数据库技术-数据库概念设计

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数据库结构设计

数据库概念设计

每文一语

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数据库结构设计

数据库概念设计

一个设计良好的数据库，在很大程度上决定了系统的成功与否。

概念设计是数据库设计的核心环节。通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型。

1、数据库概念设计的目标
定义和描述应用领域设计的数据范围
①获取信息模型
②描述数据的属性特征
③描述数据之间的关系
④定义和描述数据的约束
⑤说明数据的安全性要求
⑥支持用户的各种数据处理需求
⑦保证信息模型能转化成数据库的逻辑结构（即数据库模式）。

2、过程：
（1）明确建模目标（模型覆盖范围）
（2）定义实体集（自底向上标识和定义实体集）
（3）定义联系（实体间关联关系）

（4）建立信息模型（构造ER模型）
（5）确定实体集属性（属性描述一个实体集的特征或性质）
（6）对信息模型进行集成与优化（检查和消除命名不一致、结构不一致等）
概念设计是DB设计的核心环节。概念数据模型是对现实世界的抽象和模拟。

3、概念模型设计
概念设计目前采用最广泛的是ER建模方法。将现实世界抽象为具有属性的实体及联系。
1976年，Peter.Chen提出Ｅ-Ｒ模型（Entity- Relationship Model），即实体联系模型，用Ｅ-Ｒ图来描述数据库的概念模型。
观点：世界是由一组称作实体的基本对象和这些对象之间的联系构成的。

与E-R模型有关的概念
实体（Entity）或实例（Instance）
客观存在并可相互区分的事物叫实体。
如学生张三、工人李四、计算机系、数据库概论。
实体集（Entity Set）
同型实体的集合称为实体集。
如全体学生。

属性（Attribute）
实体所具有的某一特性。一个实体可以由若干个属性来刻画。每个属性的取值范围称为域。
例如，学生可由学号、姓名、年龄、系、年级等组成。

码（Key）：
实体集中唯一标识每一个实体的属性或属性组合。
用来区别同一实体集中的不同实体的称作主码。（主键）
一个实体集中任意两个实体在主码上的取值不能相同。
如学号是学生实体的主码。（主键）

联系（Relationship）
描述实体之间的相互关系。
如学生与老师间的授课关系，学生与学生间有班长关系。
联系也可以有属性，如学生与课程之间有选课联系，每个选课联系都有一个成绩作为其属性。
同类联系的集合称为联系集。

实体间的联系有三类：
实体之间的联系的数量，即一个实体通过一个联系集能与另一实体集相关联的实体的数目。
一对一联系（1：1）
如：“系”与“系主任”（一个系只有一个系主任，一个系主任只负责管理一个系）

一对多联系（1：n )
如：“系”与“学生”（一个系招收若干学生，一个学生只属于一个系）
多对多联系（m：n）
如：“学生”与“课程”（一名学生可选修多门课程，每门课程可被多名学生选修）

E-R模型的表示

 1、逻辑设计的任务：
将概念模型（如ER图）转化为DBMS支持的数据模型（如关系模型），并对其进行优化。

 2、逻辑设计的依据和阶段目标：

 关系模型
有三种主要的数据模型：层次模型、网状模型、关系模型。其中关系模型简单灵活，并有着坚实的理论基础，已成为当前最流行的数据模型。
关系模型就是用二维表格结构来表示实体及实体之间联系的模型。
关系的描述称为关系模式（Relation Schema）。关系模式由五部分组成，即它是一个五元组：R(U, D, DOM, F)

R：关系名    U：组成该关系的属性名集合     D：属性组U中属性所来自的域    DOM：属性到域的映射    F：属性组U上的一组数据依赖
由于D、DOM对模式设计的关系不大，这里把关系模式简化为一个三元组：
R<U, F>，当且仅当U上的一个关系R满足F时，R称为关系模式R<U,F>的一个关系。

1、关系数据库设计的核心：关系模式的设计。
2、关系模式的设计目标：按照一定的原则从数量众多而又相互关联的数据中，构造出一组既能较好地反映现实世界，而又有良好的操作性能的关系模式。

数据依赖
定义：
设R（U）是一个属性集U上的关系模式，X和Y是U的子集。若对于R（U）的任意一个可能的关系r，r中不可能存在两个元组在X上的属性值相等，而在Y上的属性值不等，则称“X函数确定Y”或“Y函数依赖于X”，记作X→Y。

数据依赖

关系内部属性与属性之间的一种约束关系，是现实世界属性间相互联系的抽象
数据的内在性质
语义的体现，完整性约束的表现形式
限定属性的取值范围，如年龄<60，定义属性间值的相互关联（主要体现于值的相等与否），这就是数据依赖

数据依赖的类型

函数依赖（Functional Dependency，FD）普遍存在于生活中，这种依赖关系类似于数学中的函数y=f（x），自变量x确定之后，相应的函数值y也就唯一地确定了。如关系：公民（身份证号，姓名，地址，工作单位）身份证号一确定，则其地址就唯一确定，因此地址函数依赖身份证号。而姓名一确定，不一定能确定地址。

多值依赖（Multivalued Dependency，MD）
教师号可能多值依赖课程号，因为给定一个（课程号，参考书号）的组合，可能有对应多个教师号。这是因为多个老师可以使用相同或不同的参考书上同一门课。
简单点讲，函数就是唯一确定的关系；多值依赖却不能唯一确定。

候选码、主码、外码
我们已经知道，如果某属性组的值能唯一确定整个元组的值，则称该属性组为候选码或侯选关键字。
例如：（学号，姓名，性别，年龄）中，学号是关键字，（学号，姓名）不是关键字，性别不是关键字。
候选码如果有多个，可以选其中的一个作为主码（Primary Key） 。

数据规范化
关系数据库的设计主要是关系模式设计。关系模式设计的好坏直接影响到数据库设计的成败。将关系模式规范化，是设计较好的关系模式的惟一途径。
关系模式的规范化主要是由关系范式来完成的。
关系模式的规范化：把一个低一级的关系模式分解为高一级关系模式的过程。        
关系数据库的规范化理论是数据库逻辑设计的工具。
目的：尽量消除插入、删除异常，修改复杂，数据冗余的问题。

范式
范式：关系模式满足的约束条件称为范式。根据满足规范化的程度不同，范式由低到高分为1NF，2NF，3NF，BCNF，4NF，5NF。
1NF：如果关系模式R，其所有属性都是不可再分的基本数据项，则称R属于第一范式，R∈1NF。

每文一语

如果没有开始，那就不会有结束，既然开始，那就负重前行