数据库系统基础教程(第2章)

1第2章实体-联系数据模型第2章实体－联系数据模型数据库建模与实现过程当构建一个数据库应用时，就是要以简单明确的方式描述所要解决问题的重要特征，说明数据库中需要存贮的信息，以及这些信息之间的关系。在数据库系统中，是以数据模型为工具来抽象、表示和处理现实世界的信息的。第2章实体－联系数据模型数据模型类型1.信息模型（概念模型）：实体-联系(E/R)模型，对象定义语言(ODL)模型，扩展标记语言(XML)等2.基本数据模型：层次模型，网状模型，关系模型等第2章实体－联系数据模型基本数据模型的三要素数据结构：数据及数据之间的关系。数据操作：对特定数据结构的操作。完整性约束：模型特有的约束及用户定义的约束。第2章实体－联系数据模型实体-联系模型一种传统且流行的方法，叫做“实体-联系”(E/R)模型。这种模型实际上是用矩形和箭头表示基本数据元素及其联系的图形。思想E/R设计关系模式关系DBMS第2章实体－联系数据模型对象定义语言ODL是用面向对象的术语说明描述数据库结构的标准语言。它是IDL(InterfaceDefinitionLanguage，接口定义语言)的扩展，又是COBAR(CommonObjectRequestBrokerArthitecture，公用对象请求代理程序体系结构)的一个组件，COBAR是正在制订的分布式面向对象计算的标准。ODL的主要用途是书写面向对象数据库的设计，进而将其直接转换成面向对象数据库管理系统(OODBMS)的说明。抽象ODLODL嵌入C++基于C++的OODBMSODL嵌入Smalltalk基于Smalltalk的OODBMS第2章实体－联系数据模型扩展标记语言扩展标记语言(XML)是基于标签的用于标记文档的符号，很像我们熟悉的HTML。XML是一个(万维网联盟)制定的标准，它在文档(文本文件)中实现了半结构。节点对应于文本的段，(有些)带标签的弧在XML中使用成对出现的标签来表示。第2章实体－联系数据模型层次模型用树型(层次)结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为层次模型。树的结点是记录类型，每个非根结点有且只有一个父结点。层次模型的特点是记录之间的联系通过指针来实现。层次模型的缺点：①表示关系复杂，用户不易掌握。②程序编写较复杂。PARTPROJECTP_SSUPPLIER第2章实体－联系数据模型网状模型用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为网状模型。网状模型的特点是记录之间联系通过指针实现。网状模型的缺点：①数据结构复杂。②程序编写复杂。PROJECTPARTSUPPLIERP_PP_S第2章实体－联系数据模型关系模型关系模型的主要特征是用二维表格表示实体集。关系模型数据结构简单，是由若干个关系模式组成的集合。第2章实体－联系数据模型2.1E/R模型的要素第2章实体－联系数据模型E/R模型要素数据库结构抽象表示的最常用模型是E/R模型。在E/R模型中，数据的结构被表示为“实体-联系”图，图中有三个主要的元素类型：⒈实体集⒉属性⒊联系第2章实体－联系数据模型实体集(entityset)实体(entity)是某个抽象事物，相似实体的集合形成实体集(entityset).E/R模型是个静态的概念，它只包括数据的结构而不包括数据的操作。因此，实体集中不会出现如何操纵数据的方法。实体集用来描述名称，用矩形表示。第2章实体－联系数据模型属性(attribute)属性是这个实体集中的实体所具有的性质。在本课程中所涉及的E/R模型，假定都是原子的值，如字符串，整数或实数。属性只描述名称，不描述类型，用椭圆表示。第2章实体－联系数据模型联系(relationship)联系(relationship)是两个或多个实体集间的连接。二元联系是目前为止最一般的联系类型，它联系两个实体集，E/R模型允许联系连接任意数目的实体集。联系通常需要描述名称，用菱形表示。第2章实体－联系数据模型实体-联系图MoviesStarsStudiosStarsinownstitleyearlengthfiletypenameaddressnameaddress第2章实体－联系数据模型E/R联系的多重性所谓多重性是指实体之间存在的一种定量的约束关系。本质上区分两种多重性：1：关联零个或一个实体，“最多一个”多：关联零个到多个实体，“能超过一个”第2章实体－联系数据模型E/R联系的多重性考虑实体集A到B的联系1对1：A的一个实体对应B的零个或一个实体且B的一个实体对应A的零个或一个实体。例如：系—系主任学生—图书证1对多：A的一个实体对应B的零个到多个实体而B的一个实体对应A的零个或一个实体。多对1是1对多的逆联系。例如：学生—系图书—分类人员—设备多对多：A到B是1对多且B到A也是1对多。例如：学生—课程图书—图书证电影—影星第2章实体－联系数据模型多重性之间的关系是什么？1对多是多对多的一种特例；多对多包含1对多的情形。1对1是1对多的一种特例；1对多包含1对1的情形。第2章实体－联系数据模型如何确定多重性？假设从实体集A到B有一个联系，如何确定B方的多重性？方法如下：先确定实体集A的一个实体，再判断所联系的实体集B中关联一个还是多个实体。例如：学生—系学生—课程第2章实体－联系数据模型E/R模型中如何表示多重性？有箭头所指的实体集为1。无箭头所连接的实体集为多。思考题：银行客户与储蓄帐号之间联系的多重性。属于学生系第2章实体－联系数据模型多重性有何意义？最基本的定量关系。决定数据库的基本结构。第2章实体－联系数据模型多元联系一个联系涉及两个以上的实体集，该联系就是多元联系。较常见的是三元联系。ContractsStarsMoviesStudios一个联系可表示为一个三元组：(studio,star,movie)第2章实体－联系数据模型三元联系中的多重性是如何确定的？在实体集A和B中先分别确定一个实体，判断联系的C的实体是一个还是多个。思考题：⑴图书馆中“读者”、“书籍”和“管理员”之间的联系。⑵学校教务管理中“学生”、“教师”和“课程”之间的联系。⑶工程项目管理的供应关系中“供应商”、“工程”和“零件”之间的联系。第2章实体－联系数据模型联系中的角色在一种联系中，一个实体相对于被关联的其它实体的职责。当两个不同实体集之间建立一种联系时，假定双方实体集的名称可表示各自的角色。当一个实体集自身存在某种联系时，就需要确定联系的双方所扮演的不同角色。第2章实体－联系数据模型联系中的角色电影之间的首集与续集联系Sequel-ofMoviesSequelOriginal思考题：⑴公司雇员之间的管理关系(superior—inferior)。⑵零部件之间的装配关系。第2章实体－联系数据模型联系中的角色有时候，在一个联系中，一个实体集可能多次出现。同一实体集中的多个实体在一个联系中表示不同的语义。ContractsStarsMoviesStudiosStudioofstarProducingstudio第2章实体－联系数据模型两个实体集之间是否会有多种联系？思考题：设备—工人之间的维修关系与使用关系。AsheaderDepartmentSalesmanWorksfornamedeptidempididnonamegenderphonebirthday第2章实体－联系数据模型联系中的属性为何联系也有属性？除了实体集可定义属性之外，联系也可定义属性来扩展语义。ContractsMoviesStarsStudiostitlelengthyearfilmTypenameaddressnameaddresssalary第2章实体－联系数据模型把多元联系转换为二元联系为何要转换？简化模型，方便设计和实现。如何把多元联系转换到二元联系，而不丢失信息？以三元联系为例，①把三元联系表示为一个实体集，称为连接实体集；②确定连接实体集的属性；③分别建立该实体集到三个原实体集的多对1的二元联系。连接实体集是什么？一种特殊的实体集，可等价表示一个联系。通常有属性。第2章实体－联系数据模型把多元联系转换为二元联系Star-ofStarsMoviesMovie-ofContractsStudioStudioofstarProducingstudioSigndateSalary第2章实体－联系数据模型何时需要转换？①多元联系；②多对多联系；③有属性的联系。思考题：⑴将学生与课程之间的选修联系用连接实体集表示。⑵以下表示是否等价：图书借阅学生教师图书借阅学生教师借阅第2章实体－联系数据模型E/R图中的子类一个实体集中含有一些实体，这些实体拥有集合中其他成员没有的特性。我们通常就会定义一些特殊的实体集，称之谓子类。每个子类有它自己的特殊的属性和/或联系。子类是面向对象的概念在E/R图中的体现。在E/R模型中虽然有表示方法，但不能解决普遍的复杂性问题。我们用isa的联系连接实体集和它的子类。超类子类整体特征继承附加特征第2章实体－联系数据模型E/R图中的子类例：职工—采购员—保管员职工采购员Isa保管员Isa注意：1超类与子类之间是1:1联系2子类具有（继承）超类的一切属性及联系3仅与子类相关的属性及联系标于子类框上第2章实体－联系数据模型E/R图中的子类例电影、卡通片与谋杀片MoviesCartoonsisaMurder-MysteriesisaweaponVoicestoStarslengthtitleyearfilmType第2章实体－联系数据模型2.2设计原则第2章实体－联系数据模型设计原则什么是设计原则？指导我们分析需求，设计解决方案的准则。为何需要设计原则？为了真实全面反应客观需求，以得到良好的设计，且避免常见问题。第2章实体－联系数据模型真实性真实性原则是什么？⑴忠实反映需求规范。实体集、联系和属性应反映客观的实际情况。⑵这是最基本的原则。在设计中应注意保持一致性，不自相矛盾。⑶若违背此原则，将会得到无效甚至有害的设计。第2章实体－联系数据模型避免冗余避免冗余原则是什么？⑴对任何事物的任何性质的描述，都仅描述一次。⑵注意避免：重复的表示，二次数据，冗余的联系。可能的问题：空间浪费；维护一致性的代价。思考题：人事档案中每个人有身份证号、性别、出生日期、年龄等属性。有多余属性吗？第2章实体－联系数据模型简单性简单性原则是什么？避免引入多余的元素。MoviesRepresentsHoldingsStudioOwnsHoldings表示一部电影的所有权。如果没有属性的话，则是多余的实体集。可能引起的问题：多余实体集必然导致多余的联系，空间浪费；计算复杂；易出错。要点：对1对1的联系要仔细研究是否多余。第2章实体－联系数据模型选择正确的联系为什么选择正确的联系？如不正确选择联系，由于将可能的联系都加到设计中，则⑴导致冗余。⑵使得数据库可能需要更多的空间来存储冗余元素。⑶修改数据库会更复杂。第2章实体－联系数据模型选择正确的联系Works-forStarsMoviesStars-inStudioOwns第2章实体－联系数据模型选择合适的元素类型“合适”是什么原则？相对的合理；更自然；更简单；更贴近需求。1.是选择属性，还是实体集？例：考虑Studios。如果设计中只要求Studios的名称，不要求其它属性，如地址、总裁等，是否可作为Movies的一个属性，而无需一个实体集。第2章实体－联系数据模型选择合适的元素类型建议：若某事物具有除名称之外的更多信息，则应建模为一个实体集；否则应为属性。属性比实体集或联系实现起来更简单。此外，在E/R模型中，每个实体所具有的属性值应该是单值的，因此，若某个属性是多值的，通常需要将之建模为实体集。思考题：⑴人事档案中每个人除有姓名、身份证号之外，若需多个住址和多个宅电号码，应如何建模？⑵住址和宅电号码之间是否可能有联系？第2章实体－联系数据模型选择合适的元素类型2.是选择一个多元