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資料庫結構設計
資料庫概念設計
每文一語
資料庫結構設計
資料庫概念設計
一個設計良好的資料庫，在很大程度上決定了系統的成功與否。
概念設計是資料庫設計的核心環節。通過對使用者需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型。
1、資料庫概念設計的目标
定義和描述應用領域設計的資料範圍
①擷取資訊模型
②描述資料的屬性特征
③描述資料之間的關系
④定義和描述資料的限制
⑤說明資料的安全性要求
⑥支援使用者的各種資料處理需求
⑦保證資訊模型能轉化成資料庫的邏輯結構（即資料庫模式）。
2、過程：
（1）明确模組化目标（模型覆寫範圍）
（2）定義實體集（自底向上辨別和定義實體集）
（3）定義聯系（實體間關聯關系）
（4）建立資訊模型（構造ER模型）
（5）确定實體集屬性（屬性描述一個實體集的特征或性質）
（6）對資訊模型進行內建與優化（檢查和消除命名不一緻、結構不一緻等）
概念設計是DB設計的核心環節。概念資料模型是對現實世界的抽象和模拟。
3、概念模型設計
概念設計目前采用最廣泛的是ER模組化方法。将現實世界抽象為具有屬性的實體及聯系。
1976年，Peter.Chen提出Ｅ-Ｒ模型（Entity- Relationship Model），即實體聯系模型，用Ｅ-Ｒ圖來描述資料庫的概念模型。
觀點：世界是由一組稱作實體的基本對象和這些對象之間的聯系構成的。
與E-R模型有關的概念
實體（Entity）或執行個體（Instance）
客觀存在并可互相區分的事物叫實體。
如學生張三、勞工李四、計算機系、資料庫概論。
實體集（Entity Set）
同型實體的集合稱為實體集。
如全體學生。
屬性（Attribute）
實體所具有的某一特性。一個實體可以由若幹個屬性來刻畫。每個屬性的取值範圍稱為域。
例如，學生可由學号、姓名、年齡、系、年級等組成。
碼（Key）：
實體集中唯一辨別每一個實體的屬性或屬性組合。
用來差別同一實體集中的不同實體的稱作主碼。（主鍵）
一個實體集中任意兩個實體在主碼上的取值不能相同。
如學号是學生實體的主碼。（主鍵）
聯系（Relationship）
描述實體之間的互相關系。
如學生與老師間的授課關系，學生與學生間有班長關系。
聯系也可以有屬性，如學生與課程之間有選課聯系，每個選課聯系都有一個成績作為其屬性。
同類聯系的集合稱為聯系集。
實體間的聯系有三類：
實體之間的聯系的數量，即一個實體通過一個聯系集能與另一實體集相關聯的實體的數目。
一對一聯系（1：1）
如：“系”與“系主任”（一個系隻有一個系主任，一個系主任隻負責管理一個系）
一對多聯系（1：n )
如：“系”與“學生”（一個系招收若幹學生，一個學生隻屬于一個系）
多對多聯系（m：n）
如：“學生”與“課程”（一名學生可選修多門課程，每門課程可被多名學生選修）
E-R模型的表示
1、邏輯設計的任務：
将概念模型（如ER圖）轉化為DBMS支援的資料模型（如關系模型），并對其進行優化。
2、邏輯設計的依據和階段目标：
關系模型
有三種主要的資料模型：層次模型、網狀模型、關系模型。其中關系模型簡單靈活，并有着堅實的理論基礎，已成為目前最流行的資料模型。
關系模型就是用二維表格結構來表示實體及實體之間聯系的模型。
關系的描述稱為關系模式（Relation Schema）。關系模式由五部分組成，即它是一個五元組：R(U, D, DOM, F)
R：關系名 U：組成該關系的屬性名集合 D：屬性組U中屬性所來自的域 DOM：屬性到域的映射 F：屬性組U上的一組資料依賴
由于D、DOM對模式設計的關系不大，這裡把關系模式簡化為一個三元組：
R<U, F>，當且僅當U上的一個關系R滿足F時，R稱為關系模式R<U,F>的一個關系。
1、關系資料庫設計的核心：關系模式的設計。
2、關系模式的設計目标：按照一定的原則從數量衆多而又互相關聯的資料中，構造出一組既能較好地反映現實世界，而又有良好的操作性能的關系模式。
資料依賴
定義：
設R（U）是一個屬性集U上的關系模式，X和Y是U的子集。若對于R（U）的任意一個可能的關系r，r中不可能存在兩個元組在X上的屬性值相等，而在Y上的屬性值不等，則稱“X函數确定Y”或“Y函數依賴于X”，記作X→Y。
資料依賴
關系内部屬性與屬性之間的一種限制關系，是現實世界屬性間互相聯系的抽象
資料的内在性質
語義的展現，完整性限制的表現形式
限定屬性的取值範圍，如年齡<60，定義屬性間值的互相關聯（主要展現于值的相等與否），這就是資料依賴
資料依賴的類型
函數依賴（Functional Dependency，FD）普遍存在于生活中，這種依賴關系類似于數學中的函數y=f（x），自變量x确定之後，相應的函數值y也就唯一地确定了。如關系：公民（身份證号，姓名，位址，工作機關）身份證号一确定，則其位址就唯一确定，是以位址函數依賴身份證号。而姓名一确定，不一定能确定位址。
多值依賴（Multivalued Dependency，MD）
教師号可能多值依賴課程号，因為給定一個（課程号，參考書号）的組合，可能有對應多個教師号。這是因為多個老師可以使用相同或不同的參考書上同一門課。
簡單點講，函數就是唯一确定的關系；多值依賴卻不能唯一确定。
候選碼、主碼、外碼
我們已經知道，如果某屬性組的值能唯一确定整個元組的值，則稱該屬性組為候選碼或侯選關鍵字。
例如：（學号，姓名，性别，年齡）中，學号是關鍵字，（學号，姓名）不是關鍵字，性别不是關鍵字。
候選碼如果有多個，可以選其中的一個作為主碼（Primary Key） 。
資料規範化
關系資料庫的設計主要是關系模式設計。關系模式設計的好壞直接影響到資料庫設計的成敗。将關系模式規範化，是設計較好的關系模式的惟一途徑。
關系模式的規範化主要是由關系範式來完成的。
關系模式的規範化：把一個低一級的關系模式分解為高一級關系模式的過程。
關系資料庫的規範化理論是資料庫邏輯設計的工具。
目的：盡量消除插入、删除異常，修改複雜，資料備援的問題。
範式
範式：關系模式滿足的限制條件稱為範式。根據滿足規範化的程度不同，範式由低到高分為1NF，2NF，3NF，BCNF，4NF，5NF。
1NF：如果關系模式R，其所有屬性都是不可再分的基本資料項，則稱R屬于第一範式，R∈1NF。