项目8数据库规划与设计讲述

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1、项目八 数据模型的规划与设计 单词学习 1Entity：实体 2Characteristic：特征 3Attribute：属性 4Relationship：联系 5Primary Key：主键 6Foreign Key：外键 7Domain：域 8Tuple：元组 9Relation：关系 10Normal Form：范式 本项目目标 了解设计数据库的步骤 掌握如何绘制数据库的E-R图 理解数据库的规范化三大范式 使用Powerdesigner设计数据库 概念模型的基本元素 实体（Entity） 实体的特征（Entity Characteristic） 实体集（Entity Set） 联系（R

2、elationship） 属性（Attribute） 主码（Primary Key）和候选码（Candidate Key） 域（Domain） 为什么需要设计数据库 修建茅屋需要设计吗？修建大厦需要设计吗？ 结论：当数据库比较复杂时我们需要设计数据库 数据库设计就是将数据库中的数据对象以及这些数 据对象之间关系进行规划和结构化的过程 为什么需要设计数据库 良好的数据库设计 节省数据的存储空间 能够保证数据的完整性 方便进行数据库应用系统的开发 糟糕的数据库设计： 数据冗余、存储空间浪费 内存空间浪费 数据更新和插入的异常 软件项目开发周期 需求分析阶段：分析客户的业务和数据处理需求; 概要设计

3、阶段：设计数据库的E-R模型图，确认需求信息 的正确和完整; 详细设计阶段：将E-R图转换为多张表，进行逻辑设计， 并应用数据库设计的三大范式进行审核; 代码编写阶段：选择具体数据库进行物理实现，并编写 代码实现前端应用; 软件测试阶段： 安装部署： 现实世界 建模 信息世界 模型转换 规范化 数据库世界 数数 据据 库库 数数 据据 库库 设计数据库的步骤 收集信息： 与该系统有关人员进行交流、坐谈，充分理解数据库需要 完成的任务 标识对象（实体Entity） 标识数据库要管理的关键对象或实体 标识每个实体的属性（Attribute） 标识对象之间的关系（Relationship） ER模型

4、 三个世界 概念模型:把现实世界转换为信息世界的模型,E-R模型 实施模型:把信息世界转化为数据世界使用的模型,关系模型 事物类 事物 性质 实体集 实体 属性 文件 记录 数据项 现实世界信息世界数据世界 E-R模型的组成要素及表示方法 1E-R图的组成要素及其画法 实体名 联系名 属性名 实体表示属性表示联系表示 绘制E-R图 映射基数 一对一 X X X X Y Y Y Y X X X X Y Y Y Y 一对多 X X X X Y Y Y 多对一 X X X X Y Y Y Y 多对多 客户客户订单订单 产品产品 M N 1 N E-R模型的组成要素及表示方法 2实体间不同联系情况的E

5、-R图表示法 联系分为:一对一(1:1)、一对多(1:n)、多对多(m:n) 例：两个实实体集之间间的一对对一的联联系的绘绘制方法。假设设某学院有若干个系，每个系 只有一个主任。则则 主任和系之间间是一对对一的关系。 主任和系的属性分别别如下： 主任编编号，姓名，年龄龄，学历历; 系系编号，系名 主任和系之间是一个管理关系 解：描述主任和系之间的E-R图可如下图： 1 主任 系 管理 1 姓名年龄学历编号 系编号系名 任职时间 例：两个实体集之间的一对多的联系的绘制方法。 假设在某仓库管理系统中，有两个实体集：仓库和商品。仓库用来存放 商品，且规定一类商品只能存放在一个仓库中，一个仓库可以存放

6、多件 商品。仓库和商品之间是一对多的联系。 仓库和商品的属性分别如下： 仓库仓库号，地点，面积联单 商品商品号，商品名，价格 在存放联系中要反映出存放商品的数量。 解：描述仓库和商品之间的E-R图可如下图所示 1 仓库 商品 存放 n 地点面积仓库号 商品号价格 数量 商品名 两个实体集之间的多对多的联系的绘制方法。 假设在某教务管理系统中，一个教师可以上多门课，一门课也可以由多个老 师去上。教师和课程之间是多对多的联系。 教师和课程可用以下属性来描述： 教师教师号，教师名，职称 课程课程号，课程名，班级 在“讲授”联系中应能反映出教师的授课质量。 解：描述教师和课程之间的E-R图可如下图所示

7、。 m 教师 课程 讲授 n 教师名职称教师号 课程号班级 质量 课程名 ER图的设计方法 E-R图通常都应经过以下两个阶段： （1）针对每一用户画出该用户信息的局部ER图，确定该用户视图的实体、属性和联 系。需注意的是：能作为属性的就不要作为实体，这有利于ER图的简化。 （2）综合局部ER图，生成总体ER图。在综合过程中，同名实体只能出现一次，还 要去掉不必要的联系，以便消除冗余。一般来说，从总体ER图必须能导出原来的所 有局部视图，包括实体、属性和联系。 例：某田径运动会组委会需要一套运动会管理系统，现提出如下需求： （1）运动队方面 运动队：队编号、队名、教练姓名 运动员：编号、姓名、性

8、别、项目 其中，一个运动队有多个队员，一个队员仅属于一个运动队，一个队一般有一个教练，一 个队员可参加多个项目 （2）运动会方面 运动队：队编号、队名、教练姓名 项目：项目编号，项目名、参加运动队编号、场地 其中，一个项目可由多个队参加，一个运动队可参加多个项目，一个项目一个比 赛场地。现要求分别设计运动队方面和运动会方面的两个局部E-R图。 局部E-R图 运动会局部E-R图 运动队局部E-R图 运动会局部E-R图 全局E-R图 合并的全局E-R图 合并后的全局E-R图存在如下冲突： （1）命名冲突：“项目”、“项目名称”异名同义，统一命名 为“项目名”； （2）结构冲突：“项目”在两个局部E

9、-R图中，一个做属性， 一个作实体，删除作为属性的项目，保留作为实体的项目 ；运动队在两个局部图里的属性结构不一致，需要进行统 一。 修改后的结果 关系模型的基本术语 关系（Relation） 元组（Tuple） 属性（Attribute）、主属性（Prime Attribute）和非主 属性（Non-Key Attribute） 主键（Primary Key） 外键（Foreign Key，FK） 关系模式（Relation Mode） ER模型到关系模型的转换 把E-R图转换为关系模型可遵循如下原则 : （1）对于ER图中每个实体集，都应转换为一个关系，该关系应包括对应实 体的全部属性，并

10、应根据关系所表达的语义确定哪个属性或哪几个属性组作 为“主关键字”，主关键字用来标识实体。 （2）对于ER图中的联系，情况比较复杂，要根据实体联系方式的不同，采取 不同的手段加以实现。下面着重讨论联系的转换方法。 两实体集间1:n联系 两实体集间1:n联系，可将“一方”实体的主关键字纳入“n方”实体集对应的 关系中作为“外部关键字”，同时把联系的属性也一并纳入“n方”对应的关系中 。 两实体集间m:n联系 对于两实体集间m:n联系，必须对“联系”单独建立一个关系，用来联系双 方实体集。该关系的属性中至少要包括被它所联系的双方实体集的“主关键字” ，并且如果联系有属性，也要归入这个关系中。 假设

11、A实体集与B实体集是1:1的联系，联系的转换有三种方法： 把A实实体集的主关键键字加入到B实实体集对应对应 的关系中，如果联联系有属性也一 并加入； 把B实实体集的主关键键字加入到A实实体集对应对应 的关系中，如果联联系有属性也一 并加入； 建立第三个关系，关系中包含两个实实体集的主关键键字，如果联联系有属性也 一并加入。 数据规范化 仅有好的RDBMS并不足以避免数据冗余，必须在数据 库的设计中创建好的表结构 Dr E.F.codd 最初定义了规范化的三个级别，范式是具 有最小冗余的表结构。这些范式是： 第一范式(1st NF First Normal Fromate) 第二范式(2nd N

12、FSecond Normal Fromate) 第三范式(3rd NF Third Normal Fromate) 第一范式 (1st NF) BuyerID Country City 1 1 4 2 中国 中国 日本 美国 北京 北京 东京 纽约 BuyerIDAddress 1 2 3 4 中国北京市 美国纽约市 英国利物浦 日本东京市 第一范式的目标是确保每列的原子性 如果每列都是不可再分的最小数据单元（也称为最小的原 子单元），则满足第一范式（1NF） 第二范式 (2nd NF) 如果一个关系满足1NF，并且除了主键以外的其他列，都依 赖与该主键，则满足第二范式（2NF） 第二范式要求

13、每个表只描述一件事情 Orders 字 段例 子 订单编号 产品编号 订购日期 价 格 001 A001 2000-2-3 $29.00 Orders 字 段例 子 订单编号 订购日期 001 2000-2-3 Products 字 段例 子 产品编号 价 格 A001 $29.00 第三范式 (3rd NF) 如果一个关系满足2NF，并且除了主键以外的其他列 都不传递依赖于主键列，则满足第三范式（3NF） Orders 字 段例 子 订单编号 订购日期 顾客编号 001 2000-2-3 AB001 顾客姓名Tony Orders 字 段例 子 订单编号 订购日期 顾客编号 001 2000

14、-2-3 AB001 规范化实例 假设某建筑公司要设计一个数据库。公司的业务规 则概括说明如下： 公司承担多个工程项目，每一项工程有：工程号、工程名 称、施工人员等 公司有多名职工，每一名职工有：职工号、姓名、性别、 职务（工程师、技术员）等 公司按照工时和小时工资率支付工资，小时工资率由职工 的职务决定（例如，技术员的小时工资率与工程师不同） 公司定期制定一个工资报表，如图-1所示 规范化实例 工程号工程名称职工号姓名职务小时工资率工时实发工资 A1花园大厦 1001齐光明工程师6513845.00 1002李思岐技术员60 16960.00 1004葛宇宏律师60191140.00 小计2

15、945.00 A2立交桥 1001齐光明工程师6515975.00 1003鞠明亮工人5517935.00 小计1910.00 A3临江饭店 1002李思岐技术员60181080.00 1004葛宇洪技术员6014840.00 小计1920.00 图-1 某公司的工资表 规范化实例 工程号工程名称职工号姓名职务小时工资率工时 A1花园大厦1001齐光明工程师6513 A1花园大厦 1002李思岐技术员60 16 A1花园大厦1001齐光明工程师6513 A1花园大厦1003鞠明亮工人5517 A3临江饭店1002李思岐技术员6018 A3临江饭店1004葛宇洪技术员6014 图-2 某公司的项目工时表 规范化实例 表中包含大量的冗余，可能会导致数据异常： 更新异常 例如，修改职工号=1001的职务，则必须修改所有职工号=1001的行