局部E-R圖如圖4.7所示。圖4.7教師講課局部E-R圖4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)234.3.4全局E-R模型設(shè)計綜合各部門或應(yīng)用的局部E-R模型，就可以得到系統(tǒng)的全局E-R模型。綜合局部E-R模型的方法有兩種：（1）多個局部E-R圖逐步綜合，一次綜合兩個E-R圖。（2）多個局部E-R圖一次綜合。第一種方法，由于一次只綜合兩個E-R圖，難度降低，較易使用。在上述兩種方法中，每次綜合可分為以下兩個步驟：（1）進行合并，解決各局部E-R圖之間的沖突問題，生成初步E-R圖。（2）修改和重組，消除冗余，生成基本E-R圖。1）合并局部E-R圖，消除沖突由于各個局部應(yīng)用不同，通常由不同的設(shè)計人員去設(shè)計局部E-R圖，因此，各局部E-R圖之間往往會有很多不一致，被稱為沖突，沖突的類型有：4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)24（1）屬性沖突屬性域沖突：屬性取值的類型、取值范圍或取值集合不同。例如年齡可用出生年月和整數(shù)表示?！駥傩匀≈祮挝粵_突：例如重量，可用公斤、克、斤為單位。（2）結(jié)構(gòu)沖突●同一事物，不同的抽象：例如職工，在一個應(yīng)用中為實體，而在另一個應(yīng)用中為屬性?！裢粚嶓w在不同應(yīng)用中的屬性組成不同。●同一聯(lián)系在不同應(yīng)用中類型不同。（3）命名沖突命名沖突包括實體名、屬性名、聯(lián)系名之間的沖突●同名異議：不同意義的事物具有相同的名稱?！癞惷x：不同意義的事物具有相同的名稱。4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)25屬性沖突和命名沖突可通過協(xié)商來解決，結(jié)構(gòu)沖突在認(rèn)真分析后通過技術(shù)手段解決?！纠?.2】將例4.1設(shè)計完成的兩個局部E-R圖合并成一個初步的全局E-R圖。解：將圖4.5中的’’教師號’’屬性轉(zhuǎn)換為’’教師”實體，將兩個局部E-R圖中的”選修課程號”和”講授課程號”統(tǒng)一為”課程號”，并將”課程”實體的屬性統(tǒng)一為”課程號”和”課程名”，初步的全局E-R圖如圖4.8所示。圖4.8初步的全局E-R圖4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)262）消除冗余在初步的E-R圖中，可能存在冗余的數(shù)據(jù)或冗余的聯(lián)系。冗余的數(shù)據(jù)是指可由基本的數(shù)據(jù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，冗余的聯(lián)系也可由由其他的聯(lián)系導(dǎo)出。冗余的存在容易破壞數(shù)據(jù)庫的完整性，給數(shù)據(jù)庫的維護增加困難，應(yīng)該消除?！纠?.3】消除冗余，對例4.8的初步的全局E-R圖進行改進。解：在圖4.8中，”屬于”和”開課”是冗余聯(lián)系，它們可以通過其他聯(lián)系導(dǎo)出，消除冗余聯(lián)系后得到改進的全局E-R圖，如圖4.9所示。4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)27圖4.9改進的全局E-R圖4.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)284.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計4.4.1邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟以關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）為例，邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟如圖4.10所示。圖4.10邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟（1）將用E-R圖表示的概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。（2）優(yōu)化模型。（3）設(shè)計適合DBMS的關(guān)系模式。數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)294.4.2E-R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換由E-R圖向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換有以下兩個規(guī)則：1）一個實體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式實體的屬性就是關(guān)系的屬性，實體的碼就是關(guān)系的碼。2）實體間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式有以下不同的情況（1）一個1:1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與任意一端所對應(yīng)的關(guān)系模式合并。如果轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，則與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性都轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，每個實體的碼都是該關(guān)系的候選碼。如果與某一端實體對應(yīng)的關(guān)系模式合并，則需在該關(guān)系模式的屬性中加入另一個關(guān)系模式的碼和聯(lián)系本身的屬性。（2）一個1:n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與n端所對應(yīng)的關(guān)系模式合并。4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)30如果轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，則與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性都轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，且關(guān)系的碼為n端實體的碼。如果與n端實體對應(yīng)的關(guān)系模式合并，則需在該關(guān)系模式的屬性中加入1端實體的碼和聯(lián)系本身的屬性。（3）一個m:n聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式。與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性都轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，各實體的碼組成該關(guān)系的碼或關(guān)系碼的一部分。（4）三個或三個以上實體間的一個多元聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式。與該多元聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性都轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，各實體的碼組成該關(guān)系的碼或關(guān)系碼的一部分。（5）具有相同碼的關(guān)系模式可以合并。4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)31【例4.4】

1:1聯(lián)系的E-R圖如圖4.11所示，將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。圖4.111:1聯(lián)系的E-R圖示例方案1：聯(lián)系轉(zhuǎn)換為獨立的關(guān)系模式，則轉(zhuǎn)換后的關(guān)系模式為：學(xué)校(學(xué)校編號,名稱,地址)校長(校長編號,姓名,職稱)任職(學(xué)校編號,校長編號)方案2：聯(lián)系合并到”學(xué)?！标P(guān)系模式中，則轉(zhuǎn)換后的關(guān)系模式為：學(xué)校(學(xué)校編號,名稱,地址,校長編號)校長(校長編號,姓名,職稱)4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)32方案3：聯(lián)系合并到”校長”關(guān)系模式中，則轉(zhuǎn)換后的關(guān)系模式為：學(xué)校(學(xué)校編號,名稱,地址)校長(校長編號,姓名,職稱,學(xué)校編號)在1:1聯(lián)系中，一般不將聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，這是由于關(guān)系模式個數(shù)多，相應(yīng)的表也越多，查詢時會降低查詢效率。【例4.5】1:n聯(lián)系的E-R圖如圖4.12所示，將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。圖4.121:n聯(lián)系的E-R圖示例4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)33方案1：聯(lián)系轉(zhuǎn)換為獨立的關(guān)系模式，則轉(zhuǎn)換后的關(guān)系模式為：班級(班級編號,教室號,人數(shù))學(xué)生(學(xué)號,姓名,性別,出生日期，專業(yè)，總學(xué)分)屬于(學(xué)號,班級編號)方案2：聯(lián)系合并到n端實體對應(yīng)的關(guān)系模式中，則轉(zhuǎn)換后的關(guān)系模式為：班級(班級編號,教室號,人數(shù))學(xué)生(學(xué)號,姓名,性別,出生日期，班級編號)同樣原因，在1:n聯(lián)系中，一般也不將聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式。

4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)34【例4.6】m:n聯(lián)系的E-R圖如圖4.13所示，將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。圖4.13m:n聯(lián)系的E-R圖示例對于m:n聯(lián)系，必須轉(zhuǎn)換為獨立的關(guān)系模式，轉(zhuǎn)換后的關(guān)系模式為：學(xué)生(學(xué)號,姓名,性別,出生日期，專業(yè)，總學(xué)分)課程(課程號,課程名,學(xué)分，教師號)選課(學(xué)號,課程號,成績)4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)35【例4.7】三個實體聯(lián)系的E-R圖如圖4.14所示，將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。三個實體聯(lián)系聯(lián)系，一般也轉(zhuǎn)換為獨立的關(guān)系模式，轉(zhuǎn)換后的關(guān)系模式為：供應(yīng)商(供應(yīng)商號,供應(yīng)商名,地址)項目(零件號,零件名,重量)零件(項目編號,項目名稱,開工日期)供應(yīng)(供應(yīng)商號,零件號,項目編號,零件數(shù))圖4.14三個實體聯(lián)系的E-R圖示例4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)36【例4.8】將圖4.8所示的改進的全局E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。將”學(xué)生”實體、”課程”實體、”教師”實體、”學(xué)院”實體分別設(shè)計成一個關(guān)系模式，將”擁有”聯(lián)系(1:n聯(lián)系)合并到”學(xué)生”實體(n端實體)對應(yīng)的關(guān)系模式中，將”選課”聯(lián)系和”講課”(m:n聯(lián)系)轉(zhuǎn)換為獨立的關(guān)系模式。學(xué)生(學(xué)號，姓名，性別，年齡，專業(yè)，總學(xué)分，學(xué)院號)課程(課程號，課程名，學(xué)分)教師(教師號，姓名，性別，出生日期、職稱、學(xué)院名)學(xué)院(學(xué)院號，學(xué)院名，電話)選課(學(xué)號，課程號，成績)講課(教師號，課程號，上課地點)4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)37【例4.9】將圖1.12所示的商店銷售管理系統(tǒng)的E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。將”部門”實體、”員工”實體、”訂單”實體、”商品”實體分別設(shè)計成一個關(guān)系模式，將”擁有”聯(lián)系(1:n聯(lián)系)合并到”員工”實體(n端實體)對應(yīng)的關(guān)系模式中，將”開出”聯(lián)系(1:n聯(lián)系)合并到”訂單”實體(n端實體)對應(yīng)的關(guān)系模式中，將”訂單明細(xì)”聯(lián)系(m:n聯(lián)系)轉(zhuǎn)換為獨立的關(guān)系模式。部門(部門號,部門名稱)員工(員工號,姓名,性別,出生日期,地址,工資,部門號)訂單(訂單號,客戶號,銷售日期,總金額,員工號)商品(商品號,商品名稱,商品類型代碼,單價,庫存量,未到貨商品數(shù)量)訂單明細(xì)(訂單號，商品號,單價,數(shù)量,總價,折扣率,折扣總價)4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)384.4.3數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化和設(shè)計外模式1）關(guān)系模型的優(yōu)化數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的結(jié)果不是唯一的，為了進一步提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能，有必要根據(jù)應(yīng)用需求適當(dāng)修改、調(diào)整數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)，這就是數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化，規(guī)范化理論是關(guān)系數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化的指南和工具，具體方法如下：（1）確定數(shù)據(jù)依賴，考查各關(guān)系模式的函數(shù)依賴關(guān)系，以及不同關(guān)系模式屬性之間的數(shù)據(jù)依賴。（2）對各關(guān)系模式之間的數(shù)據(jù)依賴進行最小化處理，消除冗余的聯(lián)系。（3）確定各關(guān)系模式屬于第幾范式，并根據(jù)需求分析階段的處理要求，確定是否要對這些關(guān)系模式進行合并或分解。4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)39（4）對關(guān)系模式進行必要的分解，以提高數(shù)據(jù)操作的效率和存儲空間的利用率，常用的分解方法有垂直分解和水平分解?！翊怪狈纸猓喊殃P(guān)系模式R的屬性分解成若干屬性子集合，定義每個屬性子集合為一個子關(guān)系?！?/p>

水平分解：把基本關(guān)系的元組分為若干元組子集合，定義每個子集合為一個子關(guān)系，以提高系統(tǒng)的效率。2）設(shè)計外模式將概念模型轉(zhuǎn)換為全局邏輯模型后，還應(yīng)該根據(jù)局部應(yīng)用需求，結(jié)合具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的特點，設(shè)計用戶外模式。外模式設(shè)計的目標(biāo)是抽取或?qū)С瞿Ｊ降淖蛹?，以?gòu)造各不同用戶使用的局部數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。外模式概念對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的視圖概念，設(shè)計外模式是為了更好地滿足局部用戶的需求。4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)40定義數(shù)據(jù)庫的模式主要是從系統(tǒng)的時間效率、空間效率、易維護等角度出發(fā)，而用戶外模式和模式是相對獨立的，所以在設(shè)計外模式時，可以更多地考慮用戶的習(xí)慣和方便。（1）使用更符合用戶習(xí)慣的別名。（2）對不同級別的用戶定義不同的視圖，以保證系統(tǒng)的安全性。（3）簡化用戶對系統(tǒng)的使用，如將復(fù)雜的查詢定義為視圖等。4.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)414.5物理結(jié)構(gòu)設(shè)計1.物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容和方法數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括的內(nèi)容為：確定數(shù)據(jù)的存取方法和確定數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)。（1）確定數(shù)據(jù)的存取方法存取方法是快速存取數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的技術(shù)，具體采用的方法由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)的存儲方式?jīng)Q定，一般用戶不能干預(yù)。一般用戶可以通過建立索引的方法來加快數(shù)據(jù)的查詢效率。建立索引的一般原則為：

●

在經(jīng)常作為查詢條件的屬性上建立索引。

●

在經(jīng)常作為連接條件的屬性上建立索引。

●

在經(jīng)常作為分組依據(jù)列的屬性上建立索引。

●

對經(jīng)常進行連接操作的表可以建立索引。數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)42一個表可以建立多個索引，但只能建立一個聚簇索引。（2）確定數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)一般的存儲方式有順序存儲、散列存儲和聚簇存儲?！?/p>

順序存儲：該存儲方式平均查找次數(shù)為表中記錄數(shù)的二分之一?！?/p>

散列存儲：其平均查找次數(shù)由散列算法確定?！?/p>

聚簇存儲：為了提高某個屬性或?qū)傩越M的查詢速度，把這個屬性或?qū)傩越M上具有相同值的元組集中存放在連續(xù)的物理塊上的處理稱為聚簇，這個屬性或?qū)傩越M稱為聚簇碼，通過聚簇可以極大提高按聚簇碼進行查詢的速度。一般情況下系統(tǒng)都會為數(shù)據(jù)選擇一種最合適的存儲方式。2.物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價4.5物理結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用教程(Oracle12c版)43在物理設(shè)計過程中，需要對時間效率、空間效率、維護代價和各種用戶要求進行權(quán)衡，從而產(chǎn)生多種設(shè)計方案，數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員應(yīng)對這些方案進行詳細(xì)地評價，從中選擇一個較優(yōu)的方案作為數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)。評價物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法完全依賴于具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，主要考慮的是操作開銷，即為使用戶獲得及時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)所需的開銷和計算機的資源的開銷。具體可分為如下幾類：●

查詢和響應(yīng)時間●

更新事務(wù)的開銷●

生成報告的開