数据库系统课件之第5章 数据库设计2.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第第5 5章章 数据库设计数据库设计(续续1)1)第第5章章 数据库设计数据库设计5.1 数据库设计概述数据库设计概述5.2 需求分析需求分析5.3 概念结构设计概念结构设计5.4 逻辑结构设计逻辑结构设计5.5 数据库的物理设计数据库的物理设计5.6 数据库实施和维护数据库实施和维护5.7 小结小结5.3 概念结构设计概念结构设计5.3.1 概念结构概念结构5.3.2 概念结构设计的方法与步骤概念结构设计的方法与步骤5.3.3 数据抽象与局部视图设计数据抽象与局部视图设计5.3.4 视图的集成视图

2、的集成5.3.1 概念结构概念结构v什么是概念结构设计什么是概念结构设计将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念将需求分析得到的用户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模型的过程就是概念结构设计概念结构是各种数据模型的共同基础，它比数据模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，从而更加稳定型更独立于机器、更抽象，从而更加稳定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（续）概念结构（续）v概念结构设计的

3、特点概念结构设计的特点 (1)能真实、充分地反映现实世界能真实、充分地反映现实世界 (2)易于理解易于理解 (3)易于更改易于更改 (4)易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换概念结构（续）概念结构（续）v描述概念模型的工具描述概念模型的工具E-R模型模型5.3 概念结构设计概念结构设计5.3.1 概念结构概念结构5.3.2 概念结构设计的方法与步骤概念结构设计的方法与步骤5.3.3 数据抽象与局部视图设计数据抽象与局部视图设计5.3.4 视图的集成视图的集成5.3.2 概念结构设计的方法与步骤概念结构设计的方法与步骤v设计概念结构的四类方法设计概念结

4、构的四类方法自顶向下自顶向下 首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化首先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化自顶向下策略自顶向下策略5.3.2 概念结构设计的方法与步骤概念结构设计的方法与步骤自底向上自底向上 首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成起来，首先定义各局部应用的概念结构，然后将它们集成起来，得到全局概念结构得到全局概念结构自底向上策略自底向上策略概念结构设计的方法与步骤（续）概念结构设计的方法与步骤（续）逐步扩张逐步扩张 首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩充，以滚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概念结构，直至总体概念结构雪球的方式

5、逐步生成其他概念结构，直至总体概念结构逐步扩张策略逐步扩张策略概念结构设计的方法与步骤（续）概念结构设计的方法与步骤（续）混合策略混合策略 将自顶向下和自底向上相结合，用自顶向下策略设计一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，以它为骨架集成由自底向上策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各局部概念结构。略中设计的各局部概念结构。概念结构设计的方法与步骤（续）概念结构设计的方法与步骤（续）v常用策略常用策略自顶向下地进行需求分析自顶向下地进行需求分析自底向上地设计概念结构自底向上地设计概念结构概念结构设计的方法与步骤（续）概念结构设计的方法与

6、步骤（续）v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 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，得到全局概念结构5.3 概念结构设计概念结构设计5.3.1 概念结构概念结构5.3.2 概念结构设计的方法与步骤概念结构设计的方法与步骤5.3.3 数据抽象与局部视图设计数据抽象与局部视图设计5.3.4 视图的集成视图的集成5.3.3 数据抽象与局部视图设计数据抽象与局部视图设计v数据抽象数据抽象v局部视图设计局部视图设计数据抽象数据抽象v抽象是对实际的人、物、事和概念中抽取所关心的共同特性，忽略非本质的细节，并把

7、这些特性用各种概念精确地加以描述。概念结构是对现实世界的一种抽象数据抽象（续）数据抽象（续）v三种常用抽象三种常用抽象1.分类（分类（Classification）定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型定义某一类概念作为现实世界中一组对象的类型抽象了对象抽象了对象值和型值和型之间的之间的“is member of”的语义的语义数据抽象（续）数据抽象（续）数据抽象（续）数据抽象（续）2.聚集（聚集（Aggregation）定义某一类型的组成成分定义某一类型的组成成分抽象了对象内部类型和成分之间抽象了对象内部类型和成分之间“is part of”的语义的语义数据抽象（续）数据抽象（续）聚集聚集

8、 数据抽象（续）数据抽象（续）复杂的聚集，某一类型的成分仍是一个聚集复杂的聚集，某一类型的成分仍是一个聚集 更复杂的聚集更复杂的聚集 数据抽象（续）数据抽象（续）3.概括（概括（Generalization）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抽象了类型之间的抽象了类型之间的“is subset of”的语义的语义继承性继承性 数据抽象（续）数据抽象（续）概括概括 局部视图设计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v在多层的数据流图中选择一个适当层次的数据流在多层的数据流图中选择一个适当层

9、次的数据流图，作为设计分图，作为设计分E-R图的出发点图的出发点 v通常以通常以中层数据流图中层数据流图作为设计分作为设计分E-R图的依据图的依据选择局部应用（续）选择局部应用（续）设计分设计分E-R图的出发点图的出发点 逐一设计分逐一设计分E-R图图v任务任务将各局部应用涉及的数据分别从数据字典中抽取出来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，标定各局部应用中的实体、实体的属参照数据流图，标定各局部应用中的实体、实体的属性、标识实体的码性、标识实体的码确定实体之间的联系及其类型（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）

10、v两条准则：两条准则：（1）属性不能再具有需要描述的性质。即属性必须）属性不能再具有需要描述的性质。即属性必须是不可分的数据项，不能再由另一些属性组成是不可分的数据项，不能再由另一些属性组成（2）属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在）属性不能与其他实体具有联系。联系只发生在实体之间实体之间逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）职称作为一个实体职称作为一个实体逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）病房作为一个实体病房作为一个实体逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）仓库作为一个实体仓库作为一个实体逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）实例销售管理子系统分实例销售管理子系统分E

11、-R图的设计图的设计v销售管理子系统的主要功能：n处理顾客和销售员送来的订单n工厂是根据订货安排生产的n交出货物同时开出发票n收到顾客付款后，根据发票存根和信贷情况进行应收款处理逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）图图5.18 销售管理子系统第一层数据流图销售管理子系统第一层数据流图 逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）v上图中把系统功能又分为上图中把系统功能又分为4个子系统，下面四个图是第二层数据流图个子系统，下面四个图是第二层数据流图 图图5.19 接收订单接收订单 逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）图图5.20 处理订单处理订单 逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（

12、续）图图5.21 开发票开发票 逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）图图5.22 支付过账支付过账 逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）分分E-R图的框架图的框架 逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）v参照第二层数据流图和数据字典，遵循两个准则，进行如下参照第二层数据流图和数据字典，遵循两个准则，进行如下调整：调整：(1)订单与订单细节是订单与订单细节是1 n的联系的联系(2)原订单和产品的联系实际上是订单细节和产品的联系。原订单和产品的联系实际上是订单细节和产品的联系。(3)图图5.21中中“发票主清单发票主清单”是一个数据存储，不必作为实体是一个数据存储，不必作为实体加入

13、分加入分E-R图图(4)工厂对大宗订货给予优惠工厂对大宗订货给予优惠逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）v得到分得到分E-R图如下图所示图如下图所示 销售管理子系统的分销售管理子系统的分E-R图图 逐一设计分逐一设计分E-R图（续）图（续）对每个实体定义的属性如下：对每个实体定义的属性如下：顾客：顾客：顾客号顾客号，顾客名，地址，电话，信贷状况，账目余额，顾客名，地址，电话，信贷状况，账目余额订单：订单：订单号订单号，顾客号，订货项数，订货日期，交货日期，工种，顾客号，订货项数，订货日期，交货日期，工种号，生产地点号，生产地点订单细则：订单细则：订单号，细则号订单号，细则号，零件号，订货

14、数，金额，零件号，订货数，金额应收账款：应收账款：顾客号，订单号顾客号，订单号，发票号，应收金额，支付日期，支，发票号，应收金额，支付日期，支付金额，当前余额，货款限额付金额，当前余额，货款限额产品描述：产品描述：产品号，产品号，产品名，单价，重量产品名，单价，重量折扣规则：折扣规则：产品号，订货量产品号，订货量，折扣，折扣5.3 概念结构设计概念结构设计5.3.1 概念结构概念结构5.3.2 概念结构设计的方法与步骤概念结构设计的方法与步骤5.3.3 数据抽象与局部视图设计数据抽象与局部视图设计5.3.4 视图的集成视图的集成5.3.4 视图的集成视图的集成v各个局部视图即分各个局部视图即分

15、E-R图建立好后，还需要对它图建立好后，还需要对它们进行合并，集成为一个整体的数据概念结构即们进行合并，集成为一个整体的数据概念结构即总总E-R图。图。视图集成的两种方式视图集成的两种方式v多个分多个分E-RE-R图一次集成图一次集成 一次集成多个分一次集成多个分E-RE-R图图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视图的集成（续）视图的集成（续）v逐步集成逐步集成用累加的方式一次集成两个分用累加的方式一次集成两个分E-R图图 视图的集成（续）视图的集成（续）v集成局部集成局部E-R图的步骤图的步骤1.合并合并2.修改与重构修改与重构视图的集成（续）视图的集成（续）视图集成视图集

16、成 合并分合并分E-R图，生成初步图，生成初步E-R图图v 各分各分E-RE-R图存在冲突图存在冲突各个分各个分E-RE-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v合并分合并分E-RE-R图的主要工作与关键图的主要工作与关键合理消除各分合理消除各分E-RE-R图的冲突图的冲突合并分合并分E-R图，生成初步图，生成初步E-R图（续）图（续）v 冲突的种类冲突的种类属性冲突属性冲突命名冲突命名冲突结构冲突结构冲突 属性冲突属性冲突v两类属性冲突属性域冲突属性值的类型取值范围 取值集合不同属性取值单位冲突 命名冲突命名冲突v两类命名冲突同名异义：不同意义的对象在不同的局部应

17、用中具有相同的名字异名同义（一义多名）：同一意义的对象在不同的局部应用中具有不同的名字 结构冲突结构冲突v三类结构冲突三类结构冲突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同一实体在不同分同一实体在不同分E-R图中所包含的属性个数和属性排图中所包含的属性个数和属性排列次序不完全相同列次序不完全相同实体之间的联系在不同局部视图中呈现不同的类型实体之间的联系在不同局部视图中呈现不同的类型消除不必要的冗余，设计基本消除不必要的冗余，设计基本E-R图图v基本任务基本任务消除不必要的冗余，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

18、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消除不必要的冗余，设计基本消除不必要的冗余，设计基本E-R图（续）图（续）v 冗余冗余v 消除冗余的方法消除冗余的方法1冗余冗余v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 v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v消除不必要的冗余后的初步E-R图称为基本E-R图 消除冗余的方法消除冗余的方法v分析方法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的逻辑关系消除冗余的方法（续）消除冗余的方法（续）消除冗余消除冗

19、余 消除冗余的方法（续）消除冗余的方法（续）效率效率VS冗余信息冗余信息需要根据用户的整体需求来确定需要根据用户的整体需求来确定若人为地保留了一些冗余数据，则应把数据字典中数据若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作为完整性约束条件关联的说明作为完整性约束条件Q4=Q5一旦一旦Q5修改后就应当触发完整性检查，对修改后就应当触发完整性检查，对Q4进行修改进行修改消除冗余的方法（续）消除冗余的方法（续）v规范化理论规范化理论函数依赖的概念提供了消除冗余联系的形式化工具函数依赖的概念提供了消除冗余联系的形式化工具消除冗余的方法（续）消除冗余的方法（续）方法方法1.确定分确定分E-

20、R图实体之间的数据依赖图实体之间的数据依赖，并用实体码之间，并用实体码之间的函数依赖表示。的函数依赖表示。劳动人事管理的分劳动人事管理的分E-R图图 消除冗余的方法（续）消除冗余的方法（续）上图中，上图中，部门和职工之间一对多的联系可表示为：部门和职工之间一对多的联系可表示为：职工号职工号部门号部门号职工和产品之间多对多的联系可表示为：职工和产品之间多对多的联系可表示为：（职工号，产品号）（职工号，产品号）工作天数工作天数 得到函数依赖集得到函数依赖集FL 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，

21、确定是否是冗余的联系，若中的函数依赖，确定是否是冗余的联系，若是，就把它去掉。是，就把它去掉。(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余的；中的联系不一定是冗余的；(2)当实体之间存在多种联系时要将实体之间的联系在形式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。上加以区分。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 实例实例 某工厂管理信息系统的视图集成。某工厂管理信息系统的视图集成。书中图书中图1.14(c)、图、图5.24、图、图5.29分别为该厂物资、销售分别为该厂物资、销售 和劳动人事管理的分和劳动人事管理的分E-R图

22、图 图图5.30为该系统的基本为该系统的基本E-R图图消除冗余，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）图图1.14(c)工厂物资管理工厂物资管理E-R图图该厂物资管理分该厂物资管理分E-R图图消除冗余，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）图图5.24 销售管理子系统的分销售管理子系统的分E-R图图该厂销售管理分该厂销售管理分E-R图图消除冗余，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）图图5.29 劳动人事管理的分劳动人事管理的分E-R图图该厂劳动人事管理分该厂劳动人事管理分E-R图图消除冗余，设计生成基本消除冗余，设

23、计生成基本E-R图实例（续）图实例（续）系统的基本系统的基本E-R(图图5.30)某工厂管理信息系统的基本某工厂管理信息系统的基本E-R图图 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）集成过程，解决了以下问题：集成过程，解决了以下问题：v 异名同义，项目和产品含义相同异名同义，项目和产品含义相同v库存管理中职工与仓库的工作关系已包含在劳动人事管理的部库存管理中职工与仓库的工作关系已包含在劳动人事管理的部门与职工之间的联系之中，所以可以取消门与职工之间的联系之中，所以可以取消v职工之间领导与被领导关系可由部门与职工（经理）之间的领职工之间领导与被领导关系可由部门与

24、职工（经理）之间的领导关系、部门与职工之间的从属关系两者导出，所以也可以取导关系、部门与职工之间的从属关系两者导出，所以也可以取消消验证整体概念结构验证整体概念结构v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条件：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）v整体概念结构最终还应该提交给用户，征求用户和有关人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

25、审、修改和优化，然后把它确定下来，员的意见，进行评审、修改和优化，然后把它确定下来，作为数据库的概念结构，作为进一步设计数据库的依据。作为数据库的概念结构，作为进一步设计数据库的依据。概念结构设计小结概念结构设计小结v概念结构设计的步骤概念结构设计的步骤抽象数据并设计局部视图抽象数据并设计局部视图集成局部视图，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v数据抽象数据抽象分类分类聚集聚集概括概括概念结构设计小结概念结构设计小结v设计局部视图设计局部视图 选择局部应用选择局部应用 2.逐一设计分逐一设计分E-R图图标定局部应用中的实体、属性、码，实体间的联系标定局部应用中的实体、属性、码，实体间的联系用用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v集成局部视图集成局部视图1.合并分合并分E-R图，生成初步图，生成初步E-R图图消除冲突消除冲突属性冲突属性冲突命名冲突命名冲突结构冲突结构冲突2.修改与重构修改与重构消除不必要的冗余，设计生成基本消除不必要的冗余，设计生成基本E-R图图分析方法分析方法规范化理论规范化理论