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Database Design

1. Database Design

////时间不够了, 因此先记一个大纲, 有时间补上

结构和行为分离的设计

设计方法

  • 新奥尔良（New Orleans）方法
  • 基于E-R模型的数据库设计方法
  • 3NF（第三范式）的设计方法
  • 面向对象的数据库设计方法
  • 统一建模语言（UML）方法

数据库设计中最重要的是基础数据本身, 而我们将数据抽象成数据模型: 数据结构 + 数据操作 + 数据约束.

数据模型又被抽象成这样的三个部分:

  • 概念数据模型: 直观上主要研究E-R图的设计
  • 结构数据模型: 直观上主要研究关系模型的设计
  • 物理数据模型: 直观上并不需要数据库使用者来操心

2. Demanding Analysis

3. Conceptual Model & Entity-Relationship Model

将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构（即概念模型）的过程就是概念结构设计

E-R模型是描述概念结构的工具

两个实体型之间的联系

  • 一对一 (1 : 1)
  • 一对多 (1 : n)
  • 多对多 (m : n)

两个以上的实体型之间的联系

  • 一对一 (1 : 1)
  • 一对多 (1 : n)
  • 多对多 (m : n)

单个实体型内的联系

  • 实体型是相对的, 一个实体型可以由多个子实体型构成

联系的度：参与联系的实体型的数目

  • 2个实体型之间的联系度为2，也称为二元联系

  • N个实体型之间的联系度为N，也称为N元联系

E-R图提供了表示实体型、属性和联系的方法：

  • 实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。
  • 属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体型 连接起来。
  • 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型连接起来，同时在无向边旁 标上联系的类型（1∶1，1∶n或m∶n）。
  • 联系可以具有属性

实体性之间联系的类型:

1. ISA联系:

有的实体型是某个实体型的子类型，这种父类-子类 联系称为ISA联系，表示“is a”语义。用△表示。

ISA联系的性质: 子类继承了父类的所有属性，子类 也可以有自己的属性。

分类属性是父实体型的一个属性 (分类属性的值把父实体型中的实体分派到 子实体型中)

ISA联系中, 子类之间的约束关系可以有几种

  • 基数约束: 说明实体型中的任何一个实体可以在联系中出现的最少 次数和最多次数

    • 实际上是对实体之间一对一、 一对多、多对多联系的细化
    • 约束用一个数对 min…max表示，0≤min ≤ Smax。例如， 0…1， 1…3， 1…*，, 其中*代表无穷大。
    • 强制参与约束: min = 1
    • 非强制参与约束: min = 0

  • 完备性约束: 描述父类中的一个实体是否必须是某一个子类中的实体 (一个学生要么是研究生要么是本科生. etc)

    • 如果是，则叫做完全特化( total specialization ) : 完全特化用父类到子类的双线连接来表示
    • 否则叫做部分特化( partial specialization) : 部分特化用父类到子类的单线连接来表示

  • 不相交约束: 一个父类中的实体最多属于一个子类实体集 (用ISA联系符号三角形的-一个叉号“X"来表示。)

  • 可重叠约束: 父类中的一个实体能同时属于多个子类中的实体集。 子类符号中没有叉号表示是可重叠的。

2. Part-of 联系

描述某个实体型是另外一个 实体型的一部分。可以分成两种情况

  • 非独占的 Part-of 联系，简称 非独占联系 (整体实体如果被破坏，另一部分实体仍然可以独立存在)
  • 独占的 Part-of 联系， 简称独占联系 (整体实体如果被破坏，部分实体不能存在)

如果一个实体型的存在依赖于其它实体型的存在， 则这个实体型叫做弱实体型,否则叫做强实体型

用弱实体类型和识别联系来表示独占联系双矩形表 示弱实体型，用双菱型表示识别联系

3. 识别联系 (Identifying Relationship)

4. Conceptual Structure Design

设计方法:

  • 自顶向下, 逐步求精
  • 自底向上
  • 逐步扩张

首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化

5. Conceptual Structure Design (plus)

E-R图合并时可能的冲突：

  • 属性冲突：属性域冲突，即属性值的类型、取值范围或取值集合不同
  • 命名冲突：同名异义，异名同义
  • 结构冲突：同一对象具有不同的抽象，同一实体包含属性不同，实体间的联系类型不同

6. Logical Structure Design

逻辑结构设计要做这样的事: 把概念结构设计阶段设计好的基本E-R图转换 为与选用数据库管理系统产品所支持的数据模 型相符合的逻辑结构

一个实体型转换为一个关系模式

  • 关系的属性：实体的属性
  • 关系的码：实体的码

在转换的过程中, 可能会遇到不同的联系类型, 可以进行相应的转换 / 合并

转换好了之后, 由于数据库逻辑设计的结果不是唯一的, 还应该适当地修改、 调整数据模型的结构，以进一步提高数据 库应用系统的性能，这就是数据模型的优 化。

如何优化: 关系数据模型的优化通常以规范化理论为 指导。

6.2. Decomposing

对关系模式进行必要分解，提高数据操作 效率和存储空间的利用率。

常用分解方法

  • 水平分解: 把(基本)关系的元组分为若干子集合，定义每 个子集合为一个子关系，以提高系统的效率。
  • 垂直分解: 把关系模式R的属性分解为若干子集合，形成若干 子关系模式。

7. Physics Structure Design

8. Database Implementation and Maintenance