数据库设计ER图(第三范式规范)
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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概念结构（续）
简述数据库设计3个范式的含义
数据库设计是指按照特定的规范和要求，对数据库的数据存储和管理进行规划和设计的过程。
数据库设计的三个范式是指数据库设计中的基本规范，其中第一范式（1NF）、第二范式（2NF）和第三范式（3NF）分别规定了数据库中的数据应该满足的标准和要求。
下面我们将简要介绍数据库设计的三个范式的含义。
一、第一范式（1NF）1. 第一范式是指数据库表中的所有字段都是不可再分的最小单元，即每个数据项都是不可再分的，不能再被分割为更小的数据项。
2. 数据库表中的每一列都是单一的值，不可再分。
3. 所有的字段都应该是原子性的，即不能再分。
4. 如果数据库表中的字段不满足第一范式的要求，就需要进行适当的调整和修改，使之满足第一范式的要求。
二、第二范式（2NF）1. 第二范式是指数据库表中的所有非主属性都完全依赖于全部主键。
2. 所谓主属性是指唯一标识一个记录的属性，而非主属性是指与主键相关的其他属性。
3. 如果一个表中的某些字段与主键没有直接关系，而是依赖于其他字段，则需要将这些字段拆分到另一个表中。
4. 通过将非主属性与主键分离，可以避免数据冗余和更新异常。
5. 第二范式要求数据库表中的数据项应该是唯一的，不可再分，且完全依赖于全部主键。
三、第三范式（3NF）1. 第三范式是指数据库表中的所有字段都不依赖于其他非主字段。
2. 也就是说，一个表中的字段之间应该相互独立，不应该存在字段之间的传递依赖关系。
3. 如果一个字段依赖于其他非主字段，则应该将其拆分到另一张表中，以避免数据冗余和更新异常。
4. 第三范式要求数据库表中的字段之间应该是独立的，不应该存在传递依赖关系。
数据库设计的三个范式分别规范了数据库表中数据的原子性、依赖性和独立性。
遵循这些范式可以有效地减少数据冗余和更新异常，提高数据库的数据完整性和稳定性。
在进行数据库设计时，设计人员应该严格遵循这些范式的要求，以确保数据库的高效性和可靠性。
众所周知，数据库设计的三个范式是设计和维护关系型数据库时非常重要的标准和指导原则。
数据库ER图
1．设某商业集团数据库中有三个实体集。
一是“公司”实体集，属性有公司编号、公司名、地址等；二是“仓库”实体集，属性有仓库编号、仓库名、地址等；三是“职工”实体集，属性有职工编号、、性别等。
公司与仓库间存在“隶属”联系，每个公司管辖若干仓库，每个仓库只能属于一个公司管辖；仓库与职工间存在“聘用”联系，每个仓库可聘用多个职工，每个职工只能在一个仓库工作，仓库聘用职工有聘期和工资。
（1）试画出E-R图，并在图上注明属性、联系的类型。
（2）将E-R图转换成关系模型。
解：(1) E-R图（2）这个E-R图可转换3个关系模式：公司（公司编号，公司名，地址）仓库（仓库编号，仓库名，地址，公司编号）职工（职工编号，，性别，仓库编号，聘期，工资）2. 为某百货公司设计一个E-R模型。
百货公司管辖若干连锁商店，每家商店经营若干商品，每家商店有若干职工，但每个职工只能服务于一家商店。
实体类型“商店”的属性有：店号、店名、店址、店经理。
实体类型“商品”的属性有：商品号、品名、单价、产地。
实体类型“职工”的属性有：工号、、性别、工资。
在联系中应反映出职工参加某商店工作的开始时间、商店销售商品的月销售量。
（1）试画出反映商店、商品、职工实体类型及其联系类型的E-R图。
（2）将E-R图转换成关系模型。
转换为等价的关系模式结构如下：商店(店号，店名，店址，店经理)商品(商品号，品名，单价，产地)职工(工号，，性别，工资，店号，开始时间)经营(店号，工号，月销售量)3.某体育运动锦标赛有来自世界各国运动员组成的体育代表团参赛各类比赛项目，包括以下信息：代表团：团编号、地区、住所运动员：运动员编号、、年龄、性别比赛项目：项目编号、项目名、级别项目类别：类别编号类别名、主管其中，一个代表团由若干运动员组成，一名运动员可以参加多个比赛项目，每名运动员参加每个比赛项目会有一个比赛成绩和名次，每个项目类别包含多个比赛项目，每个比赛项目只能属于一个项目类别。
E-R图和关系数据库设计
民航航班管理数据模型
•实体集6 职工 PERSONNEL 属性： 职工号 EMP-NO：INT(6) 姓名NAME：CHAR(30) 住址ADDRESS：CHAR(30) 工资SALARY：INT(6) 职工号EMP-NO是本实体集的关键字。
•实体集7 飞行员 PILOTS 实体集PILOTS 无属性。
【例】实体“学生”，具有属性“学号”、“姓 名”、“性别”、“年龄”。
基本概念
• 所谓属性是指事物的某一方面的特征，属性可 以是基本属性或导出属性。例如，学生的学号 是一个简单属性；学生的家庭地址是一个复合 属性，它由简单属性“城市”、“街道”、 “门牌号”等组成。
• 属性可以是基本属性或导出属性。例如，一 个人的生日是基本属性，年龄是导出属性，年 龄可以根据生日和当前日期导出。
民航航班管理数据模型
•实体集3 航次DEPARTURES 属性： 日期DATE：INT(3) 本实体集的每一个实体是在某日起飞的航次。
•实体集4 机型PLANES 属性： 制造厂 MANUFACTURER：CHAR(10)
型号MODEL-NO：CHAR(10) 这两个属性组成实体集的关键字。 •实体集5 飞机AIRCRAFT 属性： 序号SERIAL-NO：INT(5)
order-no,quantity-order)
转换规则3
• 规则3：如果一个联系集的两侧标明的基数比是 1∶N（一对多联系），且联系无自身的属性，则 在1侧的实体集的关键字应加入到另一侧的实体转 换成的关系中，联系集本身可不必单独转换成关 系。
• 例如下图实体集CUSTOMER的关键字应加入到对 应于实体集ORDER的关系中去。经过转换后可得 关系模式为：
• 规则2：每一个联系集转换成一个关系， 该联系集自身所 拥有的属性，加入到该关系中去，而该关系的主关键字由 该联系集所联系的实体集的关键字组成。
数据库标准表
数据库标准表数据库标准化是在设计和管理数据库时遵循统一标准和规范的过程。
标准化的数据库设计可以提高数据的一致性、可维护性和可扩展性，使数据在不同系统中的交互更加方便和可靠。
本文将介绍数据库标准化的原则和步骤，并以一个示例来说明如何使用标准化表设计数据库。
一、数据库标准化原则数据库标准化的目标是减少数据冗余、提高数据一致性和数据完整性，规范数据库的结构和关系。
标准化的原则主要有以下几点：1. 第一范式（1NF）：确保每一列具有原子性，不可再分。
每个字段只包含一个值，不允许将多个值放在一个字段中。
2. 第二范式（2NF）：确保非主键属性完全依赖于候选键。
将非主键属性与其所依赖的候选键放在同一个表中，避免数据冗余。
3. 第三范式（3NF）：确保非主键属性之间没有传递依赖关系。
如果一个表中的非主键属性依赖于其他非主键属性，则应将其移到另一个表中。
二、数据库标准化步骤数据库标准化是一个迭代的过程，需要经过多个步骤来逐步达到标准化的要求。
以下是一般的标准化步骤：1. 分析需求：明确数据库的目标和需求，确定数据模型。
2. 识别实体和关系：通过实体关系图（ER图）识别数据库中的实体和实体之间的关系。
3. 划分表：将实体划分为表，每个表对应一个主题，表中的字段对应实体的属性。
4. 定义主键：为每个表定义主键，用于唯一标识每条记录。
5. 定义外键：在表之间建立关联，通过外键将相关数据联系起来。
6. 消除冗余数据：检查表中是否存在数据冗余，消除冗余数据，确保数据的一致性和完整性。
7. 消除传递依赖：检查表中是否存在传递依赖，将依赖关系合理地分配到不同的表中，避免数据冗余。
8. 整理表结构：对表进行优化，确保每个表都符合第一范式、第二范式和第三范式的要求。
9. 进行正式设计：根据标准化的要求对表进行调整和重构，确保数据库结构的合理性和完整性。
三、示例：标准化表设计为了更好地理解数据库标准化的过程，我们以一个图书馆管理系统为例进行表设计。
第七章 数据库设计--ER图·设计
n
教师
n
课程
三个实体型之间的多对多关系
2.2.1 基本概念
（8）弱实体集： 在描述实体的过程中，有些实体集的属性可能 不足以形成主码，需要依赖其他实体集中的部分 属性。这样的实体集叫做弱实体集，不需要依赖 其他的实体的实体集称为强实体集。 例如一个单位的员工实体集Employee与工作履 历实体集Career，则工作履历实体集Career是以 职工存在为前提的，即工作履历实体集Career是 弱实体集。
2.2.2 E-R图设计----ER图实例
实体之间的联系如下： • 一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存 放在多个仓库中，某种零件在某个仓库中的数 量用库存量描述。 仓库:零件－ m : n • 一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工 只能在一个仓库工作。 仓库:职工－1:n • 职工之间具有领导被领导的关系，即仓库主任 领导若干保管员。职工实体集之间－1:n • 一个供应商可以供给若干项目多种零件，每个 项目可以使用不同供应商供应的零件，每种零 件可由不同供应商供给。 供应商:项目:零件－ m : n :p
2.2.2 E-R图设计----ER图实例
【例2.2】某工厂有若干车间及仓库，一个车间可以 生产多种零件，每种零件只能在一个车间生产， 一种零件可以组装在不同产品中，一种产品需要 多种零件，每种零件和产品都只能存放在一个仓 库中；车间有工人，工人有家属。 各实体的属性为： 车间：车间号、车间主任姓名、地址和电话； 工人：工号、姓名、年龄、性别、工种； 工厂：工厂名、厂长名； 产品：产品号、产品名、价格； 零件：零件号、零件规格、价格； 仓库：仓库号、仓库负责人、电话； 家属：姓名、亲属关系。
领导
2.2.2 E-R图设计----ER图实例
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。
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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）二
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）
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）
商品（商品代码，商品名称，商品描述）
销售（商品代码，店铺代码，销售日期，销售数量，销售单价）。