第07章专题-数据库设计

1、12 1 用户需求分析用户需求分析 2 概念结构设计（概念结构设计（ER图）图） 3 逻辑结构设计（关系模式）逻辑结构设计（关系模式） 4 物理结构设计物理结构设计了解组织机构了解各部门业务情况确定数据库的信息组成3两大类数据模型4DBMS支持的数据模型支持的数据模型概念模型概念模型认识认识抽象抽象信息世界信息世界机器世界机器世界现实世界中客观对象的抽象过程现实世界中客观对象的抽象过程现实世现实世界界现实世界现实世界 概念模型概念模型数据库设计人员完成数据库设计人员完成逻辑模型逻辑模型 物理模型物理模型由由DBMS完成完成概念模型概念模型 逻辑模型逻辑模型数据库设计人员完成数据库设计人员完成基

2、本概念 (1) 实体（Entity） 客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2) 属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。 (3) 码（Key） 唯一标识实体的属性集称为码。 5实体名称实体名称属性(4) 域（Domain） 属性的取值范围称为该属性的域。 (5) 实体型（Entity Type） 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型(6) 实体集（Entity Set） 同型实体的集合称为实体集6(7) 联系（Relationship） 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为

3、实体内部的联系和实体之间的联系实体型间联系 两个实体型 一对一联系（1:1） 三个实体型 一对多联系（1:n） 多个实体型 多对多联系（m:n） 78实体型实体型A联系名联系名实体型实体型B111:1联系联系实体型实体型A联系名联系名实体型实体型Bmnm:n联系联系实体型实体型A联系名联系名实体型实体型B1n1:n联系联系概念模型的表示方法很多 实体联系方法(E-R方法) 用E-R图来描述现实世界的概念模型 E-R方法也称为E-R模型9概念模型的设计步骤10逻辑结构设计需求分析数据流图数据字典 数据抽象、局部视图的设计分E-R图 视图集成用户满意总E-R图NoYes实例：教学管理数据库模型的设

4、计11练习1： 假如要为某基层单位建立一个“基层单位”数据库。通过调查得出，用户要求数据库中存储下列基本信息。 部门：部门号，名称，领导人编号； 职工：职工号，姓名，性别，工资，职称，照片，简历； 工程：工程号，工程名，参加人数，预算，负责人； 办公室：地点，编号，电话。这些信息的关联的语义为： 每个部门有多个职工，每个职工只能在一个部门工作； 每个部门只有一个领导人，领导人不能兼职； 每个部门可以同时承担若干工程项目，数据库中应记录每个职工参加项目的日期； 一个部门可有多个办公室； 每个办公室只有一部电话； 数据库中还应存放每个职工在所参加的工程项目中承担的具体职务。 要求：设计基层单位数据

5、库的概念模型 。1213领导部门职工n工作111办公办公室n1n工程承担1负责参加nmn1具体职务日期实体仓库： 仓库号、面积、电话号码零件 ：零件号、名称、规格、单价、描述供应商：供应商号、姓名、地址、电话号码、帐号项目：项目号、预算、开工日期职工：职工号、姓名、年龄、职称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

6、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141516实体 实体集合及 实体联系 相关属性集合 加工、转换数 文件据 记录库 相关数据项集合数据世界DBMS的数据模型信息世界E-R模型关系模式关系模式 对关系的描述，用关系名 (属性1，属性2，属性n)来表示。 eg. 库存（库存（仓库号仓库号，器件号器件号，数量），数量） 仓库（仓库（仓库号仓库号，城市，面积），城市，面积） 17转换过程示意图18E-R图关系模型1 1 、实体、实体 相应转换为一个关系，实体名称作为关系名称，该关系包括对应实体的全部属性，并确定出该关系的关键字。转换方法和原则2 2、联系、联系 a.联

7、系具有属性联系具有属性： 联系名作为关系名，发生联系的实体的主关键字作为联系的主关键字。 b.联系不具有属性联系不具有属性： 不带有属性的联系可以去掉。转换举例一转换举例一厂长号*姓名年龄厂长厂号*厂名地点工厂管理11厂长（厂长号，姓名，年龄）厂长（厂长号，姓名，年龄）工厂（厂号，厂名，地点）工厂（厂号，厂名，地点）管理（厂号，厂长号）管理（厂号，厂长号）转换举例二转换举例二仓库号*地点面积仓库货号*品名价格产品存放1n仓库（仓库号，地点，面积）仓库（仓库号，地点，面积）产品（货号，品名，价格）产品（货号，品名，价格）数量存放（仓库号，货号，数量）存放（仓库号，货号，数量）转换举例三转换举例三

8、学号*姓名年龄学生课程号*课程名学时数课程学习mn学生（学生（学号学号，姓名，年龄），姓名，年龄）课程（课程号，课程名，学时数）课程（课程号，课程名，学时数）成绩学习（学号，课程号，成绩）学习（学号，课程号，成绩）24nm学学 生生课课 程程选课选课学分学分课程号课程号*课程名课程名年龄年龄姓名姓名性别性别学号学号*练习：解释下列ER模型图中各图形和线条代表的含义，并将其转化为关系模式。数据模型的优化数据模型的优化1、关系模型基础及关系运算3、对数据依赖进行极小化处理4、确定关系模式分别属于第几范式5、确定模式是否进行合并或分解2、确定数据依赖关系数据模型的组成要素：关系数据模型的组成要素：1

9、)1)关系数据结构：实体及联系统一用二维表表示（关系）。关系数据结构：实体及联系统一用二维表表示（关系）。2)2)关系操作关系操作3)3)关系完整性约束关系完整性约束查询操作学号姓名年龄1姚明202张靓颖213成龙20实体完整性参照完整性用户定义完整性选择投影连接除并交差积增加删除修改专门的关系运算传统的集合运算更新操作关系数据结构如：姓名、性别、年龄、籍贯、系别、专业在关系模型中，实体及实体间的联系用关系来表示。 如：学生、课程、学生修读课程的考试三个实体间的关系在关系模型中表达如下： 学生（学号、姓名、性别、年龄、班级号） 课程（课程号、课程名、周学时、学分） 考试（学号、课程号、成绩）教

10、师教师编编号号姓名年龄龄学历学历1aaa40本科本科2bbb26硕士硕士3ccc28博士博士侯选码：教师编号，姓名主码：教师编号主属性：教师编号非主属性：年龄，学历R例1：关系的完整性 关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条件，有四类完整性约束：域完整性、实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。2、实体完整性规则：若属性A是基本关系R的主属性，则属性 A取值不能为空，即不能为NULL。 如：stu（学号，姓名，性别，系别） 学号不能取空值。 注意：所有主属性都不能取空值，而不仅是主码整体不能取空值。 如：选修（学号，课程号，成绩）中，学号和课程号都不能取空值。 3、参照完整性规则：若属性（

11、或属性组）F是基本关系R的外码，它与基本关系S的主码Ks相对应，则对于R中每个元组在F上的值必须为： 或者取NULL 或者等于S中某个元组的主码值。4、用户定义的完整性：某一具体的数据库的属性及其关系所应满足的条件。例如：规定举重队员 25 年龄15， 100kg 体重55Kg。 小结： 实体完整性和参照完整性是所有关系数据库都支持的，称为关系的两个不变性。关系的完整性关系操作关系代数关系演算结构化查询语言：SQL元组关系演算域关系演算关系操作关系操作的能力常用关系代数表示 6）选择(Selection) 7）投影(Projection) 8）连接 (Join) 4） 除(Division)

12、5） 迪卡尔积1）并(Union)2）交(Intersection)3）差(Set Difference) 关系操作方式的特点是集合操作(一次一集合)关系代数运算符集合运算并，交，差，迪卡尔积R R和和S S的并，的并，RSRS，是在，是在R R或或S S或两者或两者中的元素的集合中的元素的集合一个元素在并集中一个元素在并集中只出现一次，只出现一次，即即消除重复元组消除重复元组R R和和S S必须兼容，即必须同属性、同域必须兼容，即必须同属性、同域RSRS42RSRS R R和和S S的交，的交，RSRS，是在，是在R R和和S S中都存在中都存在的元素的集合的元素的集合一个元素在交集中一个元

13、素在交集中只出现一次，只出现一次，即即消除重复元组消除重复元组R R和和S S必须兼容，即必须同属性、同域必须兼容，即必须同属性、同域RSRS45RSRS R R和和S S的差，的差，R-SR-S，是，是在在R R中而不在中而不在S S中中的元素的集合的元素的集合R R和和S S必须兼容，即必须同属性、同域必须兼容，即必须同属性、同域R - SRSS -RRSS-RABCa1b3c248RSRS SR 关系关系R R、S S的笛卡儿积是两个关系的元组对的集合所组成的笛卡儿积是两个关系的元组对的集合所组成的新关系的新关系R RS S： 属性是属性是R R和和S S的组合的组合（有重复）（有重复）

14、 元组是元组是R R和和S S所有元组的可能组合所有元组的可能组合 是是R R、S S的的无条件连接无条件连接，使任意两个关系的信息能组合在，使任意两个关系的信息能组合在一起一起 关系关系R R和关系和关系S S的目分别为的目分别为k1k1、k2k2，关系，关系R R有有m m个元组，关个元组，关系系S S有有n n个元组，则其迪卡尔积的目为个元组，则其迪卡尔积的目为k1+k2k1+k2个，有个，有 m m n n个元组个元组51AB12RCD10102010EaabbSAB11112222CD 1019201010102010EaabbaabbR x S选择、投影、连接、除法选择、投影、连接

15、、除法关系运算选择()-限制表达式：F(R), 表示从R中选择满足条件(使逻辑表达式F为真)的元组行的运算，从关系R中选择符合条件的元组构成新的关系逻辑表达式的运算符号有：关系运算选择()-限制年龄大于17岁：身高不低于170cm：性别不为女并且体重小于50kg：学号SNO在20号以下成绩GRADE不低于80分：年龄 17身高170cm性别女 体重50kgSNO20 and GRAGE80所在系别为数学系或计算机系的男生：系=计算机 系=数学 性别=男ABCabccbddaf B= b (R)ABCabccbd年龄 = 18 AND 性别 = 女(student)例2：例1：从学生关系中选择年

16、龄大于等于18岁的女生。例例: : ssex = ssex = 男男 AND sdep = AND sdep = ISIS(Student)(Student) 2、 Sage = 20 AND Sdept= CS(student) 1、 Sage=19（student）思考：运算结果中，有可能会出现重复元组吗？例3：ABC367257723443RA5(R) ABC367257443A5 C=7(R) ABC367257例4：关系运算选择()表达式：表达式：A A1,1,A A2,2,A An n(R),(R), 表示从表示从R R中选择属性集中选择属性集A A1 1,A,A2 2,A,An

17、n组成新的关系组成新的关系列的运算，从关系列的运算，从关系R R中选择若干属性列组成新的关系中选择若干属性列组成新的关系C,A (R) ABCabccbdcdadafCAcadcacfd例1： R例例: : ssex,sagessex,sage(student)(student)例2：查询学生的姓名和所在系 sname，sdept （student)该怎样表示呢？注意：投影运算的结果中,要去除可能的重复元组思考：运算结果中，有可能会出现重复元组吗？关系运算投影()C,A (R) ABCabccbdadcdafCAcadccafd例3： RCAcadcfd从RS的结果集中，选取在指定的属性集上满

18、足条件的元组，组成新的关系，也成为连接是一个关于属性集的逻辑表达式R S ij= （连接条件）（ RS ）注意：两个表的运算属性在结果表中都要出现例1：RSR.B=S.B注意：两个表的运算属性在结果表中都要出现表达式：R S i=j即从R与S的迪卡尔积中选取属性值相同的那些元组。要求两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组，并且在结果中把重复的属性列去掉。表达式: R SRS注意：两个表的公共属性在结果表中只出现一个自然连接是一种特殊的等值连接例1：AB12412C DaababrB13123DaaabbEs11112aaaabA B C D E例2：关系运算自然连接( )r s关系运算除(

19、)用一个（m+n）元的关系R除以一个n元关系S， 结果产生一个m元的新关系表达式：RSR的属性必须包含S的全部属性； R中的某些属性不出现在S中；结果新关系的属性是由R中那些不出现在S中的 属性组成；新关系的元组由在S中出现的且在R 中对应值相同的那些元组组成。 例R S A B C D C D a b c d c d a b e f e f b c e f e d c d e d e f a b d e计算：R SR SA Ba be d 小结： 传统集合运算中，并、交、差运算（不包括积）的关系R、S必须有相同的目，并且相应的属性取自同一个域； 关系R和关系S的目分别为k1、k2，元组分别为

20、m、n个，则其迪卡尔积运算的新关系的目为k1+k2，元组为m 问1 查询信息系（IS系）全体学生 Sdept = IS (Student)或 5 =IS (Student)结果： SnoSnameSsexSageSdept95002刘晨女19IS95004张立男19IS关系代数实例问2 查询年龄小于20岁的学生 Sage 20(Student) 或 4 仓库号即ENO - WNO由于每个仓库里的一种商品由专人负责，而一个人可以管理几种商品，所以有组合属性（仓库号，商品号）才能确定负责人，有（WNO，PNO）- ENO由以上得商品数量不能由任何一单个属性决定，可由组合属性（仓库号，商品号）来决定，存在函数依赖（WNO，PNO）- QNT 由于每个仓库里的一种商品由专人负责，而一个职工仅在一个仓库工作，有 职工号和商品号可共同决定商品数量，即（ENO，PNO）- QNT 分析：找一下候选关键字，因为（仓库号，商品号） - 数量（仓库号，商品号） - 职工号 ，因此 （仓库号，商品号）可以决定