1、第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)和應(yīng)用第7章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)(續(xù)2)，第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，第6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，6.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)概述6.2需求分析6.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.5數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)6.6數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)6.7數(shù)據(jù)庫操作和維護(hù)6.8總結(jié)，第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，6.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)概念結(jié)構(gòu)是各種數(shù)據(jù)模型的共同基礎(chǔ)。為了滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的需求，概念結(jié)構(gòu)必須進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，這正是數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)。第7章：3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，6.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟是將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一般的關(guān)系、網(wǎng)格和層次模型，并將轉(zhuǎn)化后的關(guān)系、網(wǎng)格和層次模型轉(zhuǎn)化為特定數(shù)據(jù)庫

2、管理系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型，以優(yōu)化數(shù)據(jù)模型。6.4.1從電子關(guān)系圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換6.4.2到特定數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換6.4.3數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化6.4.4用戶子模式的設(shè)計(jì)，第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，6.4.1從電子關(guān)系圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換內(nèi)容的原則，第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，從電子關(guān)系圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換。關(guān)系模型的邏輯結(jié)構(gòu)是一組關(guān)系模式。E-R圖被轉(zhuǎn)換成關(guān)系模型：實(shí)體、實(shí)體的屬性和實(shí)體之間的關(guān)系被轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。第7章：3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，從E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))，轉(zhuǎn)換原理：一個(gè)實(shí)體被轉(zhuǎn)換成一個(gè)關(guān)系模型。關(guān)系屬性：實(shí)體類型屬性關(guān)系代碼：實(shí)體類型代碼示例。學(xué)生實(shí)體可以轉(zhuǎn)換為以下關(guān)系模式：學(xué)生(學(xué)號(hào)、姓名

3、、出生日期、系、年級(jí)、平均年級(jí))、性別、宿舍、班級(jí)、檔案材料、教師、課程、教室和教科書都分別轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式。第7章，第3節(jié)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，第7章，第3節(jié)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，從E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))，從m:n連接到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換。關(guān)系屬性：與連接相關(guān)聯(lián)的每個(gè)實(shí)體的代碼和連接本身的屬性關(guān)系的代碼：每個(gè)實(shí)體代碼的組合示例，“選修”連接是一個(gè)1:n的連接，可以轉(zhuǎn)換為以下關(guān)系模型，其中學(xué)生號(hào)和課程號(hào)是關(guān)系的組合代碼：選修(學(xué)生號(hào)、課程號(hào)、成績)，第7章，3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)， 和從E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))1)屬性轉(zhuǎn)換成獨(dú)立的關(guān)系模式關(guān)系：與關(guān)系相關(guān)聯(lián)的實(shí)體的代碼和關(guān)系本身的屬性關(guān)系的代碼：N端實(shí)體的代碼，第7

4、章，3，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，以及從E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))。 2)與N端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并后的關(guān)系的屬性：將1端關(guān)系的代碼和自身屬性合并后的關(guān)系的代碼添加到N端關(guān)系中：可以減少系統(tǒng)中的關(guān)系數(shù)量而不改變，這種方法一般比較好。第7章，3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，從E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))，例如，“組合”連接是1:n連接。有兩種方法可以將它轉(zhuǎn)換成關(guān)系模型：1)使它成為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模型：合成(學(xué)生人數(shù)，班級(jí)人數(shù))2)合并它的學(xué)生關(guān)系模型：學(xué)生(學(xué)生人數(shù)，姓名，出生日期，系，年級(jí)，班級(jí)人數(shù)，平均成績)，第7章，3，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，從E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))，1，1331)將關(guān)系的屬性轉(zhuǎn)化為獨(dú)立的關(guān)系模式：與連

5、接相關(guān)聯(lián)的每個(gè)實(shí)體的代碼和連接本身的屬性關(guān)系的候選代碼：每個(gè)實(shí)體的代碼是關(guān)系的候選代碼，第7章，3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，從E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))，2)與關(guān)系模式合并后的關(guān)系的屬性對(duì)應(yīng)于某個(gè)端點(diǎn)：對(duì)應(yīng)關(guān)系的代碼和連接本身的屬性合并后的關(guān)系的代碼不變。第7章：3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，從E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))。例如，“管理”連接是1:1，有三種轉(zhuǎn)換方法：(1)轉(zhuǎn)換成一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模型：管理(員工號(hào)，類號(hào))或管理(員工號(hào)，類號(hào))；(2)將“管理”連接與班級(jí)關(guān)系模型合并(學(xué)生人數(shù)、員工人數(shù))(3)如果將“管理”連接與教師關(guān)系模型合并，只需將班級(jí)關(guān)系代碼添加到教師關(guān)系中，即班級(jí)編號(hào)：教師：(員工人數(shù)、姓名、性

6、別、職稱、班級(jí)編號(hào)、是否是優(yōu)秀的班級(jí)教師)，第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、E-R圖轉(zhuǎn)換到關(guān)系模型(續(xù))，注意：在理論上，但是在某些情況下，與不同關(guān)系模型合并的效率會(huì)有很大不同。因此，這取決于應(yīng)用程序的具體情況，關(guān)系模式的哪一方應(yīng)該合并。因?yàn)檫B接操作是最耗時(shí)的操作，所以通常目標(biāo)是最小化連接操作。例如，如果一個(gè)班級(jí)的班主任的名字經(jīng)常被詢問，最好將管理聯(lián)系與教師關(guān)系結(jié)合起來。第7章：3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，從E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))，以及三個(gè)或更多實(shí)體之間的多重連接到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換。關(guān)系屬性：與多元連接相連的每個(gè)實(shí)體的代碼和連接本身的屬性關(guān)系的代碼：每個(gè)實(shí)體代碼的組合示例，“講座”連接是一個(gè)三元連接，可以轉(zhuǎn)換為以

7、下關(guān)系模式，其中課程編號(hào)、員工編號(hào)和圖書編號(hào)是關(guān)系的組合代碼：講座(課程編號(hào)、員工編號(hào)、圖書編號(hào))，第7章第3節(jié)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，從E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))例如， 如果在教師實(shí)體集中的領(lǐng)導(dǎo)和領(lǐng)導(dǎo)之間存在1:n的自連接，我們可以合并與教師實(shí)體的連接。 這時(shí)，主要代碼員工號(hào)會(huì)出現(xiàn)很多次，但其功能是不同的，所以可以用不同的屬性名稱來區(qū)分：教師：員工號(hào)、姓名、性別、職稱、部門負(fù)責(zé)人、第7章、第3章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))，以及與同一代碼的關(guān)系目的：減少系統(tǒng)中的關(guān)系數(shù)量。合并方法：將一個(gè)關(guān)系模式的所有屬性添加到另一個(gè)關(guān)系模式中，然后刪除同義屬性(可能同名也可能不同)，并適當(dāng)調(diào)整屬性的順

8、序。，第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))，例如，“所有權(quán)”關(guān)系模型：所有權(quán)(學(xué)生人數(shù)，性別)和學(xué)生關(guān)系模型：學(xué)生(學(xué)生人數(shù)，姓名，出生日期，系，年級(jí)，班級(jí)人數(shù)，平均成績)由學(xué)生人數(shù)編碼，可以組合成一個(gè)關(guān)系模型：學(xué)生第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))，示例根據(jù)上述七個(gè)原則， 學(xué)生管理子系統(tǒng)中的18個(gè)實(shí)體和聯(lián)系人可以轉(zhuǎn)化為以下關(guān)系模型：學(xué)生(學(xué)號(hào)、姓名、性別、出生日期、系、年級(jí)、班級(jí)編號(hào)、平均年級(jí)、檔案編號(hào))性別(性別、宿舍)宿舍(宿舍編號(hào)、地址)學(xué)生人數(shù)教師(員工編號(hào)、姓名、性別、職稱、班級(jí)編號(hào)、是否為優(yōu)秀班主任)、第7章第3節(jié)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、從E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)

9、化(續(xù))、教學(xué)(員工編號(hào)、學(xué)生編號(hào))課程(課程編號(hào)、課程名稱、 學(xué)分，教室號(hào))選修教材(學(xué)生號(hào)，課程號(hào)，年級(jí))圖書號(hào))檔案材料(檔案號(hào))，第7: 3章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換(續(xù))，它由12個(gè)關(guān)系模型組成。 其中，學(xué)生關(guān)系模式包括與“所有權(quán)”、“作文”和“歸檔”相對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式，教師關(guān)系模式包括與“管理”相對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式。宿舍關(guān)系模型包括對(duì)應(yīng)“住宿”聯(lián)系的關(guān)系模型；課程關(guān)系模式包括與“開放”接觸相對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式。第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，6.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，6.4.1電子關(guān)系圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換，6.4.2到特定數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換，6.4.3數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化，6.4.4用戶子模式的設(shè)計(jì)

10、，第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，6.4.2到特定數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換，通用數(shù)據(jù)模型也需要指定到特定數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換的主要基礎(chǔ)是所選數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能和限制。沒有一般的規(guī)則。對(duì)于關(guān)系模型，這種轉(zhuǎn)換通常相對(duì)簡單。第7章，3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，6.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，6.4.1從電子關(guān)系圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換，6.4.2到特定數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換，6.4.3數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化，6.4.4用戶子模式的設(shè)計(jì)，第7章，3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，6.4.3數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化，數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的結(jié)果不是唯一的。在獲得初步的數(shù)據(jù)模型之后，應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮驼{(diào)整，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能，這就是數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化。關(guān)系數(shù)據(jù)模

11、型的優(yōu)化通常以規(guī)范化理論為指導(dǎo)。第7: 3章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))，優(yōu)化數(shù)據(jù)模型的方法根據(jù)需求分析階段確定數(shù)據(jù)依賴的語義，并分別寫出每個(gè)關(guān)系模式中屬性之間的數(shù)據(jù)依賴和不同關(guān)系模式中屬性之間的數(shù)據(jù)依賴。第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))，例如，下列數(shù)據(jù)依賴關(guān)系存在于課程關(guān)系模型中：課程(課程編號(hào)，課程名稱，學(xué)分，教室編號(hào))課程名稱課程編號(hào)學(xué)分課程編號(hào)教室編號(hào)下列數(shù)據(jù)依賴關(guān)系存在于選修關(guān)系模型中：(學(xué)生編號(hào)，課程編號(hào))結(jié)果，第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，學(xué)生(學(xué)生編號(hào)，姓名，性別，平均成績，檔案編號(hào))在學(xué)生關(guān)系模型中有下列數(shù)據(jù)依賴關(guān)系：學(xué)生姓名， 學(xué)生編號(hào)、性別、出生日期、學(xué)生編號(hào)、系、年級(jí)、班

12、級(jí)、平均年級(jí)、文件編號(hào)、第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))、學(xué)生關(guān)系模型和選修關(guān)系模型之間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系：學(xué)生、學(xué)生編號(hào)選修、學(xué)生編號(hào)、第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))。第7章：3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))，根據(jù)數(shù)據(jù)依賴?yán)碚?，逐一分析關(guān)系模式，檢查是否存在部分函數(shù)依賴、傳遞函數(shù)依賴、多值依賴等。并確定每個(gè)關(guān)系模式屬于哪種范式。例如，經(jīng)過分析，可以看出課程關(guān)系模型屬于BC范式。第7章：3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))。根據(jù)需求分析階段得到的各種應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)處理需求，分析這些模型是否適合這樣的應(yīng)用環(huán)境，并決定是合并還是分解它們。第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))，并不是說標(biāo)準(zhǔn)化

13、程度越高，關(guān)系越好。當(dāng)應(yīng)用程序的查詢中經(jīng)常涉及兩個(gè)或多個(gè)關(guān)系模式的屬性時(shí)，系統(tǒng)必須經(jīng)常執(zhí)行連接操作，并且連接操作的成本相當(dāng)高?？梢哉f，關(guān)系模型效率低下的主要原因是做連接操作，所以在這種情況下，第二范式甚至第一范式可能是最好的。第7章：3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))。雖然從理論上對(duì)非BCNF關(guān)系模式進(jìn)行了分析，但會(huì)有不同程度的更新異常，但如果在實(shí)際應(yīng)用中只查詢關(guān)系模式而不執(zhí)行更新操作，則不會(huì)產(chǎn)生實(shí)際影響。對(duì)于特定的應(yīng)用，有必要權(quán)衡響應(yīng)時(shí)間的優(yōu)缺點(diǎn)和潛在問題，以確定標(biāo)準(zhǔn)化程度。一般來說，第三個(gè)范例就足夠了。第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，例如：在關(guān)系模型中，學(xué)生成績單(學(xué)生人數(shù)，英語，數(shù)學(xué)，漢語，平均成績)

14、有以下函數(shù)依賴關(guān)系：學(xué)生人數(shù)，英語學(xué)生人數(shù)，數(shù)學(xué)學(xué)生人數(shù)，中國學(xué)生人數(shù)，平均成績(英語，數(shù)學(xué)，漢語)，第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))，顯然有：學(xué)生人數(shù)(英語，數(shù)學(xué)，漢語，雖然平均成績可以從其他屬性計(jì)算，如果學(xué)生的平均成績需要在應(yīng)用中經(jīng)常查詢，為了提高效率，我們?nèi)匀豢梢员Ａ羧哂鄶?shù)據(jù)而不進(jìn)一步分解關(guān)系第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))，根據(jù)需求分析階段獲得的各種應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求，對(duì)關(guān)系模式進(jìn)行必要的分解或合并，以提高數(shù)據(jù)操作的效率和存儲(chǔ)空間的利用率。常用的分解方法有水平分解和垂直分解。第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))，水平分解什么是水平分解？將(基本)關(guān)系的元組分成若干子集，

15、并將每個(gè)子集定義為一個(gè)子集。水平分解的應(yīng)用范圍符合“80/20原則”。并發(fā)事務(wù)經(jīng)常訪問不相交的數(shù)據(jù)。第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))，符合“80/20原則”:在一個(gè)關(guān)系中，頻繁使用的數(shù)據(jù)只是關(guān)系的一部分，約20%的人將頻繁使用的數(shù)據(jù)分解成一個(gè)子關(guān)系。并發(fā)事務(wù)經(jīng)常訪問不相交的數(shù)據(jù)。如果關(guān)系R中有N個(gè)事務(wù)，并且大多數(shù)事務(wù)訪問不相交的數(shù)據(jù)，則關(guān)系R可以分解成小于或等于N個(gè)子關(guān)系，這樣每個(gè)事務(wù)訪問的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于一個(gè)關(guān)系。第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))，垂直分解什么是垂直分解？關(guān)系模式R的屬性被分解成若干子集，形成若干子關(guān)系模式。垂直分解的原理：經(jīng)常一起使用的屬性從關(guān)系中分解出來，形成一個(gè)子

16、關(guān)系模式。第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))，垂直分解的優(yōu)點(diǎn)可以提高一些事務(wù)的效率，而垂直分解的缺點(diǎn)可能會(huì)使其他事務(wù)不得不執(zhí)行連接操作，從而降低效率。第7章3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)模型優(yōu)化(續(xù))，垂直分解的適用范圍取決于分解后R上所有事務(wù)的總效率是否提高。垂直分解的方法很簡單：直觀的分解很復(fù)雜：垂直分解使用第5章中的模式分解算法一定不能失去關(guān)系模式的語義(保持無損co第7章，3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，6.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，6.4.1從E-R圖到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換，6.4.2到特定數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)指定的模型的轉(zhuǎn)換，6.4.3數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化，6.4.4設(shè)計(jì)用戶子模式，第7章，3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，6.4.4設(shè)計(jì)用戶子模式，主要從系統(tǒng)的時(shí)間效率和空間效率來定義數(shù)據(jù)庫模式在定義用戶外模式時(shí)，我們應(yīng)該更加注意用戶的習(xí)慣和方便。它包括三個(gè)方面：第7、3章，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，用戶子模式設(shè)計(jì)(續(xù))；(1)將E-R圖與更符合用戶習(xí)慣的別名合并，完成了消除命名沖突的工作，從而使數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中相同的關(guān)系和屬性具有唯一的名稱。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的整體結(jié)構(gòu)時(shí)，這是非常必要的。但是，對(duì)于一些本地應(yīng)用程序來說，使用不符合用戶習(xí)慣的屬性名稱可能會(huì)不方便。第7章，3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)用戶子模式(續(xù))，以及(1)使用更符合用戶習(xí)慣的別名(續(xù))。因此，在設(shè)計(jì)用戶子模式時(shí)，可以重新定義一些屬性名稱，以使它們符合用戶的習(xí)慣。當(dāng)然，為了規(guī)范應(yīng)用，我們