《精编》数据库设计与ER模型综述

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1、第二章数据库设计和ER模型 本章教学概要 教学目的 本章总的要求是了解和掌握数据库应用系统设计过程 首先要掌握ER模型和关系模型的基本概念 然后掌握要领设计中ER模型的设计方法 逻辑设计中ER模型向关系模型转换的方法 本章的实用性很强 同学们应熟悉掌握若干ER模型实例 学完以后应具有设计数据库结构的能力 本章教学概要 教学重点 ER模型的基本概念 联系的设计 关系模型的三类完整性规则 ER图转换成关系模式的算法 教学难点 采用ER模型的概念设计步骤 采用ER模型的逻辑设计步骤 教学时数 6学时 本章知识结构 2 1数据库系统生存期2 2ER模型的基本概念2 3关系模型的基本概念2 4ER模型到

2、关系模型的转换2 5ER模型实例分析2 6增强的ER模型 2 1数据库系统生存期 定义2 1我们把数据库应用系统人开始规划 设计 实现 维护到最后被新的系统取代而停止使用的整个期间 称为数据库系统生存期 数据库系统生存期可以划分为以下七个阶段 1 规划阶段2 需求分析阶段3 概念设计阶段4 逻辑设计阶段5 物理设计阶段6 数据库实现阶段7 数据库的运行与维护阶段 一 规划阶段 规划阶段分以下三个步骤 1 系统调查2 可行性分析3 确定数据库系统的总目标 二 需求分析阶段 这一阶段是计算机人员和用户共同收集数据库所需要的信息内容和用户的处理需求 并以需求分析说明书的形式确定下来 需求分析的工作主

3、要由以下四步组成 1 分析用户活动 产生业务流程图2 确定系统范围 产生系统关联图3 分析用户活动涉及的数据 产生数据流图4 分析系统数据 产生数据字典 三 概念设计阶段 概念设计的目标是产生反映用户单位信息需求的数据库要领结构 即概念模型 其是独立于计算机硬件结构 独立于支持数据库的DBMS概念设计的主要步骤 1 进行数据抽象 设计局部的概念模型2 将局部概念模型综合成全局的概念模型3 评审 四 逻辑设计阶段 逻辑设计的主要目的 把概念设计阶段设计的概念模型转换成与选用的具体机器上的DBMS所支持的数据模型相符合的逻辑结构 一般是关系模型 逻辑设计的主要步骤有五步 1 把概念模型转换成逻辑模

4、型2 设计外模型3 设计应用程序与数据库的接口4 评价模型5 修正模型 五 物理设计阶段六 数据库的实现七 数据库的运行与维护 2 2ER模型的基本概念 ER模型又称为实体联系模型一 ER模型的基本元素定义2 2实体 实体集 实体类型的定义 实体 是客观存在的事物实体集 是指同一类实体构成的集合 实体类型 是对实体集中实体的定义 一般情况下 将实体 实体集 实体类型统称为实体 一 ER模型的基本元素 定义2 3联系 联系集 联系类型的定义联系 表示一个或多个实体之间的关联关系联系集 是指同一类联系构成的集合联系类型 是对联系集中联系的定义定义2 4实体的某一特性称为属性 在一个实体中 能惟一标

5、识实体的属性或属性集称为 实体村识符 值域 属性的取值范围 二 属性的分类 1 简单属性和复合属性2 单值属性和多值属性多值属性用双椭圆表示在设计ER模型时 需将多值属性进行变换成若干个单值属性来代替 3 存储属性和派生属性派生属性用虚线椭圆表示4 允许空值的属性 三 联系的设计 1 联系的元数定义2 5一个联系所涉及到的实体集个数 称为该联系的元数或度数 2 联系类型的约束有两类约束 基数约束与参与约束定义2 6基数约束 实体集E1和E2之间有二元联系 则参与一个联系中的实体数目称为映射基数 定义属性 定义属性的原则 1 属性是不可再分解的语义单位 2 属性一般只和实体产生联系 用无向边表示

6、 如果存在多对多的联系 则联系也应该具有联系的实体的结果属性 3 不同实体间的属性是不能直接产生联系的 实体之间的联系如下 1 一个仓库可以存放多种零件 一种零件可以存放在多个仓库中 仓库和零件具有多对多的联系 用库存量来表示某种零件在某个仓库中的数量 2 一个仓库有多个职工当仓库保管员 一个职工只能在一个仓库工作 仓库和职工之间是一对多的联系 职工实体型中具有一对多的联系 3 职工之间具有领导 被领导关系 即仓库主任领导若干保管员 4 供应商 项目和零件三者之间具有多对多的联系 一个实例 习题 学校中有若干系 每个系有若干班级和教研室 每个教研室有若干教员 每个班有若干学生 每个学生选修若干

7、课程 每门课可由若干学生选修 请用E R图画出此学校的概念模型 1 某医院病房计算机管理中需要如下信息 科室 科名 科地址 科电话 医生姓名 病房 病房号 床位号 所属科室名 医生 姓名 职称 所属科室名 年龄 工作证号 病人 病历号 姓名 性别 诊断 主管医生 病房号 其中 一个科室有多个病房 多个医生 一个病房只能属于一个科室 一个医生只属于一个科室 但可负责多个病人的诊治 一个病人的主管医生只有一个 完成如下设计 1 设计该计算机管理系统的E R图 四 ER模型在概念设计中的步骤 步骤分为三步 首先设计局部ER模型把各个局部ER模型综合成一个全局ER模型对全局ER模型进行优化1 设计局部

8、ER模型 局部概念结构 确定局部结构范围定义实体定义联系分配属性 四 ER模型在概念设计中的步骤 2 设计全局ER模型 1 确定公共实体类型 2 合并局部ER模型 3 消除冲突属性冲突结构冲突命名冲突3 全局ER模型的优化 1 合并实体类型 2 消除冗余属性 3 消除冗余联系 讲解P50页书上例子 2 3关系模型的基本概念 一 关系模型的基本术语定义2 8用二维表格表示实体集 用关键码表示实体之间联系的数据模型称为关系模型 属性 关系模式 元组或关系实例 属性值 关系中的属性个数称为 元数 元组个数称为 基数 在实际使用中 有以下几种关键码 超键 在关系中参惟一标识元组的属性集称为关系模式的超

9、键 候选键 不含有多余属性的超键称为候选键 主键 用户选作元组标识的候选键称为主键 外键 如查模式R中属性K是其他模式的主键 那么K在模式R中称为外键 2 3关系模型的基本概念 二 关系的定义和性质定义2 9关系是一个属性数目相同的元组的集合关系的性质 关系中每个属性值都是不可再分的 关系中不允许出现重复元组 由于关系是一个集合 因此不考虑元组间的顺序 即没有行序 元组中的属性在理论上也是无序的 2 3关系模型的基本概念 三 三类完整性规则 1 实体完整性规则要求关系中元组在组成主键的属性上不能有空值2 参照完整性规则定义2 10实质是不允许引用不存在的实体 举例说明 3 用户定义的完整性规则

10、 系别表xb 学生表st 这里xb表中的系别号是主键 St表中的系别号是外键 Xb表称为被参照关系 st表称为依赖关系 st中系别号的取值或者为空 或者等于参照关系xb表中系别号的值 2 4ER模型到关系模型的转换 只介绍向关系数据模型的转换转换内容转换原则 E R图向数据模型的转换 续 转换内容E R图由实体 实体的属性和实体之间的联系三个要素组成关系模型的逻辑结构是一组关系模式的集合将E R图转换为关系模型 将实体 实体的属性和实体之间的联系转化为关系模式 E R图向关系模型的转换 续 转换原则 一个实体型转换为一个关系模式 关系的属性 实体型的属性关系的码 实体型的码例 学生实体可以转换

11、为如下关系模式 学生 学号 姓名 出生日期 所在系 年级 平均成绩 性别 宿舍 班级 档案材料 教师 课程 教室 教科书都分别转换为一个关系模式 E R图向关系模型的转换 续 一个m n联系转换为一个关系模式 关系的属性 与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性关系的码 各实体码的组合例 选修 联系是一个m n联系 可以将它转换为如下关系模式 其中学号与课程号为关系的组合码 选修 学号 课程号 成绩 E R图向关系模型的转换 续 一个1 n联系可以转换为一个独立的关系模式 也可以与n端对应的关系模式合并 1 转换为一个独立的关系模式关系的属性 与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性关系的

12、码 n端实体的码 E R图向关系模型的转换 续 2 与n端对应的关系模式合并合并后关系的属性 在n端关系中加入1端关系的码和联系本身的属性合并后关系的码 不变可以减少系统中的关系个数 一般情况下更倾向于采用这种方法 E R图向关系模型的转换 续 例 组成 联系为1 n联系 将其转换为关系模式的两种方法 1 使其成为一个独立的关系模式 组成 学号 班级号 2 将其学生关系模式合并 学生 学号 姓名 出生日期 所在系 年级 班级号 平均成绩 E R图向关系模型的转换 续 一个1 1联系可以转换为一个独立的关系模式 也可以与任意一端对应的关系模式合并 1 转换为一个独立的关系模式关系的属性 与该联系

13、相连的各实体的码以及联系本身的属性关系的候选码 每个实体的码均是该关系的候选码 E R图向关系模型的转换 续 一个1 1联系可以转换为一个独立的关系模式 也可以与任意一端对应的关系模式合并 2 与某一端对应的关系模式合并合并后关系的属性 加入对应关系的码和联系本身的属性合并后关系的码 不变 E R图向关系模型的转换 续 三个或三个以上实体间的一个多元联系转换为一个关系模式 关系的属性 与该多元联系相连的各实体的码以及联系本身的属性关系的码 各实体码的组合例 讲授 联系是一个三元联系 可以将它转换为如下关系模式 其中课程号 职工号和书号为关系的组合码 讲授 课程号 职工号 书号 E R图向关系模型的转换 续 同一实体集的实体间的联系 即自联系 也可按上述1 1 1 n和m n三种情况分别处理 例 如果教师实体集内部存在领导与被领导的1 n自联系 我们可以将该联系与教师实体合并 这时主码职工号将多次出现 但作用不同 可用不同的属性名加以区分 教师 职工号 姓名 性别 职称 系主任 E R图向关系模型的转换 续 具有相同码的关系模式可合并 目的 减少系统中的关系个数 合并方法 将其中一个关系模式的全部属性加入到另一个关系模式中 然后去掉其中的同义属性 可能同名也可能不同名 并适当调整属性的次序