02120数据库及其应用2016年版第03章

主编张迎新出版社机械工业出版社第三章概念模型设计第三章概念模型设计学习目的：1、了解数据库设计的步骤2、熟练掌握E-R模型的概念和设计方法3、熟练掌握E-R模型转换成关系数据模型的规则4、能够根据简单的业务规则设计E-R模型，并转换成关系模型。第三章概念模型第一节数据库设计概述第二节实体—联系模型第三节E-R模型转换成关系模型第四节数据库设计应用实例第一节数据库设计概述数据库是MIS（管理信息系统）、DSS（决策支持系统）、ECS（电子商务系统）的基础和重要组成部分。数据库设计师指对一个给定的应用环境，构成（设计）最优的数据库模型。然后据此建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需要。数据库设计的优劣将直接影响信息系统的质量和运行效果，设计一个结构优化的数据库是对数据进行有效管理的前提和产生正确信息的保证。一、数据库设计方法二、数据库设计的基本步骤一、数据库设计方法由于现实世界信息结构复杂、应用环境千变万化，人们努力探索数据库设计的方法和规范，这些方法都各有所长。新奥尔良（NewOrleans）方法基于3NF的设计方法实体—联系模型方法面向对象的数据库设计方法新奥尔良（NewOrleans）方法将数据库设计分为需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计4个阶段和步骤。在每一个设计阶段使用一些辅助设计工具。如数据流程图、业务流程图等。运用软件工程的思想，是一种规范的设计方法。基于3NF（第三范式）的设计方法基于关系的规范化理论进行数据库设计。在第二章第五节一经详细介绍。实体—联系（E-R）模型方法这种方法将客观事物抽象为实体。事物之间的联系抽象为实体之间的联系，称为实体—联系模型（E-R模型）。用E-R模型描述现实世界复杂的事物及其联系。E-R模型是一种成熟和较为常用的数据库设计方法。面向对象（ObjectOriented,OO）的数据库设计方法这种方法采用面向对象的概念，构造对象模型，再将对象模型转换为数据库结构。目前，面向对象的数据库管理系统尚无横竖的产品。二、数据库设计的基本步骤按照规范的数据库设计方法和数据库建设任务，将数据库设计步骤分为6个阶段，如图3-1所示。实际上，数据库设计师一个不断反复，逐步完善的过程。简要说明各个阶段步骤的主要任务。1、需求分析阶段2、概念结构设计3、逻辑结构设计4、物理结构设计5、数据库实施6、数据库运行与维护第二节实体—联系模型（E-R模型）数据的三个范畴数据需要人们的认识、理解、整理、规范和加工，然后才能存放到数据库中。也就是说数据从现实生活进入到数据库实际经历了若干个阶段。一般分为三个阶段，即现实世界阶段、信息世界阶段和机器世界阶段，也称为数据的三个范畴。现实世界信息世界概念模型机器世界DBMS支持的数据模型认识抽象转换机器世界和信息世界术语的对应关系:信息世界机器世界实体……………记录属性……………字段（数据项）实体集…………文件码………………码信息世界机器世界现实世界E-R图基本元素和表示方法E-R图提供了表示实体集、属性和联系的方法，在E-R图中：(1)实体集：用矩形表示，矩形框内写明实体名。(2)属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体集连接起来。(3)联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体集连接起来，同时在无向边上表明联系的类型(1:1，1:n或m:n)。如果联系具有属性，则该属性仍用椭圆框表示，仍需要用无向边将属性与对应的联系连接起来。一、E-R模型的基本概念实体-联系模型涉及的基本概念如下。1、实体实体是现实世界中客观存在并可相互区别的事物。实体可以是具体的人、事、物，也可以是抽象的概念或联系。例如一个员工、一个部门、物资设备等等都是实体。2、实体集实体集是具有相同特征或能用同样特征描述的实体集合。例如，某个单位的所有员工的集合可被定义为实体集Employee。组成实体集的各实体称为实体集的外延，例如某单位所有员工称为实体集Employee的外延。3、属性实体所具有的某一特性称为属性。将一个属性赋予某实体集，则表明该实体集中每个实体都有相似信息，但每个实体在自己的每个属性上都有各自的值。例如，实体集员工可能具有EmployeeID、EmployeeName属性，对于某个特定的Employee实体，它的EmployeeID为20100012，EmployeeName为Jack。再例如，客户有客户编号、客户名称、客户地址、联系电话等属性。在E-R图中，属性用椭圆框表示，如图3-2.4、键（关键字）键是能够唯一标识一个实体的属性或属性组。例如，在客户实体集中，每一个客户都有唯一的客户编号，客户编号是客户实体集的键。在E-R图中，键的属性加下划线。6、联系的类型两个实体间的联系集可分为3种：一对一联系(1:1)如果对于实体集A至多和实体集B中的一个实体有联系，反之亦然，则称实体集A和实体集B具有一对一联系，记为1:1.一对多联系(1:n)如果实体集A中每个实体与实体集B中任意多个（含零个或多个）实体有联系，而实体集B中每个实体至多与实体集A中一个实体有联系，就称实体集A和实体集B具有一对多联系，记为1:n。多对多联系(m:n)如果实体集A中每个实体与实体集B中任意多个（含零个或多个）实体有联系，而实体集B中每个实体与实体集A中任意多个（含零个或多个）个实体有联系，就称实体集A和实体集B具有多对多联系，记为m:n。例：假设每个部门只能有一个负责人，每个负责人只能负责一个部门，则部门与负责人这两个实体之间是一对一(1:1)的联系。每个部门可能有多个员工，而每个员工只能属于一个部门，则部门实体集Depart和员工实体集Employee之间是一对多(1:n)联系。一个工程项目可能需要多个员工参与，而每个员工还可以参与其它项目，则工程项目与员工之间就是多对多(m:n)联系。两个以上实体型之间也存在一对一、一对多、多对多的联系。例：学生选课系统中，有教师、学生、课程三个实体，并且有语义：同样一门课程可能同时有几位教师开设，而每位教师都可能开设几门课，学生可以在选课的同时选择教师。二、E-R模型的示例教材P61例3.4假设盛达公司的业务管理中，使用客户、商品和订单3种表格，如图3-10所示，根据图中的示例，分析实体集及实体集之间的联系，并画出E-R图。【例1】某电力公司的配电物资存放在仓库中，假设一个仓库可以存放多种物资，一种配电物资只能存放在一个仓库中；一个配电抢修工程可能需要多种配电物资，一种配电物资可以应用到多个抢修工程中。仓库包含仓库编号、仓库名称仓库面积等属性，配电物资包含物资编号、物资名称、单价、规格、数量等属性，抢修工程包含工程编号、工程名称、工程开始日期、工程结束日期、工程状态（工程是否完工）等属性，某一抢修工程领取某配电物资时，必须标明领取数量、领取日期、领取部门。【例2】某工厂有若干车间及仓库，一个车间可以生产多种零件，每种零件只能在一个车间生产，一种零件可以组装在不同产品中，一种产品需要多种零件，每种零件和产品都只能存放在一个仓库中；车间有工人，工人有家属。各实体的属性为：车间：车间号、车间主任姓名、地址和电话；工人：工号、姓名、年龄、性别、工种；工厂：工厂名、厂长名；产品：产品号、产品名、价格；零件：零件号、零件规格、价格；仓库：仓库号、仓库负责人、电话；家属：姓名、亲属关系。【例3】某学校有若干名教师和学生，并且教师和学生不能跨系；每个教师可以教授若干门课程，每门课程只能由一个教师任课；每个学生可以同时选修多门课程。请设计某学校的教学管理的E-R模型。其中实体有：系、教师、学生、课程。系属性有：系编号、系名、系主任。教师属性有：教师编号、教师姓名、职称。学生属性有：学号、姓名、性别、班号。课程属性有：课程编号、课程名、学分。答：E-R模型如下：系学生课程教师系编号系主任系名教师编号职称教师姓名学号性别姓名课程号学分课程名选修从属任课从属1mmnm1m1班号学时成绩第三节E-R模型转换成关系模型一、将E-R模型转换成关系模型在E-R模型向关系模型的变换中，实体集和联系的转换规则如下：1)实体集每一个实体集转换成一个表，其属性转换为表中的列，键作为表的主键。2)一对一联系将一个表的主键作为外键放在另一个表中。外键通常放在存取操作比较频繁的表中，或者根据问题的语义决定放在哪一个表中。3）一对多联系将“一”方的表的主键，作为外键放在“多”方的转换的表中，实现一对多联系。4）多对多联系将联系本身转换成一个表，该表的主键由两个父表的主键组合而成，且主键也是外键。第四节数据库设计应用实例本书选取了一个小型公司的库存管理系统作为应用示例，对其业务流程做了适当的简化，用这个示例贯穿全书多个章节，形成一个完整而又便于接受的实例，介绍数据库系统的概念、开发方法和开发过程。一、需求分析1、公司业务流程假设盛达贸易公司经营几千种防止商品，公司的商品存放在一个仓库中，仓库管理的业务流程如图3-15所示，图中虚线框内是仓库管理的业务流程。供应商根据公司的采购合同将商品送到仓库，经过仓库管理员验收后，商品入库并填写入库单，记录商品入库的信息。公司销售人员承接客户的订单，并向仓库提交一份订单和订单明细，作为仓库发货的指令。仓库管理员根据订单和库存商品的状况，将商品发送给客户，并填写出库单。公司业务流程二、概念模型（E-R图）设计1、根据需求分析和业务流程，设计局部E-R模型（1）入库业务局部E-R图【分析】出库单与订单是“一对一”联系，出库单与出库明细是“一对多”联系，职工与出库单是“一对多”联系，商品与出库明细是“一对多”联系。根据分析画出出库业务的举E-R图，如图3-18所示。2、将局部E-R图合并成全局E-R图根据局部E-R图合并成全局E-R图，如图3-19所示，图中包括10个实体集合12个联系，其中有一个“一对一”联系，其他均为“一对多”联系，将全局E-R图中10个实体集和12个联系归纳为表3-1.第三章结束P70第三章小结P70思考题与练习题