1、第二章第二章 概念模型概念模型-本本章內(nèi)容章內(nèi)容數(shù)據(jù)模型概念模型(ER模型)-基本概念擴展的ER模型實體與聯(lián)系實例分析數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型l作用：作用：對現(xiàn)實世界進行抽象。找到所關(guān)心的 數(shù)據(jù)，并將其組織起來，使之可以存放到數(shù)據(jù)庫中。l模型：模型：是描述數(shù)據(jù)的概念集合。按應(yīng)用的 不同目的分為兩類：概念模型、數(shù)據(jù)模型。l概念模型：概念模型：也稱信息模型，它按用戶的觀點對數(shù)據(jù)和信息進行建模，用于信息世界，它強調(diào)語義表達能力，是現(xiàn)實世界到信息世界的第一次抽象，是用戶和數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員之間進行交流的語言。數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型l數(shù)據(jù)模型：用于機器世界，是按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模，它需要有嚴格的形式化定義，且常常

2、要加上一些限制和規(guī)定，以便機器實現(xiàn)l數(shù)據(jù)模型的三要素數(shù)據(jù)模型的三要素數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-對靜態(tài)數(shù)據(jù)的描述確定所研究的對象類型的集合。對象包括：數(shù)據(jù)本身、數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系現(xiàn)實世界信息世界機器 世界圖表、文件等文字形式表示概念模型數(shù)據(jù)模型在關(guān)系中：關(guān)系、域、屬性數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中是按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型。按數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型來命名數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，例如：關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作-對數(shù)據(jù)動態(tài)特性的描述是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作、操作規(guī)則。操作：檢索、更新定義操作的確切含義、操作符號、操作規(guī)則和實現(xiàn)

3、語言數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)的約束條件-對數(shù)據(jù)靜態(tài)特性的描述是完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。例如：學生年齡的限定，獎金必須低于基本工資等數(shù)據(jù)模型應(yīng)規(guī)定該模型必須遵守的完整性約束條件，例如：關(guān)系模型中的實體完整性、參照完整性。數(shù)據(jù)模型應(yīng)提供定義完整性約束條件的機制。概念模型概念模型- ER模型基本概念模型基本概念l是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次，概念模型中最常用的是ER模型，介紹ER模型（實體聯(lián)系）中的主要概念。l實體實體（Entity）：客觀存在并可以

4、相互區(qū)分的事物叫實體。（例如：一個個學生、一輛輛轎車）l屬性（Attribute）：實體一般具有若干特征，稱之為實體的屬性。例如：學生具有學號、姓名等屬性屬性。l域（域（Domain）：一個屬性可能取值的范圍稱為這個屬性的域。例如：性別的域值只能為“男”或“女”ER模型基本概念模型基本概念l候選碼：能夠唯一標識實體的屬性或最小屬性組稱為候選碼，可能存在多個候選碼，設(shè)計者必須指明一個候選碼做主碼（關(guān)鍵字）。例如：見圖l實體型（Entity type）：具有相同屬性的實體具有共同的特征和性質(zhì)，用實體名及其屬性集合來抽象、刻畫同類實體，稱為實體型。學生學號姓名性別專業(yè)ER模型基本概念模型基本概念l實

5、體集（Entity set）：同型實體的集合l聯(lián)系：現(xiàn)實世界的事物之間是有聯(lián)系的，這種聯(lián)系在信息世界中反映為：實體(型)內(nèi)部的聯(lián)系和實體(型)之間的聯(lián)系。l兩個實體型之間的聯(lián)系一對一聯(lián)系（1：1）例如：部門、經(jīng)理一對多聯(lián)系（1：n）例如：部門、雇員多對多聯(lián)系（m：n）例如：學生、課程ER模型基本概念模型基本概念舉例ER模型基本概念模型基本概念部門經(jīng)理設(shè)有部門雇員擁有學生課程選修111nmnER模型基本概念模型基本概念l兩個以上實體型之間的聯(lián)系兩個以上實體型之間的聯(lián)系也存在一對一、一對多和多對多的聯(lián)系一對多：若實體集E1,E2,En存在聯(lián)系，對于實體集Ej(j=1,2,i-1,i+1,n)中的給

6、定實體，最多只和Ei中的一個實體相聯(lián)系，則我們說Ei與E1,E2,Ei-1,Ei+1,En之間的聯(lián)系是一對多的。例子：三個實體型之間的聯(lián)系ER模型基本概念模型基本概念l同一實體集內(nèi)的各個實體之間的聯(lián)系例如：職工實體集內(nèi)的實體有領(lǐng)導(dǎo)和被領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)系；高數(shù)、離散數(shù)學是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的先導(dǎo)課，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理的先導(dǎo)課。課程教師設(shè)有1n參考書m一對多供應(yīng)商項目供應(yīng)mp零件n對對多ER模型基本概念模型基本概念經(jīng)理也是職工，經(jīng)理要領(lǐng)導(dǎo)多個職工，而一個職工僅被一個經(jīng)理領(lǐng)導(dǎo)。職工領(lǐng)導(dǎo)1n課程先導(dǎo)課mn聯(lián)系的屬性聯(lián)系的屬性學生課程選修mn學號姓名專業(yè)課程號課程名學時成績？學生課程選修mn學號姓名專業(yè)課程號

7、課程名學時成績？聯(lián)系的屬性聯(lián)系的屬性學生課程選修mn學號姓名專業(yè)課程號課程名學時成績 實例分析實例分析例子1：假定開發(fā)某工廠物資管理系統(tǒng)，業(yè)務(wù)調(diào)查后得到如下的問題描述。在該工廠中，一個倉庫倉庫可以存放多種零件，一種零件零件可以存放在多個倉庫倉庫中，一個倉庫有多名職工職工當保管員，一個職工只能在一個倉庫工作，每個倉庫有一名主任。倉庫存放由許多供應(yīng)商供應(yīng)商為一些項目項目提供的多種零件零件，一個項目可以有多個供應(yīng)提供多種零件，一個供應(yīng)商可供給多個項目多種零件，每種零件由不同的供應(yīng)商提供給多個項目。實例分析（實例分析（E-R圖）圖）供應(yīng)商項目供應(yīng)nm倉庫零件存放nmp1職工工作n領(lǐng)導(dǎo)n1實例分析（實例

8、分析（E-R圖）圖）倉庫零件職工供應(yīng)商項目供應(yīng)存放工作領(lǐng)導(dǎo)nmnmp1nn1姓名地址賬號供應(yīng)商號電話號面積倉庫號電話號職工號姓名年齡職稱項目號供應(yīng)量零件號庫存量預(yù)算規(guī)格名稱描述單價開工日期職工電話號？實例分析實例分析l例子2：開發(fā)學校信息管理系統(tǒng)。學校中有若干系系，每個系有若干班級班級和教研室教研室，每個教研室有若干教師教師，其中有教授和副教授每人各帶若干名研究生研究生，每個班班有若干學生學生，每個學生選若干課程課程，每門可由若干學生選修。實例分析（實例分析（E-R圖）圖）系班級教研室有設(shè)有1nn1學生屬于1n教師工作1n課程選修nm指導(dǎo)1n實例分析（實例分析（E-R圖）圖）系系名電話號班名地

9、址學號人數(shù)班級學生課程教研室教師有設(shè)有屬于工作選修指導(dǎo)姓名住處課程號課程名學時教研室名地址電話號職工號姓名職稱研究方向1nn11n1nnm研究方向是否四級1n指導(dǎo)人數(shù)實例分析（實例分析（E-R圖）圖）學號學生姓名住處研究生本科生教師教授(副)研究方向是否四級研究方向培養(yǎng)類型軟件開發(fā)中，實際使用的ER模型有更豐富的語義，介紹擴展ER的一些內(nèi)容，擴展ER表示有所不同如何表示？指導(dǎo)人數(shù)ER模型的其它特征模型的其它特征 -參加約束參加約束l實體的參與度（有些ER模型）實體參與聯(lián)系的最小和最大次數(shù)，例如：規(guī)定每位學生最少選三門課，最多六門課，則學生在選修聯(lián)系中的參與度表示為 (3,6)。規(guī)定有些課程可以

10、無人選，但任一門課程最多允許100人選，則課程的參與度為 (0,100)。表示為(min,max)，0=min=1學生課程選修mn(3,6)(0,100)ER模型的其它特征模型的其它特征 -弱實體弱實體l弱實體現(xiàn)實世界有一種特殊的聯(lián)系，這種聯(lián)系代表實體間的所有關(guān)系。例如：職工和家屬的關(guān)系弱實體是依賴于其它實體存在而存在的實體部分參與：min=0，不是實體集中的每個實體都參與聯(lián)系全參與：min0，實體集中的每個實體都參與聯(lián)系學生課程選修mnER模型的其它特征模型的其它特征 -弱實體弱實體兩個特點：弱實體不能獨立存在，它總是依附于某一所有者實體。 owner實體集與弱實體集之間必須是一對多聯(lián)系，弱

11、實體必須是全部參與弱實體不一定有自己的碼，例如：家屬實體集可能有姓名、性別、出生年月等信息，但這些信息不足以標識一個家屬(不同職工的家屬有可能會重名)。所有者實體的碼+弱實體的某一屬性=標識一個弱實體職工職工家屬1n家屬ER模型的其它特征模型的其它特征 - 類層次類層次l 例子：學校中學生, 研究生, 本科生l 實體集研究生和本科生稱為實體集學生的子類l 從語義上來講，子類中的每一個實體同時也是超類中的一個實體，子類中實體屬性必須包含所有的超類實體集的屬性，也就是說，子類將繼承超類的屬性l 超類/子類聯(lián)系稱之為ISA聯(lián)系l 表示ER模型的其它特征模型的其它特征 - 類層次類層次學號學生姓名住處

12、研究生本科生研究方向是否四級培養(yǎng)類型ISA教師教授(副)研究方向ISA指導(dǎo)指導(dǎo)人數(shù)職工號姓名職稱研究方向n1ER模型的其它特征模型的其它特征 - 類層次類層次l ISA聯(lián)系可以從兩個方面來看可以看作是一個特化，即子類是經(jīng)過超類特化而得到的也可以看作是一個概括，即超類是對子類進行概括而得到的l 定義在ISA聯(lián)系上的兩種約束關(guān)系Overlap約束：Overlap約束用來指定兩個子類之間是否允許包含同一實體Covering約束：Covering約束用來指定子類中所有的實體是否包含超類中的所有實體ER模型的其它特征模型的其它特征 -聚合聚合l 聯(lián)系描述的是多個實體集間的關(guān)聯(lián)，只有實體才能參與聯(lián)系，不允

13、許聯(lián)系參與聯(lián)系，但實際應(yīng)用中往往有時需要聯(lián)系參與聯(lián)系l 把聯(lián)系看成由參與聯(lián)系的實體組合而成的新實體，這種新實體稱為參與聯(lián)系的實體的聚合l 新實體的屬性為參與聯(lián)系的實體的屬性和聯(lián)系的屬性的并l 新實體參與聯(lián)系ER模型的其它特征模型的其它特征 -聚合聚合l 存在四個實體集(大學、研究所、公司、科研項目)和兩個聯(lián)系(合作、承擔)，其中合作是建立在大學、研究所和公司之間的聯(lián)系l 為了定義承擔這樣的聯(lián)系，可以對聯(lián)系合作、實體集大學、研究所和公司進行聚合, 將他們當作一個實體集來看待l 表示表示ER模型的其它特征模型的其它特征 -聚合聚合大學校名電話號地址科研項目合作承擔nnm研究所所名電話號地址p公司公

14、司名電話號地址m用用ER模型進行概念數(shù)據(jù)庫設(shè)計模型進行概念數(shù)據(jù)庫設(shè)計p用ER模型來進行概念數(shù)據(jù)庫設(shè)計時通常需要注意以下幾個問題一個概念應(yīng)該被建模為一個實體還是一個屬性？一個概念應(yīng)該被建模為一個實體還是一個聯(lián)系？應(yīng)該使用多個二元聯(lián)系還是一個n元聯(lián)系？實體與屬性實體與屬性p在進行數(shù)據(jù)建模時，一個特征究竟應(yīng)該建模為一個屬性、一個實體集，還是一個聯(lián)系集，有時并不是十分清楚的p例子：向?qū)嶓w集Employees中增加Address信息,可能有多種方式將Address作為一個屬性：如果我們僅僅是想記載雇員的一個地址，這時這種方式就比較合適也可以將地址信息建模為一個實體集Addresses，并在Employe

15、es和Addresses之間建立一個聯(lián)系Has_Address,這種設(shè)計在以下兩種情況是必須的必須為雇員記載多個地址我們希望結(jié)構(gòu)化雇員的地址信息實體與屬性實體與屬性雇員雇員號雇員名職稱地址如果多個？雇員雇員號雇員名職稱有地址1n省市街道結(jié)構(gòu)化的好處？實體與聯(lián)系實體與聯(lián)系例子例子1:雇員和部門的聯(lián)系在這個例子中，如果不允許一個雇員在同一部門工作過兩次的話,則該ER圖的設(shè)計沒有任何問題,但如果允許同一雇員在一個部門多次任職的話,則上述ER圖設(shè)計存在問題。Why？解決策略：解決策略：引入一個實體Duration，也就是將原來的二元聯(lián)系建模為一個實體，并用一個三元聯(lián)系取代原來的二元聯(lián)系。雇員部門工作1

16、n實體與聯(lián)系實體與聯(lián)系 - 例例1mnmnp實體與聯(lián)系實體與聯(lián)系 - 例例1mnlEmployee1 9596 department1lEmployee1 9697 department2lEmployee1 9899 department1 mnplEmployee1 9596 department1lEmployee1 9697 department2lEmployee1 9899 department1 實體與聯(lián)系實體與聯(lián)系- 例例2例子2：一個部門至多只能有一個管理者，但一個經(jīng)理可以管理多個部門，經(jīng)理管理部門有一個起始時間和所自由支配的財務(wù)情況，如果對于每個部門都有一個財務(wù)情況，則這種

17、表示方式是非常自然的。1ndid dname since dbudget ssn 1aa 90-95 100 012bb 95-98 50 01正常正常did dname since dbudget ssn1aa 90-95 100 012bb 90-95 100 01存在冗余存在冗余實體與聯(lián)系實體與聯(lián)系- 例例2如果屬性dbudget表示對其所管理的所有部門而言所能自由支配的財務(wù)情況的話，則上述表示會引起dbudget信息的冗余。解決策略：引入一個實體Mgr_ppts來表示一組部門的經(jīng)理的委派，也就是將原來的二元聯(lián)系建模為一個實體，并用一個三元聯(lián)系取代原來的二元聯(lián)系實體與聯(lián)系實體與聯(lián)系 -

18、例例21n1did dname since apptnum1 aa 90-95 12 bb 95-98 1無冗余無冗余apptnum since dbudget1 90-95 1002 95-98 50實體與聯(lián)系實體與聯(lián)系 - 例例3學生課程選修mn學號姓名專業(yè)課程號課程名學時成績是否也做一個實體？是否存在：王立 數(shù)據(jù)庫 98王立 數(shù)據(jù)庫 78特點：不是多值！結(jié)論：只能做屬性二元與三元聯(lián)系二元與三元聯(lián)系p例1：每個雇員可以購買幾份保險，每份保險可以被多個雇員所擁有且每個家屬可以被多個保險單所涵蓋,三元多對多聯(lián)系。mnpmnp二元與三元聯(lián)系二元與三元聯(lián)系- 例例1p 考慮下列需求多個雇員不能同時

19、購買同一份保險每份保險必須由雇員購買Dependents是一個弱實體集一份保險可以涉及到多位家屬每位家屬只對應(yīng)一份保險mnpmnp二元與三元聯(lián)系二元與三元聯(lián)系根據(jù)上述需求，給出如下方案：p對應(yīng)1，將m改成1不能解決一位家屬只對應(yīng)一份保險p在Policies上施加一個Total參加約束產(chǎn)生一個副作用: 每份險單至少涉及到一位家屬p將p改為1(不滿足：每個家屬可以被多個保險單所涵蓋)p引入一個弱實體集二元與三元聯(lián)系二元與三元聯(lián)系 - 例例11npDependents二元與三元聯(lián)系二元與三元聯(lián)系 - 例例1n1BeneficiaryDependents1nBelong to1n實例分析q一個公司數(shù)據(jù)庫需要存儲雇員、部門和雇員小孩的信息。雇員工作在部門(一個雇員只能工作在一個部門)，每個部門由一個雇員管理，每個雇員小孩的名字是唯一的，假定