第3章 实体联系模型(E-R模型)

　　第3章 实体联系模型(E-R模型)_工学_高等教育_教育专区。第3章 实体联系模型（E-R模型） 第3章 实体联系模型（E-R模型） 本章内容 3.1 E—R模型 3.2 E—R图的设计方法 3.3 E—R模型到关系模型的转换 3.1 E—R模

　　第3章 实体联系模型（E-R模型） 第3章 实体联系模型（E-R模型） 本章内容 3.1 E—R模型 3.2 E—R图的设计方法 3.3 E—R模型到关系模型的转换 3.1 E—R模型 实体-联系方法(Entity―Relationship Approach)。 概念模型是现实世界到信息世界的第一层抽象， 是数据库设计人员进行数据库设计的有力工具，也是 数据库设计人员和用户之间进行交流的语言。 概念模型一方面应该具有较强的语义表达能力， 能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识，另一 方面它还应该简单、清晰、易于用户理解。 3.1 E—R模型 3.1.1 E-R图的组成要素及其画法 3.1.2 两实体集间不同联系情况的E-R图表示法 3.1.3 同一实体集内部不同联系情况的E-R图表示法 3.1.4 两个以上实体集之间多对多联系的E-R图表示法 3.1.1 E-R图的组成要素及其画法 1．E-R图要素 E-R图的基本要素有四个：实体集、联系、属性、主关键字。 2．绘制方法 把相互联系的实体集（方框）通过联系（菱形框）连接起来，注 明联系方式，再把实体集的属性（椭圆框）连到相应实体集上。 需注意的是：能作为属性的就不要作为实体，这有利于E—R图的简化。 E―R图中使用的各种构件如下图所示: 椭圆 矩形 菱形 线段 双椭圆 虚椭圆 双线 双边框的矩形 双边框的菱形 E―R图中使用的各种符号 矩形: 表示实体集。 椭圆: 表示属性。 菱形: 表示联系集。 线段: 将属性连接到实体集或将实体集连接到联系集。 双椭圆: 表示多值属性。 虚椭圆: 表示派生属性。 双线: 表示一个实体全部参与到联系集中。 双边框的矩形: 表示弱实体集。 双边框的菱形: 表示弱实体集对应的标识性联系. 派生属性: 这类属性的值可以从别的相关属性或实体 派生出来。 例如， 学生的年龄可以通过其出生日期计 算出来。 E–R模型有两个明显的优点：一是接近人的思想，容易 理解；二是与计算机无关，用户容易接受。因此，E–R模型 已经成为数据库概念设计的一种重要方法，它是设计人员和 不熟悉计算机的用户之间的共同语言。 一般遇到一个实际问题，总是先设计一个E–R模型，然 后再把E–R模型转换成计算机能实现的数据模型。 3.1.2 两实体集间不同联系情况的E-R图表示法 【例3-1】两个实体集之间的一对 一的联系的绘制方法。 假设某学院有若干个班级，每 个班级只有一个辅导员，每个辅导 员只管理一个班级。则辅导员和班 级之间是一对一的联系。班级和辅 导员的属性分别如下： 辅导员——工号，姓名，性别，年 龄，学历 班级——班号，班级名 另外，辅导员和班级之间是 一个管理联系，这种管理用一个属 性任职时间来描述，请根据描述画 出能够反映实体集之间的信息关系 的E-R图。 【例3-2】 两个实体集之间的 一对多的联系的绘制方法。 假设在某出版管理系统中， 有两个实体集：出版社和图书。 出版社用来出版图书，且规定 一本图书只能由一个出版社出 版，一个出版社可以出版多本 图书。出版社和图书之间是一 对多的联系。出版社和图书的 属性分别如下： 出版社——社号，地点，电话 图书——书号，书名，价格 另外，在出版联系中要反映出 出版图书的数量。请根据描述 画出能够反映实体集之间的信 息关系的E-R图。 【例3-3】两个实体集之间的多 对多的联系的绘制方法。 假设在某图书管理系统中， 一名作者可以创作多本书，一 本书也可以由多名作者共同创 作。图书和作者之间是多对多 的联系。作者和图书可用以下 属性来描述： 作者——编号，姓名，职称图 书——书号，书名，出版日期 另外，在“创作”联系中应能 反映出该书的合同时间和完成 时间。请根据描述画出能够反 映实体之间的信息关系的E-R图。 3.1.3 同一实体集内部不同联系情况的E-R图表示法 【例3-4】同一实体集内部的一对多联系的绘制方法。 假设在某单位里，职工实体集中的实体可分成两类：领导者和被领导者。 领导者可以领导多个被领导者，而被领导者只有一个顶头上司，从而实现层层 负责制。而对于一个具体职工而言，他既可能是其他职工的领导者，又可能被 别的职工领导。职工实体集的属性描述如下。 职工——工号，姓名，性别，出生日期，工作日期，职称，工资 另：在“领导”联系中有个“民意测验”属性，用来存放职工对领导的满意度。 【例3-5】同一实体集内部的 多对多联系的绘制方法。 假设在某组装车间中， 零部件之间存在着多对多的 组装联系，即一个零部件能 组装多种其它零部件，反之 该零部件也可以由其他零部 件组装。零部件实体集的属 性描述如下。 零部件——部件号，名称， 价格 零部件之间的组装联系有一 个属性“数量”，用来指出 组装该零部件需要其它零部 件各多少个。 3.1.4 两个以上实体集之间多对多联系的E-R图表示法 【例3-6】两个以上实体集之间多对多联系的E-R图表示法。 在某校教务处信息管理系统中，假设在同一学期中，一名教师可 以教多门课，一门课可以由多名教师教，一名学生可以选多名不同教 师都的课，一名教师教的课可以被多名不同的学生选修。那么教师、 课程、学生实体集之间就存在着多对多的多元联系。各实体集的属性 描述如下。 教师：教师号，姓名，身份证号，性别，职称，出生日期，电话 号码，备注，照片 课程：课程编号，课程名称，学时，学分，备注 学生：学号，姓名，身份证号，性别，出生日期，专业，年级， 电话号码，备注，照片 另外，学生选修某教师教的某门课程有一个成绩。 3.2 E—R图的设计方法 设计E-R图的两个阶段 （1）针对每一用户画出该用户信息的局部E—R图，确定该用户视图的实体、属性 和联系。需注意的是：能作为属性的就不要作为实体，这有利于E—R图的 简化。 （2）综合局部E—R图，生成总体E—R图。在综合过程中，同名实体只能出现一 次，还要去掉不必要的联系，以便消除冗余。一般来说，从总体E—R图必须 能导出原来的所有局部视图，包括实体、属性和联系。 注意：一个系统的总体E—R图不是惟一的，强调不同的侧面 画出的E—R图可能有很大不同。 全局概念结构 子需求 子需求 图示 自底向上策略 … 概念结构 概念结构 … 概念结构 概念结构 概念结构 概念结构 子需求 子需求 视图的设计一般从小开始，逐步扩大，直至完备，一般有 下列3种可能的设计次序。 (1)自顶向下 自顶向下的视图设计先从抽象级别高、普遍的对象开始， 逐步细化、具体化、特殊化。例如图书这个视图，可从一般 的出版物开始，再分为书籍和期刊，再加上借阅人、购臵、 流通等模式。 (2)自底向上 自底向上的视图设计从具体的基本对象开始，逐步抽 象化、普遍化。这相当于面向对象数据模型中的普遍化过 程。 (3)由内向外 由内向外的视图设计从最基本、最明显的对象开始， 逐步扩大至有关的其他对象。以学生视图为例，先表示有 关学生的基本数据，再表示诸如课外活动、兴趣小组、家 庭情况等有关的其他数据。 【例3-7】某学校管理系统中有三个部门：教务处、人事处和财务处。教务处职能是管理 学生选课和教师任课；人事处职能是管理人员的隶属关系；财务处职能是发放教师的工 资。 教务处涉及到的实体集及实体集之间的联系如例3-6所述。 人事处涉及到的实体集及实体集之间的联系如下： ? 系：属性有系号，系名，系主任，电话号码，办公地点 ? 教师：教师号，姓名，身份证号，性别，职称，出生日期，电话号码，备注，照片 ? 班级：班号，班级名称，辅导员 ? 学生：学号，姓名，身份证号，性别，出生日期，专业，年级，电话号码，备注， 照片 ? 实体集之间的联系可描述为：一个系拥有多名教师，一名教师只从属于一个系；一 个系管理多个班级，每个班级只属于一个系；一个班级由多名学生组成，每个学生只属 于一个班级。 财务处涉及到的实体集及实体集之间的联系如下： ? 教师：教师号，姓名，身份证号，性别，职称，出生日期，电话号码，备注，照片 ? 工资：属性有基本工资、加班工资、扣税、工资编号 ? 教师和工资的联系是：一个教师只能领一份工资，一份工资只能由一个教师领， 领工资时应注明是某月工资。 根据要求设计出该学校管理系统的全局E-R图。 1、局部E–R模型建立后，应对照每一个应用进行检查，确 保模型能满足数据流图对数据处理的需要。 在调整中遵循的一条原则是：为了简化E-R图的处理， 现实世界的事物能作为属性对待的，尽量作为属性对待。 (1)作为“属性”，不能再具有需要描述的性质。“属 性”必须是不可分的数据项，不能包含其他属性。 (2)“属性”不能与其他实体具有联系，即E―R图中所 表示的联系是实体之间的联系。 2、各子系统的分E–R模型设计好以后，下一步就是要将分E–R 模型综合成系统总的概念模型(总E–R模型)。 一般说来，综合可以有两种方式： (1) 多个分E–R图一次集成； (2) 逐步集成，用累加的方式一次集成两个分E–R图。 第一种方式比较复杂，做起来难度较大；第二种方式 每次只集成两个分E–R图，可以降低复杂度。 无论采用哪种方式，每次集成局部E–R图时都需要分两步 走：第一步合并，解决各分E–R图之间的冲突，将各分E–R图 合并起来生成初步E–R图；第二步修改和重构，消除不必要的 冗余，生成基本E–R图。 3、各分E–R图之间的冲突主要有三类：属性冲突、命名冲突 和结构冲突。 (1) 属性冲突：包括属性值的类型、取值范围、取值 单位的不同。 (2) 命名冲突：包括实体名、联系名、属性名之间异 名同义，或同名异义等。 (3) 结构冲突：例如同一对象在一个局部E–R图中作为 实体，而在另一个局部E–R图中作为属性，同一实体在不同 的E–R图中属性个数和类型不同等。 实际还有：域冲突、约束冲突等。 3.3 E—R模型到关系模型的转换 3.3.1 两实体集间联系的转换 3.3.2 同一实体集内部联系的转换 转换原则 3.3.3 多个实体集之间多对多多元联系的转换 E-R图转换为关系模型可遵循如下原则: （1）对于E—R图中每个实体集，都应转换为一个关系， 该关系应包括对应实体集的全部属性，并应根据关系所表 达的语义确定哪个属性或属性组作为“主关键字”，主关 键字用来标识实体。 （2）对于E—R图中的联系，情况比较复杂，要根据实体 联系方式的不同，采取不同的手段加以实现。 (3)具有相同码的关系模式可合并。 ① 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。 如果转换为一个独立的关系模式，则与该联系相连的各实体的码以 及联系本身的属性均转换为关系的属性，每个实体的码均是该关系的候 选码。 如果与某一端实体对应的关系模式合并，则需要在该关系模式的属 性中加入另一个关系模式的码和联系本身的属性。 ②一个1∶n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可 以与n端对应的关系模式合并。 如果转换为一个独立的关系模式，则与该联系相连的各实体的码以 及联系本身的属性均转换为关系的属性，而关系的码为n端实体的码。 ③一个m∶n联系转换为一个关系模式。 与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性均 转换为关系的属性，而关系的码为各实体码的组合。 ④三个或三个以上实体间的一个多元联系可以转换为一 个关系模式。 与该多元联系相连的各实体的码以及联系本身的属性 均转换为关系的属性，而关系的码为各实体码的组合。 在转换中除了要遵循以上原则外， 还应注意两点： (1)命名和属性域的处理。 关系模式的命名，可以采用E―R图中原来的命名，也可以另行命名。 命名应有助于对数据的理解和记忆，同时应尽可能避免重名。 如果DBMS不支持E-R图中某些属性的域，则应做相应的修改。如果 用户坚持要使用原来的数据类型，那就可能导致数据库的数据类型与应用 程序中的数据类型不一致，这只能由应用程序去转换。 (2)非原子属性的处理。 E―R数据模型中允许非原子属性，这不符合关系模型 的第一范式的条件。 非原子属性主要有两种基本类型; 集合型和元组型。 只要解决这两种基本的非原子属性的转换问题， 就不难推 广到其他复杂的非原子属性的处理。 可以采用的对集合属性纵向展开，对元组属性横向展开 的办法解决E―R图中非原子属性的问题。 如：课程号CNO；工资组成等； 3.3.1 两实体集间联系的转换 1．两实体集间1:n联系 两实体集间1:n联系，可将“一方”实体集的主关键字纳入 “n方”实体集对应的关系中作为“外关键字”，同时把联系的属 性也一并纳入“n方”对应的关系中。 例如，图3-3所示的一对多的联系，可转换成下面的两个关系 模式 。 2．两实体集间m:n联系 对于两实体集间m:n联系，必须对“联系”单独建立一个关系， 用来联系双方实体集。该关系的属性中至少要包括被它所联系的 双方实体集的“主关键字”，并且如果联系有属性，也要归入这 个关系中。 例如，图3-4所示的多对多的联系，可转换成下面的三个关系 模式 。 3．两实体集间的1:1的联系 假设A实体集与B实体集是1:1的联系，联系的转换有三种方法： ①把A实体集的主关键字加入到B实体集对应的关系中，如果联 系有属性也一并加入； ②把B实体集的主关键字加入到A实体集对应的关系中，如果联 系有属性也一并加入； ③建立第三个关系，关系中包含两个实体集的主关键字，如果 联系有属性也一并加入。 3.3.2 同一实体集内部联系的转换 1．同一实体集内部的一对多联系的转换 同一个实体集内部个体间的1:n联系，可在这个实体集对应的 关系中多设一个属性，用来作为与该实体相联系的另一实体的 “主关键字”，如果联系有属性，也一并归入到关系中。 例如图3-6所示的职工实体集内部1:n的联系，就可以转换为如 下关系模式。 2．同一实体集内部的多对多联系的转换 如果同一实体集内存在m:n的联系，也需为这个联系单独建 立一个关系，该关系中至少应包含被它联系的双方实体的主关 键字，如果联系有属性，也要归入这个关系中。 例如图3-7所示的零部件实体集内部m:n组装联系，就可以 转换为如下两个关系模式。 3.3.3 多个实体集之间多对多多元联系的转换 对于两个以上实体集之间m:n的多元联系，必须为联系单独 建立一个关系，该关系中至少应包含被它联系的各个实体集的主 关键字，如果联系有属性，也要归入这个关系中。 例如图3-8所示的教师、学生、课程实体集之间“教—学—课”多 元联系可转化为以下关系模式。 【例3-8】把图3-10所示的E-R图转换为关系模式。 解：第一步把每个实体集转换成一个关系模式，如下： 第二步转换关系，分三步，如下： （1）把教师、课程和学生三个实体集的m:n的多元联系反映出来，需 建立一个新的关系，关系中包含联系涉及到的各实体集的主关键字及 联系的属性。转换的关系如下。 （2）把系与教师、系与班级及班级与学生之间的1:n的联系反映出来， 只需把相应的1方的主关键字放入到多方中使之成为外关键字即可。转 换的关系如下。 （3）把教师和工资间的一对一的关系反映出来，可把教师号和月份 属性放到工资关系中。 最后形成的关系模式为：