第7章 数据库设计和E-R模型

2021/5/11

7.1 设计步骤

需求分析

概念结构设计 ER图或者是设计数据字典

逻辑结构设计 把ER图转为逻辑模型

物理结构设计 把逻辑模型转为物理模型

数据库实施 写SQL代码

7.2 实体-联系模型

E-R模型的三个要素：实体集、联系集、属性

1. 实体(entity)：在现实世界中存在并且区别于其他对象的事物或对象，

   实体集(entity set)：相同类型即具有相同性质的实体集合，例如大学所有教师的集合instructor

2. 联系(relationship)：指多个实体间相互关联

   联系集(relationship set)：相同类型联系的集合

   多元联系集：相同的实体集可能会参与到多个联系集中

3. 实体属性：实体集中每个成员所拥有的描述性性质

   描述性属性：例如考虑instructor和student之间的联系集advisor，可以将属性date与该联系关联

​ E-R模型中的属性可以按照如下的属性类型来进行划分：

​ 简单/复合属性(simple/composite)：简单属性不能划分为更小的部分

​ 单值/多值属性(single/multivalued)：一个学生只能有一个student_id，但可以有多个tele_number

​ 派生属性(derived)：这类属性的值可以从别的相关属性或实体派生出来

4. 映射基数(mapping cardinality)：表示一个实体通过联系集可以相关联的实体的个数

   one-to-one：就任总统（总统，国家）

   one-to-many：分班情况（班级，学生）

   many-to-one：就医（病人，医生）

   many-to-many：选课（学生，课程）

5. 参与约束

   全部参与：实体集E中的每个实体都参与到联系集R的至少一个联系中

   部分参与：实体集E中只有部分实体参与到R的联系中

   例如：在图7.5(a)中，B在联系集是全部参与，A是部分参与

   例如：每个student都要联系至少一个instructor，但是一个instructor不是一定要指导一个学生

6. 联系集的主码结构依赖于联系集的映射函数：

   以instructor和student的联系集advisor举例

   one-to-one：由instructor和student两个候选码中的任意一个作为主码

   one-to-many：advisor的主码是student的主码

   many-to-one：advisor的主码是instructor的主码

   many-to-many：advisor的主码由instructor和student的并集组成
   
   

7.3 E-R图构建

1. 基本结构

   菱形：联系集

   矩形：集的属性

   线段：将实体集连接到联系集

   虚线：将联系集属性连接到联系集

   双线：显示实体在联系集中的参与度

   双菱形：代表连接到弱实体集的标志性联系集

2. 映射基数

   用双线表示

   用箭头表示

   

   用线段上的l…h标注，l表示最小的映射基数，h表示最大的映射基数

   

3. 复杂的属性

   复合属性有name，address，street

   其中street的子属性包括street_number, street_name, apt_number

   多重属性有{phone_number}

   派生属性age()

   

4. 角色

   实体的角色有时不止有一个

   在菱形和矩形间的连线上进行标注表示角色

   

5. 弱实体集

   弱实体集(week entity set)：实体集的所有属性都不足以形成主码

   强实体集(strong entity set)：具有主码的实体集

   标识性联系(identifying)：弱实体集必须与另一个称作标识或属主实体集的实体集关联才能有意义

   注意：强实体与弱实体的标识性联系联系只能是1：1或1：N，弱实体参与联系时应该是全部参与

   分辨符(discriminator)：区分弱实体集中的实体的方法

   弱实体集的主码由标识实体集的主码加上该弱实体集的分辨符构成

   弱实体集在E-R图中的表示：

   ​ 分辨符号用虚线下划线标明，而不是实线

   ​ 关联强弱实体集的联系集用双菱形表示

   ​ 弱实体与联系集之间画成双线边，联系集画指向强实体集的箭头

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6. 大学中的E-R图举例

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7.4 E-R图转化为关系模型

1. 具有简单属性的强实体集的表示

   指一对多中的多的实体集，强实体集的主码就是生成的模式的主码

   比如：图7-15 student( ID, name, tot_cred )

2. 具有复杂属性的强实体集的表示

   如果是复合属性，将该属性用它的子属性们替代了

   例如：图7-11 instructor( ID, first_name, middle_initial, last_name, street_number, street_name,apt_number, city, state, zip_code, date_of_birth )

   如果是多值属性，新构建一个关系，包含这个多值属性，和它对应所在的实体集或联系集的主码

   例如：图7-11 instructor_phone( ID, phone_number )

3. 弱实体集的表示

   主码由所依赖的强实体集的主码和弱实体集的分辨符组成

   例如：图7-15 section( course_id, sec_id, semester, year )

   级联删除：如果一个course实体被删除，那么所有与它相关联的section实体也被删除

4. 联系集的表示

   多对多的二元联系：该联系集属性自成一个关系，主码是参与实体集的主码的并集

   一对多的二元联系：联系集的属性归到多的一方，少的一方的主码也要加到多的一方

   一对一的二元联系：联系集的属性归到任意一方，另一方的主码也要加进去

   边上没有箭头的N元联系集：主码是所有实体集主码的并集

   边上有一个箭头的N元联系集：主码为不在箭头侧的实体集的主码

   

   模式的冗余

   一般连接弱实体集与其所依赖的强实体集的联系集的模式是冗余的，在E-R图中省略

   模式的合并

   多对一的联系集的和多的那一方可以合并，主码是多的那一方的主码，少的一方的主码也要加到多的一方

   

7.5 E-R设计问题

一个对象不能同时作为实体和属性

一个实体集不能与另一个实体集的属性相关联，只能实体与实体相关联

7.6 扩展的E-R属性

1. 特化(specialization)：在实体集内部进行分组的过程

   每个特化的实体都包括实体集的所有属性以及附加属性

   一个实体集可以根据多个可区分的特征进行特化，某个特定实体集可能同时属于多个特化集

   在E-R图中，特化用从特化实体指向另一方的空心箭头表示，成为ISA关系

   重叠特化(overlapping specialization)：一个实体属于多个特化实体集，分开使用两个箭头

   不相交特化(disjoin specialization)：至多属于一个特化实体集，使用一个箭头

2. 概化(generalization)：高层实体集与一个或多个底层实体集间的包含关系

   高层与低层实体集可以分别称作超类(superclass)和子类(subclass)

   在E-R图中对概化和特化的表示不作区分，区别在于出发点和总体目标

   特化从单一的实体集出发，通过创建不同的低层实体集，来强调同一实体集中不同实体间的差异性

   概化是在这些实体集的共性的基础上，将它们综合成一个高层实体集，强调相似性

   

3. 属性继承(attribute inheritance)

   低层实体集继承高层实体集的属性

   低层实体集继承高层实体集所参与的联系集

4. 聚集(agrregation)：是一种抽象，将联系视为高级实体

   例如：我们将联系集 proj_guide(instructor, student, project) 看成一个高级实体集，可以像对任何其他实体集一样来处理，就可以在proj_guide和evaluation之间创建一个二元联系eval_for

   

5. 概化上的约束

   不相交(disjoint)：一个实体至多属于一个低层实体集

   重叠(overlapping)：同一个实体可以同时属于一个概化中的多个低层实体集，比如某些雇员可以参加到多个工作组当中，因此是重叠的

   全部概化(total generalization)：每个高层实体必须属于一个低层实体集

   部分概化(partial generalization)：允许一些高层实体不属于任何低层实体集

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6. 转化为关系模式

   概化的表示

   为高层实体集创建一个模式，为每个低层实体集创建一个模式

   person( ID, name, street, city )

   employee( ID, salary )

   student( ID, tot_cred )

   如果概化是不相交且完全的，即如果不存在同时属于两个同级的低层实体集的实体，且如果高层实体集的任何实体也都是某个低层实体集的成员，可以不需要为高层实体集创建模式

   employee( ID, name, street, city, salary )

   student( ID, name, street, city, tot_cred )

   聚集的表示