1、第二章第二章 概念设计概念设计1 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2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。3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(En
2、tity-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: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。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。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。易于向关系、网状、层次等数据模型转换。4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。5(2)自底向上
3、 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。6(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。7(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
4、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。8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:确定局部视图的设计范围。确定实体及视图的属性。定义实体间的联系。给实体和联系加上描述属性。9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
5、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: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。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。10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
6、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。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。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。11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。12(2)主键 关系型数据库中的
7、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。13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。14(1)实体间的联系 实体内部
8、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。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。二元联系:两个实体之间的联系,这种联系最为常见。多元联系:涉及两个以上实体的联系。15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
9、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。16(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-Relationship Approach),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。17创建学生实体及属性
10、和课程实体,分别如图 2 5 和图 2 6 所示。18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。19创建局部 E-R 图的基本步骤如下:对需求进行分析,从而确定系统中所包含的实体;分析得出每个实体所具有的属性;找出每个实体的主键;确定实体之间的联系。20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
11、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。212)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
12、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。22(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,在设计数据 库的过程中,局部 E-R 图合并时,冗余信息的消除和存在要根据整体需求来确定,如图 2 9 所示23本章主要围绕概念模型的 E-R 模型进行详细讲解。涉及实体、属性、联系等概念,以及 局部 E-R 模型的创建、合成 E-R 模型等。要求学生掌握 E-R 模型的画法。24o本节到此结束！下次课见！25
