资源简介

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设计数据库
任务2-1 数据库设计概述
目录
Contents
任务2-2 需求分析
任务2-3 概念结构设计
任务2-4 逻辑结构设计
任务2-5 数据库的物理设计
任务2-6 数据库的实施、运行和维护
任务2-7 案例：设计学生信息管理数据库
任务2-3概念结构设计
PART 3
任务
assignments
（一）概念结构设计的方法和步骤
（二）局部E-R图设计
（三）全局E-R图设计
概念结构设计
任务2-3
任务1-1 数据处理
（一）概念结构设计的方法和步骤
1．概念结构设计的方法
概念结构设计的方法通常有以下4种。
（1）自顶向下。首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化。
（2）自底向上。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。
（3）逐步扩张。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，直至总体概念结构。
（4）混合策略。将自顶向下和自底向上的方法相结合，用自顶向下策略设计一个全局概念结构的框架，以它为框架自底向上设计各局部概念结构。
概念结构设计
任务2-3
其中最常采用的策略是混合策略，即自顶向下进行需求分析，然后自底向上设计概念结构，其方法如图2.2所示。
图2.2 自顶向下需求分析与自底向上概念结构设计
概念结构设计
任务2-3
任务1-1 数据处理
2．概念结构设计的步骤
按照图2.2所示的自顶向下需求分析与自底向上概念结构设计的方法，概念结构设计可分为以下两步。
（1）进行数据抽象，设计局部E-R图。
（2）集成各局部E-R图，形成全局E-R图，其步骤如图2.3所示。
概念结构设计
任务2-3
图2.3 概念结构设计的步骤
概念结构设计
任务2-3
任务1-1 数据处理
（二）局部E-R图设计
设计局部E-R图首先需要根据系统的具体情况，在多层的数据流图中选择一组适当层次的数据流图，让这组图中的每一部分对应一个局部应用，然后以这一层次的数据流图为出发点，设计分E-R图。将各局部应用涉及的数据分别从数据字典中抽取出来，参照数据流图，确定各局部应用中的实体、实体的属性、标识实体的码、实体之间的联系及其类型（1∶1，1∶n，m∶n）。
实际上，实体和属性是相对而言的。同一事物在一种应用环境中作为“属性”，在另一种应用环境中就有可能作为“实体”。
概念结构设计
任务2-3
任务1-1 数据处理
例如，如图2.4所示，大学中的“系”在某种应用环境中，只是作为“学生”实体的一个属性，表明一个学生属于哪个系；而在另一种环境中，由于需要考虑一个系的系主任、教师人数、学生人数、办公地点等，所以它需要作为实体。
概念结构设计
任务2-3
任务1-1 数据处理
因此，要区分同一事物在不同的应用环境中作为“属性”还是作为“实体”，应当遵循两条基本准则。
（1）属性不能再具有需要描述的性质，即属性必须是不可分的数据项，不能再由另一些属性组成。
（2）属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间。
符合上述两条特性的事物一般作为属性对待。为了简化E-R图的处理，现实世界中的事物凡是能够作为属性对待的，都应尽量作为属性。
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任务2-3
任务1-1 数据处理
【例2.1】 设有如下实体。
学生：学号、系名称、姓名、性别、年龄、选修课程名、平均成绩
课程：编号、课程名、开课单位、任课教师号
教师：教师号、姓名、性别、职称、讲授课程编号
单位：单位名称、电话、教师号、教师姓名
上述实体中存在如下联系。
① 一个学生可选修多门课程，一门课程可由多个学生选修。
② 一个教师可讲授多门课程，一门课程可由多个教师讲授。
③ 一个系可有多个教师，一个教师只能属于一个系。
根据上述约定，可以得到学生选课局部E-R图和教师授课局部E-R图分别如图2.5和图2.6所
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任务2-3
概念结构设计
任务2-3
概念结构设计
任务2-3
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（三）全局E-R图设计
1．局部E-R图的集成方法
各个局部E-R图建立好后，还需要将它们合并集成为一个整体的概念数据结构，即全局E-R图。局部E-R图的集成有两种方法。
（1）多元集成法，也叫作一次集成法，是指一次性将多个局部E-R图合并为一个全局E-R图，如图2.7（a）所示。
（2）二元集成法，也叫作逐步集成法，首先集成两个重要的局部E-R图，然后用累加的方法逐步将一个新的E-R图集成进来，如图2.7（b）所示。
概念结构设计
任务2-3
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任务1-1 数据处理
2．局部E-R图集成的步骤
在实际应用中，可以根据系统复杂度选择这两种方案。如果局部E-R图比较简单，可以采用一次集成法。一般情况下，采用逐步集成法，即每次只综合两个图，这样可降低难度。无论使用哪一种方法，局部E-R图集成均分为两个步骤。
（1）合并分E-R图，生成初步E-R图。这个步骤将所有局部E-R图综合成全局概念结构。全局概念结构不仅要支持所有的局部E-R模型，而且必须合理地表示一个完整、一致的数据库概念结构。
由于各个局部应用面向的问题不同，并且通常由不同的设计人员设计局部E-R图设计，因此，各局部E-R图不可避免地会有许多不一致的地方，通常把这种现象称为冲突。
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任务2-3
任务1-1 数据处理
E-R图中的冲突有3种：属性冲突、命名冲突和结构冲突。
① 属性冲突。属性冲突又分为属性值域冲突和属性的取值单位冲突。
a．属性值域冲突。即属性值的类型、取值范围或取值集合不同。例如，学生的学号通常用数字表示，这样有些部门就将其定义为数值型，而有些部门将其定义为字符型。
b．属性的取值单位冲突。比如零件的重量，有的以千克为单位，有的以公斤为单位，有的则以克为单位。
属性冲突属于用户业务上的约定，必须与用户协商后解决。
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任务1-1 数据处理
② 命名冲突。命名不一致可能发生在实体名、属性名或联系名之间，其中属性的命名冲突最为常见，一般表现为同名异义或异名同义。
a．同名异义，即同一名字的对象在不同的局部应用中具有不同的意义。例如，“单位”在某些部门表示为人员所在的部门，而在某些部门可能表示物品的重量、长度等属性。
b．异名同义，即同一意义的对象在不同的局部应用中具有不同的名称。例如，对于“房间”这个名称，在教务管理部门中对应教室，而在后勤管理部门中对应学生宿舍。
命名冲突的解决方法同属性冲突相同，需要与各部门协商、讨论后解决。
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③ 结构冲突。
a．同一对象在不同应用中有不同的抽象，可能为实体，也可能为属性。例如，教师的职称在某一局部应用中被当作实体，而在另一局部应用中被当作属性。
在解决这类冲突时，就是使同一对象在不同应用中具有相同的抽象，或把实体转换为属性，或把属性转换为实体。
b．同一实体在不同局部应用中的属性组成不同，可能是属性数或属性的排列次序不同。
解决办法是，合并后的实体的属性组成为各局部E-R图中的同名实体属性的并集，然后适当调整属性的排列次序。
c．实体之间的联系在不同局部应用中呈现不同的类型。例如，在局部应用X中，E1与E2可能是一对一联系，而在另一局部应用Y中，可能是一对多或多对多联系，也可能是E1、E2、E3三者之间有联系。
解决方法：根据应用语义对实体联系的类型进行综合或调整。
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任务1-1 数据处理
下面以例2.1中已画出的两个局部E-R图（见图2.5、图2.6）为例，说明如何消除各局部E-R图之间的冲突，并合并局部E-R模型，生成初步E-R图。
首先，这两个局部E-R图中存在命名冲突，学生选课局部E-R图中的实体“系”与教师授课局部E-R图中的实体“单位”都是指系，即所谓异名同义，合并后统一改为“系”，这样属性“名称”和“单位名称”即可统一为“系名”。
其次，还存在结构冲突，实体“系”和实体“单位”在两个局部E-R图中的属性组成不同，合并后，这两个实体的属性组成为各局部E-R图中的同名实体属性的并集。解决上述冲突后，合并两个局部E-R图，就能生成初步的全局E-R图。
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任务2-3
任务1-1 数据处理
（2）消除不必要的冗余，生成基本E-R图。在初步的E-R图中，可能存在冗余的数据和冗余的实体之间的联系。冗余的数据是指可由基本数据导出的数据，冗余的联系是指可由其他的联系导出的联系。冗余的存在容易破坏数据库的完整性，给数据库的维护增加困难，应该消除。当然，不是所有的冗余数据和冗余联系都必须消除，有时为了提高某些应用的效率，不得不以冗余信息作为代价。设计数据库概念模型时，哪些冗余信息必须消除，哪些冗余信息允许存在，需要根据用户的整体需求确定。把消除了冗余的初步E-R图称为基本E-R图。
通常采用分析的方法消除冗余。数据字典是分析冗余数据的依据，还可以通过数据流图分析出冗余的联系。
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任务1-1 数据处理
在如图2.5和图2.6所示的初步E-R图中，因为“课程”实体中的属性“教师号”可由“讲授”这个教师与课程之间的联系导出，而学生的平均成绩可由“选修”联系中的属性“成绩”计算出来，所以“课程”实体中的“教师号”与“学生”实体中的“平均成绩”均属于冗余数据。
另外，因为“系”和“课程”之间的联系“开课”，可以由“系”和“教师”之间的“属于”联系与“教师”和“课程”之间的“讲授”联系推导出来，所以“开课”属于冗余联系。
这样，图2.5和图2.6所示的初步E-R图在消除冗余数据和冗余联系后，便可得到基本的E-R图，如图2.8所示。
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