第二章-数据库应用系统设计概述.ppt

第二章，数据库应用系统设计概述，2.1数据库应用系统开发。开发数据库应用系统的方法有很多，如结构化生命周期方法、原型方法和面向对象方法。结构化生命周期方法的基本思想是将系统开发视为一个工程项目，需要经过五个阶段：系统规划、系统分析、系统设计、系统实施、系统运行和维护。首先，系统规划阶段必须在系统正式开发之前进行系统调查和可行性分析。这一阶段的主要任务是根据用户的系统开发要求进行初步调查，找出问题，进行可行性分析和研究。在系统分析阶段，系统分析阶段可以说是系统开发中最重要的一步。主要任务是收集和编译需求规范。在系统设计阶段，如果系统分析阶段的任务是解决“做什么”的问题，则系统设计阶段的任务是确定“如何做”。系统设计由总体设计和详细设计两部分组成。第四，系统实施阶段的第一步：选择合适的软件开发工具；第二步：使用选定的开发工具，建立数据库，输入原始数据，编写和调试各模块的应用程序代码；步骤3:完成各子系统和模块之间的联合调试和测试；在系统运行维护阶段，当系统被用户正式投入使用时，系统将进入系统运行维护阶段。在使用过程中，用户可能会发现许多问题或提出新的要求。开发人员应该不断地修改、维护或调整系统，直到系统生命周期结束。(1)概念模型设计描述概念模型设计最常用的工具是电子病历图。具体步骤如下：(1)确定实体；(2)确定实体的属性；(3)确定实体的主键；(4)确定实体之间的联系类型；(5)绘制一个电子病历图；2.2数据库设计，2。逻辑数据库设计逻辑数据库设计将概念模型转换为数据库管理系统支持的数据模型。如果是关系数据库管理系统，概念模型应该转换成关系模型，也就是说，E-R图中的实体和连接应该转换成关系模型。学院(学院代码、学院名称、院长姓名、学院地址、学院电话、学院简介)系(系号、学院代码、系名、主任、地址、电话、专业介绍)教师(教师号、系号、姓名、性别、教育、职称、办公室电话、手机、电子邮件、照片)班(班号、班名、班长、联系电话、奖罚、系号)学生(学生号、姓名、性别、出生日期、籍贯、简历、照片、奖罚、班号)，3。标准化理论在逻辑数据库设计中的应用形成了一套关系模型。如果关系模式设计得不好，就会出现数据冗余、数据更新异常、数据删除异常和数据插入异常等问题。标准化理论的目的是设计一个良好的关系模型。4.物理数据库设计物理数据库设计是设计数据库的存储结构和物理实现方法。函数依赖函数依赖是属性之间的关系。如果一个关系模式设计得不好，它表明它的一些属性之间有一个“不好的”功能依赖。关系式R中的集合，X和Y是R的两个属性子集。如果每个X值对应一个Y值，则属性Y函数被称为依赖于属性X；或者属性X唯一地确定属性Y，表示为x y。如果XY和Y不包含在X中，那么XY是一个非平凡的函数依赖。(注：这本书介绍了非平凡函数依赖)，2.3规范化理论的基本概念，2 .完全函数依赖是在关系R中设置的，X和Y是R的两个属性子集，如果XY，并且X的任何适当子集X 都有X Y，那么Y完全函数依赖于X。如果XY，那么Y部分函数依赖于X。传递函数依赖是在关系R，X， Y和Z是r的三个属性子集。如果XY、YZ和X不依赖于Y，则Z传递函数被称为依赖于X1971年，IBM公司的科德博士提出了标准化理论，从而为判断关系模型的优劣提供了标准。标准化的基本思想是消除关系模式中的数据冗余，解决数据插入、更新和删除过程中的异常现象。这要求关系数据库设计的关系模型应该符合标准模型，即“范式”。科德博士为不同程度的标准化设定了不同的标准，称为标准格式。由于标准化程度不同，出现了不同的范式。2.4标准化设计，数据库逻辑设计为什么要遵循一定的标准化理论？例如，需要设计一个教学管理数据库，其关系模式SCD如下：SCD (SNO、序号、年龄、部门、国家、CNO、分数)，其中SNO代表学生的学号，序号代表学生的姓名，年龄代表学生的年龄，部门代表学生的部门，国家代表部门负责人的姓名，CNO代表课程号，分数代表成绩。根据实际情况，这些数据有以下语义规定：1 .一个系有几个学生，但是一个学生只属于一个系；2.一个部门只有一个部门主管，但是一个部门主管可以兼任几个部门的主管。3.一个学生可以选修多门课程，每门课程可以有几个学生；每个学生在这门课程中都有一个年级。在这个关系模型中填入一些具体的数据，就可以得到一个SCD关系模型的例子，即一个教学管理数据库，如图所示。对上述关系中数据的分析表明(SNO，CNO)属性组合可以唯一地识别一个元组，因此(SNO，CNO)是关系模式的主键。但是，在操作数据库时，会出现以下问题。1.数据冗余。每个系名和系主任姓名的存储次数等于该系学生人数乘以每个学生选择的课程数。同时，学生的姓名和年龄必须多次重复存储。数据冗余非常大，浪费了存储空间。2。插入异常。如果新部门不招收学生，并且没有学生，则不能将部门名称和部门负责人信息插入数据库。因为在这个关系模型中，(SNO，CNO)是主要的关系键。根据关系的实体完整性约束，主关系键的值不能为空，此时没有学生，而SNO和CNO没有值，因此无法执行插入操作。此外，当学生没有选择课程，即CNO未知时，实体完整性约束还规定主关系键的值不能部分为空，并且不能执行插入操作。3。移除异常。当一个系的所有学生都毕业而没有招收新学生时，该系的名称和系主任将在删除所有学生的记录后被删除。但是，该部门仍然存在，并且在数据库中找不到该部门的信息。此外，如果一个学生不再选择C1，C1应该被删除，但C1是主要关系关键的一部分。为了确保实体的完整性，必须一起删除整个元组，这样学生的其他信息就会丢失。4。更新异常。如果学生更改了姓名，必须逐个修改学生的所有记录序号。另一个例子是，当一个部门改变其部门主管时，属于该部门的学生记录必须修改MN的内容。如果不小心，一些记录可能会被忽略，这将导致数据不一致，并破坏数据的完整性。由于上述问题，SCD是一个糟糕的关系模型。上述问题的原因是直觉上的关系是“包罗万象的”，内容太杂。那么，我们怎样才能得到一个好的关系模型呢？关系模式SCD分解为如下三种关系模式，结构简单，如图所示。学生选择供应链(SNO，CNO，得分)部门，供应链，分解关系模型。经过以上分析，分解后的关系模型是一个很好的关系数据库模型。一个好的关系模型应该具备以下四个条件：1。尽可能少的数据冗余。2.未插入任何异常。3.未删除任何异常。4.没有更新异常。如何按照一定的标准设计关系模式，如何将复杂的关系分解成简单的关系normal form关系数据库的规范化过程为不同层次的标准化需求建立了不同的标准，称为NormalForm。由于标准化程度不同，出现了不同的范式。满足最基本标准化要求的关系模型称为第一范式。在第一范式中，第二范式进一步满足了一些需求，以此类推，就产生了第三范式这样的概念。每个范例都有一些限制。第一范式第一范式(FirstNormalForm)是最基本的规范形式，也就是说，关系中的每个属性都是一个不能再分离的简单项。每个规范化的关系都属于1NF，这就是为什么它被称为“第一”。定义了如果关系模式r的所有属性都是简单属性，即每个属性都是不可分的，那么r属于第一范式，缩写为1NF，并表示为R1NF.只要所有属性都表示为不可分割的数据项，转换后的关系将符合第一范式。然而，关系模型只属于第一范式是不适用的。关系模式SCD属于第一范式，但是它具有大量的数据冗余，并且具有插入异常、删除异常、更新异常等缺点。第二范式定义了如果关系模式R1NF和每个非主要属性在功能上完全依赖于任何候选关键字，则r被称为属于第二范式，简称为2NF，并表示为R2NF.问题的原因是非主要属性“学分”只取决于“课程编号”，也就是说，它只部分取决于主要关键字(学生编号、课程编号)，而不是完全依赖它。2NF的关系模型解决了1NF中的一些问题，2NF的标准化比1NF领先一步，但是2NF的关系模型在数据操作上仍然存在一些问题。第三范式定义如果关系模式R2NF和每个非主要属性不传递依赖于r的任何候选键，则r被称为属于第三范式，简称为3NF，并表示为R3NF.如果R3NF，r也是2NF。如果R2NF，r不一定是3NF。在这个表格中，关键词是学生人数。因为它是一个单独的关键字，所以不存在部分依赖的问题，并且这种关系肯定属于第二范式。问题的原因是在关系中存在转移依赖。“部门名称”和“部门地址”的两个属性取决于“部门编号”，而“部门编号”取决于“学生编号”。因此，“部门名称”和“部门地址”的两个属性取决于“学生编号”到“部门编号”。这种现象被称为转移依赖。BCNF定义如果关系模式的所有属性(包括主要和非主要属性)不传递任何依赖于r的候选关键字，则r属于BCNF，并被记录为RBCNF.如果R3NF，r也是2NF。如果R2NF，r不一定是3NF。关系模式规范化的目的和原则关系可以被称为规范化关系，只要它的组成部分是不可分割的数据项，但这只是最基本的规范化。这种关系模式是合法的。然而，我们发现一些关系模式存在插入、删除、修改异常、数据冗余等缺陷。标准化的目的是使结构合理，消除存储异常，使数据冗余尽可能小，并便于插入、删除和更新。标准化的基本原则是遵循“一物一地”的原则，用一个单一的概念，即一种关系只描述一个实体或实体之间的关系。如果有多个实体，将其分开。因此，所谓的标准化本质上是概念的简化，也就是说，一个关系代表一个实体。请注意，在数据库设计过程中，一般来说，1NF很容易遵守，很少有人完全遵守3NF。从关系模型的角度来看，满足3NF是最标准的，并且这种设计易于维护。然而，BCNF范式的机会较少，会破坏整体性，因此在设计中可以忽略。规范化具有减少数据冗余、节省存储空间以及加快添加、删除和修改速度的优点。但是，在数据查询中，关系模式之间的连接是必需的，因此会影响查询速度。因此，没有必要要求所有模式到达BCNF。2.5“教学管理系统”的开发2.5.1系统规划阶段1。提议发展要求大学是一所多学科大学，有11所学院，包括经济学院、化学与环境工程学院、机械自动化学院、信息工程学院、计算机学院、商学院和会计学院。这所学校有近1400名教师和18000多名学生。随着信息量的增加，教学管理变得越来越复杂，手工管理的弊端也越来越明显。为了提高教学管理的质量和效率，及时提供信息，实现教学管理