Database Logical Design

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1. Database Logical Design

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
  • 关系的键: 实体的键

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

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