数据库技术及应用课件第二章-概念设计

第二章概念设计第二章概念设计1学习目标:了解概念设计的基本概念了解概念设计的方法理解实体、属性、联系等的概念掌握E-R模型的画法学习目标:了解概念设计的基本概念2概念设计的基本概念

数据库概念设计阶段是将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构。数据库概念设计是整个数据库设计的关键阶段,其主要任务是通过对用户需求进行综合、归纳与抽象,形成一个独立于具体DBMS的概念模型。 概念模型实际上是现实世界到机器世界的一个中间层次。概念模型用于信息世界的建模,是现实世界到机器世界的第一层抽象。 概念数据模型是对信息世界建模,所以概念模型能够方便、准确地表示出上述信息世界中的常用概念。概念设计的基本概念 数据库概念设计阶段是将需求分析得到的用户3概念设计的基本概念

概念模型的表示方法有很多,其中最为著名的为实体-联系方法(Entity-Relationship)。该方法用E-R图来描述现实世界的概念模型,也称为E-R模型。它具有以下特点: ①能真实、充分的反映现实世界。包括事物和事物之间的联系,能够满足用户对数据的处理要求,是对现实世界的一个真实模型。 ②易于理解。可用它和不熟悉计算机的用户交换意见,用户的积极参与是数据库设计成功的关键。 ③易于更改。当应用环境和应用要求改变时,容易对概念模型进行修改和扩充。 ④易于向关系、网状、层次等数据模型转换。概念设计的基本概念 概念模型的表示方法有很多,其中最为著名的42.1概念设计基本方法

概念设计结构通常有自顶向下、自底向上、逐步扩充和混合策略4类方法。

(1)自顶向下

首先定义全局概念结构的框架,然后逐步细化,如图2．1(a)所示。2.1概念设计基本方法 概念设计结构通常有自顶向下、自底5概念设计基本方法

(2)自底向上

首先定义各局部应用的概念结构,然后将它们集成起来,得到全局概念结构,如图2．1(b)所示。概念设计基本方法 (2)自底向上6概念设计基本方法

(3)逐步扩充

首先定义最重要的核心概念结构,然后向外扩充,以滚雪球的方式逐步生成其他概念结构,直至形成总体概念结构,如图2．1(c)所示。概念设计基本方法 (3)逐步扩充7概念设计基本方法

(4)混合策略

混合策略是将上述3种方法与实际情况结合起来使用,用自顶向下策略设计一个全局概念结构的框架,再以它为骨架集成自底向上策略中设计的各个局部新概念结构。

通常,当数据库系统不是特别复杂,且很容易掌握全局时,可以采用自顶向下策略;当数据库系统十分庞大,且结构复杂时,很难一次性掌握全局,这时一般采用自底向上策略;当时间紧迫,需要快速建立起一个数据库系统时,可以采用逐步扩张策略,但是该策略容易产生负面效果,所以要慎用。概念设计基本方法 (4)混合策略82.2局部概念模型设计

数据库概念设计的过程主要有以下两个阶段:

第一阶段:划分用户组,建立面向特定用户(组)的局部数据模式,即局部视图。

第二阶段:将所有的局部视图集成一个全局的数据模式,即全局视图。

局部视图的设计是从划分用户组开始,然后对每一个用户组建立一个局部视图。该视图是由实体、实体的属性、实体的主键和实体间的联系组成,具体步骤如下:

①确定局部视图的设计范围。

②确定实体及视图的属性。

③定义实体间的联系。

④给实体和联系加上描述属性。2.2局部概念模型设计 数据库概念设计的过程主要有以下两92.2.1局部视图设计范围 在用户需求分析阶段,已对整个系统的多层数据流图进行了描述。设计局部视图时,首先需要根据系统的具体情况,在多层的数据流图中选择一个适当层次的数据流图,让这组图中每个部分对应一个局部应用,然后以这个层次的数据流图为出发点设计局部视图。 设计局部视图时,通常以中间层数据流图作为设计局部视图的依据。 确定局部视图设计范围时,应注意以下两点: ①一个局部视图内应包含关系最密切的若干功能域所涉及的数据。 ②一个局部视图范围内的实体数不应过多、过于复杂,这样不便于理解和管理。2.2.1局部视图设计范围 在用户需求分析阶段,已对整102.2.2实体及主键 确定了局部视图的设计范围后,接着需进一步确定局部应用范围内的所有实体以及实体的主键。 (1)实体 实体是指现实世界中抽象出来的一组具有某些共同特性和行为的对象。数据流图和数据字典中的分析结果是确定实体、属性及实体关键字的最重要的参考。在实际的设计中应注意,实体和属性是相对而言的。属性和实体之间可以给出两大准则。 ①作为“属性”,不能再具有需要描述的性质。“属性”必须是不可分的数据项,不能包含其他属性。 ②作为“属性”,不能与其他实体具有联系,即E-R图中所表示的联系是实体之间的联系。2.2.2实体及主键 确定了局部视图的设计范围后,接着11实体及主键 在现实世界中,有些实体对另一些实体有很强的依赖关系,即一个实体的存在必须以另一个实体的存在为前提。前者称为“弱实体”。例如,在学生信息管理系统中,学生家长的信息是以学生的存在为前提的,只有学生实体存在,家长实体才会存在。家长实体是弱实体,学生与家长的联系是一种依赖联系。在E-R图中用双线框表示弱实体,如图2．2所示。实体及主键 在现实世界中,有些实体对另一些实体有很强的依赖关12实体及主键 (2)主键 关系型数据库中的一条记录里有若干个属性,若其中某一个属性组能唯一标识一条记录,则该属性组就可以成为一个主键。 学生表(学号,姓名,性别,班级),每个学生的学号是唯一的,则学号是一个主键。 课程表(课程编号,课程名,学分),课程表中课程编号是唯一的,则课程编号是一个主键。 成绩表(学号,课程号,成绩),成绩表中单一一个属性无法唯一标识一条记录,学号和课程号的组合才可以唯一标识一条记录,所以学号和课程号的属性组是一个主键。实体及主键 (2)主键13实体及主键 成绩表中的学号不是成绩表的主键,但它和学生表中的学号相对应,并且学生表中的学号是学生表的主键,则称成绩表中的学号是学生表的外键。主键与外键的区别见表2．1。实体及主键 成绩表中的学号不是成绩表的主键,但它和学生表中的142.2.3实体间的联系及E-R模型 (1)实体间的联系 实体内部及实体集之间的相互关系称为联系。在现实世界中,事物之间常常有联系。例如,学生对课程的学习就是学生与课程之间的联系,而部门对员工的管理就是员工与部门之间的联系。 联系是关系数据库的最重要思想,它将若干离散的数据联系在一起,你可以通过一个实体查找到与它有关系的所有实体。 按照联系的度数,可以将联系分为一元联系、二元联系和多元联系。 ①一元联系:涉及单个实体的联系,即1个实体内部的联系,递归联系,自反联系。 ②二元联系:两个实体之间的联系,这种联系最为常见。 ③多元联系:涉及两个以上实体的联系。2.2.3实体间的联系及E-R模型 (1)实体间的15实体间的联系及E-R模型 映射基数也称为映射比例,指实体中的一个实例通过一个联系能同另一个实体相联系的实例数目。 按照映射基数,可以将联系分为一对一联系(1∶1)、一对多联系(1∶n)、多对多联系(m∶n),如图2．3所示。实体间的联系及E-R模型 映射基数也称为映射比例,指实体16实体间的联系及E-R模型 (2)E-R模型 概念模型的表示方法有很多,其中最为常用的是于1976年提出的实体-联系方法(Entity-RelationshipApproach),即E-R模型。它提供了表示实体类型、属性和联系的方法,用来描述现实世界的概念模型。它是描述现实世界关系概念模型的有效方法,是表示概念关系模型的一种方式。 用“矩形框”表示实体型,矩形框内写明实体名称;用“椭圆图框”表示实体的属性;用“菱形框”表示联系;用“无向边”将其与相应关系的“实体型”连接起来,如图2．4所示。实体间的联系及E-R模型 (2)E-R模型17实体间的联系及E-R模型 创建学生实体及属性和课程实体,分别如图2．5和图2．6所示。实体间的联系及E-R模型 创建学生实体及属性和课程实体,18实体间的联系及E-R模型 创建学生选课E-R图,如图2．7所示。 创建老师授课E-R图,如图2．8所示。实体间的联系及E-R模型 创建学生选课E-R图,如图19实体间的联系及E-R模型 创建局部E-R图的基本步骤如下: ①对需求进行分析,从而确定系统中所包含的实体; ②分析得出每个实体所具有的属性; ③找出每个实体的主键; ④确定实体之间的联系。实体间的联系及E-R模型 创建局部E-R图的基本步骤202.3全局概念模型设计 局部E-R图的设计从局部的需求出发,比开始就设计全局模式要简单得多。可通过局部E-R图的集成设计全局模式。需按照以下步骤来进行。 (1)确认局部E-R模型图中的对应关系相冲突 局部模型之间不可避免地存在有很多不一致的地方,称为冲突。常见的冲突有命名冲突、概念冲突、域冲突和约束冲突4种。 1)命名冲突 命名冲突有同名异义和同义异名两种。例如,“学生”和“课程”两个实体集在教务处的局部E-R图中,是指大学生和大学生的课程;在研究生院的局部E-R图中,是指研究生和研究生的课程,这属于同名异义。在教务处的局部E-R图中学生实体集有“何时入学”这一属性,在研究生院的局部E-R图中有“入学日期”这一属性,两者属于同义异名。2.3全局概念模型设计 局部E-R图的设计从局部的需21全局概念模型设计 2)概念冲突 同一个概念在一个局部E-R图中可能作为实体集,在另一个局部E-R图中可能作为属性或联系。例如,如果用户提出要求,选课也可以作为实体集,而不作为联系。 3)域冲突 相同的属性采用不同的度量单位,称为域冲突。相同的属性在不同的局部E-R图中有不同的域。例如,学号在一个局部E-R图中可能当作字符串,在另一个局部E-R图中则可能当作整数。 4)约束冲突 不同局部E-R图可能有不同的约束。例如,对于“选课”这个联系,大学生和研究生选课数量的最低和最高的限定可能不一样。全局概念模型设计 2)概念冲突22全局概念模型设计 (2)消除冗余,合并局部E-R图,形成全局模式 在合并局部E-R图时,可能存在冗余的数据和实体间冗余的联系。冗余信息的存在会影响数据库的完整性,给数据库的管理增加困难,应当予以消除。消除冗余的问题比较复杂,有些冗余信息虽对管理带来问题,但却对提高数据库的效率有好处。因此,