NCRE 计算机三级 数据库技术 （3）数据库结构设计

3.1数据库概念设计

分为概念设计，逻辑设计，物理设计

概念设计是数据库设计的核心环节，是独立于具体DBMS的模型

3.1.1数据库概念设计的任务

数据库概念设计阶段的目标是：

1. 定义和描述应用领域涉及的数据范围
2. 获取应用领域或问题域的信息特征
3. 描述清楚数据的属性特征
4. 描述清楚数据之间的关系
5. 定义和描述数据的约束
6. 说明数据的安全性要求
7. 支持用户的各种数据处理需求
8. 信息模式可以转换为数据库逻辑模型（即数据库模型）

3.1.2概念设计的依据及过程

依据：根据需求分析的结果为依据，即需求说明书、DFD图等等

结果：概念设计的结果是概念模型（ER）与概念设计说明书

过程：

1. 明确建模目标（模型覆盖范围）
2. 定义实体集（自底向上标识和定义实体集）
3. 定义联系（实体间关联关系）
4. 建立信息模型（构造ER模型）
5. 确定实体集属性（属性描述一个实体的特征或性质）
6. 对信息模型进行集成与优化（检查和消除命名不一致、结构不一致等等）

概念数据模型（ER）是对现实世界的抽象和模拟

 

3.1.3 ER建模方法

（Entity Relationship model）

1. 实体（实例）    实体指客观存在可相互区分的事物
2. 实体集   实体集描述一个现实和抽象的事物集合
3. 属性   属性用于描述一个实体集的特征和性质，每个属性的取值范围称为域
4. 码   实体集中能唯一标识每一个实例的属性或属性组
5. 联系  联系描述现实世界中实物之间的关系    联系也可以有属性

实体间的联系有三类

1. 1对1
2. 1对n
3. n对n

绘制

属性：用椭圆

联系：用菱形

实体/实体集：用矩形

 主码：就是在椭圆中写的属性名下面加多下划线

3.2数据库逻辑设计

3.2.1目的

将概念模型（ER）转换为DBMS支持的数据模型（如关系模型），并对其进行优化

3.2.2 补充概念

1.关系模型

    数据模型包括三种关系模型，网状模型，层次模型

    关系模型使用二维表格结构描述实体与实体之间的联系的模型

    关系的描述称之为关系模式，关系模式由五部分组成，即它是一个五元组 R（U，D，DOM，F）

其中R：关系名，U：组成该关系的属性名集合  D：属性组U中的属性所来自的域（取值范围）   

DOM ：属性到域的映射（属性怎么得到取值范围的）  F：属性组U上的一组数据依赖

  由于D，DOM没啥用，简化为R<U,F>,当且仅当U上的一个关系R满足F时，R称之为关系模式R<U,F>的一个关系

2.数据依赖

      定义：

设R(U)是一个属性集U上的关系模式，X和Y是U的子集。若对于R（U）的任意一个可能的关系r，r中不可能存在两个元组在X上的属性相等，而在Y上的属性值不相等，称之为“X函数确定Y”或“Y函数依赖于X”记作X→Y

即唯一X确定唯一Y

关系内部属性与属性之间的一种约束关系

函数依赖  

eg：

学校里面    学生（学号，姓名，年龄，宿舍号）

学号可以唯一确定某一个学生实体，学号确定了，宿舍号和年龄和姓名就确定了，因此称姓名，年龄，宿舍号函数依赖于学号，但反过来宿舍里一般不止你一个吧，所以宿舍号不能确定学号（一个人住除外，杠精绕路）

此处额外提出一点，例如学生里面的属性

（学号，姓名，年龄，宿舍号）→ 学号   称为平凡函数依赖

（学号，姓名，年龄，宿舍号）→ 年级   称为非平凡函数依赖

就是在不在括号里面，即是不是该实体的属性 

完全函数依赖和部分函数依赖

（学号，姓名，年龄，课程号）→  课程成绩       称为课程成绩部分函数依赖 

（学号，课程号）→  课程成绩    称为课程成绩完全函数依赖

  因为课程成绩（某个人的课程成绩）只和课程号（上啥课）学号（谁）有关，和你几岁，名字（因为名字可能重复）叫啥没关系，所以相反的都有关系就是完全函数依赖 

传递函数依赖

学号 → 班级号     班级号 → 所在系号     

学号→ 所在系号    称作所在系号传递函数依赖学号

这就不用赘述了吧，都看得懂吧（A推出B，B推出C，所以A推出C，只不过这里是间接推出嘛，这里叫传递嘛）

补充！！！传递函数依赖是完全函数依赖的一种！！！

多值依赖  

3.候选码、主码、外码

码：能唯一确定的属性值（没有重复的）

候选码：某属性组的值能唯一确定整个元组的值，则称该属性组为候选码（一堆码构成）

主码：候选码可能有多个，选择一个为主码

外码：既不是主码也不是候选码，但是是另外一个关系模式的码

4.数据规范化

关系模式的规范化理论：把一个低一级的关系模式分解为高级关系模式的过程

关系模式的规范化主要是由关系范式来完成

     ↓ ←  ←  ←  ←  ←  ← ←  ←  ↓

     ↓

5 .范式

    范式：关系模式满足的约束条件称为范式。根据满足规范化的程度不同，范式由低到高分为1NF，2NF，3NF，BCNF，4NF，5NF

      1NF：如果关系模式R，其所有属性都是不可再分的基础数据项，则称R属于第一范式（1NF），R 1NF

eg：

学生信息 R (学号   ，身份   ，年龄)

学号          身份            年龄

---

01        女大三学生       22

02        女大一学生       18

03        男大四学生        22

注意这个“身份”，身份包括了性别和年级，是可再分的数据项，所以它不是第一范式

  2NF：如果关系模式R 1NF，且每个非主属性都完全函数依赖于主码，则称R属于第二范式，R 2NF

eg：

学生信息R（学号 ，姓名，年龄，课程号，课程名称，成绩，课程设置学分）is 2NF？？？

主码：（学号，课程号）    （这两个是唯一的）

其他：（姓名，年龄，课程名称，成绩，课程设置学分） 非主属性

显然易见   学号→（姓名，年龄）                               和课程号无关       

    PS：你叫啥和你上啥课有啥关系？？？一堂课那么多人，一个课程号对应多少人的姓名啊

                   课程设置学分 → 课程号              ps：你学号多少都影响不了学校设置的学分。。。

综上所述，非主属性都要能由主码唯一确定，也就是它们之间有唯一确定的关系

所以R不满足第二范式

    3NF：如果关系模式R 2NF，且每个非主属性都   不  传递函数依赖于R的主码，则称R属于第三范式，R 3NF

eg：

学生信息R（学号，姓名，年龄，所在学院，学院地点，学院电话） is 3NF？？？

很显然 这个关系里面所有的属性都函数依赖于学号，但是，学院电话函数依赖于学院号，学院号函数依赖于系号，系号函数依赖于学号，因此学院电话传递函数依赖于学号

同样的BCNF在3NF的基础上消除了部分函数依赖，4NF在BCNF的基础上消除了非平凡函数依赖和多值函数依赖

 

3.2.3数据库逻辑模型的产生

  概念模型按照一定规则可以转换为数据模型，这种转换规则如下：

1. 一个实体转换为一个关系模式
2. 一个1:1的联系可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
3. 一个1：n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的模式合并
4. 一个m：n联系转为为一个关系模式
5. 三个或三个以上实体间的一个多元联系转换为一个关系模式
6. 同一实体集的实体间的联系，也可以按1:1、1：N和m：n三种情况分别处理

 ③1：n

3.3数据库物理设计