数据库原理与程序设计-第5章-概念数据库设计

1、第5章 概念数据库设计生物医学软件工程教研室本章概要 概述 实体联系模型 扩展的实体联系模型 概念设计的方法与策略 视图综合设计方法 事务的设计5.1 概述早期的数据库设计是在需求分析的基础上直接进入数据库的逻辑设计的。由于逻辑结构与具体的 DBMS关系密切，因而设计工作存在着许多困难。这促成了概念设计从逻辑设计中分离出来。在概念设计阶段中，设计人员从用户的角度看待信息和事务，产生一个反映用户需求的概念模式。为建立逻辑数据库模式作准备。把概念设计从逻辑设计分离出来有以下好处：各阶段的任务相对单一化，降低设计复杂性；概念模式独立于DBMS，故比逻辑数据库模式稳定；概念设计不含特定DBMS的技术细

2、节，设计人员可以专心于研究如何反映客观世界，故容易为用户所理解，因而才有可能准确反映用户需求。概念数据库设计的两个任务及其目标：事务设计：根据需求分析阶段提出的数据库操作任务,作出数据库事务的高级说明，其目标是：模式设计: 根据需求分析阶段识别的数据项和预测改变，使用高级数据模型，建立概念数据库模式，其目标是：在概念级定义事务的功能，说明事务的输入输出信息和基本功能，支持各种事务的运行。准确描述信息模式，支持用户应用；易理解，易转换为逻辑数据库模式。概念数据库模式独立于DBMS，不能直接用于数据库实现。这种做法的好处是：不受特定DBMS局限，彻底地理解和描述应用领域，有利于开发人员正确地和全面

3、地理解应用领域。不受逻辑设计、物理设计改变，甚至DBMS改变的影响。由于使用图形描述方式直观易懂，故有利于开发者和用户的交流。实体联系模型(ER)或其加强模型(EER)是广泛使用的高级数据模型.本章概要 概述 实体联系模型 扩展的实体联系模型 概念设计的方法与策略 视图综合设计方法 事务的设计实体联系模型(简称ER模型)产生于1976年。这个模型使用实体、联系和属性三个基本概念直接描述现实世界。实体联系图是表示ER模型的图形工具，简称ER图。它是概念数据库设计的重要工具。5.2 实体联系模型 (ER模型)实体是客观世界中各种事物的抽象，是ER模型的基本对象。属性是实体的特征。按结构性质分类简单

4、属性:不可分割的简单数据项复合属性:由若干个简单属性按层次结构组成，按赋值唯一性分类单值属性:一个实体的单值属性仅取一值多值属性:一个实体的多值属性可取多值导出属性：这是一种特殊属性，其值可由其它某些属性的值导出。一、实体和属性姓名学历证号宿舍任课教师栋号房号一个实体例子复合属性多值属性人、汽车、课程地址(省,市,区,街,号)姓名、性别、学号编号、学历地址(省,市,区,街,号)年龄可以有出生年月和现在日期导出二、实体型、键属性和属性的值域实体型是具相同属性集的实体的集合，由实体型名字和一组属性来定义。实体模式描述一组实体的公共结构。实体型的实例键由一个或多个属性组成，用来区分不同实体。键是实体

5、型的一个重要完整性约束。简单键、复合键三、数据库实例数据库“大学”，存储一个大学的教师、系和课程的信息。大学数据库的五个实体型编号 名称 属性集合1 系 系名, 编号, 地点, 主任2 教研室 名称, 编号, 电话, 所属系 教师 姓名, 性别, 编号, 所属系, 课程, 地址4 学生 姓名, 性别, 编号, 所属系, 年级5 课程 名称, 编号, 时数, 所属系四、实体间的联系实体间的联系：一个数据库中不同实体型的实体之间的联系。实体间的联系是根据需求分析的结果决定的。联系型和联系实例定义：实体型 A 和实体型 B 之间的联系型 R定义为 RAB ，称A、B为联系型 R 所关联的实体型。联系

6、型 R 的元素 (a, b) 称为联系型 R 的实例，它取自 AB 集合,即 aA,bB,选取方法由应用领域决定，a、b称为联系实例 (a, b) 所关联的实体。教研室和系之间的联系型 B_D =(j,d)|教研室j属于系d学生和系之间的联系型 S_D =(s,d)|学生s属于系d教师和系之间的联系型1:T_D1=(t,d)|教师t属于系d教师和系之间的联系型2:T_D2=(t,d)|教师t是系d的主任学生、教师和课程之间的联系型: S_T_C=(s,t,c)|学生s选修教师t讲授的课程c类似地可把上述定义推广为多个实体型之间的联系型。联系型所关联的实体型数目称为阶。实体对应约束：规定了该联系

7、型所关联的实体间的对应关系。实体关联约束：设 A 是联系型 R 所关联的一个实体型，若规定 A 的各实体必须出现在 R的某个联系实例中，则称该规定为实体型 A关于联系型 R 的全域约束。若规定 A 的实体可以不出现在任何联系实例中，则称这种规定为实体型 A 关于联系型 R 的部分约束。联系型的结构约束实体关联约束实体对应约束1:1约束1:n约束m:n约束全域关联约束部分关联约束2.联系型的结构约束假定大学数据库还有主任实体型，1:1联系：规定一个系只有一个主任，一个主任只负责一个系工作(系实体型和主任实体型)1:n联系：一个系有多个教研室，一个教研室只属于一个系，(教研室实体型和系实体型之间)

8、 ；m:n联系：若规定一门课由多个教师讲授，而一个教师可讲授多门课(课程实体型和教师实体型)在大学数据库中，若规定每位教师必属于某个系，则这种规定就是教师实体型关于联系型的全域关联约束。由于并非所有教师都是主任，故这情况就是教师实体型关于联系型(T_D2)的部分关联约束。3. 联系型的属性类似于实体型，联系型也可以具有属性。例：T_D2 =(t,d)|教师t是系d的主任T_C=(t,c)| 教师t教授课程c 五、弱实体弱实体：没有自己的键的实体型，称为弱实体型；弱实体型的实体是弱实体。例：设有一个实体型父亲和一个实体型孩子。孩子实体型具有属性孩子名、年龄、性别。不同父亲的孩子具有相同的属性值。

9、孩子实体型是一个弱实体型。为了区别弱实体型，它需要与一般的实体型相关联。六、实体联系图实体联系图是表示ER模型的图形工具，简称ER图。ER图表示实体型和实体联系型。ER图的基本图形符号如下：实体型弱实体型联系型识别联系型属性键属性多值属性导出属性复合属性ARBARB11ARB1NARBMN(min, max)RE课程学生教师系教研室名称学时数内容地点姓名编号所属系年级系名编号地点系主任姓名编号性别地址课程所属系名称编号电话所属系T_S_CT_DS_DB_D市区邮政单位学校信箱例：大学数据库的ER图本章概要 概述 实体联系模型 扩展的实体联系模型 概念设计的方法与策略 视图综合设计方法 事务的设

10、计5.3 扩展的实体联系模型扩展的实体联系模型就是实体联系模型的扩充，即在实体联系模型的基础上，增加了一些新概念，如子类、超类、演绎、归纳、范畴、属性层次等。子类、超类、演绎和归纳子类和超类：一个实体型的实体需要进一步的划分为多个子集合，可以定义为子实体型。子实体型是实体型的子类；实体型是这些子实体型的超类。超类和子类之间的关系称为 IS_A 联系。子类成员必是超类成员；超类中某些成员可以不属于任何子类。演绎：把实体型R的实体按需要划分为几个子集合R1, R2, , 这个过程称为演绎。R 称为(演绎)超类，各Ri 都是实体型，称为(演绎)子类。子类除继承超类的所有属性之外，还附加用于区别其它子

11、类的特殊属性。同一个实体型可以使用不同的分类规则进行多种演绎。归纳：归纳是演绎的逆过程。把多个实体型 Ri 的共同属性抽取出来，形成一个实体型，这就是(归纳)超类。演绎和归纳都是联系型。分别称为演绎联系型和归纳联系型教师文科教师理科教师外语教师d演绎例由教师实体型按专业 演绎出三个子类超类子类单线表示超类实体 不必属于某子类运输工具火车飞机汽车d归纳例由三个实体型归纳 出超类运输工具超类子类双线表示超类实体必属于某子类归纳和演绎的性质由属性谓词定义的演绎：在一个演绎过程中，若一个超类的所有子类皆由同一个属性上的谓词定义，这个演绎称为由属性谓词定义的演绎。用户定义的演绎：其他类型的演绎的统称，超

12、类实体所属的子类由用户逐个说明。正交约束：规定演绎过程的所有子类互不相交。如果一个演绎的子类相交，则称其为相交演绎。完全性约束全域约束：超类的每一个实体都必须属于一个子类。部分约束：超类的实体可以不属于任何子类教师文科教师理科教师外语教师d运输工具火车飞机汽车d超类子类超类子类双线表示全域约束：超类每个实体必属于某子类单线表示部分约束：超类实体不必属于某子类正交约束，子类不相交一系课程二系课程o课程超类子类一系课程二系课程o课程超类子类相交约束，允许子类相交全校只有两个系除两个系外，还有别的系允许有教师不属于文理外三科运输工具仅火车飞机和汽车完全 性正交性多层演绎：对子类进行演绎即可产生演绎层

13、次结构。在多层演绎中子类继承所有前辈超类属性。例如，实体型教师可以划分为子类教授、讲师和助教。子类教授可以进一步分文科教授、理科教授和外语教授三个子类。共享子类若实体型是多个超类的子类，则称为共享子类。 博士导师 dd其他其他其他ddd教师教授讲师助教文科教授理科教授外语教授dddd范畴：若超类/子类联系具有多个超类，则其子类称为范畴。范畴是多个超类的并集的子类。范畴的每个实体仅继承包含这个实体的超类的属性。EER图：是ER图的扩充，是在ER图的基础上，增加了表示EER模型新概念的图形。教师工人干部住户u本章概要 概述 实体联系模型 扩展的实体联系模型 概念设计的方法与策略 视图综合设计方法

14、事务的设计5.4 概念设计的方法和策略概念数据库设计的基本步骤是：确定实体型及其属性和键；确定实体型之间的联系和约束；用演绎或归纳确定实体型之间的超子联系及其约束；确定范畴联系及其约束； 形成EER图。概念设计的方法集中式设计方法视图综合设计方法二. 概念设计的策略自顶向下的策略；从抽象结构模式出发，逐步求精具体化，最终得到概念数据库模式。自底向上的策略：从基础概念结构模式出发，逐步组合结构，最终得到概念数据库模式。混合策略：首先把总体需求分解为几个需求子集合；然后对每个需求子集合用自底向上的策略建立局部模式；最后把各局部模式综合为概念模式。多数策略遵循逐步求精的原则，从一个满足部分需求的模式

15、开始，逐步加以改善，最后形成满足所有需求的概念模式。例如通过演绎把高级的实体型分解为几个低级实体型。例如，对属性集合先说明，再分组，形成实体型和联系型。由子类归纳出超类就是一种自底向上的策略。本章概要 概述 实体联系模型 扩展的实体联系模型 概念设计的方法与策略 视图综合设计方法 事务的设计5.5 视图综合设计方法设计局部概念模式这项工作既可由用户独立完成，也可由数据库设计者协助完成。确定局部实体确定局部实体型之间的联系型及其结构约束用演绎和归纳过程确定：局部实体之间的超子类联系、共享子类和范畴，确定联系型的完全性约束和正交约束；给出局部EER图综合局部概念模式为总体概念模式将局部模式设计中得到的一组局部模式合并为一个完整的概念模式，分为四