1數(shù)據(jù)庫設計初步第18講數(shù)據(jù)庫設計數(shù)據(jù)庫模型2數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎概念模型（CDM），也稱信息模型是按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模，主要用于數(shù)據(jù)庫設計邏輯模型（LDM），包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關系模型和對象模型按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模，主要用于DBMS的實現(xiàn)。物理模型（PDM）提供了系統(tǒng)初始設計所需要的基礎元素，以及相關元素之間的關系。即用于存儲結(jié)構(gòu)和訪問機制的更高層描述，描述數(shù)據(jù)是如何在計算機中存儲的，如何表達記錄結(jié)構(gòu)、記錄順序和訪問路徑等信息。使用物理數(shù)據(jù)模型，可以在系統(tǒng)層實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的物理設計階段必須在此基礎上進行詳細的后臺設計，包括數(shù)據(jù)庫的存儲過程、操作、觸發(fā)、視圖和索引表等實體具有某種共同屬性的對象的總稱，如：學生；老師；圖書；借書證；訂單；…實體的屬性實體具有的某方面的特性的描述，一個實體可以擁有多個屬性，如：學生實體的：姓名；學號；年齡；身高；體重；…實體屬性的特征原子性；無序性；不可重復性。4屬性域和碼屬性取值在一定的范圍，稱為該屬性的值域/域（Domain）唯一標識實體的屬性集稱為碼(Key)5實體間的聯(lián)系3．聯(lián)系（Relationship）

——實體集合間存在的相互關系為了建立現(xiàn)實世界的完整模型，常常需要對聯(lián)系分類，根據(jù)一個實體集合的實體可以和多少個另一類實體集合的實體相聯(lián)系，可將聯(lián)系分為如下幾種：

(1)

一對一聯(lián)系（1：1）系——系主任

(2)

一對多聯(lián)系（1：n）班級——學生

(3)

多對多聯(lián)系（m：n）課程——學生6.4E－R方法74．實體-聯(lián)系圖（1）

確定所有實體集合用矩形方框表示實體集合，方框內(nèi)標明實體集合名稱；（2）

選擇實體集應包含的屬性 用橢圓框表示屬性，通過無向邊連接到實體集。只 有一個屬性的實體集可用屬性代替，附加到它參加 的聯(lián)系上；（3）確定實體集之間的聯(lián)系 用菱形框表示，框內(nèi)標明聯(lián)系的名稱，通過無向邊 （或有向邊）連接到參加聯(lián)系的每個實體集合；E－R方法8（4）確定實體集的關鍵字用下劃線在屬性上標明關鍵字的屬性集合；（5）

確定聯(lián)系的類型在用無向邊連接聯(lián)系到實體集時，在邊上注明1或 n（多）來知名聯(lián)系的類型。（在用有向邊連接 聯(lián)系到實體集時，讓邊的箭頭指向1的實體集的 一方，多對多因為都是多方，故無箭頭）學生實體及屬性9學生學號

姓名出生日期年級所在系教務處學生選課10學號課程號出生日期何時入學學分選課學生課程系別教師選/必姓名性別獎學金課程名成績課堂習題試題：一個簡單的圖書管理數(shù)據(jù)庫，涉及如下數(shù)據(jù)：圖書BOOK：總編號BNO、書名Title、作者Author、出版社Publisher和單價Price

讀者READER：借書證號LNO、姓名Name、單位Unit

一位讀者可以借多本圖書，每本圖書在不同的時間可以借給多位讀者，要求能描述讀者借閱圖書的借書日期Date等信息。

1）設計簡單圖書管理系統(tǒng)的E/R圖；1112BookLoanReaderDateTitlePriceAuthorPublisherBNOLNONameUnit課堂習題試題:一個簡單的大學選課數(shù)據(jù)庫，涉及如下數(shù)據(jù)：學生Student：學號SNo、姓名Sname、年齡Age、性別Ssex、系別Dept；課程Course：課程號Cno、課程名CName、課程學分Credit；教師Teacher：教師姓名Tname、教師性別Tsex、職稱Post；一個學生可以選修多門課，每門課可以由多個學生選修；一位教師可講授多門課程，每門課程可由多位教師講授，學生在選課的同時可以選老師，學生選修課程會有成績Score。

1）設計簡單大學選課系統(tǒng)的E/R圖；1314StudentTeacherCourseSTCSNOSNameAgeSexDeptTNameTSexPostCNameCreditCNOScore實體與屬性的劃分實體和屬性之間并沒有可以截然劃分的界限，但可以給出兩條準則：屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項，不能再包含其他屬性；屬性不能與其他實體聯(lián)系1511.4邏輯設計數(shù)據(jù)庫邏輯設計的任務是把數(shù)據(jù)庫概念設計階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫概念模式變換為數(shù)據(jù)庫邏輯模式。數(shù)據(jù)庫邏輯設計依賴于邏輯數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。1611.4.1E/R圖到關系模式的轉(zhuǎn)換

進行數(shù)據(jù)庫的邏輯設計，首先需將概念設計中所得的E/R圖轉(zhuǎn)換成等價的關系模式。E/R圖中的屬性也可以轉(zhuǎn)換為關系的屬性。171.實體集的轉(zhuǎn)換

對于數(shù)據(jù)庫概念模式中的每個實體集，需要建立一個關系與之對應。該關系包含實體集所有簡單屬性和復合屬性的簡單子屬性，用下劃線表示關系的鍵碼。18將學生實體集和課程實體集轉(zhuǎn)換成關系S和T：

S（姓名,出生日期,學號,性別,系名,班號）

C（教師,課程名,學分,課程號）19學生姓名出生日期學號性別系別系名班號課程課程號課程名教師學分2.聯(lián)系的轉(zhuǎn)換（1）1:1聯(lián)系20E1E2absdcr11若E1是全參與，則可轉(zhuǎn)換成：

S（a，b，c，s）（c是外鍵碼）

T（c，d）若E1不是全參與，則可轉(zhuǎn)換成：

R（a，b）

S（c，d）

T（a，c，s）（c是候選鍵碼）2.聯(lián)系的轉(zhuǎn)換21

在上述的班長聯(lián)系中，班是全參與的，學生是部分參與的，故轉(zhuǎn)換為如下關系模式：

S（學號，姓名，性別，出生日期）

T（班號，名稱，地點，學號，任期）在關系模式T中，學號是外鍵碼，表示班長的學號。學號

班號出生日期名稱班長學生班地點姓名性別任期11（2）1:N聯(lián)系

若E2是全參與的，可轉(zhuǎn)換為：

S（a，b）

T（c，d，a，s）（a是外鍵碼）若E2是部分參與的，則可轉(zhuǎn)換為：

R（a，b）

S（c，d）

T（c，a，s）（a是外鍵碼）22E1E2absdcrN1

以下的關系可以轉(zhuǎn)換為關系模式S和T：

T（教師號,姓名,性別,出生日期,教齡,編號)

S（編號，名稱，地點）

T中，編號是外鍵碼，表示教師所在系的編號。23（3）M:N聯(lián)系必須用兩個實體集的鍵碼才能標識一個聯(lián)系，應轉(zhuǎn)換為如下的關系模式：

R（a，b）

S（C，d）

T（a，c，s）（a，c組成復合鍵碼，分別是外鍵碼）24E1E2absdcrNM

例如，下面的E/R圖可轉(zhuǎn)換為關系模式R，S和T：

R（學號,出生日期,性別,姓名,系別）

S(課程號,課程名,學分,教師）

T（學號,課程號,成績）T中，學號，課程號組成復合鍵碼，且均為外鍵碼）25課堂練習商店銷售商品的數(shù)據(jù)庫，涉及如下數(shù)據(jù)：商店號、商店名、地址商品號、商品名、生產(chǎn)商、單價。某商店銷售某商品的數(shù)量和日期。1）設計E/R圖（屬性名用中、英文均可）；2）轉(zhuǎn)換成關系模型（注明鍵碼和函數(shù)依賴）。26解：272）商店（商店號，商店名，地址）

商店號→商店名，地址商品（商品號，商品名，生產(chǎn)商）

商品號→商品名，生產(chǎn)商 銷售（商店號，商品號，數(shù)量，單價，日期）

商店號，商品號→數(shù)量，日期28數(shù)據(jù)庫設計三范式第一范式每個屬性值是不可再分的最小邏輯單位第二范式所有非主屬性都“完全”依賴于任意一個候選關鍵字第三范式所有非主屬性對任何候選關鍵字都不存在傳遞信賴29習題講解學校有若干系，每個系統(tǒng)有若干班級和教研室，每個教研室有若干教員，其中教授和副教授每人各帶若干研究生，每個班有若干學生，每個學生選修若干課程，每門課程可以由若干學生選修。請用E-R圖畫出此學校的概念模型；請此概念模型轉(zhuǎn)化為物理模型（數(shù)據(jù)庫為oracle10g）；30參考答案P154.931習題P154.10某工廠生產(chǎn)若干產(chǎn)品，每種產(chǎn)品由不同的零件組成，有的零件可以用在不同的產(chǎn)品上，這些零件由不同的原材料制成，不同零件所用的材料可以相同。這些零件按所屬的不同產(chǎn)品分別放在倉庫中，原材料參照類別放在若干倉庫中。請用E-R圖畫出此工廠產(chǎn)品、零件、原材料和倉庫的概念模型；請此概念模型轉(zhuǎn)化為物理模型；32參考答案P154.933課堂習題試題:一個簡單的大學選課數(shù)據(jù)庫，涉及如下數(shù)據(jù)：學生Student：學號SNo、姓名Sname、年齡Age、性別Ssex、系別Dept；課程Course：課程號Cno、課程名CName、課程學分Credit；教師Teacher：教師姓名Tname、教師性別Tsex、職稱Post；一個學生可以選修多門課，每門課可以由多個學生選修；一位教師可講授多門課程，每門課程可由多位教師講授，學生在選課的同時可以選老師，學生選修課程會有成績Score。

1）設計簡單大學選課系統(tǒng)的E/R圖；（6分）

2）轉(zhuǎn)換成關系模型（請注明每個關系的鍵碼）（6分）34習題設有一商務數(shù)據(jù)庫用以處理銷售記帳，它涉及的信息包括：顧客姓名，所在單位及電話號碼；商品名稱，型號及單價，某顧客購買某商品的數(shù)量和日期；假設無同名顧客，無同名商品，電話公用（指同一單位的顧客使用同一電話），顧客可在不同日期購買同一商品。完成該數(shù)據(jù)庫的E-R圖要求完成該數(shù)據(jù)庫的邏輯設計3611.4.2邏輯模式的規(guī)范化和優(yōu)化

從E-R圖轉(zhuǎn)換而來的關系模式還只是邏輯模式的雛形，要成為物理模式，還需要進行下列幾步的處理：

(1)規(guī)范化；

(2)適應ＤＢＭＳ限制條件的修改；

(3)對性能、存儲空間等的優(yōu)化；

(4)用ＤＢＭＳ提供的ＤＤＬ定義邏輯模式。3711.4.2邏輯模式的規(guī)范化和優(yōu)化數(shù)據(jù)庫性能的優(yōu)化 ①減少連接運算連接是開銷較大的運算，參與連接的關系越多開銷也就越大。對于一些常用的、性能要求比較高的數(shù)據(jù)庫查詢，最好是一元操作。有時為了保證性能，不得不犧牲規(guī)范化的要求，把數(shù)據(jù)庫中規(guī)范化的關系再連接起來，這就是所謂逆規(guī)范化。 3811.4.2邏輯模式的規(guī)范化和優(yōu)化 ②減小關系的大小和數(shù)據(jù)量關系的大小對查詢的速度影響很大。有時為了提高查詢速度，把一個大關系分成多個小關系是有利的。例如關于學生的數(shù)據(jù)，可以把全校學生的數(shù)據(jù)放在一個關系中，也可以按系建立學生關系。后者可以顯著提高一個系范圍內(nèi)的查詢速度。若按系查詢是主要的，則按系建立學生關系可以提高性能。3911.5物理設計數(shù)據(jù)庫物理設計的任務是，為每個關系模式選擇合適的存儲結(jié)構(gòu)和存取路徑。數(shù)據(jù)庫物理設計的目標：一是提高數(shù)據(jù)庫的性能，特別是滿足主要應用的性能要求；二是有效地利用存儲空間。4011.5物理設計數(shù)據(jù)庫的物理設計分為如下三個步驟：

(1)分析影響數(shù)據(jù)庫物理設計的因素；

(2)為關系模式選擇存取方法；

(3)設計關系、索引等數(shù)據(jù)庫文件的物理存儲結(jié)構(gòu)。41給定一個數(shù)據(jù)庫模式和一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，有大量的數(shù)據(jù)庫設計策略可供選擇。我們希望選擇優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫設計策略，使得各種事務的響應時間最小，事務吞吐率最大。要做出這樣的選擇，我們必須在選擇存儲結(jié)構(gòu)和存取方法之前，對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持的事務進行詳細分析，獲得選擇優(yōu)化數(shù)據(jù)庫物理設計策略所需要的參數(shù)。4211.5.1影響物理設計的因素

對于數(shù)據(jù)庫查詢事務，我們需要得到如下信息：

(1)

要查詢的關系；

(2)查詢條件（即選擇條件）所涉及的屬性；

(3)連接條件所涉及的屬性；

(4)查詢的投影屬性。4311.5.1影響物理設計的因素

對于數(shù)據(jù)更新事務，我們需要得到如下信息；

(1)要更新的關系；

(2)

每個關系上的更新操作的類型；

(3)刪除和修改操作條件所涉及的屬性；

(4)修改操作要更改的屬性值。4411.5.1影響物理設計的因素11.5.2選擇存取方法

為關系模式選擇存取方法