数据库系统（四）---关系型数据库设计及E-R图.pdf

数据库系统（四） 数据库系统（四）---关系型数据库设计及 关系型数据库设计及E-R图 图 1、关系型数据库： 　　关系型数据库是⼀类采⽤关系模型作为逻辑数据模型的数据库系统，遵从数据库设计的基本步骤，包括：需求分析、概念结构设计、逻辑结构设 计、物理结构设计、数据库实施、数据库的运⾏和维护等阶段。 概念结构设计与逻辑结构设计是关系数据库整个设计过程的关键。 2、关系数据库设计过程与各级模式 　　在关系数据库设计的不同阶段，会形成数据库的各级模式。 　 1）需求分析阶段，综合各个⽤户的应⽤需求； 　 2）概念结构设计阶段，形成独⽴于机器特点、独⽴于各个关系数据库管理系统产品的概念模式； 　 3）逻辑结构设计阶段，将 E-R 图转换成具体的数据库产品⽀持的关系数据模型，形成数据库逻辑模式，然后根据⽤户处理的要求、安全性的考 虑，在基本表的基础上再建⽴必要的视图，形成数据的外模式； 　 4）物理结构的设计阶段，根据关系数据库管理系统的特点和处理的需要，进⾏物理存储安排，建⽴索引，形成数据库内模式。 3、 概念结构设计⽅法 　　关系数据库的概念结构设计通常采⽤⾃顶向下法，它通过两个步骤来完成概念设计，⾸先建⽴局部信息结构，然后将局部信息结构合成为全局信 息结构并优化，使⽤ E-R 图作为概念模型的描述⼯具。 1）局部信息结构设计 　　局部信息结构设计：根据需求分析报告中标明的不同⽤户视图范围所建⽴的满⾜该范围内⽤户需求的信息结构，称为局部信息结构。 　　局部信息结构设计的步骤包括：确定局部范围；选择实体；选择实体关键字； 确定实体间联系；确定实体的属性。 2）E-R 图的表⽰⽅法 　　概念结构设计就是将需求分析得到的⽤户需求抽象为信息结构的过程，通常使⽤ E-R 图来作为描述现实世界的建模⼯具。E-R 图提供了表⽰信息 世界中实体、属性和联系的⽅法。 　　1.实体型，⽤矩形表⽰，写明实体的名称； 　　2.属性，⽤椭圆形表⽰，并⽤⽆向边将其与其相应的实体连接起来。 　　3.联系，⽤菱形表⽰，写明联系的名称，⽤⽆向边分别与有关实体连接起来，同时在⽆向边旁标注联系的类型（1:1、1:N 或 M:N）,如果⼀个联系 具有属性， 则这些属性也要⽤⽆向边与该联系连接起来。 　　两个实体型之间、两个以上的实体型之间以及单个实体型内的联系，都会存在如下关系： ⼀对⼀联系（1:1） ⼀对多联系（1:N） 多对多联系 （M:N） 3）全局信息结构设计 　　全局信息结构设计是将上述步骤中产⽣的所有局部信息结构合并成为⼀个全局信息结构。 各局部 E-R 图之间的冲突主要表现在三个⽅⾯： 　　3.1）.属性冲突:属性域冲突和属性取值单位冲突。 　　3.2）.命名冲突：同名异义和异名同义。 　　3.3）.结构冲突： 　　　 同⼀对象在⼀个局部 E-R 图中作为实体，⽽在另⼀个 局部 E-R 图中作为属性； 　　　 同⼀实体在不同的 E-R 图中属性个数和类型不同； 　　　 实体之间的联系在不同的 E-R 图中是不同的类型。 　　eg： 　　【例】设有如下实体： 　　　　学⽣：学号，姓名，性别 　　　　课程：课程号，课程名，学分 　　　　班级：班号，班名， 　　　　其中，每个班有若⼲学⽣，每个学⽣只可以在—个班级学习；每个学⽣可选修多门课程，每门课程可被多个学⽣选修，学⽣选修课程要记录 成绩。 　　　1. 试画出反映上述实体关系的 E-R 图（不必画实体的属性）。 　　　　 　　　　注意：学⽣选修课程之后才能有成绩，故成绩是选修（联系）的属性。 4、逻辑结构设计⽅法 　　逻辑结构设计的任务是把在概念结构设计产⽣的概念模型转换为具体的 DBMS 所⽀持的逻辑数据模型，也就是导出特定的 DBMS 可以处理的数 据库逻辑结构。 通常包括三项⼯作：将 E-R 图转换为关系模型、对关系数据模型进⾏优化、设计⾯向⽤户的外模式。 1）E-R 图向关系模型的转换 遵循原则如下： 　　1. ⼀个实体型转换为⼀个关系模式。 　　2. ⼀个⼀对⼀联系可以转换为⼀个独⽴的关系模式。 　　3. ⼀个⼀对多联系可以转换为⼀个关系模式。 　　4. ⼀个多对多联系转换为⼀个关系模式。 　　5. 具有相同码的关系模式可合并。 　eg： 　　使⽤3中的⽰例，将E-R图转化为关系模式，并说明主外键 　 （1）⼀个实体型对应⼀个关系模式： 　　 R学⽣（学号，姓名，性别） 　　　　R课程（课程号，课程名，学分） 　　　　R班级（班号，班名） （2）⼀个⼀对多联系可转化为⼀个关系模式（中间表） 　　　　R属于（学号、班号）外键 学号 和 班号 　 （3）⼀个多对多联系可转化为⼀个关系模式（中间表） 　　　　R选修（学号、课程号、成绩）外键 学号 和 课程号 　 （4）R学⽣和R属于可合并成⼀张表 　　　 关系型数据库设计是数据库系统设计的核心部分，遵循一系列步骤，包括需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施以及运行和维护。本文档主要关注关系型数据库设计中的概念结构设计和逻辑结构设计，特别是如何利用E-R图进行设计。 1. **关系型数据库**：关系型数据库采用关系模型，它由一组遵循特定规则的二维表格组成，这些规则基于Codd的12条范式。设计过程包括需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计等阶段，其中概念设计和逻辑设计最为关键。 2. **设计过程与各级模式**： - **需求分析**：了解用户需求，定义数据库需包含的信息。 - **概念结构设计**：创建独立于特定DBMS和硬件的概念模式，通常用E-R图表示。 - **逻辑结构设计**：将E-R图转换为具体DBMS支持的关系数据模型，形成逻辑模式，可添加视图满足特定用户需求。 - **物理结构设计**：考虑数据库在硬件上的存储安排，如索引设计，形成内模式。 3. **概念结构设计方法**： - **局部信息结构设计**：针对不同用户视图设计满足需求的局部信息结构，包括确定实体、属性和联系。 - **E-R图表示方法**：用矩形表示实体，椭圆表示属性，菱形表示联系，通过无向边连接，标识联系类型（1:1, 1:N, M:N）。 - **全局信息结构设计**：整合所有局部信息结构，解决属性冲突、命名冲突和结构冲突，形成全局信息结构。 4. **逻辑结构设计方法**： - **E-R图到关系模型的转换**：遵循转换原则，将实体型、一对一、一对多和多对多联系转换为关系模式，合并相同码的关系模式。 - **实例分析**：例如，学生、课程和班级的实体，通过E-R图表示，然后转化为关系模式，如R学生（学号，姓名，性别），R课程（课程号，课程名，学分），R班级（班号，班名），以及中间表R属于（学号，班号）和R选修（学号，课程号，成绩）。 在设计过程中，E-R图作为概念建模工具，帮助设计师将用户需求抽象为信息结构。通过E-R图，可以清晰地表示实体间的各种关系，从而为后续的逻辑和物理设计奠定基础。转换为关系模型后，每个实体类型成为一个关系，联系则通过关系模式表示，用主键和外键确保数据的一致性和完整性。在实际应用中，这样的设计方法有助于构建高效、稳定的数据库系统。