數據庫原理（十 一）- 概念結構設計

前言

將需求分析得到的用戶需求抽象爲信息結構（即概念模型）的過程就是概念結構設計。它是整個數據庫設計的關鍵，這裏主要講解概念模型的特點，以及用E-R模型來表示概念結構的方法

概念結構的特點

• 能真實、充分地反映現實世界，包括事物和事物之間的聯繫，能滿足用戶對數據的處理要求，是現實世界的一個真實模型
• 易於理解，可以用它和不熟悉計算機的用戶交換意見，用戶的積極參與是數據庫設計成功的關鍵
• 易於修改，當應用環境和應用要求改變時容易對概念模型修改和擴充
• 易於向關係、網狀、層次等各種數據模型轉換

概念模型是各種數據模型的共同基礎，它比數據模型更獨立於機器、更抽象，從而更加穩定。

E-R模型

P.P.S.Chen提出的E-R模型使用E-R圖來描述現實世界的概念模型，是描述概念模型的有力工具，在如何畫E-R之前我們先了解一下實體之間的聯繫和多實體之間的聯繫

1.實體之間的聯繫

• 兩個實體之間的聯繫
  • 1對1（1:1），比如一個客戶只有一個會員卡，一個會員卡屬於一個客戶
  • 1對多（1:n），比如一個繫有多個班級，一個班級屬於一個系
  • 多對多（n:m） ，比如一個學生可以選修多門課程，一門課程可以支持多名同學參加
• 兩個以上的實體型之間的聯繫
  • 一般地，把參與聯繫的實體型的數目稱爲聯繫的度，有2個度稱爲二元聯繫，有3個度稱爲三元聯繫(下圖就是)，N個實體型之間的聯繫度爲N，稱爲N元聯繫
    
• 單個實體型內的聯繫
  • 同一實體集內的各實體之間也可以存在一對一、一對多和多對多的聯繫。例如，職工實體型內部具有領導和被領導的聯繫
    

2.E-R圖
E-R圖提供了表示實體型、屬性和聯繫的方法：

• 實體型用矩形表示，矩形框內寫明實體名
• 屬性用橢圓形表示，並用無向邊將其與相應的實體型連接起來
• 聯繫用菱形表示，菱形框內寫明聯繫名，並用無向邊分別於有相關實體型連接起來，同時在無向邊旁標上聯繫的類型（1:1、1:n和n:m）

如下面這張圖，單位、學生和課程都是實體，有擁有、開課和選修三個聯繫

概念結構設計

實體劃分的原則

爲了簡化E-R的處置，現實世界的事物作爲屬性對待的儘量作爲屬性對待

• 作爲屬性，不能再具有需要描述的性質
• 屬性不能與其他實體具有聯繫

E-R的集成

在開發一個大型信息系統時，最經常採用的策略是自上而下地進行需求分析，然後再自底向上地設計概念結構。
即首先設計子系統的分E-R圖，然後將它們集成起來，得到全局E-R圖，E-R圖的集成一般需要分兩步走，即合併，解決衝突和修改和重構，消除冗餘

1.衝突的類型

• 屬性衝突
  • 屬性域衝突，如零件號，有的部門用整形，有的部門用字符型
  • 屬性取值單位衝突，如零件的重量有的以公斤爲單位，有的以斤爲單位
• 命名衝突
  • 同名異義
  • 異名同義
• 結構衝突
  • 同一對象在不同應用中具有不同的抽象
  • 同一實體在不同子系統的E-R圖中所包含的屬性個數和屬性排列次序不完全相同
  • 實體間的聯繫在不同的E-R圖中爲不同的類型

2.消除冗餘

• 分析方法
• 規範化理論

不是所有冗餘數據與冗餘聯繫都必須加以消除，有時爲了提高效率，不得不以冗餘信息爲代價

借鑑

王珊,薩師煊.數據庫系統概論(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2014:215-218，224-231.