数据库系统基础讲义第5章之一

战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》1/138数据库系统基础哈尔滨工业大学2010.~2011.战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》2/138战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》3/138第5章数据库设计战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》4/138第5章数据库设计5.1数据库设计----什么是数据库设计？本章的目标----数据库设计中的抽象----数据模型与概念模型5.2利用E-R模型/IDEF1X模型进行数据建模5.3关系模式设计及其正确性分析5.4数据库设计理论5.5数据库设计方法与设计过程战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》5/138回顾学生选课数据库SCT:如何设计出来的呢？变化一下有无问题呢？学生(学号S#,姓名Sname,性别Ssex,年龄Sage,所属系别D#)Student(S#char(8),Snamechar(10),Ssexchar(2),Sageinteger,D#char(2),Sclasschar(6))院系(系别D#，系名Dname,系主任Dean)Dept(D#char(2),Dnamechar(10),Deanchar(10))课程(课程号C#,课程名CName,任课教师编号T#,学时Hours)Course(C#char(3),Cnamechar(12),Choursinteger,Creditfloat(1),T#char(3))教师(教师编号T#，教师名TName,所属院系D#，工资Salary)Teacher(T#char(3),Tnamechar(10),D#char(2),Salaryfloat(2))选课(学生号S#,课程号C#,成绩Score)SC(S#char(8),C#char(3),Scorefloat(1))5.1数据库设计----什么是数据库设计？战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》6/138DevelopmentProcesslevelReq.StartReq.End&developingRe-devlopingRe-Re-developingRe-Re-Re-developing.UserexpectationrequirmentReq.change1Req.change2DevelopedESAafterexactunderstandingDevelopedESAafterinsuffc.understandingSuccessESAdevelop.软件研发为什么满足不了需求……5.1数据库设计战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》7/1385.1数据库设计Table/View(RelationSchema)SQL:Createtable(Schemadefinition)SQL:Select…From…(DataManipulation)Requirement(Realworld)AbstractConceptAbstract(IdeasforHow)ConceptExpression(E-RDiagram/IDEF1xDiagram)TransformCorrect?战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》8/138现实世界信息世界需求：折扣政策管理不同客户有不同的折扣；不同产品有不同的折扣；不同客户购买不同产品有不同的折扣模型1.现实世界的理解与抽象；用元模型的概念表达理解与抽象的结果；2.所建“模型“是否符合”需求“(正确性判断)；3.怎样保证所建”模型“符合需求(过程与方法)；理解与抽象结果的表达抽象与表达计算机世界业务理解与抽象需求设计软件模型设计5.1数据库设计战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》9/1385.1数据库设计----什么是数据库设计？战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》10/1385.1数据库设计----什么是数据库设计？通过对现实世界的分析，设计出数据库的模式现实中的卡片、单据、表格、报表……用各种各样形式管理的数据，如何存储成数据库，由计算机管理？信息之间有哪些本质联系，如何分析清楚？如何更准确地更正确地反映和描述现实世界(关系设计的一些理论)？如何用简单易懂的表示方法，表征出复杂的信息联系，使所有相关人员都清楚(E-R图/IDEF1X模型)本质上，是信息的描述与刻画……战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》11/1385.1数据库设计----本章的目标理解数据库设计扎实地理解并掌握E-R模型/IDEF1X模型：数据库设计的重要工具能够绘制E-R图/IDEF1X图而且绘制得正确能够用E-R/IDEF1X模型准确理解现实世界并进行数据库设计理解现实世界并进行抽象的能力，理解并抽象得正确能够分析数据库设计的正确性战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》12/1385.1数据库设计----数据库设计中的抽象信息信息是现实世界中事物在人们头脑中的一种反映信息可以准确地反映现实世界中事物(描述)也可以通过对现实进行抽象，形成信息(抽象)“牛”战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》13/1385.1数据库设计----数据库设计中的抽象现实世界中的事物包含了众多信息，哪些需要描述、哪些问题相关？“牛”“黑色”的牛“四条腿”的牛“公牛”而不是母牛“肥牛”而不是瘦牛只有“1”头牛，而不是有几头牛…数据库设计往往因为忽视了信息(之间联系)的细致分析而造成设计失误数据库设计能力的高低也往往体现在信息(及其联系)的正确分析上，体现在理解现实世界能力的高低战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》14/1385.1数据库设计----数据库设计中的抽象现实世界==(描述、抽象为)信息世界==(描述、抽象为)计算机世界现实(客观存在)==抽象/描述(概念/观念)==计算机中(用计算机实现)“牛”(观念)描述为描述为01000001(计算机)战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》15/1385.1数据库设计----数据库设计中的抽象基本的抽象示例：“型”与“值”的抽象计算机原理数据库系统原理离散数学高等数学英语政治经济学…...课程型值战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》16/1385.1数据库设计----数据库设计中的抽象“型”与“型的型”：进一步“型与值”抽象将可无限扩展的内容，或内容暂无法枚举的情况，抽象为可有限描述的概念北京大学清华大学浙江大学吉林大学…...计算机原理数据库基础高等数学英语政治经济学…...学校《属性》型型张三李四王五李六…...学生姓名型值值值课程型值型值值值值…...xxxxx战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》17/1385.1数据库设计----数据库设计中的抽象现实层(客观存在)==抽象层(观念世界/信息世界，描述现实世界的一种观点)==…(信息世界的若干层抽象)…==逻辑层(计算机世界：独立于物理设备)==物理层(计算机世界：不同物理设备的具体实现)越抽象，语义信息越少，概括性越高，越反映共性信息，表征的范围越大检验抽象正确性的方法：能够依据现实抽象出来(抽象化)，同时也能够依据抽象的信息和抽象规则还原为被抽象对象(具体化).现实A抽象的信息B用抽象的信息按抽象规则还原成的现实A’理论上：A=A’；现实上：AA’,差距在哪？这种抽象和具体化的能力也是计算机学科毕业学生所尤其擅长的能力.抽象还原战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》18/1385.1数据库设计----数据库设计中的抽象不同范围的人对现实世界中事物的描述和抽象可能是不同的“牛”(中国)“Cattle”(英国)………………描述为描述为01000001(计算机)01000010(计算机)现实的抽象与描述需要遵循统一的数据模型：统一的概念与统一的表示方法统一是为了信息交流、信息共享用统一的模型建模也是计算机学科学生所尤为擅长的能力描述为战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》19/1385.1数据库设计----数据模型与概念模型数据模型是一组相互关联且已严格定义的概念集合，是用于刻画或描述现实世界、信息世界或计算机世界的模型数据模型分不同的层次：描述计算机世界的称数据模型；描述信息世界或现实世界的称概念数据模型，简称概念模型现实世界逻辑层(独立于物理系统)物理层(依赖于物理系统)若干概念层(抽象)(独立于计算机系统)计算机世界/数据世界信息世界/观念世界数据模型：关系、网状和层次模型O-O模型概念模型：E-R模型O-O模型战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》20/138第5章数据库设计5.1数据库设计5.2利用E-R模型/IDEF1X模型进行数据建模----E-R模型的基本概念及思想----E-R模型的几种图示方法:Crow’sFoot和IDEF1X图----数据建模实践5.3数据库设计正确性分析5.4数据库设计理论5.5数据库设计方法与设计过程战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》21/138历史E-R模型：Entity-RelationshipModel1976年，P.P.S.Chen提出E-R模型，用E-R图来描述概念模型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5.2利用E-R模型/IDEF1X模型进行数据建模----E-R模型的基本概念及思想战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》22/138E-R图模型给出了一组概念，用这组概念可以描述信息世界实体属性联系关键字/码----E-R模型的基本概念实体属性联系关键字/码学生(学号,姓名,…)课程(课程号,课程名,…)教师(教师编号,教师名,…)任课(教师编号,课程号,…)……抽象的概念(语义较少)对应问题领域的概念(给抽象概念赋予一定语义的新的概念)5.2利用E-R模型/IDEF1X模型进行数据建模战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》23/138----E-R模型的基本概念实体：客观存在并可相互区分的事物实体有类(实体)和个体(实体的实例)的概念一类实体(实体集--简称实体)读者一个个实体(称为实例)一类实体具有相同或相似的特性5.2利用E-R模型/IDEF1X模型进行数据建模战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》24/138----E-R模型的基本概念E-R图设计首先要找出问题领域的实体，即找出有哪些类/实体能够用一个个、一件件、一串串等重叠量词形容的，而不是一个、一件…读者图书书架图书管理有关的实体5.2利用E-R模型/IDEF1X模型进行数据建模战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》25/138----E-R模型的基本概念实体用属性来描述属性，实体所具有的某一方面特性1张三25男吉林2李四22女黑龙江3王五24男沈阳4杨六23女黑龙江5李四24男黑龙江读者借书证号姓名年龄性别家庭住址实体:实体的型来刻画实体名称(属性名1,属性名2,…)读者(借书证号,姓名,年龄,性别,家庭住址)实例:实体的值来刻画实体名称(属性值1,属性值2,…)读者(1,张三,25,男,吉林)读者(2,李四,22,女,黑龙江)读者(3,王五,24,男,沈阳)5.2利用E-R模型/IDEF1X模型进行数据建模战德臣博士•教授•教学带头人•博士生导师《数据库系统基础》26/138----E-R模型的基本概念实体中的每一实例如何区分？特殊并关键的属性：关键字关键字/码，实体中能够用其值唯一区分开每一实例的属性或属性组合借书证号是唯一