数据库设计理论及应用（5）——逻辑结构设计

数据库设计理论及应用（5）——逻辑结构设计 作者：最后一只恐龙 发表时间：2007-6-27   该系列计划包括5部分：完整性约束理论及应用、范式理论及应用、需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计。本文是第五部分，介绍逻辑结构设计的内容，包括E-R图向关系模型的转换、数据模型的优化、用户子模式的设计等问题。   1．逻辑设计概述 概念结构是独立于任何一种数据模型的，在实际应用中，一般所用的数据库环境已经给定（如SQL Server或Oracel或MySql），本文讨论从概念结构向逻辑结构的转换问题。 由于目前使用的数据库基本上都是关系数据库，因此首先需要将E-R图转换为关系模型，然后根据具体DBMS的特点和限制转换为特定的DBMS支持下的数据模型，最后进行优化。 2．E-R图向关系模型的转换 2.1 一个例子 E-R图如何转换为关系模型呢？我们先看一个例子。图2.1是学生和班级的E-R图，学生与班级构成多对一的联系。根据实际应用，我们可以做出这个简单例子的关系模式： 学生（学号，姓名，班级） 班级（编号，名称） “学生.班级”为外键，参照“班级.编号”取值。 这个例子我们是凭经验转换的，那么里面有什么规律呢？在2.2节，我们将这些经验总结成一些规则，以供转换使用。 2.2 转换规则 (1) 一个实体型转换为一个关系模式 一般E-R图中的一个实体转换为一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码。 (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。图2.2是一个一对一联系的例子。根据规则（2），有三种转换方式。 (i)                  联系单独作为一个关系模式 此时联系本身的属性，以及与该联系相连的实体的码均作为关系的属性，可以选择与该联系相连的任一实体的码属性作为该关系的码。结果如下： 职工（工号，姓名） 产品（产品号，产品名） 负责（工号，产品号） 其中“负责”这个关系的码可以是工号，也可以是产品号。 (ii)                与职工端合并 职工（工号，姓名，产品号） 产品（产品号，产品名） 其中“职工.产品号”为外码。 (iii)               与产品端合并 职工（工号，姓名） 产品（产品号，产品名，负责人工号） 其中“产品.负责人工号”为外码。 (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端对应的关系模式合并。(i) 若单独作为一个关系模式 此时该单独的关系模式的属性包括其自身的属性，以及与该联系相连的实体的码。该关系的码为n端实体的主属性。 顾客（顾客号，姓名） 订单（订单号，……） 订货（顾客号，订单号） (ii) 与n端合并 顾客（顾客号，姓名） 订单（订单号，……，顾客号） (4) 一个m:n联系可以转换为一个独立的关系模式。该关系的属性包括联系自身的属性，以及与联系相连的实体的属性。各实体的码组成关系码或关系码的一部分。 教师（教师号，姓名） 学生（学号，姓名） 教授（教师号，学号） (5) 一个多元联系可以转换为一个独立的关系模式。 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，各实体的码组成关系的码或关系码的一部分。 (6) 具有相同码的关系模式可以合并。 (7) 有些1：n的联系，将属性合并到n端后，该属性也作为主码的一部分 这类问题多出现在聚集类的联系中，且部分实体的码只能在某一个整体中作为码，而在全部整体中不能作为码的情况下才出现（其它情况本人还没碰到，呵呵，欢迎指教）。 比如上篇文章介绍的管理信息系统中订单与订单细节的联系。 关于什么是聚集，2.3节介绍。 2.3 数据抽象的分类 这部分本应在概念设计中介绍的，用到了才想起来，这里补充一下。 关于现实世界的抽象，一般分为三类： （1）            分类：即对象值与型之间的联系，可以用“is member of”判定。如张英、王平都是学生，他们与“学生”之间构成分类关系。 （2）            聚集：定义某一类型的组成成分，是“is part of”的联系。如学生与学号、姓名等属性的联系。 （3）            概括：定义类型间的一种子集联系，是“is subset of”的联系。如研究生和本科生都是学生，而且都是集合，因此它们之间是概括的联系。 例：猫和动物之间是概括的联系，《Tom and Jerry》中那只名叫Tom的猫与猫之间是分类的联系，Tom的毛色和Tom之间是聚集的联系。 订单细节和订单之间，订单细节肯定不是一个订单，因此不是概括或分类。订单细节是订单的一部分，因此是聚集。 2.4 数据模型的优化 有了关系模型，可以进一步优化，方法为： （1）       确定数据依赖。 （2）       对数据依赖进行极小化处理，消除冗余联系（参看范式理论）。 （3）       确定范式级别，根据应用环境，对某些模式进行合并或分解。 以上工作理论性比较强，主要目的是设计一个数据冗余尽量少的关系模式。下面这步则是考虑效率问题了： （4）       对关系模式进行必要的分解。 如果一个关系模式的属性特别多，就应该考虑是否可以对这个关系进行垂直分解。如果有些属性是经常访问的，而有些属性是很少访问的，则应该把它们分解为两个关系模式。 如果一个关系的数据量特别大，就应该考虑是否可以进行水平分解。如一个论坛中，如果设计时把会员发的主贴和跟贴设计为一个关系，则在帖子量非常大的情况下，这一步就应该考虑把它们分开了。因为显示的主贴是经常查询的，而跟贴则是在打开某个主贴的情况下才查询。又如手机号管理软件，可以考虑按省份或其它方式进行水平分解。 2.5 设计用户子模式 这部分主要是考虑使用方便性和效率问题，主要借助视图手段实现，包括： （1）       建立视图，使用更符合用户习惯的别名。 （2）       对不同级别的用户定义不同的视图，以保证系统的安全性。 （3）       对复杂的查询操作，可以定义视图，简化用户对系统的使用。

物理设计主要工作是选择存取方法（索引），以及确定数据库的存储结构，这里就不说明了。

好了，可以在你的DBMS上建表了。