第五章-数据库设计.ppt

第五章数据库设计、数据库设计是开发数据库应用系统的关键。 简而言之，数据库设计是创建数据库系统的管理对象。 本章以学生信息管理系统为例，对数据库设计的相关内容进行说明。 5.1数据库设计概述，数据库设计方法主要是设计数据库系统结构中的三级架构。 说明：逻辑模式和外部模式是一对多的关系，逻辑模式和物理模式是一对一的关系。 5.1数据库设计概述，数据库设计过程数据库的设计过程分为6个阶段：1.需求分析2 .概念结构设计阶段3 .逻辑结构设计阶段4 .物理结构设计阶段5 .数据库实施6 .数据库运行与维护，5.2需求分析，需求分析是数据库设计的第一步。 这个阶段主要是全面理解数据库应用程序处理的对象，了解用户需求，收集信息，提出问题，解决问题的思路。 例如，“学生信息管理系统”的目的是管理学院、学部、班级、教室等部门的信息，管理教师和学生的基本信息、学生选课的情况。 信息要求：系统涉及学院、本科、教室、教师、学生、班级、授课、选课等各方面的信息。 处理要求：添加、删除、修改每个数据对象的数据、各种查询、统计信息、报表打印等。 安全性要求：只允许学院内部人员使用该系统，允许学生查询成绩，但不能修改，允许教师输入学生成绩进行修改等。 5.3概念结构设计、概念设计的目标是生成反映需求信息的数据库概念结构，这与具体的DBMS无关。 由数据库设计者进行从现实世界到概念模型的转换，概念设计用实体联系模型(简称er图)表示。 在E-R模型中，描述数据的概念主要是实体、属性、实体、实体集合、关键词、实体之间的联系等。 1、实体和相关概念；(1)实体：客观存在，相互区别。 实体是学生、书、车等可以触摸的对象的抽象事件。 课程、比赛等。 (2)属性：实体所具有的特征和性质。 例如学生实体有学号、名字、年龄、性别等。 (3)代码：在实体的属性中，能够唯一识别实体的属性称为该实体的关键字，也称为代码或关键字。 /学生的学号。 学生的名字有可能重复，不能作为学生实体的关键词(代码)。 (4)实体集：具有相同属性的同种是一个实体的集合。 例如所有学生信息记录、所有课程信息记录等。 (5)实体体型：用实体名和属性名的集合记述同种实体。 例如，学生(学号、名字、年龄、性别)是实体体型。 所有的学生都可以用这种实体体型来描述。 两个或两个以上实体集合之间的关联关系的描述。 例如，系主任、班级和班长(1:1关系)系、班级和学生(1:n关系)学生和课程、教师和课程(m:n关系)。 实体集团之间的联系点有一对一(1:1 )、一对一多(1:n )、多对多(1: n ) 3种。 2 .联系和联系集、E-R图、E-R模型(概念模型的记述方法)用实体-联系图(简称E-R图)记述，是用图形记述实体集、实体属性和实体集之间的联系的图形。 实体集-矩形框属性-椭圆框连接-菱形框。 例如，学校实体集的E-R图。 例如，教师和班级，学校和学部和班级，学生和课程实体集的联系E-R图。 例如，学生、教师和课程3个实体共同参加一个选项，通常将这3种实体参加的联络称为三元联络。 因为有个教师选了课，所以学生不选同一课学习的话，3个人就没有联系。 教师、学生与课堂的E-R图，多对多关系实际上是某两个表和第三个表的两个一对多关系，第三个表的主键包括两个字段，分别是前两个表的主键。此外，选课、学生-选课(1:n )、课-选课(1:n )、教师-选课(1:n )、n、m、m、n、此图为三个表与第四个表的连接。 学生信息管理系统(E-R概念模型)、5.4逻辑结构设计、逻辑结构设计：将设计的概念模型(E-R模型)转换为与DBMS支持的数据模型一致的逻辑结构。 概念模型到逻辑模型的转换可以由数据库设计者完成，也可以使用数据库设计工具由设计者完成。 E-R模型和关系模型的变换规则：从一个实体型变换为一个关系模型。 实体的属性是关系的属性，实体的密钥是关系的密钥。 例如，将学院实体转换成一个关系，其属性取原实体的属性，利用规则1得到关系模式：学院(学院编号、学院名、院长名、学院电话、学院住址)，1:1联系可以转换成一个独立的关系模式，可以与任何终端相对应的关系模式。 例如，两个实体：一对一地连接，分别是：学部长(工号、名字、年龄、学部编号)、学部长(学部编号、学部名称、学部性、工号)学部长(工号、名称、年龄)、学部长(学部编号、学部名称、学部性)、学部长(学部名称、年龄) 方式1、方式2、方式3、方式4、1个1:n接触可以变换为独立的关系图案，也可以与对应于n侧的关系图案合并。 例如，两个实体1:n的关系利用规则1将学生和类实体分别转换为一个关系，其属性取原始实体的属性，得到关系模式：学生(学生编号，姓名，性别，出生年月日，出生)类(类编号，类名，班长名，专业，学科编号)在类与学生之间一对多利用规则3可以将这种关系融合到n方面，不久就将班级关系的代码加到学生关系上，得到了最终结果：学生(学生编号、姓名、性别、出生年月日、出生地、班级编号)实体间多对多的联系转化为独立的关系模式。 具有此关系的各实体的代码和关系本身的属性被转换为此关系模式的属性，关系的代码是各实体的代码组合。 三个以上实体之间的一种多元联系可转化为一种关系模式。 可合并具有相同键的关系模式。 示例：三个实体m:n之间的关系将学生-课堂、教师-课堂实体之间的多对多“选择”关系转换为独立的关系模型，以便使用规则1 :三个实体集合转换为关系规则4和5 :单独建立关系。 实体之间的多对多“选择”联系包括学生(学号、名字、性别、出生年月日、出生地、班号)教师(教师号、名字、性别、职务、教室号)课程(课程号、课程名、学时、单位)选择(学号、课程号、教师号、成绩)(新关系包括多对多实体的主键及其联系自身的属性)、 E-R图-关系模型-关系数据库的对应关系：学院(学院编号、学院名、院长名、电话、地址)系(学部编号、学部名、学部主任、学部编号)教室(教室编号、教室名、学部编号)教师(教师编号、姓名、性别、职务、教室编号)类(班级编号、班级名、班长名、专业、学部编号)学生(学校编号、姓名、 性别出生日期、出生地、班级编号)课程(课程编号、课程名称、上课时间、单位)选修课(课程编号、课程编号、教师编号、成绩)、学生信息管理系统(逻辑模型)、关系规范化：2 .函数依赖与关键的基本概念(略)函数依赖反映属性与属性组之间的依赖、相互制约的关系。 简言之，设计一个性能良好的数据库需要尽量满足关系规范化的原则。 1 .如果数据库设计中的一个问题关系不规范，则可能发生数据冗馀、更新异常、插入异常、删除异常。3、正则形及其关系(轮廓)的正则化理论简称正则形，它为判断关系模式设计优劣提供了标准，为数据库设计提供了严格的理论基础。 使用正规形式关系模式满足正规化等级，满足最低要求的是第一正规形式，基于第一正规形式进一步满足要求的可以升级为第二正规形式，其馀为： 正规型(1NF5NF )主要为1NF-3NF。 也就是说，满足前三个正规形的关系基本合理。 (1)1NF :如果一个关系模式r的所有属性都是不可分割的基本数据项目，则该关系模式属于1NF。 例如，教师关系表如下判断是否为第一正规形式，规范教师关系。 教师关系，修改后的教师关系不符合第一正规形式。 “联系电话”不是基本数据项目。 应该满足属于第一正规形式的关系的基本条件是，在各元组的各属性中只包含一个数据项目，不能将多个数据项目“中断”为一个属性。 (2)2NF :当关系图案r属于1NF，各个非主属性完全依赖于主键时，关系图案属于2NF。 例如，学生选课成绩关系表如下，判断是否为第二正规形式，规范学生选课关系。 学生的成绩关系，在这个关系中中学生编号和课程编号共同构成主要关键词，其中成绩完全依赖于主要关键词，名字完全依赖于课程编号，课程名称、周单位、单位完全依赖于课程编号，因此该关系不符合第二正规形式上述关系可能带来以下问题数据冗长：假设100名学生选择同一课程，同一学分重复100次。 更新复杂：调整某课程单位，也要修改相关记录。 删除异常：学生毕业时，因为学生号码不存在，所以选择项记录也要删除。 插入异常：开新课程，学生没有选择，没有学生编号，所以课号和学分都不能输入。 将上述关系表示为：学生(学生编号、姓名、年龄、入学日)选择项(学生编号、课程编号、成绩)课程(课程编号、课程名、周学时、单位)、(3)3NF :关系模式r属于1NF，非主属性不依赖于主关键字时，关系模式属于3NF。 (略)、学生的授课成绩的三个关系是学生(学生编号、名字、年龄、入学日)授课成绩(学生编号、授课编号、成绩)授课(授课编号、授课名称、周学时、单位)中和属于第三个范式，单位由周学时的人数决定后，单位依赖于周学时的授课编号。 解决办法是将课程关系进一步分解为两种关系。 课程(课程编号、课程名称、周学时)单位(周学时、单位)、“学生”关系、逻辑结构详细设计：采用Access数据库管理系统时，可按照该规则设计如下逻辑结构。 5.5物理结构设计，数据库物理结构设计为设计的逻辑数据模型选择最佳物理结构。 这取决于选定的数据库管理系统以及指定的计算机硬