【数据库原理】(30)数据库设计-概念结构设计阶段

一.概念结构设计的方法与步骤

在需求分析后,将用户的应用需求抽象为信息世界的结构是概念结构设计的目标。概念结构设计是整个数据库设计的关键,它产生反映组织信息需求的数据库概念结构,即概念模型。概念结构独立于数据库逻辑结构和支持数据库的DBMS,是现实世界与机器世界的中介,具有易理解、稳定、易于调整的特点。

结构策略方法

  1. 自顶向下设计:

    • 定义全局概念结构框架,逐步细化为完整的全局概念结构。
  2. 自底向上设计:

    • 定义每一局部应用的概念结构,然后集成它们,得到全局概念结构。
  3. 逐步扩张设计:

    • 首先定义核心概念结构,逐渐向外扩充生成其他概念结构,完成总体概念结构。
  4. 混合策略:

    • 结合自顶向下和自底向上,先设计全局概念结构框架,然后自底向上设计局部概念结构,并集成它们。

最常用的是自底向上设计策略,如下步骤:

  1. 进行数据抽象,设计局部概念模式:

    • 根据局部用户的信息需求,建立相应的局部概念结构。
  2. 将局部概念模式综合成全局概念模式:

    • 解决各局部模式对各种对象定义不一致的问题,合并各个局部结构,解决冗余问题。
  3. 进行评审、改进:

    • 提交全局概念结构进行评审,包括用户评审和系统开发人员评审。
    • 用户评审确认全局概念模式是否完整准确反映了用户信息需求。
    • 系统评审确认全局结构是否完整、成分划分是否合理,是否存在不一致性等。
    • 及时改进发现的问题。

概念结构设计通过抽象用户需求为信息结构,为后续的数据库设计提供了基础。其灵活性和稳定性使其成为数据库设计中至关重要的一环。

二.数据抽象

概述: 数据抽象是概念设计的初步阶段。它涉及对现实世界中的实体(如人、事件、物体)进行处理,提取其共同的重要特征,忽视次要细节。这些特征通过各种概念被准确描述,形成特定的模型。

抽象的两种形式:

  1. 系统状态的抽象(抽象对象):这关注对象的状态特征。
  2. 系统转换的抽象(抽象运算):这关注对象的行为或操作。

在数据库设计中,概念设计的目标是定义这些抽象对象的关系结构。

数据抽象的三个基本方法:

  1. 分类: 定义现实世界中某组成员的类型,强调共同特性和行为。例如,在学校中,教师(如王老师)被分类为教师群体的一员,共享某些特定属性和行为,如所属部门和承担的教学任务。
  2. 聚集: 基于笛卡尔积的概念,形成对象间的联系。例如,将“教工”的属性(如教工号、姓名、性别)聚集,形成“教工”实体类型。
  3. 概括: 从一类对象中形成一个新的对象类型。例如,不同类型的车辆(汽车、摩托车、自行车等)可被概括为“公路车辆”这一超类。概括的关键性质是继承性,即子类(如汽车、摩托车等)继承超类(公路车辆)的所有抽象特性。

三.采用E-R方法的数据库概念结构设计

E-R方法概述: E-R方法,由P.P.S.Chen于1976年提出,是一个著名且实用的概念设计方法。这种方法通过属性、实体及实体间的联系(E-R图)描述现实世界的信息结构。
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1. 设计局部E-R模型: 考虑到数据库系统通常服务于多个用户,其信息处理需求可能因用户而异,局部E-R模型的设计是必要的。设计步骤包括:

  • 确定局部结构的范围,可以基于系统当前用户或用户需求的不同类别。
  • 标定实体、实体间的联系以及实体的属性。这些通常基于对客观世界的理解和数据逻辑关系。
  • 实体和属性的划分应注意:属性与其描述的实体之间应是单值联系;属性不应具有需要进一步描述的性质。

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2. 设计全局E-R模型: 将所有局部E-R图集成为一个全局E-R图,此过程包括:

  • 确定各局部结构中的公共实体类型,基于实体类型名和关键字。
  • 合并两个E-R图,检查并消除冲突,如属性冲突、命名冲突和结构冲突。

3. 全局E-R图模型的优化: 对全局E-R模型进行优化,以提高数据库系统的效率。优化应达到的目标包括:

  • 实体类型个数尽可能少。
  • 每个实体类型所含属性尽可能少。
  • 实体类型间联系无冗余。

通过这种优化,全局E-R图不仅能准确反映用户功能需求,还应保持清晰、高效的数据库设计原则。

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