数据库设计与实现高级ER图
数据库设计及ER图
数据库设计及ER图1.数据库设计流程数据库作为数据的一个容器,不但对程序的performance有很大的影响,而且对应用程序的扩展有非常大的影响.所以对应用程序来说,一个具有良好设计的数据库是非常重要的.那么如何才能设计出性能好,又支持扩展的数据库呢?这是我们大家都要去探索的问题.现在有很多版本的数据库设计的流程.然而这也只是目前阶段能设计出一个比较好的数据库的一个途径.更好更优的数据库设计流程是我们追求的目标.但是现在,我们先来了解下目前阶段标准的数据库设计流程.以助于我们在开发应用程序的时候能用到.先来看下一张数据设计流程图上图是数据库设计一个比较标准的流程图.我们就针对这个流程来讲解数据库设计各个阶段.需求分析阶段１我们在需求阶段注意两点:1:考虑到可能的扩充和修改,是设计能易于修改和扩展2:强调客户参与:目的有几个:更好的理解客户的需求,了解客户的对程序安全性和完整性的要求,以及用户的处理需求.概念结构设计阶段在这个阶段我们要设计出能真实反应客观事物的模型,同时让设计的模型能易于理解,易于扩展,能方便的向其他数据库转移.逻辑结构设计1:作为对象信息的属性,必须具有原子性的.也就是.我们在画ER图的时候,对象间的关系必须是实体之间的关系,不能是属性和实体的关系.2:确定数据之间的依赖关系(要极小化出来各个关系,消除冗余),同时要按照数据依赖理论对关系模型进行检查.数据库物理设计阶段数据的存储结构以及配置数据库实施阶段定义数据库的结构,数据的装载,以及数据库的试运行.数据库运行和维护阶段要注意数据的转储和恢复,数据库的安全性和完整性控制.数据库的性能的监督,分析和改造以及数据库的重构2.数据库设计范式第一范式（1NF）：在关系模式R中的每一个具体关系r中，如果每个属性值都是不可再分的最小数据单位，则称R是第一范式的关系。
例：如职工号，姓名，电话号码组成一个表（一个人可能有一个办公室电话和一个家里电话号码）规范成为1NF有三种方法：一是重复存储职工号和姓名。
数据库设计中的ER模型介绍与应用
数据库设计中的ER模型介绍与应用数据库是应用程序中非常重要的一部分，对于企业来说，数据库是财富的积累和管理的重要手段。
在现代化企业信息化建设过程中，数据库的设计显得尤为重要。
ER模型是数据库设计中最流行和最常用的建模方法之一。
下面将逐步介绍ER模型的基本概念、关系对象、ER图以及实体关系设计。
一、基本概念1.1 数据模型数据模型是指对某一事物的相关数据进行的抽象和描述。
在数据库设计中，数据模型是结构化描述实体、联系、属性及它们之间关系的一种方法。
1.2 ER模型ER模型是一种基于实体关系的数据模型。
其核心概念是实体、属性、关系和联系。
这些概念构成了一个数据库系统的基本结构。
这个模型最早是由彼得·钱伯斯于1975年在一篇论文《实体类型和实体关系之图形表示法》中提出的。
1.3 实体(Entity)在ER模型中，实体是指一类现实世界中的对象或概念，其在该类中具有一定的独立性，可以由一个单一的或多个属性来描述。
例如，在一个学生信息管理系统中，学生就是一个实体，其属性可以包括姓名、性别、出生日期、学号等。
1.4 属性(Attribute)属性是指实体具有的特征或性质。
一个实体可以拥有一个或多个属性，属性可以比较简单，也可以非常复杂。
属性还可以用来描述一个实体在现实世界中的状态。
在上述学生信息管理系统中，姓名、性别、出生日期和学号都可以看作是学生的属性。
1.5 关系(Relationship)关系是指实体之间的某种联系或关联。
它是指两个实体之间或多个实体之间的静态或动态连接。
例如，在一个课程成绩管理系统中，学生和课程之间就存在着学生选课这种关系。
1.6 联系(Relationship Instance)联系的实例是指一种具体的关系，即一个实体和另一个实体之间的实际关联。
例如，在学生选课管理系统中，具体的某个学生选了某门课程就是一个联系的实例，它体现了这两个实体之间的关系。
二、关系对象在ER模型中，关系对象主要包括实体、属性、关系三种。
数据库设计ER图
数据抽象（续）
聚集
第20页/共72页
数据抽象（续） ▪ 复杂的聚集，某一类型的成分仍是一个聚集
更复杂的聚集
第21页/共72页
数据抽象（续）
3. 概括（Generalization） • 定义类型之间的一种子集联系 • 抽象了类型之间的“is subset of”的语义 • 继承性
分E-R图
合并
初步E-R图
可能存在冗余的数据 和冗余的实体间联系
消除不必要的冗余
基本E-R图
第53页/共72页
消除不必要的冗余，设计基本E-R图（续）
• 冗余 • 消除冗余的方法
第54页/共72页
1．冗余
• 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 • 消除不必要的冗余后的初步E-R图称为基本E-R图
该厂劳动人事管理分E-R图
图7.29 劳动人事管理的分E-R图
第66页/共72页
消除冗余，设计生成基本E-R图实例（续）
系统的基本E-R(图7.30)
某工厂管第理6信7页息/共系7统2页的基本E-R图
消除冗余，设计生成基本E-R图实例（续）
集成过程，解决了以下问题： • 异名同义，项目和产品含义相同 • 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
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
• 概念结构设计是整个数据库设计的关键
第3页/共72页
概念结构（续）
现实世界 信息世界 机器世界
需求分析 概念结构设计
第4页/共72页
概念结构（续）
数据库原理及应用 ER图的绘制与转换
2. a) b) c) d) e) f)
g)
设计E-R图的步骤 把所存储的全部基本数据项都作为属性 弄清楚这些属性描述了哪些主实体 确定有什么联系 “的”联系与从实体同时确定 画出子E-R图的草图 向上归并得各层子E-R图，直到全系统的 E-R图 E-R草图的优化－－得到基本的E-R图
练习： 练习：设计E-R图。基本项如下： 货号，货名，型号，规格，计量单位； 员工号，姓名，性别，生日，职务，住址， 电话； 客户号，客户名，地址，信誉度，联系人， 邮编，电话； 提货单号，日期，时间，经手员工号，提货 客户号，所提货号，售价，提货数量；
从ER图导出一般关系模型的基本原则 图导出一般关系模型的基本原则
原则1：ER图中的每一个独立实体变换为一 原则 个关系，其属性变为关系的属性，其主标识 变为关系的主码。
从ER图导出一般关系模型的基本原则 图导出一般关系模型的基本原则
原则2： 原则 ：ER图中的从实体及相应的“的”联 系变换为一个关系，从实体的属性加上主实 体关系的主码构成这个关系的属性。如果“ 的”联系是1：1的，则以主实体关系的主码 （作为外来码）为这个关系的主码；如果“ 的”联系是1：M的，则以主实体关系的主码 加上同一主实体个体联系的不同从属实体个 体赖以相互区分的属性组，组成该关系的主 码。
属性（Attribute）
例如，学生“学”某门课程所取得的成绩， 既不是学生的属性也不是课程的属性。由于 “成绩”既依赖于某名特定的学生又依赖于 某门特定的课程，所以它是学生与课程之间 的联系“学”的属性，是“学”的结果。在 ERD中用椭圆形或圆角矩形表示实体（或联 系）的属性，并用无向边把实体（或联系） 与其属性连接起来。
实体之间的联系 实体之间的联系是指两类不同实体的个体 之间的关联。 联系可分如下几种类型： 一对一联系（1:1）：如果R使得A中的每 个实体，B中至多有一个实体与之对应， 反之亦然，则称R是A与B之间的一对一 联系，记作1:1。
数据库设计与ER模型
ER模型的作用和意义
帮助数据库设计者更好地 理解和管理复杂的数据结 构。
有助于确保数据库设计的 完整性和准确性，减少数 据冗余和不一致性。
ABCD
提供了一种通用的、标准 化的数据库设计方法，使 得不同人员之间能够更好 地沟通和协作。
为后续的数据库实施和应 用程序开发提供了基础和 指导。
03
ER模型的设计过程
数据库设计的重要性
提高数据管理效率
良好的数据库设计能够减少数据 冗余，优化数据存储和检索过程， 提高数据管理效率。
保障数据质量
合理的数据库设计可以降低数据 错误和异常的可能性，保证数据 的准确性和完整性。
支持业务决策
通过合理的数据组织和分析，数 据库设计能够支持业务决策，帮 助企业做出更好的战略规划。
创建视图
02
根据业务需求，创建视图以简化复杂的查询或展示特定的数据
汇总信息。
优化查询性能
03
通过优化查询语句和索引设计，提高数据库的查询性能和响应
速度。
05
ER模型的应用案例
案例一：学生信息管理系统
总结词
简明扼要地描述了案例的主要内容。
详细描述
学生信息管理系统是一个典型的ER模型应 用案例。通过ER模型，可以清晰地定义学 生、课程、成绩等实体以及它们之间的关系， 如学生选课、成绩录入等。这有助于确保数 据库设计的准确性和高效性，从而为学生和 教师提供更好的信息服务。
总结词
简明扼要地描述了案例的主要内容。
详细描述
电子商务网站数据库设计是ER模型应用的 另一个重要领域。电子商务网站通常包含商 品、用户、订单等实体以及它们之间的关系 ，如用户购买商品、订单与商品的关联等。
通过ER模型，可以合理规划数据库结构， 确保数据的准确性和完整性，从而提升电子
数据库系统的概要设计ER图重要性
数据库系统的概要设计ER图重要性一、设计数据库的必要性1.为什么要设计数据库当数据库比较复杂（如数据量大，表较多，业务关系复杂）时，我们需要先设计数据库，因为：良好的数据库设计：节省数据的存储空间能够保证数据的完整性方便进行数据库应用系统的开糟糕的数据库设计：数据冗余、存储空间浪费数据更新和插入的异常二、软件项目开发周期中的数据库开发1.数据库生命周期数据库的生命周期主要分为四个阶段：1.需求分析阶段：（此阶段在软件项目开发周期中的需求分析阶段进行）这个阶段主要是收集并分析用户的业务和数据处理需求收集信息（我们需要与数据的创造者和使用者进行访谈。
对访谈获得的信息进行整理、分析，并撰写正式的需求文档。
需求文档中需包含：需要处理的数据；数据的自然关系；数据库实现的硬件环境、软件平台等；）标识对象标识每个对象的属性标识对象之间的关系2.逻辑设计阶段：（此阶段在软件项目开发周期中的概要设计和详细设计阶段进行）使用ER或UML建模技术，创建概念数据模型图，展示所有数据以及数据间关系。
最终概念数据模型必须被转化为范式化的表。
a.绘制E-R图b将E-R图转换为表格c.应用三大范式规范化表格3.物理设计阶段：根据特定数据库管理系统所提供的多种存储结构和存取方法等依赖于具体计算机结构的各项物理设计措施，对具体的应用任务选定最合适的物理存储结构(包括文件类型、索引结构和数据的存放次序与位逻辑等)、存取方法和存取路径等。
这一步设计的结果就是所谓“物理数据库”。
a.数据库物理设计的目标是尽可能优化性能。
b.物理设计阶段，表结构可能需要进行重构来满足性能上的需求，这被称为反范式化。
c.反范式化的步骤包括：I. 辨别关键性流程，如频繁运行、大容量、高优先级的处理操作II. 通过增加冗余来提高关键性流程的性能III. 评估所造成的代价（对查询、修改、存储的影响）和可能损失的数据一致性d.实现维护阶段：I. 当设计完成之后，使用数据库管理系统（DBMS）中的数据定义语言（DDL）来创建数据结构。
数据库ER图设计
2. 概念结构设计阶段
3. 逻辑结构设计阶段 4. 物理结构设计阶段
需求分析
5. 数据库实施
6. 数据库运行与维护
概念结构设计阶段
逻辑结构设计阶段
ห้องสมุดไป่ตู้
物理结构设计阶段 数据库实施
数据库运行维护
5.2
需求分析
需求分析是数据库设计的第一步。这一阶段主要是对数据库应用系统所要处理的对象进行全面 了解，了解用户需求，收集信息，提出问题及解决问题的思路。
设置 n
教研室
1
属于
n
n
属于
n
1
学生
mn
选 n课
1 课程
1
n
教师
m n
课程编 号
课程名
学时
学分
学生信息管理系统 (E-R概念模型)
教研室编 号
教研室名 称
系编号 教师编
号 姓名
性别 教研室编
号
5.4
逻辑结构设计
逻辑结构设计：将已设计好的概念模型(E-R模型)转换为与DBMS支持的数据模型相符的逻 辑结构。
(3) 码：在实体的属性当中能够唯一的标识一个实体的属性称为这个实体的关键字，也称码 或键。
如：学生的学号。而学生的姓名可能有重名，不能作为学生实体的关键字(码)。
(4) 实体集：具有相同属性的同一类事物，是一个实体的集合。 如：所有的学生信息记录、所有的课程信息记录等。
(5) 实体型：用实体名和属性名称集来描述同类实体。 如：学生(学号，姓名，年龄，性别)就是一个实体型。所有学生都可用这一实体型进行描 述。
学院编号
学院名称
院长姓名 学院
学院电话
学院地址
② 一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。
数据库设计ER图(第三范式规范)
商品（商品编号，商品名称，商品类型，库存数量，库存位置）
出库单（出库单编号，出库日期，开票人，送货员编号，顾客编号，送货地址）
送货员（送货员编号，姓名，联系电话）
出库（商品编号，出库单编号，出库数量，销售价格）
三
图书（图书标准书号，图书名称，价格，出版日期，出版社名称）
作者（作者姓名，编码，联系电话，E-mail）
一
商品信息(商品编号，商品名称，商品类型，单位，参考价)
出库单（出库单编号，经手人，送货人，送货地址，订货分店，出库日期和日期）
入库单(入库单编号，入库日期和时间，供应商，经手人)
库存表（库号，库存数量，库内位置）
出库（出库单编号，商品编号，出库价，数量）
入库（入库单编号，商品编号，单价，数量）
库存（商品编号，库号）
图书销售（销售流水号）
编写（图书标准书号，作者姓名）
销售（销售流水号，图书标准书号，销售日期，销售数量）
四
店铺（店铺代码，店铺名称，店铺经理，开店日期）码，销售日期，销售数量，销售单价）
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– 医嘱单由治疗医生 /护士执行，记录执行结果并保存在执行科 室备查。
– 请画出相关数据概念模型。具体内容可以根据你对住院管理的 理解进行补充和调整。
2019 年11月12 日星期二
– 使用弱实体能更好地刻画现实语义 – 引入弱实体使 E-R图元素增多、复杂性增加
2019 年11月12 日星期二
数据库系统概念----E-R
9
3.1弱实体vs属性
? 使用实体的属性，还是使用弱实体？
– 如果不研究属性和其它属性 /联系/实体之间的 联系， 应该使用属性
– 如果需要研究属性和其它属性 /联系/实体之间 的联系， 则需要将属性实体化，必要时使用 弱实体
– 对一个具体系统，是否可能同时关注一个事物不同层 次的实体型？
2019 年11月12 日星期二
12
3.2继承
? 实体型的层次
– 同一系统可能会同时关注一个事物不同层次的实体型 – 例如：在学校系统中，教务方面愿意把在校人员看做
教师和学生，而图书馆方面更愿意统一看作在校人员
人员
学生
借阅
上课
图书
教师
? 某些属性实体化之后，实体可以独立标识，如电话； ? 某些属性实体化之后，实体自身无标识属性，如账户交易；
– 属性实体化后，不能独立标识，形成弱实体 ? 弱实体定义
– 没有足够属性标识的实体，称为弱实体 – 反之称为强实体 – 弱实体需要依赖属主实体而存在，不能独立存在
2019 年11月12 日星期二
账户
AccrualRec
date
AccName
accrual
Transaction
Eno
EName
LineNo
date
dealnum
银行职员
? 问题：如何表示上述联系？
– 按E-R图的原则，联系是实体与实体之间的联系
– 不能是实体和属性之间、属性和属性之间的联系
2019 年11月12 日星期二
数据库系统概念----E-R
讲授
课程
? 思考：
– 如何刻画不同层次实体型之间的关系？
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13
3.2继承
? ISA联系
– E-R图使用ISA联系表示不同层次实体型之间的关系 – ISA联系本质是继承关系 – ISA联系使用标有“ISA”字样的三角形来表示
数据库系统概念----E-R
4
3.1弱实体
? 引入弱实体后的 E-R图： – 有效解决了属性实体化后缺少标识问题
accno AccName
账户
交易记录
利息记录
date accrual
计息
操作
Байду номын сангаас
银行职员
LineNo
date dealnum
Eno
EName
2019 年11月12 日星期二
数据库系统概念----E-R
? 练习：
–请画出银行账户的E-R图，通过增加标识属性，使交 易记录等属性实体化为强实体
–请和使用弱实体的方案比较，哪种方案更好？
2019 年11月12 日星期二
数据库系统概念----E-R
8
3.1实体化：弱实体vs强实体
? 实体化为弱实体vs增加标识属性成为强实体
– 增加标识属性实际上是进行了实现相关的设 计工作。在分析阶段进行设计工作会限制设 计阶段设计方案的选择。
账户
交易记录
LineNo date
dealnum
2019 年11月12 日星期二
数据库系统概念----E-R
7
3.1属性实体化方法
? 属性实体化
–属性实体化后，如果有标识属性，自然成为强实体 –属性实体化后，如果没有标志性属性，有两种办法处
理：
? 1、将属性实体化为弱实体 ? 2、通过增加标识属性，使属性实体化为强实体
2
3.1弱实体
? 上述问题的表示方法：
– 属性实体化 – 交易记录、利息记录属性实体化之后，实体无法独立
标识
– 行号、日期都只能在一个账户内分辨多值属性，缺少 全局标识
accno
账户
AccName
Transaction
AccrualRec Eno
date accrual EName
LineNo
date
5
3.1弱实体
? 弱实体
– 没有足够属性标识的实体，称为弱实体， – 反之称为强实体
? 标志性联系
– 弱实体和属主实体之间的联系是存在依赖联系 – 弱实体和属主实体间的存在依赖联系，称作实体的标
志性联系 – 标识性联系：多对一、全部参与，一般不命名 – 标识性联系在E-R图中以双边框菱形表示
accno AccName
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数据库系统概念----E-R
10
3.1练习
? 请绘制医院系统住院部分的E-R图
– 医院为住院病人建立病历。病历首页记录病人住院相关的基本 信息；病历主体由住院期间每次诊疗的记录顺序排列组成。
– 诊疗记录由诊疗时间、诊疗情况记录组成，并要由进行当次诊 疗的住院医生签字。诊疗可发出检查单、治疗医嘱单，需要记 录诊疗和检查单、医嘱单的关系。
账户
交易记录
LineNo date
dealnum
2019 年11月12 日星期二
数据库系统概念----E-R
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3.1弱实体
? 分辨符
– 弱实体在特定属主实体内的标识属性，称作 分辨符
– 在全局范围内，弱实体的标识由属主实体的 主码和弱实体的分辨符共同组成
– 分辨符在E-R图中用虚下划线表示
accno AccName
3高级E-R模型
? 本章主要讨论
– 3.1弱实体 – 3.2继承 – 3.3聚集 – 3.4E-R图的元素表示 – 3.5概念模型设计过程
2019 年11月12 日星期二
1
3.1弱实体
? 背景示例：在银行系统中，希望研究：
– 账户的交易记录与柜员之间的联系 – 账户的交易与利息之间的联系
accno
数据库系统概念----E-R
11
3.2继承
? 实体型的层次
– 实体型：现实世界同类事物特征和性质的抽象 – 同一事物抽象层次的不同，形成了不同层次的实体型 – 例如：同一个人，可以被看作是本科生、学生、
person 等等
? 思考：
– 对一个具体系统中人的研究，应该抽象到哪个层次？ 本科生？学生？还是person？
dealnum
银行职员
2019 年11月12 日星期二
数据库系统概念----E-R
3
3.1弱实体
? 弱实体提出的背景 – 存在一些场景，需要研究：
? 一个实体的属性与其它实体之间的关系 ? 或者属性之间相互的关联关系
– E-R图中联系是实体与实体之间的联系 – 在研究属性参与的联系时，需要进行属性实体化