Chapter 7 Database Design & E-R Model

数据库设计(Chap 7)

Some Concepts

Entity Sets

• 实体（entity）

所有可明确识别的个体

• 实体集（entity sets）

具有相同属性的实体的集合

使用实体集的外延（extension）来表示属于实体集的实体的实际集合

• 属性（attribute）

实体集中每个成员的描述性性质，实体通过一组属性来表示

• 属性的域（domain）和值（value）

Relationship Sets

• 联系（relationship）

多个实体间的相互关联

• 联系集（relationship sets）

相同类型联系的集合

• 参与（participate）

实体集E1，E2，...参与联系集R

• 联系实例（relationship instance）

命名实体间的一个关联

• 角色（role）

实体在联系中所扮演的功能

若某个实体以不同的角色多次，则这类联系集是自环的（recursive）

recursive

• 联系的属性

联系也可以具有描述性属性（descriptive attribute），该属性描述的是联系本身

• 度（degree）

参与联系集的实体集的数量

Attribute

• 域or值集（domain or value set）

属性可取数值的集合

• 简单属性vs复合属性（simple vs composite）

复合属性可以划分成更小的部分

比如：name→first_name, last_name

复合属性也可以有层次，即复合属性中有更小的复合属性

• 单值属性vs多值属性（single-valued vs multivalued）

多值属性表示某个属性可以取不止一个的值

表示一个属性是多值的，可以用大括号括住

• 派生属性（derived）

这类属性的值可以通过别的相关属性或实体派生出来

例如知道出生日期和现在的日期，就可以算出某人的年龄

这类属性的值不被存储，而是在需要的时候直接计算

• 属性值为null

可能是不适用（某个实体不存在这个属性）

可能是缺失（存在这个值但是我们不知道）

可能是unknown（不知道存不存在这个属性）

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映射基数（mapping cardinality）

针对二元联系

• 一对一

• 一对多

• 多对一

• 多对多

参与约束

• 全部（total）

E中每个实体都参与到R的至少一个联系中

• 部分（partial）

映射基数约束限定了一个实体与发生关联的另一端实体可能关联的数目上限

参与约束则限定了一个实体参与关联的数目下限（0或至少1）

码

一个实体集中个不允许有两个实体在所有属性上都有完全一样的值

• 实体集的码

直接用之前的主码，超码，候选码

• 联系集的码

超码

super key

主码

与映射基数有关

谁“多”就用谁的当主码

多对多的话，并集当主码

实体集中的冗余属性

如果两个实体集具有同一个属性，一个以该属性为主码，另一个不是，那么对于不以该属性为主码的实体集来说，该属性就是冗余的

这个和我们以前的理解不同，以前各个table之间需要一些相同的属性串在一起，但是table本身不是实体集，而更像是实体集和联系集的一个综合，所以不能混为一谈

准确来说，ER结构里的联系其实就取代了所谓的冗余属性

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E-R图

• 矩形：entity

• 双矩形：弱实体集

• 椭圆：entity attribute

• 虚线椭圆：derived attribute

• 双层椭圆： Multivalued attribute（某个属性可能会有很多值）

• 椭圆里的文字加下划线：primary key

• 虚线下划线：discriminator（弱实体集中没有primary key只有这个）

• 菱形：relationship

• 双菱形：identifying relationship，用于连接弱实体集和它的属主实体集（owner entity set）

• 小矩形：relationship attribute

• 连线（无箭头）：多

• 连线（有箭头）：一

• 两条连线：total（全部参与）

• 一条连线：partial（部分参与）

• 倒三角：specialization（特化）

非二元关系转二元关系

一般情况下，二元关系能够更好地表示，所以可以考虑进行转化

eg. parents(he, she, child)=> father(he, child), mother(she, child)

弱实体集

没有primary key的实体集（没有足够的能形成primary key）

必须要与一个标识/属主实体集关联才有意义

关联二者的联系称为identifying relationship

“主码”就是对应的属主实体集的主码+自身的分辨符

• 分辨符discriminator

也叫部分码（partial key）

在某一尺度上能够成功标识实体

• 如果弱实体集只参与标识性联系，且属性不多，可以考虑将其表示成强实体集的多值复合属性

强实体集

有primary key的实体集

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E-R模型设计

实体集or属性

设成实体集：除了这个本身还有额外的信息，也就是说可以叠加属性

设成属性：只对其名字或者单值感兴趣

实体集or联系集

描述发生在实体之间的行为时用联系集

属性or联系集

对象的语义独立性和减少数据冗余

二元orN元

一般情况用二元

但有的时候，有一些映射基数约束没办法用二元来表示

比如R从A、B到C是多对一的，来自A，B的每一对实体最多与一个C中的实体关联

这种没法用二元来表示

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其他E-R

特化（specialization）

• 自顶向下top-down

• 实体集包含子集，子集中的实体在某些方面区别于实体集中的其他实体

有点类似派生类

person可以特化为employee和student两个类

• 一个实体集可以形成多于一种特化（也就是分类方式的不同）

那么一个实体可能同时属于多个特化实体集

• 用一个从特化实体指向另一方实体的空心箭头来表示

现在的用三角形加上ISA的特化

ISA

• 重叠特化vs不相交特化

概化（generalization）

• 自底向上bottom-up

• 用概化来描述不同实体集之间的共性

从多个实体集中抽取出其共性

有点类似基类

• E-R图中的表示方式和特化一致

属性继承（inherit）

• 由概化与特化所产生的高层和低层实体间的特性

• 单继承vs多继承

单继承：给定的实体集只参与到了一个ISA联系中

多继承：给定的实体集参与到多个ISA联系中，产生的结构被称为格（lattice）

概化与特化的约束

判断成员属于什么低层实体集

• 条件定义的

根据某些明确的条件来分派到不同的实体集中

• 用户定义的

更加动态，不是根据明确条件来的，可能仅仅是“人事调动”等等

一个实体是否可以属于多个低层实体集

• 不相交（disjoint）

一个实体只能属于一个低层实体集

eg. 本科生和研究生

• 重叠（overlapping）

一个实体可以属于多个低层实体集

eg. 工作组1，工作组2，……

完全性约束

• 完全（total）泛化

每个高层实体必须属于一个低层实体集

• 部分（partial）泛化

允许某些高层实体不属于任何低层实体集

聚集

target：表达联系间的联系

通过聚集，把联系看成是一个高层实体集，可以对其做任何对实体集的操作

aggregate

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数据库schema设计

• Requirements Analysis 需求分析

• Conceptual Database Design 概念层数据库设计

E-R model

• Logical Database Design 逻辑层数据库设计

→tables→normalization of relations（检查冗余与异常的相关）

• Physical Database Design 物理层数据库设计

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转换为关系模式（7.6）

强实体集

• 主码→主码

• 简单属性→保留

• 复合属性→拆解到简单属性为止→保留拆解后的简单属性

are flatten out by creating a separate attribute

• 多值属性→创建新的table

主码：原关系主码+属性本身

外码约束：原关系主码

如果原关系只有主码B和多值属性M，那就没必要分两个table了

• 派生属性→不显式表现，可能以“方法”的形式展示

弱实体集

• 主码：对应的identify强实体集的主码+分辨符

• 外码：指明分辨符与强实体集主码的对应关系

联系集

• 每个columns分别是：

参与联系集的各个实体集的primary key

联系集自己的attributes

• 主码就是联系集的主码

即谁“多”谁主码，都“多”并集主码

• 如果是一对多或者多对一，联系集所衍生出来的table可以被合并到“多”的那一端的实体集中去

如果“多”的那一端是partial，就有可能导致被合并所生成的属性出现null

• 连接弱实体集和属主实体集的联系集对应的table是冗余的

泛化

• 方法一

为高层实体集和低层实体集都建表，然后通过相同的primary key连接

• 方法二

为高层实体集和低层实体集都建表，低层实体集包含高层实体集的全部内容

如果泛化是不相交且完全的，那就不需要为高层实体集建表了

聚集

对聚集的表示其实就相当于把那些联系集当实体集来看待

不需要单独去定义table，直接用对应的联系集的table就可以