第7章语义建模课件

数据库原理与应用数据库原理与应用Principle of the database and application信息学院软件工程系信息学院软件工程系1u关关系系数数据据理理论论(即即“模模式式设设计计理理论论”)主主要要研研究究的的问问题题是是如如何何构构造造合合理理的的关关系系，使使之之能能准准确确地地反反应应现现实实世世界界，有有利利于于应应用用和和具具体的操作。体的操作。第7章 语义建模优秀的数据库设计是应用成功的基石27.1 概述概述3u理解数据含义是永远不会停止的任务理解数据含义是永远不会停止的任务u“语义建模语义建模”：是对试图表示语义的所有：是对试图表示语义的所有行为的一个恰当描述行为的一个恰当描述u语义建模的多种称呼：数据建模、实体语义建模的多种称呼：数据建模、实体/联联系建模、实体建模和对象建模等系建模、实体建模和对象建模等u“语义建模语义建模”的称呼更恰当的称呼更恰当7.1 概述概述4u语义建模的总体方法语义建模的总体方法u1.辨别一组语义概念：讨论现实世界辨别一组语义概念：讨论现实世界n世界是由实体组成的，每个实体都有用来识别自身的特性n任何实体都可以通过联系与其他实体建立关联u2.设计一组相应的符号化的对象代表上述语义对象设计一组相应的符号化的对象代表上述语义对象u3.设计一组正规的常用的完整性规则设计一组正规的常用的完整性规则u4.设计一组用来操作这些正规对象的操作符设计一组用来操作这些正规对象的操作符u对象、规则和操作符组成一个扩展的数据模型对象、规则和操作符组成一个扩展的数据模型57.2 ER模型模型7.2.1 概念模型概念模型7.2.2 E/R图图数据的三种范畴数据的三种范畴67.2.1 概念模型概念模型(Conceptual Model)u概念模型的用途概念模型的用途n用于信息世界的建模用于信息世界的建模n是现实世界到机器世界的一个中间层次是现实世界到机器世界的一个中间层次n是数据库设计的有力工具是数据库设计的有力工具n数据库设计人员和用户之间进行交流的语言数据库设计人员和用户之间进行交流的语言u对概念模型的基本要求对概念模型的基本要求n较较强强的的语语义义表表达达能能力力，能能够够方方便便、直直接接地地表表达达应用中的各种语义知识应用中的各种语义知识n简单、清晰、易于用户理解简单、清晰、易于用户理解77.2.2 E/R 图图u信息世界的对象信息世界的对象-实体、属性、联系实体、属性、联系n将现实世界的研究抽象为信息世界的对象将现实世界的研究抽象为信息世界的对象n例如：学生个体抽象为例如：学生个体抽象为n学生（姓名，性别，出生日期，住址，电话）学生（姓名，性别，出生日期，住址，电话）u最有名的语义建模方法之一：实体联系方法最有名的语义建模方法之一：实体联系方法(E-R方法方法)n用用E-R图来描述现实世界的概念模型图来描述现实世界的概念模型7.2.2 E-R 图图uE-R图图实体联系图（实体联系图（Entity-Relation）uER图以图形的方式表示数据库的逻辑结构图以图形的方式表示数据库的逻辑结构uER图用实体、属性、联系等表示现实世界中图用实体、属性、联系等表示现实世界中数据对象的逻辑关系数据对象的逻辑关系897.2.2 E/R图图u实体实体:An entity is an object in the real world that is distinguishable from other object.n客观存在并可相互区别的事物客观存在并可相互区别的事物n客观对象，如仓库、器件、职工客观对象，如仓库、器件、职工等等n抽象事件，如订货、借书、足球赛抽象事件，如订货、借书、足球赛等等u实体集（实体集（Entity Set）n具有相同特征的一类实体的集合具有相同特征的一类实体的集合学生学生教师教师10“型型”和和“值值”的概念的概念u型型（Type）n对某一类数据的结构和属性的说明对某一类数据的结构和属性的说明u值值（Value）n是型的一个具体赋值是型的一个具体赋值u例如：学生实体例如：学生实体n实体型：实体型：n（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）（学号，姓名，性别，系别，年龄，籍贯）n该实体型的一个值：该实体型的一个值：n（201，李明，男，计算机，李明，男，计算机，22，江苏），江苏）117.2.2 E/R图图u属性（属性（Attribute）：）：An entity is described using a set of attributes.n实体所具有的某一特性实体所具有的某一特性u一个实体可由若干个属性来刻画一个实体可由若干个属性来刻画 学生学生学号学号年龄年龄性别性别姓名姓名127.2.2.E/R图图u 码（码（Key）n唯一标识实体的属性集称为码唯一标识实体的属性集称为码n例如：身份证号是人的唯一标识例如：身份证号是人的唯一标识u域（域（Domain）n属性的取值范围称为该属性的属性的取值范围称为该属性的域域n如：如：年龄年龄的取值范围：正整数（的取值范围：正整数（200）n如：如：性别性别的取值范围：男、女的取值范围：男、女137.2.2 E/R图图u 联系（联系（Relationship）n现实世界中事物内部以及事物之间的现实世界中事物内部以及事物之间的联系联系n实体内部的联系实体内部的联系和和实体之间的联系实体之间的联系u联系的表示联系的表示n菱形框内写明联系名菱形框内写明联系名n连线连接有关实体连线连接有关实体n标注标注联系的类型（联系的类型（1:1、1:n或或m:n）147.2.2 E-R 图图u实体型间联系实体型间联系 n 一对一联系（一对一联系（1:1）n 一对多联系（一对多联系（1:n）n多对多联系（多对多联系（m:n）15两个实体型间的联系两个实体型间的联系 u一对一联系一对一联系 n如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中至至多多有有一一个个实实体体与与之之联联系系，反反之之亦亦然然，则则称称实实体体集集A与与实实体体集集B具具有有一一对对一一联联系系。记为记为1:1。u 例如，班级与班长之间例如，班级与班长之间班级班级班级班级-班长班长班长班长111:1联系联系16两个实体型间的联系两个实体型间的联系(续续)u一对多联系一对多联系n如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中有有n个个实实体体（n0）与与之之联联系系，反反之之，对对于于B中中的的每每一一个个实实体体，A中中至至多多只只有有一一个个实实体体与与之之联联系系，则则称称实实体体集集A与与实实体体集集B有有一一对对多多联联系系，记为记为1:nu例如：班级与学生之间例如：班级与学生之间班级班级组成组成学生学生1n1:n联系联系17两个实体型间的联系两个实体型间的联系(续续)u多对多联系（多对多联系（m:n）n如如果果对对于于实实体体集集A中中的的每每一一个个实实体体，实实体体集集B中中有有n个个实实体体（n0）与与之之联联系系，反反之之，对对于于B中中的的每每一一个个实实体体，A中中也也有有m个个实实体体（m0）与与之之联联系系，则则称称实实体体集集A与与实实体体B具具有有多多对对多联系。多联系。记为记为m:nu例如，课程与学生之间的联系例如，课程与学生之间的联系课程课程选修选修学生学生mnm:n联系联系18注意：注意：u实体之间的联系类型并实体之间的联系类型并不取决于实体本身，而是不取决于实体本身，而是取决于语义取决于语义u同样两个实体，如果有同样两个实体，如果有不同的语义则可以得到不不同的语义则可以得到不同的联系类型同的联系类型仓库仓库器件器件仓库仓库-器件器件？19讨论：仓库和器件两个实体之间的关联讨论：仓库和器件两个实体之间的关联u如果规定如果规定一个仓库一个仓库只能存放只能存放一种器件一种器件，并且，并且一种一种器件器件只能存放在只能存放在一个仓库一个仓库，仓库与器件仓库与器件-1：1u如果规定如果规定一个仓库一个仓库可以存放可以存放多种器件多种器件，但是，但是一种一种器件器件只能存放在只能存放在一个仓库一个仓库，仓库与器件仓库与器件-1：nu如果规定如果规定一个仓库一个仓库可以存放可以存放多种器件多种器件，同时，同时一种一种器件器件可以存放在可以存放在多个仓库多个仓库，仓库与器件仓库与器件-m：n20多个实体型间的联系多个实体型间的联系u多个实体之间可以有不同的联系多个实体之间可以有不同的联系u例如：零件、供应商、仓库三个实体例如：零件、供应商、仓库三个实体u三个实体之间的关系如何表达，根据三个实体之间的关系如何表达，根据语义语义21两两种种联联系系方方式式的的区区别别仓库仓库器件器件供应商供应商库存库存业务业务供应供应仓库仓库器件器件供应商供应商订购订购22u器件的存放位置与供应商没有关系器件的存放位置与供应商没有关系n器件的存放决定于器件的类别，不论是器件的存放决定于器件的类别，不论是哪个供应商提供的器件哪个供应商提供的器件器件器件供应商供应商库存库存业务业务供应供应仓库仓库23u某个供应商提供的某种器件保存在某某个供应商提供的某种器件保存在某个指定的仓库个指定的仓库n哪个仓库存放什么器件需按其供应商区哪个仓库存放什么器件需按其供应商区分分仓库仓库器件器件供应商供应商订购订购24多个实体型间的联系多个实体型间的联系u实例实例:课程、教师与参考书课程、教师与参考书n如果一门课程可以有若干个教如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，师讲授，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使每一本参考书只供一门课程使用。课程与教师、参考书之间用。课程与教师、参考书之间的联系是一对多的的联系是一对多的u多个实体型间的一对一联系多个实体型间的一对一联系u多个实体型间的多对多联系多个实体型间的多对多联系课程课程讲授讲授教师教师1m多个实体型的多个实体型的1:n联系联系参考书参考书n25同一实体集内各实体间的联系同一实体集内各实体间的联系u一对多联系一对多联系-实例实例n职工职工实体集内部具有实体集内部具有领导与被领领导与被领导的联系导的联系：某一职工（干部）：某一职工（干部）“领导领导”若干名职工，一个职工仅若干名职工，一个职工仅被另外一个职工直接领导被另外一个职工直接领导n这是一对多的联系这是一对多的联系u一对一联系一对一联系u多对多联系多对多联系职工职工领导领导1n同一实体型内同一实体型内部的部的1:n联系联系26为什么要讨论实体之间的联系？为什么要讨论实体之间的联系？如果仓库和器件之间的联如果仓库和器件之间的联系是一对一的：系是一对一的：27仓库号城市面积器件号器件名称WH1北京500P1显示卡仓库保存器件仓库保存器件28为什么要讨论实体之间的联系？为什么要讨论实体之间的联系？如果仓库和器件之间的如果仓库和器件之间的联系是一对多的联系是一对多的29为什么要讨论实体之间的联系？为什么要讨论实体之间的联系？器件号器件名称仓库号P1显示卡WH1P2声卡WH1P3解压卡Wh230为什么要讨论实体之间的联系？为什么要讨论实体之间的联系？如果仓库和器件之间的如果仓库和器件之间的联系是多对多的联系是多对多的31联系的属性联系的属性u联系本身也是一种联系本身也是一种实体型，也可以有属实体型，也可以有属性性u如果一个联系具有如果一个联系具有属性，则这些属性也属性，则这些属性也要用无向边与该联系要用无向边与该联系连接起来连接起来 课程课程选修选修学生学生mn成绩成绩32联系的表示方法（小结）联系的表示方法（小结）实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2111:1联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型2mnm:n联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型21n1:n联系联系33联系的表示方法（小结）联系的表示方法（小结）实体型实体型1联系名联系名mn同一实体型内同一实体型内部的部的m:n联系联系实体型实体型1联系名联系名实体型实体型21m多个实体型间的多个实体型间的1:n联系联系实体型实体型3n7.2.3 ER模型的设计方法模型的设计方法 u 在在设设计计ER模模型型时时,首首先先必必须须根根据据需需求求分分析析,确确认认实实体体集集、联联系系集集和和属属性性。一一个个企企业业（单单位位）有有许许多多部部门门,就就会会有有各各种种业业务务应应用用的的要要求求,需需求求说说明明来来自自对对它们的调查和分析它们的调查和分析u 有有关关需需求求分分析析的的方方法法将将在在第第 8 章章中中介介绍绍,这里只介绍这里只介绍ER模型的设计方法。模型的设计方法。34u ER模型的三条设计原则：模型的三条设计原则：u(1)相相对对原原则则：关关系系、实实体体、属属性性、联联系系等等,是是对对同同一一对对象象抽抽象象过过程程的的不不同同解解释释和和理理解解。即即建建模模过过程程实实际际上上是是一一个个对对对对象象的的抽抽象象过过程程,不不同同的的人人或或同同一一人人在不同的情况下在不同的情况下,抽象的结果可能不同。抽象的结果可能不同。u(2)一一致致原原则则：同同一一对对象象在在不不同同的的业业务务系系统统中中的的抽抽象象结结果果要要求求保保持持一一致致。业业务务系系统统是是指指建建立立系系统统的的各各子系统。子系统。u(3)简简单单原原则则：为为简简化化ER模模型型,现现实实世世界界的的事事物物能作为属性对待的能作为属性对待的,尽量归为属性处理。尽量归为属性处理。ERER模型的设计方法模型的设计方法35u 属属性性和和实实体体间间并并无无一一定定的的界界限限。如如果果一一个个事事物物满满足足以以下下两两个个条条件件之之一一的的,一一般般可可作作为为属属性对待：性对待：u 属属性性不不再再具具有有需需要要描描述述的的性性质质。属属性性在在含义上是不可分的数据项。含义上是不可分的数据项。u 属属性性不不能能再再与与其其他他实实体体集集具具有有联联系系,即即ER模型指定联系只能是实体集间的联系模型指定联系只能是实体集间的联系ER模型的设计方法模型的设计方法36图 7 1 工资由属性变为实体集 ER模型的设计方法模型的设计方法37u 仓库和货物的关系仓库和货物的关系u 如如果果一一种种货货物物只只存存放放在在一一个个仓仓库库中中,那那么么仓库可作为货物的属性仓库可作为货物的属性u如如果果仓仓库库与与职职工工发发生生联联系系（每每个个仓仓库库有有若若干干个个保保管管员员）,那那么么仓仓库库就就应应该该作作为为一一个个实体集实体集ERER模型的设计方法模型的设计方法38图 仓库由属性变为实体集 ER模型的设计方法模型的设计方法39分析一个分析一个ER图的实例图的实例40销售管理系统销售管理系统销售管理系统销售管理系统的的的的E-RE-R图图图图7.2.3 ER模型的设计方法模型的设计方法u 系统系统功能围绕系统系统功能围绕“订单订单”和和“应收账应收账款款”的处理的处理u（1）每张订单由订单号、若干头信息和）每张订单由订单号、若干头信息和订单细节组成。订单细节又有订货的零件订单细节组成。订单细节又有订货的零件号、数量等来描述。按照属性与实体的划号、数量等来描述。按照属性与实体的划分原则，订单细节不能作订单的属性处理，分原则，订单细节不能作订单的属性处理，而应该作为实体而应该作为实体u（2）一张订单可以订若干产品，所以订）一张订单可以订若干产品，所以订单与订单细节两个实体之间是单与订单细节两个实体之间是1 n的联系。的联系。41u（3）原订单和产品的联系实际上是订单细）原订单和产品的联系实际上是订单细节和产品的联系。每条订货细节对应一个产节和产品的联系。每条订货细节对应一个产品描述，订单处理时从中获得当前单价、产品描述，订单处理时从中获得当前单价、产品重量等信息。品重量等信息。u（4）工厂对大宗订货给予优惠。每种产品）工厂对大宗订货给予优惠。每种产品都规定了不同订货数量的折扣，应增加一个都规定了不同订货数量的折扣，应增加一个“折扣规则折扣规则”实体存放这些信息，而不应把实体存放这些信息，而不应把它们放在产品描述实体中它们放在产品描述实体中7.2.3 ER模型的设计方法模型的设计方法42u一些工具可以辅助设计一些工具可以辅助设计ER图图uPowerDesigneruERWinuUML437.4 设计关系模式的工具设计关系模式的工具uPowerDesigner是功能强大、使用简单的工具是功能强大、使用简单的工具集，提供交互环境，支持开发生命周期的所有阶段，集，提供交互环境，支持开发生命周期的所有阶段，从处理流程建模到对象和组件的生成从处理流程建模到对象和组件的生成uPowerDesigner产生的模型和应用可以不断地产生的模型和应用可以不断地增长，适应并随组织的变化而变化增长，适应并随组织的变化而变化uPowerDesigner系列产品提供了一个完整的建系列产品提供了一个完整的建模解决方案，对其裁剪以满足特定的需要；模块化模解决方案，对其裁剪以满足特定的需要；模块化的结构为扩展提供了极大的灵活性，从而可以根据的结构为扩展提供了极大的灵活性，从而可以根据其项目的规模和范围来使用所需要的工具其项目的规模和范围来使用所需要的工具447.4 设计关系模式的工具设计关系模式的工具uERWin 是一个关系实体模型（是一个关系实体模型（ER Model）设计工具，与）设计工具，与Power Designer成为最常用的两种数据库设计工具成为最常用的两种数据库设计工具uERWin提供数据库正向工程、逆向工程和文提供数据库正向工程、逆向工程和文档正向工程功能，可以把设计直接实施到数档正向工程功能，可以把设计直接实施到数据库，或把数据库中的对象信息读到据库，或把数据库中的对象信息读到ERWin设计中，也可以生成设计文档，格式可以自设计中，也可以生成设计文档，格式可以自动定义动定义457.4 设计关系模式的工具设计关系模式的工具7.4 设计关系模式的工具设计关系模式的工具u 统统一一模模型型语语言言UML（The Unified Modeling Language）u UML的的对对象象类类图图能能够够更更好好地地用用于于对对数数据据库库建建模模。传传统统的的ERD图图仅仅仅仅着着眼眼于于数数据据，而而UML的的对对象象类类图图不不但但对对数数据据，而而且且能能对对行行为为建建模模。这这些些行行为为在在物物理理数数据据库库中中被被设设计计成成触触发发器器（Trigger）和和存存储储过过程程（Stored Procedure）。）。u用用 对对 象象 类类 图图 描描 述述 数数 据据 库库 模模 式式（Database Schema），用用类类描描述述数数据据库库表表（Table）。对对于于对对象象数数据据库库系系统统可可以以用用对对象象类类图图直直接接描描述述数数据据库库中中的的对象类对象类 46Home7.4 设计关系模式的工具设计关系模式的工具4748小结小结u概念模型的概念概念模型的概念uER图的基本构成元素：实体、联系、属性图的基本构成元素：实体、联系、属性u构造构造ER图的设计原则图的设计原则