《數(shù)據(jù)庫應(yīng)用基礎(chǔ)》課件-數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

軟件技術(shù)專業(yè)群教學(xué)資源庫數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時(shí)，首先需要掌握數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)步驟，在實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)中需要經(jīng)過需求分析、概要設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、代碼編寫、運(yùn)行測(cè)試和部署上線幾個(gè)階段。無論數(shù)據(jù)庫的大小和程序復(fù)雜度如何，在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)分析時(shí)，都可以參考下面的基本步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟（1）需求分析階段

該階段用于分析客戶的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)處理需求。創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫之前，必須充分理解數(shù)據(jù)庫需要完成的任務(wù)和功能。簡(jiǎn)單地說，就是需要了解數(shù)據(jù)庫需要存儲(chǔ)哪些信息、實(shí)現(xiàn)哪些功能。以學(xué)生管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為例，我們需要了解學(xué)生管理系統(tǒng)的具體功能，以及在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中需要保存哪些數(shù)據(jù)，如以下需求：數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟（1）需求分析階段 1.學(xué)生入校后，需要收集學(xué)生的基本信息，如學(xué)號(hào)、姓名、性別、專業(yè)、家庭地址等。 2.學(xué)生上課前，為方便學(xué)生選課，需要為學(xué)生提供課程信息，如課程編號(hào)、課程名稱、授課教師、學(xué)時(shí)、學(xué)分等。 3.學(xué)期結(jié)束后，為方便保存學(xué)生各科成績(jī)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫需要存儲(chǔ)學(xué)生的各科成績(jī)信息，如學(xué)號(hào)、課程編號(hào)、成績(jī)等。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟（2）概要設(shè)計(jì)階段在收集需求信息后，在需求分析階段了解客戶的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)處理需求后，就進(jìn)入了概要設(shè)計(jì)階段。我們需要和項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的其他成員及客戶溝通，討論數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)是否滿足客戶的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)處理需求。與建筑行業(yè)需要施工圖一樣，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)也需要圖形化的表達(dá)方式即E-R圖來表示。必須標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)庫要管理的關(guān)鍵對(duì)象或?qū)嶓w，實(shí)體可以是有形的事物，如學(xué)生或產(chǎn)品；也可以是無形的事物，如課程、成績(jī)。在系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)這些實(shí)體后，與它們相關(guān)的實(shí)體就會(huì)條理清楚。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟（2）概要設(shè)計(jì)階段以學(xué)生管理系統(tǒng)為例，需要標(biāo)識(shí)出系統(tǒng)中的主要實(shí)體，如下所示。1.學(xué)生：包含學(xué)生的基本信息。2.課程：包含課程的基本信息。3.成績(jī)：記錄成績(jī)的具體信息。數(shù)據(jù)庫中的每個(gè)不同的實(shí)體都擁有一個(gè)與其對(duì)應(yīng)的表，按照以上學(xué)生管理系統(tǒng)需求，在學(xué)生管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中會(huì)對(duì)應(yīng)至少三張表，分別是學(xué)生表、課程表、成績(jī)表。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟（3）邏輯設(shè)計(jì)階段①分解出實(shí)體的屬性該階段是將E-R圖轉(zhuǎn)換為多張表，進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，確認(rèn)各表的主外鍵。將數(shù)據(jù)庫中的主要實(shí)體標(biāo)識(shí)為表的候選實(shí)體以后，就要標(biāo)識(shí)每個(gè)實(shí)體存儲(chǔ)的詳細(xì)信息，也稱為該實(shí)體的屬性，這些屬性將組成表中的列（或字段）。簡(jiǎn)單地說，就是需要細(xì)分出每個(gè)實(shí)體中包含的子成員信息。下面以學(xué)生管理系統(tǒng)為例，分解出每個(gè)實(shí)體的子成員信息。1.學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生日期，專業(yè)，聯(lián)系電話，家庭住址等）。2.課程（課程編號(hào)，課程名稱，授課教師，課程類型，學(xué)時(shí)，學(xué)分等）。3.成績(jī)（學(xué)號(hào)，課程編號(hào)，成績(jī)等）。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟（3）邏輯設(shè)計(jì)階段②標(biāo)識(shí)實(shí)體之間的關(guān)系關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有一項(xiàng)非常強(qiáng)大的功能，即它能夠關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫中各個(gè)項(xiàng)目的相關(guān)信息。不同類型的信息可以單獨(dú)存儲(chǔ)，但是如果需要，數(shù)據(jù)庫引擎還可以根據(jù)需要將數(shù)據(jù)組合起來。在設(shè)計(jì)過程中，要標(biāo)識(shí)實(shí)體之間的關(guān)系，首先需要分析數(shù)據(jù)庫表，確定這些表在邏輯上是如何相關(guān)的，然后添加關(guān)系建立起表之間的連接。以學(xué)生管理系統(tǒng)為例，課程與成績(jī)有主從關(guān)系，我們需要在成績(jī)實(shí)體中標(biāo)明其對(duì)應(yīng)的課程號(hào)。軟件技術(shù)專業(yè)群教學(xué)資源庫數(shù)據(jù)庫模型介紹數(shù)據(jù)庫模型介紹按照不同的應(yīng)用層次將數(shù)據(jù)模型分為三種類型：概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型、物理數(shù)據(jù)模型。（1）概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型簡(jiǎn)稱概念模型，是用戶容易理解的現(xiàn)實(shí)世界特征的數(shù)據(jù)抽象，用于建立信息世界的模型。概念模型表示方法很多，其中最為著名的是P.P.Chen于1976年提出的E-R（Entity-Relationship）模型即實(shí)體—關(guān)系模型。E-R圖由實(shí)體、屬性、關(guān)系三部分構(gòu)成：實(shí)體(Entity)：客觀存在的具體事物，也可以是抽象的事件。實(shí)體集(EntitySet)：同類實(shí)體的集合。屬性(Atrribute)：可以理解為實(shí)體的特征。數(shù)據(jù)庫模型介紹在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，用矩形表示實(shí)體，用橢圓形表示屬性，用菱形表示實(shí)體與實(shí)體之間的聯(lián)系。如下圖所示：數(shù)據(jù)庫模型介紹關(guān)系(Relationship)：關(guān)系是指兩個(gè)或多個(gè)實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。各實(shí)體之間的關(guān)系一般有以下3種：一對(duì)一關(guān)系（1:1）：在該關(guān)系中，對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中存在有一個(gè)實(shí)體與之關(guān)系，記為1:1。例如，一個(gè)學(xué)生只能有一個(gè)學(xué)號(hào)，一個(gè)學(xué)號(hào)只能屬于一個(gè)學(xué)生，則學(xué)生與學(xué)號(hào)之間就是一對(duì)一的關(guān)系。如右側(cè)所示。數(shù)據(jù)庫模型介紹一對(duì)多關(guān)系（1:n）：在該關(guān)系中，對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體與之關(guān)系。反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中將會(huì)有一個(gè)實(shí)體與之關(guān)系，記為1:n。例如，一個(gè)班級(jí)可以有多個(gè)學(xué)生，但一個(gè)學(xué)生只能屬于一個(gè)班級(jí)，則班級(jí)與學(xué)生之間的關(guān)系就屬于一對(duì)多關(guān)系。如右側(cè)所示。數(shù)據(jù)庫模型介紹多對(duì)多關(guān)系（m:n）：在該關(guān)系中，對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體與之關(guān)系。反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中也有m個(gè)實(shí)體與之關(guān)系，記為m:n。例如，一個(gè)學(xué)生可以選多門課程，反過來，一門課程也可被多個(gè)學(xué)生選修，則學(xué)生與課程之間的關(guān)系就屬于多對(duì)多關(guān)系。如右圖所示。數(shù)據(jù)庫模型介紹（2）邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型由概念模型轉(zhuǎn)換得到，簡(jiǎn)稱邏輯模型，是一種面向數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模型，是具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，既要面向用戶，又要面向系統(tǒng)，主要用于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）的實(shí)現(xiàn)。邏輯模型中的相關(guān)術(shù)語如下。字段(Field)：在數(shù)據(jù)庫中，表的“列”稱為“字段”，每個(gè)字段包含某一專項(xiàng)信息。例如在學(xué)生管理數(shù)據(jù)庫中，“學(xué)號(hào)”、“姓名”都是表中所有行共有的屬性，所以把這些列稱為“學(xué)號(hào)”字段和“姓名”字段。數(shù)據(jù)記錄(DataRecord)：在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)記錄是指對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)源中一行信息的一組完整的相關(guān)信息。例如，學(xué)生信息表中的關(guān)于某位學(xué)生的所有信息為一條數(shù)據(jù)記錄。表(Table)：由行和列組成，行對(duì)應(yīng)表中的記錄，列對(duì)應(yīng)表中的字段。數(shù)據(jù)庫模型介紹（3）物理數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型是物理層次上的數(shù)據(jù)模型，主要描述數(shù)據(jù)在物理存儲(chǔ)介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu)，它與具體的DBMS相關(guān)，也與操作系統(tǒng)和硬件相關(guān)。軟件技術(shù)專業(yè)群教學(xué)資源庫數(shù)據(jù)模型的組成要素?cái)?shù)據(jù)模型的組成要素?cái)?shù)據(jù)模型主要由三要素組成，分別是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作及數(shù)據(jù)約束條件。1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：主要用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特征，是所研究的對(duì)象類型的集合，這些對(duì)象是數(shù)據(jù)庫的組成部分，包括數(shù)據(jù)本身及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系兩方面，其中數(shù)據(jù)本身是指數(shù)據(jù)的類型、內(nèi)容和性質(zhì)等，數(shù)據(jù)之間的關(guān)系是指數(shù)據(jù)之間是如何相互關(guān)聯(lián)的。數(shù)據(jù)模型的組成要素?cái)?shù)據(jù)模型主要由三要素組成，分別是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作及數(shù)據(jù)約束條件。2.數(shù)據(jù)操作：是指對(duì)數(shù)據(jù)庫中的各種對(duì)象的實(shí)例允許執(zhí)行的操作集合。主要包括操作對(duì)象及有關(guān)的操作規(guī)則，主要有插入、刪除、修改和檢索。3.數(shù)據(jù)約束條件：是指一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)及其關(guān)系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及其狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容。軟件技術(shù)專業(yè)群教學(xué)資源庫數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)范式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)范式在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)，有一些專門的規(guī)則，稱為數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)范式。遵守這些規(guī)則，將創(chuàng)建設(shè)計(jì)良好的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的三大范式理論分別為：第一范式、第二范式、第三范式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)范式第一范式（FirstnormalForm，1NF）的目標(biāo)是確保每列的原子性。如果每列（或者每個(gè)屬性值）都是不可再分的最小數(shù)據(jù)單元（也稱為最小的原子單元），則滿足第一范式。例如，學(xué)生基本信息表（學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生日期，專業(yè)，課程，授課老師），所有列都不能再分，滿足第一范式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)范式第二范式（Secondnormalform，2NF）在第一范式的基礎(chǔ)上更進(jìn)一層，其目標(biāo)是確保表中的每列都和主鍵相關(guān)。如果一個(gè)關(guān)系滿足第一范式（1NF），并且除了主鍵以外的其他列都全部依賴于該主鍵，則滿足第二范式（2NF）。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)范式例如，在學(xué)生基本信息表（學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生日期，專業(yè)，課程，授課老師）中，如果需要將“課程”列拆分為課程編號(hào)、課程名稱、課程類型等信息時(shí)，以上各列并沒有完全依賴于主鍵“學(xué)號(hào)”列，違背了第二范式的規(guī)定。所以需使用第二范式的原則對(duì)學(xué)生信息表進(jìn)行規(guī)范化之后分解成以下兩個(gè)表。學(xué)生信息表（學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生日期，專業(yè)），主鍵為“學(xué)號(hào)”，其他列全部依賴于主鍵列。課程信息表（課程編號(hào)、課程名稱、課程類型、學(xué)時(shí)），主鍵為“課程編號(hào)”，其他列全部依賴于主鍵列。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)范式第三范式（Thirdnormalform，3NF）在第