第五章數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)課件

第五章數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行與維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)(DatabaseDesign)是指對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用需求，構(gòu)造良好的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求。由于實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)是“循環(huán)往復(fù)，精益求精”的過(guò)程。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程可以分為6個(gè)步驟，依次是需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施和數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行與維護(hù)。第一節(jié)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述需求分析的主要任務(wù)是明確用戶的各種需求，產(chǎn)生數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典，然后在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能，并產(chǎn)生需求說(shuō)明書。調(diào)查、收集用戶需求的具體做法是：(1)了解組織機(jī)構(gòu)的情況，調(diào)查這個(gè)組織由哪些部門組成，各部門的職責(zé)是什么，為分析信息流程做準(zhǔn)備。(2)了解各部門的業(yè)務(wù)活動(dòng)情況，調(diào)查各部門輸入和使用什么數(shù)據(jù)，如何加工處理這些數(shù)據(jù)。輸出什么信息，輸出到什么部門，輸出的格式等。(3)確定新系統(tǒng)的邊界。確定哪些功能由計(jì)算機(jī)完成或?qū)?lái)準(zhǔn)備讓計(jì)算機(jī)完成，哪些活動(dòng)由人工完成。第二節(jié)需求分析調(diào)查了解用戶的需求后，還需要進(jìn)一步分析和抽象用戶的需求，使之轉(zhuǎn)換為后續(xù)各設(shè)計(jì)階段可用的形式。在眾多分析和表達(dá)用戶需求的方法中，結(jié)構(gòu)化分析(StructuredAnalysis，SA)是一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的方法。SA方法采用自頂向下，逐層分解的方式分析系統(tǒng)，用數(shù)據(jù)流程圖(DataFlowDiagram，DFD)、數(shù)據(jù)字典(DataDictionary，DD)來(lái)描述系統(tǒng)。第二節(jié)需求分析數(shù)據(jù)流程圖是描述系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理流程的工具，它將數(shù)據(jù)獨(dú)立抽象出來(lái)，通過(guò)圖形方式描述系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的來(lái)龍去脈。數(shù)據(jù)流程圖的基本成分包括外部實(shí)體、處理過(guò)程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)流四個(gè)組成部分。第二節(jié)需求分析外部實(shí)體處理過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)流例5.1下圖展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的DFD，表示數(shù)據(jù)流“付款單”從外部實(shí)體“客戶”（源點(diǎn)）流出，經(jīng)過(guò)處理過(guò)程“賬務(wù)處理”轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流“明細(xì)”，再經(jīng)過(guò)處理過(guò)程“打印賬目”轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)流“賬目”，最后流向外部實(shí)體“會(huì)計(jì)”。在“打印賬目”處理時(shí)，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)“總賬目”中讀取賬目序號(hào)數(shù)據(jù)。第二節(jié)需求分析E1客戶P1賬務(wù)處理D1付款單P2打印賬目D2明細(xì)總賬目SD3賬目E2會(huì)計(jì)元數(shù)據(jù)是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述組成，主要描述數(shù)據(jù)及其使用環(huán)境，例如數(shù)據(jù)精度、來(lái)源、產(chǎn)生時(shí)間、使用范圍、注解等。數(shù)據(jù)字典是一種用戶可以訪問(wèn)的、記錄數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序元數(shù)據(jù)的集合，通常是用來(lái)解釋數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)字段等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的意義，數(shù)據(jù)字段的取值范圍、數(shù)據(jù)值代表的意義等。簡(jiǎn)而言之，數(shù)據(jù)字典是描述數(shù)據(jù)的信息集合，是系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)的定義集合。數(shù)據(jù)字典通常由數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理過(guò)程組成。第二節(jié)需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是將需求分析階段得到的用戶需求抽象為概念模型，抽象方法一般有3種：分類、聚集和概括。分類是定義某一種概念作為現(xiàn)實(shí)世界中一組對(duì)象的類型，這些對(duì)象具有某些共同的特性和行為，即抽象了實(shí)體與實(shí)體集之間的“成員”語(yǔ)義。聚集是定義某種類型的組成部分，抽象了對(duì)象類型和對(duì)象成分（例如屬性）之間的“組成部分”語(yǔ)義。概括定義了對(duì)象類型之間的一種子集聯(lián)系，抽象了類型間“所屬”的語(yǔ)義。抽象的結(jié)果是由現(xiàn)實(shí)世界的事物得到概念模型的實(shí)體集和屬性。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）E-R模型E-R模型在將現(xiàn)實(shí)世界的含義和相互關(guān)聯(lián)映射到概念模式時(shí)，采用三個(gè)基本概念：實(shí)體集、聯(lián)系和屬性。實(shí)體是現(xiàn)實(shí)世界中可區(qū)別于其他對(duì)象的事物，可以是抽象的或具體的。實(shí)體集是具有相同性質(zhì)的實(shí)體集合，一般用矩形框表示實(shí)體集。聯(lián)系是指多個(gè)實(shí)體間的相互關(guān)聯(lián)。聯(lián)系集是同類聯(lián)系的集合，一般用菱形框表示聯(lián)系，用無(wú)向邊將矩形框與菱形框連接起來(lái)，邊上標(biāo)明聯(lián)系類型。實(shí)體有很多特性，每一個(gè)特性稱為屬性。除了實(shí)體具有屬性外，某些聯(lián)系也具有屬性。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例5.2在銀行應(yīng)用中，有用戶、員工和支行實(shí)體集。其中用戶實(shí)體集包括用戶號(hào)、姓名、年齡、性別、住址屬性，員工實(shí)體集包括員工號(hào)、姓名、性別、崗位、工資屬性，支行集實(shí)體包括支行名、經(jīng)理名、地址、聯(lián)系電話屬性。用戶與員工之間的聯(lián)系是員工為用戶提供服務(wù)，員工與支行的聯(lián)系是支行聘用員工。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用戶用戶號(hào)姓名年齡性別住址員工員工號(hào)姓名性別崗位工資聯(lián)系電話地址支行經(jīng)理名支行名第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用戶mn支行員工聘用1n服務(wù)用E-R模型方法進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)需要對(duì)E-R模型作一些變換操作。引入弱實(shí)體集。所謂弱實(shí)體集，是指一個(gè)實(shí)體集對(duì)于另一個(gè)（些）實(shí)體集具有很強(qiáng)的依賴聯(lián)系，而且該實(shí)體集的碼部分或全部從其父實(shí)體集中獲得。在E-R模型中，弱實(shí)體集用雙線矩形框表示，與弱實(shí)體集直接相關(guān)的聯(lián)系用雙線菱形框表示。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)員工n經(jīng)歷員工簡(jiǎn)歷1多值屬性變換。對(duì)于多值屬性，如果在數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)施過(guò)程中不作處理，將會(huì)產(chǎn)生大量冗余數(shù)據(jù)，并且有可能造成數(shù)據(jù)的不一致。因此要對(duì)多值屬性進(jìn)行變換。主要有兩種變換方法，第一種變換方法是對(duì)多值屬性進(jìn)行分解，即把原來(lái)的多值屬性分解成幾個(gè)新的屬性，并在原E-R圖中用分解后的新屬性替代原多值屬性。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)性別畢業(yè)院校年齡姓名員工性別本科畢業(yè)院校年齡姓名員工碩士畢業(yè)院校博士畢業(yè)院校如果一個(gè)多值屬性的值較多，在分解變換時(shí)可能會(huì)增加數(shù)據(jù)庫(kù)的冗余量。因此，可以采用另一種變換方法：增加一個(gè)弱實(shí)體集，原多值屬性提升為弱實(shí)體集，其多個(gè)值轉(zhuǎn)變?yōu)樵撊鯇?shí)體集的多個(gè)屬性。增加的弱實(shí)體集依賴于原實(shí)體集而存在，并增加一個(gè)聯(lián)系，且弱實(shí)體集與原實(shí)體集之間是一對(duì)一聯(lián)系。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11性別本科畢業(yè)院校年齡姓名員工碩士畢業(yè)院校博士畢業(yè)院校教育經(jīng)歷畢業(yè)院校復(fù)合屬性變換。對(duì)于復(fù)合屬性可以用層次結(jié)構(gòu)來(lái)表示。例如“地址”作為支行實(shí)體的一個(gè)屬性，它可以進(jìn)一步分為多個(gè)子屬性。復(fù)合屬性不僅能夠更準(zhǔn)確地模擬現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)合層次信息結(jié)構(gòu)，而且當(dāng)用戶既需要把復(fù)合屬性作為一個(gè)整體使用，又需要單獨(dú)使用各子屬性時(shí)，屬性的復(fù)合結(jié)構(gòu)就顯得十分重要了。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地址省名街道區(qū)名市名郵編對(duì)復(fù)合屬性來(lái)說(shuō)，可以將其提升為一個(gè)實(shí)體集，也可以簡(jiǎn)單的當(dāng)做普通屬性，需要依據(jù)具體情況而定。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)復(fù)合屬性的值對(duì)其他屬性值或者實(shí)體集產(chǎn)生影響，進(jìn)而需要進(jìn)一步分析其各個(gè)部分的屬性值時(shí)，需要將其提升為一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體集。例如，當(dāng)某公司的員工福利待遇（車補(bǔ)）與其住址相關(guān)時(shí)，就應(yīng)該將復(fù)合屬性“住址”提升為實(shí)體集。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分解變換。如果實(shí)體集的屬性較多，可以進(jìn)行分解。例如，對(duì)于員工實(shí)體集，其屬性為員工號(hào)、姓名、性別、生日、（所屬）支行名、崗位、工資、獎(jiǎng)金。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)員工員工號(hào)姓名性別生日支行名工資獎(jiǎng)金崗位可以把員工信息分解為兩部分，一部分屬于固定信息，一部分屬于變動(dòng)信息。為了區(qū)別這兩部分信息，產(chǎn)生一個(gè)新的實(shí)體和一個(gè)新的聯(lián)系。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11屬于員工號(hào)姓名性別生日支行名工資獎(jiǎng)金崗位員工固定信息員工變動(dòng)信息（2）設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法主要有兩種：一種是集中式設(shè)計(jì)，另一種是視圖集成設(shè)計(jì)。視圖集成設(shè)計(jì)方法由視圖設(shè)計(jì)和視圖合并兩階段組成。在視圖設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者根據(jù)每個(gè)應(yīng)用的需求，獨(dú)立地為每個(gè)用戶和應(yīng)用設(shè)計(jì)一個(gè)概念模型，這里每個(gè)應(yīng)用的概念模型都稱為視圖。在視圖合并階段，設(shè)計(jì)者把所有視圖有機(jī)地合并成統(tǒng)一的概念模型，這個(gè)最終的概念模型支持所有的應(yīng)用。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的策略主要分為自頂向下、自底向上、自內(nèi)向外和混合策略四種。這些方法中最常用的是自底向上方法：首先設(shè)計(jì)局部概念模式，然后綜合局部概念模式成全局概念模式，最后對(duì)全局概念模式進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化。首先，通過(guò)分類、聚集、概括等方法將用戶需求抽象為概念模型，確定實(shí)體集之間的聯(lián)系，設(shè)計(jì)相應(yīng)的E-R模型。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)然后，利用E-R模型對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，可以分成三步進(jìn)行：第一步設(shè)計(jì)局部E-R模型，第二步把各局部E-R模型綜合成一個(gè)全局E-R模型，第三步對(duì)全局E-R模型進(jìn)行優(yōu)化，得到最終的概念模型。設(shè)計(jì)局部E-R模型。首先根據(jù)用戶需求局部結(jié)構(gòu)范圍，然后定義實(shí)體集和聯(lián)系。實(shí)體集定義的任務(wù)就是從信息需求和局部范圍定義出發(fā)，確定每一個(gè)實(shí)體集類型的屬性和碼，確定用于刻畫實(shí)體集之間的聯(lián)系。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例5.3假設(shè)在一次運(yùn)動(dòng)會(huì)比賽中，有運(yùn)動(dòng)隊(duì)和運(yùn)動(dòng)會(huì)兩個(gè)方面的實(shí)體集。其中，運(yùn)動(dòng)隊(duì)方面，實(shí)體集包括：運(yùn)動(dòng)隊(duì)（隊(duì)伍號(hào)，隊(duì)伍名，教練名），運(yùn)動(dòng)員（姓名，性別，參賽項(xiàng)目）。一支運(yùn)動(dòng)隊(duì)包含多名運(yùn)動(dòng)員，一名運(yùn)動(dòng)員僅屬于一支運(yùn)動(dòng)隊(duì)，一支隊(duì)伍有一名教練，并且同一隊(duì)中沒(méi)有重名的運(yùn)動(dòng)員。運(yùn)動(dòng)會(huì)方面，實(shí)體集包括：運(yùn)動(dòng)員（編號(hào)，姓名，性別，隊(duì)伍號(hào)），比賽項(xiàng)目（項(xiàng)目名，比賽場(chǎng)地）。其中，一個(gè)比賽項(xiàng)目可供多名運(yùn)動(dòng)員參加，一名運(yùn)動(dòng)員可參加多個(gè)項(xiàng)目。根據(jù)上述條件，分別設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)隊(duì)和運(yùn)動(dòng)會(huì)兩個(gè)局部E-R圖。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)n運(yùn)動(dòng)隊(duì)運(yùn)動(dòng)員屬于參賽項(xiàng)目性別1姓名隊(duì)伍號(hào)隊(duì)伍名教練名m比賽項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員參加性別姓名n編號(hào)項(xiàng)目名比賽場(chǎng)地隊(duì)伍號(hào)集成全局E-R模型。局部E-R模型之間可能存在很多沖突和重復(fù)，主要有屬性沖突、結(jié)構(gòu)沖突、命名沖突和約束沖突。集成的第一步是修改局部E-R模型，解決沖突。屬性沖突。屬性沖突又包括屬性域沖突和屬性取值單位沖突。命名沖突。主要指屬性名，實(shí)體名，聯(lián)系名之間的沖突。解決以上兩種沖突比較容易，只要通過(guò)討論，協(xié)商一致即可。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)沖突。結(jié)構(gòu)沖突又包括兩種情況：一種是指同一對(duì)象在不同應(yīng)用中具有不同的抽象，即用不同的概念表示結(jié)構(gòu)。如在一個(gè)概念模式中被表示為實(shí)體，而在另一個(gè)模式中被表示為屬性。解決這種沖突的方法通常是把屬性變換為實(shí)體集或把實(shí)體集轉(zhuǎn)換為屬性。另一種結(jié)構(gòu)沖突是同一實(shí)體在不同的局部E-R圖中所包含的屬性個(gè)數(shù)和屬性的排列次序不完全相同。解決這種沖突的方法是讓該實(shí)體的屬性為各局部E-R圖中的屬性的并集。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)約束沖突。主要指實(shí)體之間的聯(lián)系在不同的局部E-R圖中呈現(xiàn)不同的類型。如在某一應(yīng)用中被定義為多對(duì)多聯(lián)系，而在另一應(yīng)用中則被定義為一對(duì)多聯(lián)系。集成全局E-R模型的第二步是確定公共實(shí)體類型。在集成為全局E-R模型之前，首先要確定各局部結(jié)構(gòu)中的公共實(shí)體類型。在選擇時(shí)，首先尋找同名實(shí)體類型，將其作為公共實(shí)體類型的一類候選，其次需要相同鍵的實(shí)體類型，將其作為公共實(shí)體類型的另一類候選。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)集成全局E-R模型的最后一步是合并局部E-R模型。合并局部E-R模型有多種方法，常用的是二元階梯合成法，該方法首先進(jìn)行兩兩合并，先合并那些現(xiàn)實(shí)世界中聯(lián)系較為緊密的局部結(jié)構(gòu)，并且合并從公共實(shí)體類型開(kāi)始，最后再加入獨(dú)立的局部結(jié)構(gòu)。集成全局E-R模型的目標(biāo)是使各個(gè)局部E-R模型合并成為能夠被全系統(tǒng)中所有用戶共同理解和接受的統(tǒng)一的概念模型。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例5.4將例5.3中的局部E-R圖合并為一個(gè)全局E-R圖。求解過(guò)程：解決各局部E-R圖中存在的沖突，確定公共實(shí)體類型，合并局部E-R模型。①解決命名沖突。運(yùn)動(dòng)員的參賽項(xiàng)目屬性與比賽項(xiàng)目的項(xiàng)目名屬性含義相同，但屬性名不同，可以統(tǒng)一命名為項(xiàng)目名。②解決結(jié)構(gòu)沖突。比賽項(xiàng)目在兩個(gè)局部E-R圖中，一個(gè)作為屬性，一個(gè)作為實(shí)體集，解決的辦法是消除運(yùn)動(dòng)員實(shí)體集中的參賽項(xiàng)目屬性，轉(zhuǎn)化為實(shí)體集。運(yùn)動(dòng)員實(shí)體集在兩個(gè)局部E-R圖中所包含的屬性個(gè)數(shù)不同，碼也不同，解決的方法是讓該實(shí)體集的屬性為兩個(gè)局部E-R圖中的屬性的并集，即運(yùn)動(dòng)員實(shí)體集包含5個(gè)屬性，并將編號(hào)作為碼。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)n運(yùn)動(dòng)隊(duì)運(yùn)動(dòng)員屬于參賽項(xiàng)目性別1姓名隊(duì)伍號(hào)隊(duì)伍名教練名m比賽項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員參加性別姓名n編號(hào)項(xiàng)目名比賽場(chǎng)地隊(duì)伍號(hào)第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)nnn運(yùn)動(dòng)隊(duì)運(yùn)動(dòng)員屬于性別姓名1編號(hào)隊(duì)伍號(hào)隊(duì)伍名教練名比賽項(xiàng)目參加參加mm項(xiàng)目名比賽場(chǎng)地項(xiàng)目名隊(duì)伍號(hào)③優(yōu)化全局E-R模型。優(yōu)化全局E-R模型能夠提高數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的效率，可從以下幾個(gè)方面考慮進(jìn)行優(yōu)化：第一，合并相關(guān)實(shí)體，盡可能減少實(shí)體個(gè)數(shù)。第二，消除冗余。在合并后的E-R模型中，消除可能存在的冗余屬性與冗余聯(lián)系。消除冗余主要采用分析方法，以數(shù)據(jù)字典和數(shù)據(jù)流圖為依據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)字典中關(guān)于數(shù)據(jù)項(xiàng)之間邏輯關(guān)系的說(shuō)明來(lái)消除冗余。此外，還可利用規(guī)范化理論中函數(shù)依賴的概念來(lái)消除冗余。第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三節(jié)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)nn運(yùn)動(dòng)隊(duì)運(yùn)動(dòng)員屬于性別姓名1編號(hào)隊(duì)伍號(hào)隊(duì)伍名教練名比賽項(xiàng)目參加m項(xiàng)目名比賽場(chǎng)地概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果是一個(gè)全局的E-R模型。E-R模型獨(dú)立于任何一種數(shù)據(jù)模型，也與任何具體的DBMS無(wú)關(guān)。為了建立滿足實(shí)際應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)庫(kù)，需要根據(jù)具體的DBMS把概念模型轉(zhuǎn)換為邏輯數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是將概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段得到的全局E-R模型轉(zhuǎn)換為與某一DBMS產(chǎn)品支持的數(shù)據(jù)模型相符合的邏輯結(jié)構(gòu)，其步驟包括：(1)將概念模型轉(zhuǎn)換成為一般的邏輯模型，包括關(guān)系、網(wǎng)狀、層次模型，這里主要討論概念模型到關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換；(2)將轉(zhuǎn)換得到的邏輯模型進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為所選用DBMS支持的數(shù)據(jù)模型；(3)對(duì)得到的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化。第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型將E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型時(shí)需要解決兩個(gè)問(wèn)題，一是如何將實(shí)體集、屬性以及聯(lián)系轉(zhuǎn)換成為關(guān)系模式，二是如何確定得到的關(guān)系模式的屬性和主碼。在將E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型時(shí)，基本的轉(zhuǎn)換原則包括：(1)一個(gè)實(shí)體集轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型中的一個(gè)關(guān)系模式。關(guān)系模式的屬性即為實(shí)體集的屬性，關(guān)系模式的主碼即為實(shí)體型的碼；(2)一個(gè)一對(duì)一聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與任意一端的關(guān)系模式合并。轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式時(shí)，關(guān)系的屬性與該聯(lián)系相連的各實(shí)體集的碼以及聯(lián)系本身的屬性，并且每個(gè)實(shí)體集的碼都是該關(guān)系的候選碼。與任意一端的關(guān)系模式合并時(shí)，在合并關(guān)系中增加聯(lián)系本身的屬性，以及另一端實(shí)體集的碼；第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(3)一個(gè)一對(duì)多(1:n)聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換成為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，也可以與n端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并。轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式時(shí)，關(guān)系的屬性為與該聯(lián)系相連的各實(shí)體集的碼以及聯(lián)系本身的屬性，關(guān)系的碼是n端實(shí)體集的碼。與n端對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式合并時(shí)，在n端關(guān)系中加入1端關(guān)系的碼和聯(lián)系本身的屬性，合并后關(guān)系的碼不變。一般情況下是與n端合并；(4)一個(gè)多對(duì)多聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式。關(guān)系的屬性為與該聯(lián)系相連的各實(shí)體集的碼以及聯(lián)系本身的屬性，各實(shí)體集的碼作為關(guān)系的主碼或主碼的一部分。(5)同一實(shí)體集內(nèi)部的三種聯(lián)系，轉(zhuǎn)換方法與(1)、(2)、(3)相同；第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(6)三個(gè)或三個(gè)以上實(shí)體集間的多元聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，方法是將與該聯(lián)系相連的各實(shí)體集的主碼以及聯(lián)系本身的屬性作為該關(guān)系的屬性，各實(shí)體集的碼作為關(guān)系的主碼或主碼的一部分；(7)具有相同碼的關(guān)系模式可合并。合并方法：將其中一個(gè)關(guān)系模式的全部屬性加入到另一個(gè)關(guān)系模式中，并去掉其中的同義屬性。第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例5.5右圖中展示了用戶（用戶號(hào)，姓名，年齡）與賬戶（賬戶號(hào)，余額）實(shí)體集之間的一對(duì)一聯(lián)系。其中用戶實(shí)體集的碼為用戶號(hào)，賬戶實(shí)體集的碼為賬戶號(hào)，試將該一對(duì)一聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11用戶賬戶擁有用戶號(hào)姓名年齡賬戶號(hào)余額求解過(guò)程：給出三種轉(zhuǎn)換方法，將一對(duì)一聯(lián)系轉(zhuǎn)換為獨(dú)立的關(guān)系模式，以及將該聯(lián)系與任意一端的實(shí)體集合并。①轉(zhuǎn)換為獨(dú)立的關(guān)系模式，得到：用戶（用戶號(hào)，姓名，年齡）賬戶（賬戶號(hào)，余額）擁有（用戶號(hào)，賬戶號(hào)）②與用戶實(shí)體集合并，得到：用戶（用戶號(hào)，姓名，年齡，賬戶號(hào)）賬戶（賬戶號(hào)，余額）第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)③與賬戶實(shí)體集合并，得到：用戶（用戶號(hào)，姓名，年齡）賬戶（賬戶號(hào)，余額，用戶號(hào)）對(duì)上述三種轉(zhuǎn)換進(jìn)行比較，第一種轉(zhuǎn)換產(chǎn)生三個(gè)關(guān)系，增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。第二種轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的用戶關(guān)系中，對(duì)于那些尚未開(kāi)通賬戶的用戶來(lái)說(shuō)，賬戶號(hào)屬性值為空，可能產(chǎn)生較多的空值。第三種轉(zhuǎn)換中，只有開(kāi)通賬戶的用戶號(hào)才會(huì)出現(xiàn)在賬戶關(guān)系中，因此是較為合理的轉(zhuǎn)換。第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例5.6右圖中展示了支行（支行名，地址，經(jīng)理名）與賬戶（賬戶號(hào)，余額）實(shí)體集之間的一對(duì)多聯(lián)系。其中支行實(shí)體集的碼為支行名，賬戶實(shí)體集的碼為賬戶號(hào)，一個(gè)支行管理一定數(shù)量的賬戶。試將該一對(duì)多聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)n1支行賬戶管理支行名地址經(jīng)理名賬戶號(hào)余額數(shù)量求解過(guò)程：給出兩種轉(zhuǎn)換方法，將一對(duì)多聯(lián)系轉(zhuǎn)換為獨(dú)立的關(guān)系模式，以及將該聯(lián)系與n端的實(shí)體集合并。①轉(zhuǎn)換為獨(dú)立的關(guān)系模式，得到：支行（支行名，地址，經(jīng)理名）賬戶（賬戶號(hào)，余額）管理（賬戶號(hào)，支行名，數(shù)量）②與賬戶實(shí)體集合并，得到：支行（支行名，地址，經(jīng)理名）賬戶（賬戶號(hào)，余額，支行名，數(shù)量）第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例5.7右圖中展示了員工（員工號(hào)，姓名，年齡，職務(wù)）與用戶（用戶號(hào)，姓名，年齡）實(shí)體集之間的多對(duì)多聯(lián)系。其中員工實(shí)體集的碼為員工號(hào)，用戶實(shí)體集的碼為用戶號(hào)，員工為用戶提供多種類型的服務(wù)。試將該多對(duì)多聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)mn用戶服務(wù)員工員工號(hào)姓名年齡職務(wù)用戶號(hào)姓名年齡類型求解過(guò)程：將多對(duì)多聯(lián)系轉(zhuǎn)換為獨(dú)立的關(guān)系模式，得到：?jiǎn)T工（員工號(hào)，姓名，年齡，職務(wù)）用戶（用戶號(hào)，姓名，年齡）服務(wù)（員工號(hào)，用戶號(hào)，類型）第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例5.8右圖中展示了員工（員工號(hào)，姓名，年齡，職務(wù)）實(shí)體集內(nèi)部的一對(duì)多聯(lián)系。其中一名經(jīng)理領(lǐng)導(dǎo)多名普通員工，一個(gè)部門有一名經(jīng)理。試將該聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)n1領(lǐng)導(dǎo)員工員工號(hào)姓名年齡職務(wù)部門求解過(guò)程：給出兩種轉(zhuǎn)換方法，將實(shí)體集內(nèi)部的一對(duì)多聯(lián)系轉(zhuǎn)換為獨(dú)立的關(guān)系模式，以及將該聯(lián)系與實(shí)體集合并。①轉(zhuǎn)換為獨(dú)立的關(guān)系模式，得到：?jiǎn)T工（員工號(hào)，姓名，年齡，職務(wù)）領(lǐng)導(dǎo)（員工號(hào)，部門）②與員工實(shí)體集合并，得到：?jiǎn)T工（員工號(hào)，姓名，年齡，職務(wù)，部門）第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例5.9右圖中展示了支行（支行名，地址，經(jīng)理名）、用戶（用戶號(hào)，姓名，年齡）與賬戶（賬戶號(hào)，余額）實(shí)體集之間的聯(lián)系。其中一個(gè)支行擁有多個(gè)用戶和賬戶。試將該聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)支行mn用戶賬戶擁有1支行名地址經(jīng)理名用戶號(hào)姓名年齡賬戶號(hào)余額求解過(guò)程：將多個(gè)實(shí)體集間的一對(duì)多聯(lián)系轉(zhuǎn)換為獨(dú)立的關(guān)系模式，得到：支行（支行名，地址，經(jīng)理名）用戶（用戶號(hào)，姓名，年齡）賬戶（賬戶號(hào)，余額）擁有（支行名，用戶號(hào)，賬戶號(hào)）第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2）關(guān)系模型優(yōu)化E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型時(shí)，得到的結(jié)果并不一定是最優(yōu)的。對(duì)關(guān)系模型進(jìn)行優(yōu)化的方法包括：確定數(shù)據(jù)依賴。其中數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的數(shù)據(jù)依賴由數(shù)據(jù)字典的數(shù)據(jù)項(xiàng)中記錄的“與其它數(shù)據(jù)項(xiàng)的邏輯關(guān)系”分析得到。同一關(guān)系模式中屬性間的數(shù)據(jù)依賴和不同關(guān)系模式中屬性間的數(shù)據(jù)依分別由需求分析階段得到的語(yǔ)義分析得到。對(duì)各個(gè)關(guān)系模式之間的數(shù)據(jù)依賴進(jìn)行極小化處理，消除冗余的聯(lián)系。依據(jù)第四章介紹的規(guī)范化理論對(duì)關(guān)系模式進(jìn)行分析，確定各個(gè)關(guān)系模式的范式。第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)應(yīng)用需求分析關(guān)系模式是否合適，列出需要進(jìn)行合并或分解的關(guān)系模式。一般來(lái)說(shuō)，達(dá)到3NF或BCNF的關(guān)系模式就能很好的滿足需求了，但還需要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用。有時(shí)并不是規(guī)范化程度越高越好，甚至可能會(huì)需要對(duì)部分關(guān)系模式降低其范式，稱為反規(guī)范化。第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)關(guān)系模式進(jìn)行必要的分解，以優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。通常使用水平分解和垂直分解方法進(jìn)行關(guān)系模式的分解。其中，水平分解是以關(guān)系的元組為劃分單位，將關(guān)系分為若干子集，每個(gè)子集定義為一個(gè)新關(guān)系，例如將經(jīng)常訪問(wèn)的元組集合分解為一個(gè)新的關(guān)系。垂直分解是以關(guān)系模式中的屬性為劃分單位，將關(guān)系分為若干子集，每個(gè)子集定義為一個(gè)新關(guān)系，例如將經(jīng)常訪問(wèn)的屬性集合分解為一個(gè)新的關(guān)系。對(duì)關(guān)系進(jìn)行垂直分解時(shí)，需要保證分解的無(wú)損連接性和保持函數(shù)依賴性。第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（3）設(shè)計(jì)外模式外模式也稱為子模式或用戶模式，是數(shù)據(jù)庫(kù)中普通用戶可見(jiàn)的局部數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特征，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中提供的視圖就是用戶和應(yīng)用程序相關(guān)的外模式。將概念模型轉(zhuǎn)換為全局邏輯模型后，還應(yīng)根據(jù)局部應(yīng)用需求，結(jié)合具體DBMS，設(shè)計(jì)用戶的外模式。外模式與模式相對(duì)獨(dú)立，因此在設(shè)計(jì)外模式時(shí)更多考慮的是用戶的使用需求和相應(yīng)的安全性要求，而數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)本身的性能和運(yùn)行維護(hù)問(wèn)題則是次要的。第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供的視圖來(lái)設(shè)計(jì)外模式時(shí)，需要考慮的問(wèn)題如下：使用符合用戶習(xí)慣的別名針對(duì)不同級(jí)別的用戶定義不同的視圖，以滿足對(duì)安全性的要求簡(jiǎn)化用戶對(duì)系統(tǒng)的使用第四節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)在物理設(shè)備上的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與存取方法稱為數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)，它依賴于選定的DBMS。為一個(gè)給定的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)，就是數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)的內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)的步驟如下：(1)確定數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)，對(duì)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)，主要是指存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法。(2)對(duì)得到的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，其中的重點(diǎn)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問(wèn)的時(shí)間和空間效率。如果評(píng)估結(jié)果滿足預(yù)定要求，則物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段完成，進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施階段。否則，需要重新進(jìn)行本階段的設(shè)計(jì)工作，有時(shí)甚至要返回之前的設(shè)計(jì)階段修改相應(yīng)的模型。第五節(jié)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行與維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容包括存取方法和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。現(xiàn)有的RDBMS產(chǎn)品中，常用存取方法包括：索引方法（目前主要是B+樹(shù)索引方法，它是一種經(jīng)典的存取方法，使用最為普遍）、聚簇（Cluster）方法和HASH方法。索引方法的主要內(nèi)容是根據(jù)應(yīng)用要求確定對(duì)哪些屬性列建立索引、對(duì)哪些屬性列建立組合索引，以及對(duì)哪些索引要設(shè)計(jì)為唯一索引等。第五節(jié)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行與維護(hù)聚簇方法是指為了提高某個(gè)屬性(或?qū)傩越M)的查詢速度，把相應(yīng)屬性（稱為聚簇碼）上具有相同值的元組集中存放在連續(xù)的物理塊中。一旦某個(gè)表上使用了聚簇方法，這個(gè)表就稱為聚簇表。HASH存取方法是對(duì)數(shù)組存取方法的一種改進(jìn)。在數(shù)組方法中，要依據(jù)某條數(shù)據(jù)的部分值來(lái)查找數(shù)據(jù)位置時(shí)，一般需要要遍歷整個(gè)數(shù)組才能得出結(jié)果。而HASH方法則是通過(guò)函數(shù)，依據(jù)數(shù)據(jù)的部分值直接計(jì)算數(shù)據(jù)的位置，從而實(shí)現(xiàn)快速訪問(wèn)。第五節(jié)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行與維護(hù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)主要是指數(shù)據(jù)的存放位置和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中，主要包括關(guān)系、索引、聚簇、日志、備份等文件的物理存儲(chǔ)位置和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及系統(tǒng)配置。在確定數(shù)據(jù)存放位置和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該考慮的因素包括存取時(shí)間、存儲(chǔ)空間利用率，以及維護(hù)代價(jià)。第五節(jié)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行與維護(hù)（2）數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施、運(yùn)行與維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施主要是根據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果，在DBMS中建立實(shí)際的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)、導(dǎo)入數(shù)據(jù)以及進(jìn)行程序的調(diào)試。具體地說(shuō)，需要建立的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：(1)數(shù)據(jù)庫(kù)模式與子模式，以及數(shù)據(jù)庫(kù)空間的描述。(2)數(shù)據(jù)完整性的描述。(3)數(shù)據(jù)安全性描述。(4)數(shù)據(jù)庫(kù)物理存儲(chǔ)參數(shù)的描述。第五節(jié)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行與維護(hù)當(dāng)有部分?jǐn)?shù)據(jù)裝入數(shù)據(jù)庫(kù)以后，就可以進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)的試運(yùn)行階段，數(shù)據(jù)庫(kù)的試運(yùn)行也稱為聯(lián)合調(diào)試。數(shù)據(jù)庫(kù)的試運(yùn)行對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能檢測(cè)和評(píng)價(jià)是十分重要的，因?yàn)槟承〥BMS參數(shù)的最佳值只有在試運(yùn)行中才能確定。數(shù)據(jù)庫(kù)試運(yùn)行合格后，數(shù)據(jù)庫(kù)即可投入正式運(yùn)行。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)正式投入運(yùn)行，意味著數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)階段的基本結(jié)束，運(yùn)行與維護(hù)階段的開(kāi)始。數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行和維護(hù)是個(gè)長(zhǎng)期的工作，是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工作的延續(xù)和提高。第五節(jié)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行與維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行和維護(hù)階段的主要工作有：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)性能的監(jiān)測(cè)、分析和改善。數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù)。維持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的安全性和完整性。數(shù)據(jù)庫(kù)的重組和重構(gòu)。第五節(jié)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行與維護(hù)1、填空題(1)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程可以分為6個(gè)步驟，依次是

、

、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、

、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施和

。(2)在需求分析階段，結(jié)構(gòu)化分析方法采用自頂向下，逐層分解的方式分析系統(tǒng)，用

和

來(lái)描述系統(tǒng)。(3)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是將需求分析階段得到的用戶需求抽象為概念模型，抽象方法一般有3種：

、

和

。(4)在概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，最常用的模型是

模型。(5)E-R模型在將現(xiàn)實(shí)世界的含義和相互關(guān)聯(lián)映射到概念模式時(shí)，采用三個(gè)基本概念：

、

和

。第五章習(xí)題(6)數(shù)據(jù)庫(kù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法中，視圖集成設(shè)計(jì)的策略主要分為

、

、

和

四種。(7)利用E-R模型對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，第一步

，第二步

，第三步

。(8)在集成全局E-R模型時(shí)，可能存在的沖突類型包括

、屬性沖突、

，以及

。(9)對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)而言，邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段需要將概念模型轉(zhuǎn)換為

。(10)在關(guān)系模型的優(yōu)化方法中，第一步是要確定

。第五章習(xí)題2、選擇題(1)在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，用E-R圖來(lái)描述信息結(jié)構(gòu)是屬于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的（）。A．需求分析階段 B．概念設(shè)計(jì)階段C．邏輯設(shè)計(jì)階段 D．物理設(shè)計(jì)階段(2)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)關(guān)系模式是（）的任務(wù)。A．需求分析階段