数据库设计之概念设计 课件

数据库设计概念设计概念设计逻辑设计物理设计客观事物用户要求概念结构关系，网状，层次数据模型DBMS数据管理系统（语义和结构）强调语义描述强调结构描述现实世界信息世界机器世界抽象推理实现数据库设计一般过程收集信息标识实体标识实体的属性标识实体之间的关系现实世界概念模型物理数据库ER模型向关系转化关系规范化，优化物理数据库设计概念设计概念结构设计概述概念结构设计的方法与步骤数据抽象与局部视图设计视图的集成概念结构设计概述概念结构设计就是将现实事物以不依赖于任何数据模型的方式加以描述，目的在于以符号化的形式正确地反映现实事物及事物与事物间的联系。

概念结构设计概述概念数据模型的含义用于信息世界（现实世界在人脑中的反映）的建模，是现实世界到信息世界的第一次抽象，是数据库设计人员进行数据库设计的有力工具，也是设计人员和用户之间交流的语言。概念数据模型的表示方法实体联系图(ER图):用于描述信息世界的概念数据模型。它通过画图将实体以及实体间的联系刻画出来，为客观事物建立概念数据模型。概念结构设计概述概念结构设计的特点：

(1)能真实、充分地反映现实世界。概念结构独立于数据库逻辑结构，也独立于支持数据库的DBMS,不受其约束

(2)易于理解。是现实世界的一个真实模型，易于理解，便于和不熟悉计算机的用户交换意见，使用用于易于参与

(3)易于更改。是现实世界与机器世界的中介，一方面能够充分反映现实世界，包包括实体和实体之间的联系，同时又易于向关系、网状，层次等各种数据模型转换。

(4)当现实世界需求改变时，概念结构又可以很容易地作相应调整。因此概念结构设计是事个数据库设计的关键所在。E-R图E-R图(Entity-RelationshipDiagram)最早由P.P.S.Chen于1976提出是对现实世界事物的符号化描述，为计算机处理做准备是信息世界建模的常用工具E-R图实体是现实世界中任何可以被认识、区分的事物。实体可以是人或物，可以是实际的对象，也可以是抽象的概念（如事物之间的联系）在学校：学生、课程、教师、选课、班委等；某企业集团：工厂、职工、产品等属性实体所具有的特性。一个实体可以有若干属性来描述。学生的属性：学号、姓名、年龄、性别、系、专业等；产品的属性：产品编号、产品名、规格等E-R图联系的种类：一对一联系(1:1)：实体集A中的任一实体，在实体集B中最多有一个实体和它对应；反之，实体集B中的任一实体，在实体集A中最多有一个实体和它对应。a1

a2

a3

a4

b1

b2

b3

b4

A

B

E-R图联系的种类：一对多联系(1:N)：实体集A中的任一实体，在实体集B中有多个实体和它对应；反之，实体集B中的任一实体，在实体集A中最多有一个实体和它对应。a1

a2

a3

b1

b2

b3

b4

b5

A

B

a1

a2

a3

b1

b2

b3

b4

b5

A

B

E-R图联系的种类：多对多联系(M:N)：实体集A中的任一实体，在实体集B中有多个实体和它对应；反之，实体集B中的任一实体，在实体集A中有多个实体和它对应。a1

a2

a3

a4

b1

b2

b3

b4

A

B

E-R图用E-R图建立概念模型实体的表示：属性的表示：最后用无向边将其与相应的实体连接起来实体名属性名学生学号年龄性别姓名E-R图联系的表示：实体联系图示例联系名11联系名1n联系名mn课程选修学生mnm:n联系班级组成学生1n1:n联系班级管理班长111:1联系E-R图两个以上不同实体集之间的联系：课程讲授教师1m多个实体型间的1:n联系参考书n食堂进餐教师mm多个实体型两两间的m:n联系学生n吃饭教-学mnnE-R图同一实体集内部实体间的联系：职工领导1n同一实体型内部的1:n联系学生室友mn同一实体型内部的m:n联系E-R图完整的E-R图（实体、属性和联系都要完整）课程选修学生mn成绩姓名性别年龄班级课程号学号学分课程名学生选课E-R图E-R图完整的E-R图零件管理库存管理供应商供应商号姓名地址电话账号仓库仓库号面积电话工作职工职工号姓名年龄职称供应项目零件供应量项目号预算开工日期零件号名称规格单价描述库存库存量领导m1nnpmn1n工厂物资管理E-R图人事管理E-R图超类与子类学生本科生研究生超类子类概念结构设计概念结构设计概述概念结构设计的方法与步骤数据抽象与局部视图设计视图的集成方法与步骤概念结构设计的四种策略：(1)自顶向下：即首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化。方法与步骤(2)自底向上：即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。方法与步骤(3)逐步扩张：即首先确定核心业务的概念结构，然后以此为中向外扩张，以滚雪球的方式实现逐步生成其他概念结构，最终实现全局概念结构。方法与步骤(3)混合策略：即将自顶向下和自底向上两种策略结合使用，首先确定全局框架，划分为若干个局部概念模型，再采取自底向上的策略实现各局部概念模型，加以合并实现全局概念模型。实际应用中这些策略并没有严格的限定，可以根据具体业务的特点选择，如对于组织机构管理，因其固有的层次结构，可采用自顶向下的策略；对于已实现计算机管理的业务，通常可以以此为核心，采取逐步扩张的策略。

概念结构设计概念结构设计概述概念结构设计的方法与步骤数据抽象与局部视图设计视图的集成数据抽象概念结构是对现实世界的一种抽象从实际的人、物、事和概念中抽取所关心的共同特性，忽略非本质的细节把这些特性用各种概念精确地加以描述这些概念组成了某种模型数据抽象对现实事物抽象认识的方法分为以下三种：(1)分类(ismemberof)：对现实世界的事物，按照其具有的共同特征和行为，定义一种类型。这在现实生活中很常见的，如学校中的学生和教师就属于不同的类型。在某一类型中，个体是类型的一个成员或实例，即“ismemberof”，如李娜是学生类型中的一个成员。(2)聚集(ispartof)：定义某一类型所具有的属性。如学生类型具有学号、姓名、性别、班级等共同属性，每一个学生都是这一类型中的个体，通过在这些属性上的不同取值来区分。各个属性是所属类型的一个成份，即“ispartof”，如姓名是学生类型的一个成份。(3)概括(issubsetof)：由一种已知类型定义新的类型。如由学生类型定义研究生类型，在学生类型的属性上增加导师等其它属性就构成研究生类型。通常把已知类型称为超类（Superclass），新定义的类型称为子类（Subclass）。子类是超类的一个子集，即“issubsetof”，如研究生是学生的一个子集。分类（共同特征）学生张三李四王五聚集（组成）学生学号姓名性别年龄概括（包括）学生专科生本科生研究生进修生局部视图设计通常以中层数据流图作为设计分E-R图的依据。原因：高层数据流图只能反映系统的概貌中层数据流图能较好地反映系统中各局部应用的子系统组成低层数据流图过细设计分E-R图的步骤（1）需求分析在需求分析阶段，通过对应用环境和要求进行详尽的调查分析，描述了整个系统，作为设计分E-R图的依据。（2）逐步设计分ER图逐一设计分ER图1.确定局部应用中的实体;2.实体的属性、标识实体的键;3.确定实体之间的联系及其类型（1：1，1:n,m:n）如何区分实体和属性实体与属性是相对而言的。同一事物，在一种应用环境中作为“属性”，在另一种应用环境中就可能作为“实体”。 例：学校中的系，在某种应用环境中，它只是作为“学生”实体的一个属性，表明一个学生属于哪个系；而在另一种环境中，由于需要考虑一个系的系主任、教师人数、学生人数、办公地点等，这时它就需要作为实体了。确定实体与属性的两条准则：(1)属性是不可再分的数据项，属性不可以再有属性；(2)属性不能与其他实体发生联系，联系只能存在于实体与实体之间。符合上述两条特性的事物一般作为属性对待。为了简化E-R图的处置，现实世界中的事物凡能够作为属性对待的，应尽量作为属性。例1：“学生”由学号、姓名等属性进一步描述，根据准则１，“学生”只能作为实体，不能作为属性。例2：职称通常作为教师实体的属性，但在涉及住房分配时，由于分房与职称有关，也就是说职称与住房实体之间有联系，根据准则２，这时把职称作为实体来处理会更合适些。教师教工号姓名年龄职称教师教工号姓名年龄职称职称名工资住房福利聘任例：建立学生信息管理ER图学生信息管理子模块功能（1）学生信息的增、删、改、查功能（2）学生选课功能（3）学生查询成绩设计分E-R图的步骤第一步：确定现实系统可能包含的实体从需求上看可以设定实体有学生、课程第二步：确定每个实体的属性，特别要注明每个实体的码学生：学号、姓名、性别、出生日期、籍贯、专业课程：课程号、课程名、学时数、学分第三步：确定实体之间可能有的联系，并结合实际情况给每个联系命名学生课程选修第四步：画ER图，建立概念模型，完成现实世界到信息世界的第一次抽象。方法：(1)用长方形表示实体，在框内写上实体名(2)用椭圆表示实体的属性，并用无向边把实体与其属性连接起来。学生学号姓名性别出生日期课程课程号课程名学时学分专业(3)用菱形表示实体之间的联系，菱形内写上联系名。用无向边把菱形与有关的实体连接，在无向边旁标上联系的类型。若实体之间的联系也有属性（实体以外的属性），则把属性和菱形也用无向边连接起来。课程选修学生mn成绩姓名性别出生日期课程号学号学分课程名学时专业若实体的属性太多，可简化ER图。可在ER图中只画实体间的联系学生课程选修mn成绩学生学号姓名性别出生日期专业课程课程号课程名学时学分班号而实体及属性用另一个图表示一个学籍管理系统的例子学籍管理局部ER图课程管理局部ER图概念结构设计概述概念结构设计的方法与步骤数据抽象与局部视图设计视图的集成视图的集成 局部的E-R图又称为局部视图，将多个局部E-R图合并成一张完整的E-R图的过程称为视图集成。视图集成的方法： 选择两个具有相同实体的E-R图，通过相同实体将它们连结起来构成一个E-R图。如此重复，直到将所有的局部E-R图全部连结成一个E-R图，这称为全局E-R图。教师教工号姓名职称课程授课mn课程号课程名学分教师编号姓名职称m学生学号姓名性别出生日期成绩学习课程n课程号课程名学分mn授课学生姓名性别出生日期m成绩课程学习n课程号课程名学分学号视图集成的作用：一方面可以完整地描述企业的信息及其联系，另一方面在集成过程中可以解决冲突和消除冗余。

分E-R图之间的三类冲突：属性冲突：命名冲突：结构冲突：

(1)属性冲突：同一属性可能会存在于不同的分E-R图，由于设计人员不同或是出发点不同，对属性的类型、取值范围、数据单位等可能会不一致，这些属性对应的数据将来只能以一种形式在计算机中存储，这就需要在设计阶段进行统一。

属性域冲突：属性值的类型、取值范围或取值集合不同。 例1，由于学号是数字，因此某些部门（即局部应用）将学号定义为整数形式，而由于学号不用参与运算，因此另一些部门（即局部应用）将学号定义为字符型形式。 例2，某些部门（即局部应用）以出生日期形式表示学生的年龄，而另一些部门（即局部应用）用整数形式表示学生的年龄。属性取值单位冲突。 例：学生的身高，有的以米为单位，有的以厘米为单位，有的以尺为单位。

(2)命名冲突：

相同意义的属性，在不同的分E-R图上有着不同的命名，或是名称相同的属性在不同的分E-R图中代表着不同的意义，这些也要进行统一。同名异义：不同意义的对象在不同的局部应用中具有相同的名字例，局部应用A中将教室称为房间局部应用B中将学生宿舍称为房间异名同义（一义多名）：同一意义的对象在不同的局部应用中具有不同的名字例，有的部门把教科书称为课本有的部门则把教科书称为教材(3)结构冲突：同一实体在不同的分E-R图中有不同的属性，同一对象在某一分E-R图中被抽象为实体而在另一分E-R图中又被抽象为属性，需要统一。产生原因：不同的局部应用关心的是该实体的不同侧面。解决方法：使该实体的属性取各分E-R图中属性的并集，再适当设计属性的次序。学生学号

姓名性别平均成绩(a)在局部应用A中学生学号

姓名出生日期年级所在系(b)在局部应用B中学生学号

姓名

政治面貌(c)在局部应用C中学生

政治面貌

学号出生日期年级所在系平均成绩姓名性别(d)合并后生成学校管理系统整理ER图解决冲突后的ER图冗余冗余的数据是指可由基本数据导出的数据， 冗余的联系是指可由其他联系导出的联系。冗余数据和冗余联系容易破坏数据库的完整性，给数据库维护增加困难并不是所有的冗余数据与冗余联系都必须加以消除，有时为了提高某些应用的效率，不得不以冗余信息作为代价。设计数据库概念结构时，哪些冗余信息必须消除，哪些冗余信息允许存在，需要根据用户的整体需求来确定。消除不必要的冗余后的初步E-R图称为基本E-R图。概念结构设计概念结构设计总结：(1)概念结构设计是对企业信息的描述，建立在需求分析的基础上；(2)概念结构设计是对需求分析的数据(数据字典)依照业务处理流程(数据流图)抽象出事物之间的联系，以E-R图的形象加以描述；(3)概念结构设计是独立于具体DBMS的，信息世界的范畴，即只考虑正确体现事实世界中的事物及联系的描述，而不考虑如何存储这些信息；(4)概念结构设计所得到的E-R图应该得到用户的认可；(5)进行概念结构设计的同时进行的是系统的总体设计。教学活动建立商店顾客的ER图设有商店和顾客两个实体。“商店”有属性：商店编号、商店名、地址、电话“顾客”有属性：顾客编号、姓名、地址、年龄、性别。假设一个商店有多个顾客购物，一个顾客可以到多个商店购物，顾客每一次去商店购物有一个消费金额和日期。试画ER图，并注明属性和联系类型。建立步骤：确定实体类型及属性。本题已知有：商店、顾客。商店商店编号商店名地址电话顾客顾客编号姓名地址年龄性别建立步骤：确定实体类型及属性。确定联系类型及属性。“商店-顾客”的联系是m:n联系的属性有四项:顾客(编号)商店(编号)消费金额日期联系的名称：购物商店顾客日期购物消费金额mn建立步骤：确定实体类型及属性。确定联系类型及属性。把实体类型和联系类型组合成ER图。商店商店编号商店名地址电话日期购物消费金额顾客顾客编号姓名地址年龄性别案例分析一家建筑设计公司在3个城市都设有办事处。公司准备快速扩大规模，划分了10个部门，每个部门都有部门负责人。为了招聘合适的新员工，人事部门规划了7