數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用：第6章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

第6章數(shù)據(jù)庫設(shè)計26.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述

6.1.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計的任務(wù)、內(nèi)容和特點數(shù)據(jù)庫設(shè)計的任務(wù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指根據(jù)用戶需求研制數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的過程。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的內(nèi)容數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫的設(shè)計特點是強調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計與行為設(shè)計相結(jié)合，是一種“反復(fù)探尋，逐步求精”的過程。結(jié)構(gòu)設(shè)計行為設(shè)計概念設(shè)計、邏輯設(shè)計和物理設(shè)計應(yīng)用程序的設(shè)計36.1.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述直觀設(shè)計規(guī)范設(shè)計法計算機輔助設(shè)計法自動化設(shè)計法基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法基于3NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法基于視圖的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法46.1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟按規(guī)范設(shè)計法可將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為六個階段1．系統(tǒng)需求分析階段2．概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段3．邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段4．物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段5．?dāng)?shù)據(jù)庫實施階段6．?dāng)?shù)據(jù)庫運行與維護階段56.2系統(tǒng)需求分析6.2.1需求分析的任務(wù) 需求分析的任務(wù)是：對現(xiàn)實世界要處理的對象（組織、部門、企業(yè)）等進行詳細的調(diào)查，通過對原系統(tǒng)的了解，收集支持新系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并對其進行處理，在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能。調(diào)查分析用戶活動收集和分析需求數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)邊界編寫系統(tǒng)分析報告66.2.2需求分析的方法需求分析的主要方法有自頂向下和自底向上兩種

7SA方法從最上層的系統(tǒng)組織機構(gòu)入手，采用逐層分解的方式分析系統(tǒng)，用數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典描述系統(tǒng)。數(shù)據(jù)流圖用命名的箭頭表示數(shù)據(jù)流用圓圈表示處理用矩形或其他形狀表示存儲數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)來源處理數(shù)據(jù)輸出處理需求信息需求圖6.6數(shù)據(jù)流圖8付款憑證報銷單報銷登記報銷人審查分錄圖6.7數(shù)據(jù)流圖示例9數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典是對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的詳細描述，是各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和屬性的清單。在需求分析階段，它通常包含以下五部分內(nèi)容：數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)存儲處理過程

最終形成的數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典為系統(tǒng)分析報告的主要內(nèi)容，這是下一步進行概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。106.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計就是將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)，即概念模型。概念模型的特點E-R模型是最著名、最實用的一種是概念模型。語義表達能力豐富易于交流和理解易于修改和擴充易于向各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換116.3.3概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法自頂向下自底向上逐步擴張混合策略局部E-R模型全局E-R模型抽象集成12需求分析DFD，DD數(shù)據(jù)抽象，局部視圖設(shè)計視圖集成邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計局部E-R圖全局E-R圖征求用戶意見13數(shù)據(jù)抽象與局部E-R模型設(shè)計（1）E-R方法（2）數(shù)據(jù)抽象（3）局部E-R模型設(shè)計兩條原則：①屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項。②屬性不能與其他實體具有聯(lián)系，聯(lián)系只能發(fā)生在實體之間。分類聚集將一組具有某些共同特性和行為的對象抽象為一個實體將對象類型的組成成份抽象為實體的屬性14下面舉例說明局部E-R模型設(shè)計。在簡單的教務(wù)管理系統(tǒng)中，有如下語義約定：①一個學(xué)生可選修多門課程，一門課程可為多個學(xué)生選修，因此學(xué)生和課程是多對多的聯(lián)系。②一個教師可講授多門課程，一門課程可為多個教師講授，因此教師和課程也是多對多的聯(lián)系。③一個系可有多個教師，一個教師只能屬于一個系，因此系和教師是一對多的聯(lián)系，同樣系和學(xué)生也是一對多的聯(lián)系。15學(xué)生選課局部E-R圖16教師任課局部E-R圖17全局E-R模型設(shè)計視圖集成的方法有兩種：①多元集成法，一次性將多個局部E-R圖合并為一個全局E-R圖。②二元集成法，首先集成兩個重要的局部E-R圖，以后用累加的方法逐步將一個新的E-R圖集成進來。局部E-R圖合并（消除沖突）優(yōu)化（消除不必要的冗余）基本E-R圖初步E-R圖分析規(guī)范化理論18沖突分類沖突屬性沖突命名沖突結(jié)構(gòu)沖突值域沖突取值單位沖突同名異義異名同義同一對象在不同應(yīng)用中有不同的抽象同一實體在不同應(yīng)用中屬性組成不同同一聯(lián)系在不同應(yīng)用中呈現(xiàn)不同類型19以教務(wù)管理系統(tǒng)中的兩個局部E-R圖為例，來說明如何消除各局部E-R圖之間的沖突，進行局部E-R模型的合并，從而生成初步E-R圖。首先，這兩個局部E-R圖中存在著命名沖突，學(xué)生選課局部E-R圖中的實體“系”與教師任課局部E-R圖中的實體“單位”，都是指“系”，即所謂的異名同義，合并后統(tǒng)一改為“系”，這樣屬性“名稱”和“單位名”即可統(tǒng)一為“系名”。其次，還存在著結(jié)構(gòu)沖突，實體“系”和實體“課程”在兩個不同應(yīng)用中的屬性組成不同，合并后這兩個實體的屬性組成為原來局部E-R圖中的同名實體屬性的并集。20圖6.17教務(wù)管理系統(tǒng)的初步E－R圖mn1系屬于教師擁有學(xué)生開課講授選修課程mmnm1m1學(xué)號姓名性別年齡平均成績成績教師號課程號課程名教師號姓名性別職稱系名電話消除冗余21圖6.18教務(wù)管理系統(tǒng)的基本E－R圖n1系屬于教師擁有學(xué)生講授選修課程mmnm1m學(xué)號姓名性別年齡成績課程號課程名教師號姓名性別職稱系名電話226.4邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計初始關(guān)系模式設(shè)計概念結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系模式規(guī)范化模式評價是否修正以DBMS語法描述模式修正物理設(shè)計是否236.4.2初始關(guān)系模式設(shè)計轉(zhuǎn)換原則將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型實際上就是將實體、屬性和聯(lián)系轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式。在轉(zhuǎn)換中要遵循以下原則：（1）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，實體的鍵就是關(guān)系的鍵。（2）一個聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式，與該聯(lián)系相連的各實體的鍵以及聯(lián)系的屬性均轉(zhuǎn)換為該關(guān)系的屬性。該關(guān)系的鍵有三種情況：如果聯(lián)系為1:1，則每個實體的鍵都是關(guān)系的候選鍵；如果聯(lián)系為1:n，則n端實體的鍵是關(guān)系的鍵；如果聯(lián)系為n:m，則各實體鍵的組合是關(guān)系的鍵。24把每一個實體轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系[例6-1]以圖6-18的E-R圖為例，四個實體分別轉(zhuǎn)換成四個關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，年齡）課程（課程號，課程名）教師（教師號，姓名，性別，職稱）系（系名，電話）把每一個聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式[例6-2]還以圖6-18的E-R圖為例，四個聯(lián)系也分別轉(zhuǎn)換成四個關(guān)系模式：屬于（教師號，系名）講授（教師號，課程號）選修（學(xué)號，課程號，成績）擁有（系名，學(xué)號） 25特殊情況的處理三個或三個以上實體間的一個多元聯(lián)系在轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式時，與該多元聯(lián)系相連的各實體的主鍵及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換成為關(guān)系的屬性，轉(zhuǎn)換后所得到的關(guān)系的主鍵為各實體鍵的組合。[例6-3]圖6-20表示供應(yīng)商、項目和零件三個實體之間的多對多聯(lián)系，如果已知三個實體的主鍵分別為“供應(yīng)商號”，“項目號”與“零件號”，則它們之間的聯(lián)系“供應(yīng)”可轉(zhuǎn)換為以下關(guān)系模式，其中供應(yīng)商號，項目號，零件號為此關(guān)系的組合關(guān)系鍵。供應(yīng)（供應(yīng)商號，項目號，零件號，數(shù)量）266.4.3關(guān)系模式規(guī)范化確定范式級別實施規(guī)范化處理需求分析階段概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段

用數(shù)據(jù)依賴概念分析和表示各個數(shù)據(jù)項之間的聯(lián)系

以規(guī)范化理論為指導(dǎo)，確定關(guān)系鍵，消除初步E-R圖中冗余的聯(lián)系

從E-R圖向數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換過程中，用模式合并與分解方法達到規(guī)范化級別276.4.4模式評價與改進模式評價功能評價功能評價指對照需求分析的結(jié)果，檢查規(guī)范化后的關(guān)系模式集合是否支持用戶所有的應(yīng)用要求。性能評價對實際性能進行估計，包括邏輯記錄的存取數(shù)、傳送量以及物理結(jié)構(gòu)設(shè)計算法的模型等。模式改進合并分解286.5物理結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計可分為兩步：確定物理結(jié)構(gòu)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中主要指存取方法和存儲結(jié)構(gòu)；評價物理結(jié)構(gòu)，評價的重點是時間和空間效率。6.5.1確定物理結(jié)構(gòu)存儲記錄結(jié)構(gòu)的設(shè)計聚集索引29訪問方法的設(shè)計訪問方法是為存儲在物理設(shè)備（通常指輔存）上的數(shù)據(jù)提供存儲和檢索能力的方法。訪問路徑的設(shè)計分成主訪問路徑與輔訪問路徑的設(shè)計。數(shù)據(jù)存放位置的設(shè)計306.6數(shù)據(jù)庫實施數(shù)據(jù)庫實施是指根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果，在計算機上建立起實際的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、裝入數(shù)據(jù)、進行測試和試運行的過程。建立實際數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)裝入數(shù)據(jù)應(yīng)