第6章 数据库设计.ppt

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1、数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to Database System第六章第六章 数据库设计数据库设计(续续-1)-1)6.3 概念结构设计概念结构设计6.3.1 概念结构设计概述概念结构设计概述6.3.2 概念结构设计的方法与步骤概念结构设计的方法与步骤6.3.3 数据抽象与局部视图设计数据抽象与局部视图设计6.3.4 视图的集成视图的集成6.3.1 概念结构概念结构n什么是概念结构设计什么是概念结构设计n需求分析阶段描述的用户应用需求是现实世需求分析阶段描述的用户应用需求是现实世界的具体需求界的具体需求n将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构将需求分析得到的用户

2、需求抽象为信息结构即概念模型的过程就是概念结构设计即概念模型的过程就是概念结构设计n概念结构是各种数据模型的共同基础，它比概念结构是各种数据模型的共同基础，它比数据模型更独立于机器、更抽象，从而更加数据模型更独立于机器、更抽象，从而更加稳定。稳定。n概念结构设计是整个数据库设计的关键概念结构设计是整个数据库设计的关键概念结构（续）概念结构（续）现实世界现实世界机器世界机器世界信息世界信息世界需求分析需求分析概念结构设计概念结构设计概念结构设计的特点概念结构设计的特点（1）能真实、充分地反映现实世界，包括事物）能真实、充分地反映现实世界，包括事物和事物之间的联系，能满足用户对数据的处理和事物之间

3、的联系，能满足用户对数据的处理要求。是对现实世界的一个真实模型。要求。是对现实世界的一个真实模型。（2）易于理解，从而可以用它和不熟悉计算机）易于理解，从而可以用它和不熟悉计算机的用户交换意见，用户的积极参与是数据库的的用户交换意见，用户的积极参与是数据库的设计成功的关键。设计成功的关键。（3）易于更改，当应用环境和应用要求改变时，）易于更改，当应用环境和应用要求改变时，容易对概念模型修改和扩充。容易对概念模型修改和扩充。（4）易于向关系、网状、层次等各种数据模型）易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换。转换。描述概念模型的工具描述概念模型的工具nE-R模型模型6.3.2 概念结构设计的方法

4、与步骤概念结构设计的方法与步骤n设计概念结构的四类方法设计概念结构的四类方法n自顶向下自顶向下n 首先定义全局概念结构的框架，然后逐首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化步细化n自底向上自底向上n 首先定义各局部应用的概念结构，然后首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成起来，得到全局概念结构将它们集成起来，得到全局概念结构n逐步扩张逐步扩张n 首先定义最重要的核心概念结构，然后首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充，以滚雪球的方式逐步生成其他向外扩充，以滚雪球的方式逐步生成其他概念结构，直至总体概念结构概念结构，直至总体概念结构n混合策略混合策略n 将自顶向下和自底向上相结合，用自

5、顶将自顶向下和自底向上相结合，用自顶向下策略设计一个全局概念结构的框架，向下策略设计一个全局概念结构的框架，以它为骨架集成由自底向上策略中设计的以它为骨架集成由自底向上策略中设计的各局部概念结构。各局部概念结构。自顶向下策略自顶向下策略自底向上策略自底向上策略 逐步扩张逐步扩张 概念结构设计概念结构设计常用策略常用策略n自顶向下地进行需求分析自顶向下地进行需求分析n自底向上地设计概念结构自底向上地设计概念结构n自底向上设计概念结构的步骤自底向上设计概念结构的步骤n第第1步：抽象数据并设计局部视图步：抽象数据并设计局部视图n第第2步：集成局部视图，得到全局概念结构步：集成局部视图，得到全局概念结

6、构6.3.3 数据抽象与局部视图设计数据抽象与局部视图设计n数据抽象数据抽象n局部视图设计局部视图设计一、数据抽象一、数据抽象n概念结构是对现实世界的一种抽象概念结构是对现实世界的一种抽象n从实际的人、物、事和概念中抽取所关心的从实际的人、物、事和概念中抽取所关心的共同特性，忽略非本质的细节共同特性，忽略非本质的细节n把这些特性用各种概念精确地加以描述把这些特性用各种概念精确地加以描述n这些概念组成了某种模型这些概念组成了某种模型1.分类（分类（Classification）n定义某一类概念作为现实世界中一组对象的定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型类型n这些对象具有某些共同的特性和行为

7、这些对象具有某些共同的特性和行为n它抽象了对象它抽象了对象值和型值和型之间的之间的“is member of”的语义的语义n在在E-R模型中，模型中，实体型实体型就是这种抽象就是这种抽象2.聚集（聚集（Aggregation）n定义某一类型的组成成分定义某一类型的组成成分n它抽象了对象内部类型和成分之间它抽象了对象内部类型和成分之间“is part of”的语义的语义n在在E-R模型中模型中若干属性若干属性的聚集组成了实体型，的聚集组成了实体型，就是这种抽象就是这种抽象3.概括（概括（Generalization）n定义类型之间的一种子集联系定义类型之间的一种子集联系n它抽象了类型之间的它抽象

8、了类型之间的“is subset of”的语的语义义n概括有一个很重要的性质：继承性。子类继概括有一个很重要的性质：继承性。子类继承超类上定义的所有抽象。承超类上定义的所有抽象。数据抽象的用途数据抽象的用途n对需求分析阶段收集到的数据进行分类、组对需求分析阶段收集到的数据进行分类、组织（聚集），形成织（聚集），形成n实体实体n实体的属性，标识实体的码实体的属性，标识实体的码n确定实体之间的联系类型确定实体之间的联系类型(1:1，1:n，m:n)二、局部视图设计二、局部视图设计设计分设计分E-R图的步骤图的步骤:选择局部应用选择局部应用逐一设计分逐一设计分E-R图图 选择局部应用选择局部应用n需

9、求分析阶段，已用多层数据流图和数据字典需求分析阶段，已用多层数据流图和数据字典描述了整个系统。描述了整个系统。n设计分设计分E-R图首先需要根据系统的具体情况，图首先需要根据系统的具体情况，在多层的数据流图中在多层的数据流图中选择选择一个一个适当层次的数据适当层次的数据流图流图，让这组图中每一部分对应一个局部应用，让这组图中每一部分对应一个局部应用，然后以这一层次的数据流图为出发点，设计分然后以这一层次的数据流图为出发点，设计分E-R图。图。选择局部应用（续）选择局部应用（续）n通常以中层数据流图作为设计分通常以中层数据流图作为设计分E-R图的依据。原因：图的依据。原因：n高层数据流图只能反映

10、系统的概貌高层数据流图只能反映系统的概貌n中层数据流图能较好地反映系统中各局部应中层数据流图能较好地反映系统中各局部应用的子系统组成用的子系统组成n低层数据流图过细低层数据流图过细选择局部应用（续）选择局部应用（续）例：由于学籍管理、课程管理等都不太复例：由于学籍管理、课程管理等都不太复杂，因此可以它们入手设计学生管理子杂，因此可以它们入手设计学生管理子系统的分系统的分E-R图。如果局部应用比较复杂，图。如果局部应用比较复杂，则可以从更下层的数据流图入手。则可以从更下层的数据流图入手。逐一设计分逐一设计分E-R图图n任务任务n标定局部应用中的实体、属性、码，实体间标定局部应用中的实体、属性、码

11、，实体间的联系的联系n将各局部应用涉及的数据分别从数据字典将各局部应用涉及的数据分别从数据字典中抽取出来，参照数据流图，标定各局部中抽取出来，参照数据流图，标定各局部应用中的实体、实体的属性、标识实体的应用中的实体、实体的属性、标识实体的码，确定实体之间的联系及其类型（码，确定实体之间的联系及其类型（1:1，1:n，m:n）逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）n如何抽象实体和属性如何抽象实体和属性n实体实体：现实世界中一组具有某些共同特性和：现实世界中一组具有某些共同特性和行为的对象就可以抽象为一个实体。对象和行为的对象就可以抽象为一个实体。对象和实体之间是实体之间是“is member

12、 of的关系。的关系。例：在学校环境中，可把张三、李四等对象抽例：在学校环境中，可把张三、李四等对象抽象为学生实体。象为学生实体。属性属性n：对象类型的组成成分可以抽象为实体的属：对象类型的组成成分可以抽象为实体的属性。组成成分与对象类型之间是性。组成成分与对象类型之间是“is part of的关系。的关系。例：学号、姓名、专业、年级等可以抽象为学例：学号、姓名、专业、年级等可以抽象为学生实体的属性。其中学号为标识学生实体的码。生实体的属性。其中学号为标识学生实体的码。如何区分实体和属性如何区分实体和属性n实体与属性是相对而言的实体与属性是相对而言的。同一事物，在一种。同一事物，在一种应用环境

13、中作为应用环境中作为“属性属性”，在另一种应用环境，在另一种应用环境中就必须作为中就必须作为“实体实体”。例：学校中的系，在某种应用环境中，它只是例：学校中的系，在某种应用环境中，它只是作为作为“学生学生”实体的一个属性，表明一个学生实体的一个属性，表明一个学生属于哪个系；而在另一种环境中，由于需要考属于哪个系；而在另一种环境中，由于需要考虑一个系的系主任、教师人数、学生人数、办虑一个系的系主任、教师人数、学生人数、办公地点等，这时它就需要作为实体了。公地点等，这时它就需要作为实体了。设计分设计分E-R图一般原则图一般原则n属性不能再具有需要描述的性质。即属性必属性不能再具有需要描述的性质。即

14、属性必须是不可分的数据项。须是不可分的数据项。n属性不能与其他实体具有联系。联系只发生属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间。在实体之间。n符合上述两条特性的事物一般作为属性对待。符合上述两条特性的事物一般作为属性对待。n为了简化为了简化E-R图的处置，现实世界中的事物凡图的处置，现实世界中的事物凡能够作为属性对待的，应尽量作为属性。能够作为属性对待的，应尽量作为属性。举例举例例例1：“学生学生”由学号、姓名等属性进一步描述，由学号、姓名等属性进一步描述，根据准则，根据准则，“学生学生”只能作为实体，不能作只能作为实体，不能作为属性。为属性。例例2：职称通常作为教师实体的属性，但在涉

15、及：职称通常作为教师实体的属性，但在涉及住房分配时，由于分房与职称有关，也就是说住房分配时，由于分房与职称有关，也就是说职称与住房实体之间有联系，根据准则，这职称与住房实体之间有联系，根据准则，这时把职称作为实体来处理会更合适些。时把职称作为实体来处理会更合适些。设计分设计分E-R图的步骤图的步骤n（1）以数据字典为出发点定义）以数据字典为出发点定义E-R图。图。n 数据字典中的数据字典中的“数据结构数据结构”、“数据流数据流”和和“数据存储数据存储”等已是若干属性的有意义等已是若干属性的有意义的聚合的聚合n（2）按上面给出的准则进行必要的调整。）按上面给出的准则进行必要的调整。例例例：学籍管

16、理局部应用中主要涉及的实体包括学生、宿舍、例：学籍管理局部应用中主要涉及的实体包括学生、宿舍、档案材料、班级、班主任。档案材料、班级、班主任。实体之间的联系：实体之间的联系：n由于一个宿舍可以住多个学生，而一个学生只能住在由于一个宿舍可以住多个学生，而一个学生只能住在某一个宿舍中，因此宿舍与学生之间是某一个宿舍中，因此宿舍与学生之间是1:n的联系。的联系。n由于一个班级往往有若干名学生，而一个学生只能属由于一个班级往往有若干名学生，而一个学生只能属于一个班级，因此班级与学生之间也是于一个班级，因此班级与学生之间也是1:n的联系的联系。n由于班主任同时还要教课，因此班主任与学生由于班主任同时还要

17、教课，因此班主任与学生之间存在指导联系，一个班主任要教多名学生，之间存在指导联系，一个班主任要教多名学生，而一个学生只对应一个班主任，因此班主任与而一个学生只对应一个班主任，因此班主任与学生之间也是学生之间也是1:n的联系。的联系。n而学生和他自己的档案材料之间，班级与班主而学生和他自己的档案材料之间，班级与班主任之间都是任之间都是1:1的联系。的联系。学籍管理局部应用的分学籍管理局部应用的分E-R图草图：教程图草图：教程195图图611 接下来需要进一步斟酌该接下来需要进一步斟酌该E-R图，做适当调整。图，做适当调整。n(1)在一般情况下，性别通常作为学生实体的属性，在一般情况下，性别通常作

18、为学生实体的属性，但在本局部应用中，由于宿舍分配与学生性别有但在本局部应用中，由于宿舍分配与学生性别有关，根据准则，应该把性别作为实体对待。关，根据准则，应该把性别作为实体对待。n(2)数据存储数据存储“学生登记表学生登记表”，由于是手工填写，由于是手工填写，供存档使用，其中有用的部分已转入学生档案材供存档使用，其中有用的部分已转入学生档案材料中，因此这里就不必作为实体了。料中，因此这里就不必作为实体了。最后得到学籍管理局部应用的分最后得到学籍管理局部应用的分E-R图：教程图：教程195如图如图6-12。该该E-R图中省略了各个实体的属性描述：图中省略了各个实体的属性描述：学生：学生：学号学号

19、，姓名，出生日期，姓名，出生日期性别：性别：性别性别档案材料：档案材料：档案号档案号，班级：班级：班级号班级号，学生人数，学生人数班主任：班主任：职工号职工号，姓名，性别，姓名，性别，是否为优秀班主任是否为优秀班主任 宿舍：宿舍：宿舍编号宿舍编号，地址，人数，地址，人数 其中有下划线的属性为实体的码。其中有下划线的属性为实体的码。同样方法可以得到课程管理局部应用的分同样方法可以得到课程管理局部应用的分E-R图，图，（图（图6-13）各实体的属性分别为：各实体的属性分别为：学生：姓名，学生：姓名，学号学号，性别，年龄，所在系，性别，年龄，所在系，年级，平均成绩年级，平均成绩课程：课程：课程号课程

20、号，课程名，学分，课程名，学分教师：教师：职工号职工号，姓名，性别，职称，姓名，性别，职称教科书：教科书：书号书号，书名，价钱，书名，价钱教室：教室：教室编号教室编号，地址，容量，地址，容量6.3.4 视图的集成视图的集成n各个局部视图即分各个局部视图即分E-R图建立好后，还需图建立好后，还需要对它们进行合并，集成为一个整体的要对它们进行合并，集成为一个整体的数据概念结构即总数据概念结构即总E-R图。图。视图集成的两种方式视图集成的两种方式n一次集成一次集成n一次集成多个分一次集成多个分E-R图图n通常用于局部视图比较简单时通常用于局部视图比较简单时n逐步累积式逐步累积式n首先集成两个局部视图

21、（通常是比较关键的两个首先集成两个局部视图（通常是比较关键的两个局部视图）局部视图）n以后每次将一个新的局部视图集成进来以后每次将一个新的局部视图集成进来集成局部集成局部E-R图的步骤图的步骤n1.合并合并2.修改与重构修改与重构视图的集成图示视图的集成图示一、合并分一、合并分E-R图，生成初步图，生成初步E-R图图n各分图存在冲突各分图存在冲突n各个局部应用所面向的问题不同各个局部应用所面向的问题不同由不同的设计人员进行设计由不同的设计人员进行设计各个分各个分E-R图之间必定会存在许多不一致的地方图之间必定会存在许多不一致的地方n合并分合并分E-R图的主要工作与关键所在：合理消除各图的主要工

22、作与关键所在：合理消除各分分E-R图的冲突图的冲突冲突的种类冲突的种类n属性冲突属性冲突n命名冲突命名冲突n结构冲突结构冲突 属性冲突属性冲突n两类属性冲突两类属性冲突n属性域冲突属性域冲突：属性值的类型、取值范围或取值：属性值的类型、取值范围或取值集合不同。集合不同。例例1，由于学号是数字，因此某些部门（即局部应由于学号是数字，因此某些部门（即局部应用）将学号定义为整数形式，而由于学号不用参用）将学号定义为整数形式，而由于学号不用参与运算，因此另一些部门（即局部应用）将学号与运算，因此另一些部门（即局部应用）将学号定义为字符型形式。定义为字符型形式。例例2，某些部门（即局部应用）以出生日期形

23、式表某些部门（即局部应用）以出生日期形式表示学生的年龄，而另一些部门（即局部应用）用示学生的年龄，而另一些部门（即局部应用）用整数形式表示学生的年龄。整数形式表示学生的年龄。属性冲突（续）属性冲突（续）n属性取值单位冲突属性取值单位冲突。例：学生的身高，有的以米为单位，有的以厘例：学生的身高，有的以米为单位，有的以厘米为单位，有的以尺为单位。米为单位，有的以尺为单位。属性冲突（续）属性冲突（续）n属性冲突的解决方法属性冲突的解决方法n通常用讨论、协商等行政手段加以解决通常用讨论、协商等行政手段加以解决 命名冲突命名冲突n两类命名冲突两类命名冲突n同名异义同名异义：不同意义的对象在不同的局部应用

24、中具：不同意义的对象在不同的局部应用中具有相同的名字有相同的名字 例，局部应用例，局部应用A中将教室称为房间中将教室称为房间 局部应用局部应用B中将学生宿舍称为房间中将学生宿舍称为房间n异名同义（一义多名）异名同义（一义多名）：同一意义的对象在不同的：同一意义的对象在不同的局部应用中具有不同的名字局部应用中具有不同的名字 例，有的部门把教科书称为课本例，有的部门把教科书称为课本 有的部门则把教科书称为教材有的部门则把教科书称为教材命名冲突（续）命名冲突（续）n命名冲突可能发生在属性级、实体级、联系命名冲突可能发生在属性级、实体级、联系级上。其中属性的命名冲突更为常见。级上。其中属性的命名冲突更

25、为常见。n命名冲突的解决方法命名冲突的解决方法n通过讨论、协商等行政手段加以解决通过讨论、协商等行政手段加以解决 结构冲突结构冲突n三类结构冲突三类结构冲突n同一对象在不同应用中具有不同的抽象同一对象在不同应用中具有不同的抽象 例，例，“课程课程”在某一局部应用中被当作实体在某一局部应用中被当作实体 在另一局部应用中则被当作属性在另一局部应用中则被当作属性n解决方法：通常是把属性变换为实体或把实解决方法：通常是把属性变换为实体或把实体变换为属性，使同一对象具有相同的抽象。体变换为属性，使同一对象具有相同的抽象。变换时要遵循两个准则。变换时要遵循两个准则。结构冲突产和原因及解决方法结构冲突产和原

26、因及解决方法n同一实体在不同局部视图中所包含的属性不完同一实体在不同局部视图中所包含的属性不完全相同，或者属性的排列次序不完全相同全相同，或者属性的排列次序不完全相同。n产生原因：不同的局部应用关心的是该实体产生原因：不同的局部应用关心的是该实体的不同侧面。的不同侧面。n解决方法：使该实体的属性取各分解决方法：使该实体的属性取各分E-R图中图中属性的并集，再适当设计属性的次序属性的并集，再适当设计属性的次序。结构冲突举例结构冲突举例学生学生学号学号 姓名姓名性别性别平均成绩平均成绩(a)在局部应用在局部应用A中中学生学生学号学号 姓名姓名出生日期出生日期年级年级(b)在局部应用在局部应用B中中

27、所在系所在系 学生学生学号学号 姓名姓名 政治面貌政治面貌(c)在局部应用在局部应用C中中学生学生 政治政治面貌面貌 学号学号出生出生日期日期年级年级(d)合并后合并后所在系所在系 平均平均成绩成绩姓名姓名性别性别该实体的属性取各分该实体的属性取各分E-R图中属图中属性的并集性的并集n实体之间的联系在不同局部视图中呈现不同的实体之间的联系在不同局部视图中呈现不同的类型类型例例1，实体实体E1与与E2在局部应用在局部应用A中是多对多联中是多对多联系，而在局部应用系，而在局部应用B中是一对多联系中是一对多联系例例2，在局部应用在局部应用X中中E1与与E2发生联系，而在发生联系，而在局部应用局部应用

28、Y中中E1、E2、E3三者之间有联系。三者之间有联系。n解决方法：根据应用语义对实体联系的类型解决方法：根据应用语义对实体联系的类型进行综合或调整。进行综合或调整。合并分合并分E-R图，生成初步图，生成初步E-R图实例图实例例：生成学校管理系统的初步例：生成学校管理系统的初步E-R图图以合并学籍管理局部视图以合并学籍管理局部视图,课程管理局部视图为例课程管理局部视图为例这两个分这两个分E-R图存在着多方面的冲突：图存在着多方面的冲突：合并分合并分E-R图，生成初步图，生成初步E-R图实例图实例(1)班主任实际上也属于教师，也就是说学籍管班主任实际上也属于教师，也就是说学籍管理中的班主任实体与课

29、程管理中的教师实体在理中的班主任实体与课程管理中的教师实体在一定程度上属于异名同义，可以应将学籍管理一定程度上属于异名同义，可以应将学籍管理中的班主任实体与课程管理中的教师实体统一中的班主任实体与课程管理中的教师实体统一称为教师，统一后教师实体的属性构成为：称为教师，统一后教师实体的属性构成为：教师：教师：职工号职工号，姓名，性别，职称，姓名，性别，职称，是否为优秀班主任是否为优秀班主任合并分合并分E-R图，生成初步图，生成初步E-R图实例（续）图实例（续）(2)将班主任改为教师后，教师与学生之间的联将班主任改为教师后，教师与学生之间的联系在两个局部视图中呈现两种不同的类型系在两个局部视图中呈

30、现两种不同的类型:一种是学籍管理中教师与学生之间的指导联系一种是学籍管理中教师与学生之间的指导联系一种是课程管理中教师与学生之间的教学联系，一种是课程管理中教师与学生之间的教学联系，由于指导联系实际上可以包含在教学联系之中，由于指导联系实际上可以包含在教学联系之中，因此可以将这两种联系综合为教学联系。因此可以将这两种联系综合为教学联系。合并分合并分E-R图，生成初步图，生成初步E-R图实例（续）图实例（续）(3)性别在两个局部应用中具有不同的抽象，它性别在两个局部应用中具有不同的抽象，它在学籍管理中为实体，在课程管理中为属性，在学籍管理中为实体，在课程管理中为属性，按照前面提到的两个原则，在合

31、并后的按照前面提到的两个原则，在合并后的E-R图图中性别只能作为实体，否则它无法与宿舍实体中性别只能作为实体，否则它无法与宿舍实体发生联系。发生联系。合并分合并分E-R图，生成初步图，生成初步E-R图实例（续）图实例（续）(4)在两个局部在两个局部E-R图中，学生实体属性组成及图中，学生实体属性组成及次序都存在差异，应将所有属性综合，并重新次序都存在差异，应将所有属性综合，并重新调整次序。假设调整结果为：调整次序。假设调整结果为：学生：学生：学号学号，姓名，出生日期，年龄，所在，姓名，出生日期，年龄，所在系，年级，平均成绩系，年级，平均成绩解决上述冲突后，学籍管理分解决上述冲突后，学籍管理分E

32、-R图与课程管图与课程管理分理分E-R图合并为图合并为198图图6-16的形式。的形式。二、修改与重构二、修改与重构n基本任务基本任务n消除不必要的冗余，设计生成基本消除不必要的冗余，设计生成基本E-R图图合并合并初步初步E-R图图分分E-R图图可能存在冗余的数据可能存在冗余的数据和冗余的实体间联系和冗余的实体间联系基本基本E-R图图消除不必要的冗余消除不必要的冗余修改与重构（续）修改与重构（续）1冗余冗余2消除冗余的方法消除冗余的方法1冗余冗余n冗余的数据是指可由基本数据导出的数据，冗余的数据是指可由基本数据导出的数据，冗余的联系是指可由其他联系导出的联系。冗余的联系是指可由其他联系导出的联

33、系。n冗余数据和冗余联系容易破坏数据库的完整性，冗余数据和冗余联系容易破坏数据库的完整性，给数据库维护增加困难给数据库维护增加困难n并不是所有的冗余数据与冗余联系都必须加以并不是所有的冗余数据与冗余联系都必须加以消除，有时为了提高某些应用的效率，不得不消除，有时为了提高某些应用的效率，不得不以冗余信息作为代价。以冗余信息作为代价。冗余（续）冗余（续）n设计数据库概念结构时，哪些冗余信息必须消设计数据库概念结构时，哪些冗余信息必须消除，哪些冗余信息允许存在，需要根据用户的除，哪些冗余信息允许存在，需要根据用户的整体需求来确定。整体需求来确定。n消除不必要的冗余后的初步消除不必要的冗余后的初步E-

34、R图称为基本图称为基本E-R图。图。2消除冗余的方法消除冗余的方法n分析方法分析方法n以数据字典和数据流图为依据，根据数据字典中关以数据字典和数据流图为依据，根据数据字典中关于数据项之间逻辑关系的说明来消除冗余。于数据项之间逻辑关系的说明来消除冗余。消除冗余的方法消除冗余的方法(续续)例，教师工资单中包括该教师的基本工例，教师工资单中包括该教师的基本工资、各种补贴、应扣除的房租水电费以资、各种补贴、应扣除的房租水电费以及实发工资。及实发工资。由于实发工资可以由前面各项推算出来，由于实发工资可以由前面各项推算出来，因此可以去掉，在需要查询实发工资时因此可以去掉，在需要查询实发工资时根据基本工资、

35、各种补贴、应扣除的房根据基本工资、各种补贴、应扣除的房租水电费数据临时生成。租水电费数据临时生成。消除冗余的方法（续）消除冗余的方法（续）n如果是为了提高效率，人为地保留了一些冗如果是为了提高效率，人为地保留了一些冗余数据，则应把数据字典中数据关联的说明余数据，则应把数据字典中数据关联的说明作为完整性约束条件。作为完整性约束条件。n一种更好的方法是把冗余数据定义在视图中一种更好的方法是把冗余数据定义在视图中消除冗余的方法（续）消除冗余的方法（续）n规范化理论规范化理论n函数依赖的概念提供了消除冗余联系的形式函数依赖的概念提供了消除冗余联系的形式化工具化工具消除冗余的方法（续）消除冗余的方法（续

36、）n方法方法1.确定分确定分E-R图实体之间的数据依赖图实体之间的数据依赖FL。实体之间一实体之间一对一、一对多、多对多的联系可以用实体码之间的对一、一对多、多对多的联系可以用实体码之间的函数依赖来表示。函数依赖来表示。例：例：班级和学生之间一对多的联系：班级和学生之间一对多的联系：学号学号班级号班级号学生和课程之间多对多的联系：学生和课程之间多对多的联系：（学号，课程号）（学号，课程号）成绩成绩消除冗余的方法（续）消除冗余的方法（续）2.求求FL的最小覆盖的最小覆盖GL，差集为差集为 D=FL-GL。逐一考察逐一考察D中的函数依赖，确定是否是冗余中的函数依赖，确定是否是冗余的联系，若是，就把

37、它去掉。的联系，若是，就把它去掉。消除冗余的方法（续）消除冗余的方法（续）n由于规范化理论受到泛关系假设的限制，应注意下由于规范化理论受到泛关系假设的限制，应注意下面两个问题：面两个问题：1.冗余的联系一定在冗余的联系一定在D中，而中，而D中的联系不一定是冗中的联系不一定是冗余的；余的；2.当实体之间存在多种联系时要将实体之间的联系在当实体之间存在多种联系时要将实体之间的联系在形式上加以区分。形式上加以区分。例例P229图图6.30中中部门和职工之间两种联系表示为：部门和职工之间两种联系表示为：负责人负责人.职工号职工号部门号部门号部门号部门号负责人负责人.职工号职工号泛关系假设泛关系假设n假

38、设存在着一个单一的关系模式假设存在着一个单一的关系模式 “假假设设已已知知一一个个模模式式S，它它仅仅由由单单个个关关系系模模式式组组成成，问问题题是是要要设设计计一一个个模模式式SD，它它与与S等等价价，但但在在某些方面更好一些某些方面更好一些”n从从一一个个关关系系模模式式出出发发，而而不不是是从从一一组组关关系系模模式式出出发发实行分解实行分解n“等等价价”的的定定义义也也是是一一组组关关系系模模式式与与一一个个关关系系模模式式的的“等价等价”泛关系假设泛关系假设(续续)n泛关系假设是运用规范化理论时的障碍泛关系假设是运用规范化理论时的障碍n承承认认了了泛泛关关系系假假设设，就就等等于于

39、承承认认了了现现实实世世界界各实体间只能有一种联系各实体间只能有一种联系消除冗余，设计生成基本消除冗余，设计生成基本E-R图实例图实例教程教程198图图6-16的初步的初步E-R图中存在着冗余图中存在着冗余数据和冗余联系：数据和冗余联系：(1)学生实体中的年龄属性可以由出生日期推学生实体中的年龄属性可以由出生日期推算出来，属于冗余数据，应该去掉。这样不仅算出来，属于冗余数据，应该去掉。这样不仅可以节省存储空间，而且当某个学生的出生日可以节省存储空间，而且当某个学生的出生日期有误，进行修改后，无须相应修改年龄，减期有误，进行修改后，无须相应修改年龄，减少了产生数据不一致的机会。少了产生数据不一致

40、的机会。学生：学生：学号学号，姓名，出生日期，所在系，姓名，出生日期，所在系，年级，平均成绩年级，平均成绩消除冗余，设计生成基本消除冗余，设计生成基本E-R图实例（续）图实例（续）(2)教室实体与班级实体的上课联系可以由教室教室实体与班级实体的上课联系可以由教室与课程之间的开设联系、课程与学生之间的选与课程之间的开设联系、课程与学生之间的选修联系、学生与班级之间的组成联系三者推导修联系、学生与班级之间的组成联系三者推导出来，因此属于冗余联系，可以消去。出来，因此属于冗余联系，可以消去。消除冗余，设计生成基本消除冗余，设计生成基本E-R图实例（续）图实例（续）(3)学生实体中的平均成绩可以从选修

41、联系中的成绩属性中学生实体中的平均成绩可以从选修联系中的成绩属性中推算出来推算出来n由于应用中需要经常查询某个学生的平均成绩，每次都由于应用中需要经常查询某个学生的平均成绩，每次都进行这种计算效率就会太低，因此为提高效率，保留该进行这种计算效率就会太低，因此为提高效率，保留该冗余数据冗余数据n但定义一个触发器来保证学生的平均成绩等于该学生各但定义一个触发器来保证学生的平均成绩等于该学生各科成绩的平均值。科成绩的平均值。n任何一科成绩修改后，或该学生学了新的科目并有成绩任何一科成绩修改后，或该学生学了新的科目并有成绩后，就触发该触发器去修改该学生的平均成绩属性值。后，就触发该触发器去修改该学生的

42、平均成绩属性值。消除冗余，设计生成基本消除冗余，设计生成基本E-R图实例（续）图实例（续）教程教程200图图17是对图是对图16进行修改和重进行修改和重构后生成的基本构后生成的基本E-R图。图。学生管理子系统的基本学生管理子系统的基本E-R图与教师管理图与教师管理子系统以及后勤管理子系统的基本子系统以及后勤管理子系统的基本E-R图图合并后，生成整个学校管理系统的基本合并后，生成整个学校管理系统的基本E-R图图三、验证整体概念结构三、验证整体概念结构n视图集成后形成一个整体的数据库概念结构，对该整体概视图集成后形成一个整体的数据库概念结构，对该整体概念结构还必须进行进一步验证，确保它能够满足下列

43、条件念结构还必须进行进一步验证，确保它能够满足下列条件：n整体概念结构内部必须具有一致性，不存在互相矛盾的整体概念结构内部必须具有一致性，不存在互相矛盾的表达。表达。n整体概念结构能准确地反映原来的每个视图结构，包括整体概念结构能准确地反映原来的每个视图结构，包括属性、实体及实体间的联系。属性、实体及实体间的联系。n整体概念结构能满足需要分析阶段所确定的所有要求。整体概念结构能满足需要分析阶段所确定的所有要求。验证整体概念结构（续）验证整体概念结构（续）n整体概念结构最终还应该提交给用户，整体概念结构最终还应该提交给用户，征求用户和有关人员的意见，进行评审、征求用户和有关人员的意见，进行评审、

44、修改和优化，然后把它确定下来，作为修改和优化，然后把它确定下来，作为数据库的概念结构，作为进一步设计数数据库的概念结构，作为进一步设计数据库的依据据库的依据。数据库设计数据库设计n数据库的设计过程数据库的设计过程n需求分析需求分析n概念结构设计概念结构设计n逻辑结构设计逻辑结构设计n物理数据库设计物理数据库设计n实施实施n运行维护运行维护设计过程中往往还会有许多反复。设计过程中往往还会有许多反复。概念结构设计小结概念结构设计小结n什么是概念结构设计什么是概念结构设计现实世界现实世界机器世界机器世界信息世界信息世界需求分析需求分析概念结构设计概念结构设计概念结构设计小结概念结构设计小结n概念结构

45、设计的步骤概念结构设计的步骤n抽象数据并设计局部视图抽象数据并设计局部视图n集成局部视图，得到全局概念结构集成局部视图，得到全局概念结构n验证整体概念结构验证整体概念结构概念结构设计小结概念结构设计小结n数据抽象数据抽象n分类分类n聚集聚集n概括概括概念结构设计小结概念结构设计小结n设计局部视图设计局部视图n 选择局部应用选择局部应用n 逐一设计分逐一设计分E-R图图n标定局部应用中的实体、属性、码，实体标定局部应用中的实体、属性、码，实体间的联系间的联系n用用E-R图描述出来图描述出来概念结构设计小结概念结构设计小结n集成局部视图集成局部视图n1.合并分合并分E-R图，生成初步图，生成初步E-R图图n消除冲突消除冲突n属性冲突属性冲突n命名冲突命名冲突n结构冲突结构冲突n2.修改与重构修改与重构n消除不必要的冗余，设计生成基本消除不必要的冗余，设计生成基本E-R图图n分析方法分析方法n规范化理论规范化理论 下课了。下课了。休息一会儿。休息一会儿。