數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

-數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計該系列計劃包括5部分：完整性約束理論及應用、范式理論及應用、需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文是第五部分，介紹邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容，包括E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化、用戶子模式的設(shè)計等問題。1邏輯設(shè)計概述概念結(jié)構(gòu)是獨立于任何一種數(shù)據(jù)模型的，在實際應用中，一般所用的數(shù)據(jù)庫環(huán)境已經(jīng)給定（如SQL Server或Oracel或MySql），本文討論從概念結(jié)構(gòu)向邏輯結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換問題。由于目前使用的數(shù)據(jù)庫基本上都是關(guān)系數(shù)據(jù)庫，因此首先需要將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型，然后根據(jù)具體DBMS的特點和限制轉(zhuǎn)換為特定的DBMS支持下的數(shù)據(jù)模型，最后進行優(yōu)化。2E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換2.1 一個例子E-R圖如何轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型呢？我們先看一個例子。圖2.1是學生和班級的E-R圖，學生與班級構(gòu)成多對一的聯(lián)系。根據(jù)實際應用，我們可以做出這個簡單例子的關(guān)系模式：學生（學號，姓名，班級）班級（編號，名稱）“學生.班級”為外鍵，參照“班級.編號”取值。這個例子我們是憑經(jīng)驗轉(zhuǎn)換的，那么里面有什么規(guī)律呢？在2.2節(jié)，我們將這些經(jīng)驗總結(jié)成一些規(guī)則，以供轉(zhuǎn)換使用。2.2 轉(zhuǎn)換規(guī)則(1) 一個實體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式一般E-R圖中的一個實體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式，實體的屬性就是關(guān)系的屬性，實體的碼就是關(guān)系的碼。(2) 一個1:1聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應的關(guān)系模式合并。圖2.2是一個一對一聯(lián)系的例子。根據(jù)規(guī)則（2），有三種轉(zhuǎn)換方式。(i) 聯(lián)系單獨作為一個關(guān)系模式此時聯(lián)系本身的屬性，以及與該聯(lián)系相連的實體的碼均作為關(guān)系的屬性，可以選擇與該聯(lián)系相連的任一實體的碼屬性作為該關(guān)系的碼。結(jié)果如下：職工（工號，姓名）產(chǎn)品（產(chǎn)品號，產(chǎn)品名）負責（工號，產(chǎn)品號）其中“負責”這個關(guān)系的碼可以是工號，也可以是產(chǎn)品號。(ii) 與職工端合并職工（工號，姓名，產(chǎn)品號）產(chǎn)品（產(chǎn)品號，產(chǎn)品名）其中“職工.產(chǎn)品號”為外碼。(iii) 與產(chǎn)品端合并職工（工號，姓名）產(chǎn)品（產(chǎn)品號，產(chǎn)品名，負責人工號）其中“產(chǎn)品.負責人工號”為外碼。(3) 一個1:n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與n端對應的關(guān)系模式合并。(i) 若單獨作為一個關(guān)系模式此時該單獨的關(guān)系模式的屬性包括其自身的屬性，以及與該聯(lián)系相連的實體的碼。該關(guān)系的碼為n端實體的主屬性。顧客（顧客號，姓名）訂單（訂單號，）訂貨（顧客號，訂單號）(ii) 與n端合并顧客（顧客號，姓名）訂單（訂單號，顧客號）(4) 一個m:n聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式。該關(guān)系的屬性包括聯(lián)系自身的屬性，以及與聯(lián)系相連的實體的屬性。各實體的碼組成關(guān)系碼或關(guān)系碼的一部分。教師（教師號，姓名）學生（學號，姓名）教授（教師號，學號）(5) 一個多元聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式。與該多元聯(lián)系相連的各實體的碼，以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，各實體的碼組成關(guān)系的碼或關(guān)系碼的一部分。(6) 具有相同碼的關(guān)系模式可以合并。(7) 有些1：n的聯(lián)系，將屬性合并到n端后，該屬性也作為主碼的一部分這類問題多出現(xiàn)在聚集類的聯(lián)系中，且部分實體的碼只能在某一個整體中作為碼，而在全部整體中不能作為碼的情況下才出現(xiàn)（其它情況本人還沒碰到，呵呵，歡迎指教）。比如上篇文章介紹的管理信息系統(tǒng)中訂單與訂單細節(jié)的聯(lián)系。關(guān)于什么是聚集，2.3節(jié)介紹。2.3 數(shù)據(jù)抽象的分類這部分本應在概念設(shè)計中介紹的，用到了才想起來，這里補充一下。關(guān)于現(xiàn)實世界的抽象，一般分為三類：（1） 分類：即對象值與型之間的聯(lián)系，可以用“is member of”判定。如張英、王平都是學生，他們與“學生”之間構(gòu)成分類關(guān)系。（2） 聚集：定義某一類型的組成成分，是“is part of”的聯(lián)系。如學生與學號、姓名等屬性的聯(lián)系。（3） 概括：定義類型間的一種子集聯(lián)系，是“is subset of”的聯(lián)系。如研究生和本科生都是學生，而且都是集合，因此它們之間是概括的聯(lián)系。例：貓和動物之間是概括的聯(lián)系，Tom and Jerry中那只名叫Tom的貓與貓之間是分類的聯(lián)系，Tom的毛色和Tom之間是聚集的聯(lián)系。訂單細節(jié)和訂單之間，訂單細節(jié)肯定不是一個訂單，因此不是概括或分類。訂單細節(jié)是訂單的一部分，因此是聚集。2.4 數(shù)據(jù)模型的優(yōu)化有了關(guān)系模型，可以進一步優(yōu)化，方法為：（1） 確定數(shù)據(jù)依賴。（2） 對數(shù)據(jù)依賴進行極小化處理，消除冗余聯(lián)系（參看范式理論）。（3） 確定范式級別，根據(jù)應用環(huán)境，對某些模式進行合并或分解。以上工作理論性比較強，主要目的是設(shè)計一個數(shù)據(jù)冗余盡量少的關(guān)系模式。下面這步則是考慮效率問題了：（4） 對關(guān)系模式進行必要的分解。如果一個關(guān)系模式的屬性特別多，就應該考慮是否可以對這個關(guān)系進行垂直分解。如果有些屬性是經(jīng)常訪問的，而有些屬性是很少訪問的，則應該把它們分解為兩個關(guān)系模式。如果一個關(guān)系的數(shù)據(jù)量特別大，就應該考 慮是否可以進行水平分解。如一個論壇中，如果設(shè)計時把會員發(fā)的主貼和跟貼設(shè)計為一個關(guān)系，則在帖子量非常大的情況下，這一步就應該考慮把它們分開了。因為 顯示的主貼是經(jīng)常查詢的，而跟貼則是在打開某個主貼的情況下才查詢。又如手機號管理軟件，可以考慮按省份或其它方式進行水平分解。2.5 設(shè)計用戶子模式這部分主要是考慮使用方便性和效率問題，主要借助視圖手段實現(xiàn)，包括：（1） 建立視圖，使用更符合用戶習慣的別名。（2） 對不同