Проектирование er модели. Методика построения еr — диаграммы для базы данных
0(Лекция 8)
Разработка концептуального уровня БД
Целью данного этапа является последовательная разработка концептуальной информационно-логической модели предметной области, отражающей логику информации предприятия и даталогической модели базы данных.
Инфологическая модель предметной области
Исходными данными для построения ИЛМ предметной области являются результаты анализа предметной области, представленные в виде описания классов объектов и связей между ними. Чаще всего ИЛМ предметной области представляют в терминах семантической модели данных, в виде ER - диаграммы предметной области.
Необходимо отметить, что выявление в предметной области классов объектов, связей, описание и отображение их в диаграмме происходит параллельно.
Методологии построения ER-диаграмм
В настоящее время существуют разнообразные методологий (нотации) построения ER-модели.
1 Методология Питера Чена. В 1976 году Питером Ченом была предложена семантическая модель "сущность-связь" - ER-модель, которая в настоящее время стала самой распространенной.
Соглашения, используемые при изображении диаграммы:
Классы объектов отображаются прямоугольником, свойства эллипсами, связи ромбами;
Уникальный идентификатор (первичный ключ) отображается в виде эллипса, обведенного двойной линией;
Мощность связи «один» отображается линией, «много» - линией со стрелкой.
Особенности этой методологии:
Метод позволяет показать связь между двумя, тремя и более классами объектов (сущностями);
Связь может иметь собственные атрибуты;
Нет возможности отображения взаимоисключающих связей и непереносимости связей;
Взаимоисключающие связи неявно реализуются в виде супертипов и подтипов;
Нельзя выразить опциональность атрибутов и связей.
На рисунке 6 приведен пример фрагмента ER-диаграммы в методологии Питера Чена.
Рисунок 6 - Пример фрагмента ER-диаграммы в методологии Питера Чена
На диаграмме отображены следующие бизнес-правила предприятия: «Каждому заказу, имеющему такие свойства как номер и дата, должна соответствовать одна или более позиций заказа, имеющей такие свойства, как номер, цену за единицу товара, количество товара»; с другой стороны - «Каждая позиция товара должна относиться к одному и только одному заказу».
Необходимо отметить, что в примере приведен фрагмент описания предметной области. В ней также должны существовать такие классы объектов, как «Товар», «Единица измерения» и другие.
2 Методология IDEF1. Используется в CASE-средствах ERwin, Design/IDEF. В методологии используются следующие соглашения:
Каждому классу объектов присваивается уникальное имя и номер;
Обязательная связь отображается сплошной линией, необязательная -пунктирной;
Мощность связи "один" отображается линией, "много" - точкой;
Связь может дополнительно определяться с помощью указания мощности (типа) связи. Мощность может принимать следующие значения: N - ноль, один или более (принимается по умолчанию); Z - ноль или один, P - один или более.
Свойства класса объектов отображаются в виде списка имен внутри блока, отображающего класс объектов;
Атрибуты первичного ключа изображаются вверху и отделяются от других.
Пример представления ER-диаграммы в методологии IDEF1 приведен на рисунке 7.
Рисунок 7 - Пример представления ER-диаграммы в методологии IDEF1.
На рисунке 7 отображена та же ситуация в предметной области, что и на рисунке 6.
3 Методология Ричарда Баркера. Используемые в методологии элементы: класс объектов, свойство класса объектов, уникальные идентификаторы, опциональность свойств, связи, мощность (тип), опциональность и переносимость связей, уникальность объекта из связи, супертипы, подтипы, арки.
Используются следующие соглашения:
Класс объектов отображается в виде четырехугольника с закругленными углами. Имя класса объектов указывается внутри четырехугольника, это имя существительное в единственном числе, отображенное заглавными буквами;
Свойства записываются внутри четырехугольника, отображающего класс объектов строчными буквами, это имя существительное в единственном числе;
Четырехугольник, отображающий класс объектов, можно увеличивать до любых размеров, четырехугольники могут быть разных размеров;
Опциональность свойств помечается: обязательное свойство - звездочкой (*), необязательное - кружочком (о);
Уникальный идентификатор помечается #, если уникальных идентификаторов несколько, тогда каждый помечается номером, указанным в скобках, например, # (1), #(2);
Обязательная связь помечается сплошной линией, необязательная -пунктирной;
Тип (мощность) связи «один» помечается линией, «много» - «вороньей лапой».
Более сложные элементы, используемые в ER-диаграмме, построенной по методологии Ричарда Баркера, рассмотрим далее в примерах.
Шаблоны моделирования
Любая рассматриваемая предметная область имеет свои особенности. Но в тоже время обладает и общими для всех предметных областей элементами. Так, в основной массе решаемых задач автоматизации обязательно фигурируют такие классы объектов, как предприятие (организация), структурная единица предприятия (цех, отдел, факультет, отделение и т.п.), люди, или физические лица, разного рода материальные объекты. Все процессы, происходящие в предметной области и которые необходимо учитывать в базе данных, осуществляются на основе документов, которые в свою очередь фиксируют сбор, перемещение, расход каких- либо данных. Таким образом, многие ситуации можно смоделировать, применяя существующие шаблоны. Мы рассмотрим шаблоны моделирования на примере построения фрагментов ER - диаграмм по методологии Ричарда Баркера.
1 Моделирование семейного положения. Например, ситуацию предметной области, описанную следующими предложениями: «каждое ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО (мужского пола) может являться супругом другого ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА (женского пола)» и, с обратной стороны, «каждое ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО (женского пола) может являться супругой другого ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА (мужского пола», можно смоделировать, используя рекурсивную связь. Это связь между объектами одного класса объектов. Такая связь может обладать всеми свойствами, присущими любой другой связи. Пример приведен на рисунке 8. На рисунке 8 изображена рекурсивная связь, имеющая с обеих сторон одинаковый тип («один») и опциональность «необязательная». В методологии Ричарда Баркера на ER- диаграмме можно отображать и названия связей.
Рисунок - Пример рекурсивной связи - «необязательное свиное ухо»
2 Моделирование иерархии данных. Иерархия данных наблюдается, если в модели предметной области присутствует:
Произвольное число иерархий классов объектов;
Одинаковые свойства у классов объектов, входящих в иерархию;
Связи между такими классами объектов одинаковые.
На рисунке 9 представлен фрагмент ER-диаграммы, выполненный по методологии Ричарда Баркера и отображающий пример иерархии данных.
Рисунок - Пример иерархии данных
На любом предприятии организационная структура обычно бывает иерархическая. Так и в этом примере представлена организационная структура высшего учебного заведения. Классы объектов отображают структурные единицы вуза, располагающиеся на разных уровнях иерархической структуры подчинения. Классы объектов имеют одинаковые свойства, между классами объектов, расположенных на разных уровнях иерархии присутствуют одинаковые связи. Прочитав фрагмент такой предметной области, можно убедиться в её адекватности. Однако такое представление имеет некоторый недостаток - при добавлении ещё одного уровня иерархии, например, добавления структурной единицы «Лаборатория» в подчинение какой-либо кафедре потребует добавления ещё одного класса объектов в модель, то есть любое изменение в организационной структуре предприятия потребует корректировки модели.
Для моделирования подобной иерархии данных можно использовать шаблон модели - рекурсивную связь. При этом рекурсивная связь должна иметь тип 1:М и должна быть необязательной в обоих направлениях. Сторона «один» отображает правило «имеет в подчинении», сторона «много» - «подчиняется». Самый верхний элемент иерархии никому «не подчиняется», самый нижний элемент никого «не имеет в подчинении». Использование шаблона позволяет добавлять и удалять уровни иерархии в соответствии с требованиями предметной области, не меняя базовую модель.
Замена иерархии данных рекурсивной связью осуществляется по следующему алгоритму:
Создается один класс объектов, содержащий свойства, присущие каждому классу объектов в иерархии данных;
Классу объектов присваивается общее имя (в иерархии подчинения подразделений предприятия это может быть, например, класс объектов с именем «СТРУКТУРНАЯ ЕДИНИЦА ПРЕДПРИЯТИЯ»;
Создается дополнительный класс объектов, который будет отображать название для отличия каждого узла иерархии данных, например, класс объектов «ТИП СТРУКТУРНОЙ ЕДИНИЦЫ ПРЕДПРИЯТИЯ».
Как вывод, необходимо сделать следующие замечания:
Шаблон имеет один недостаток: классы объектов, находящиеся на всех уровнях иерархии должны иметь одинаковые свойства;
Иерархия, смоделированная как рекурсивная связь, должна быть необязательной в обоих направлениях. Обязательная ветвь, направленная вверх или вниз, создает бесконечную иерархию, не имеющую применения в реальном мире;
Если при преобразовании модели предметной области происходит слияние частей диаграммы в одну, то необходимо найти в предметной области класс объектов «ТИП», который позволит отобразить уникальность каждой части
Пример использования шаблона, моделирующего иерархию данных, приведен на рисунке.
Рисунок - Пример использования шаблон для моделирования иерархии данных.
3 Разрыв связей M:M. Наличие связи M:M в ER - диаграмме допустимо, но необходимо помнить, что это не адекватное отображение предметной области, есть предметная область не дообследована. Необходимо найти класс объектов (сущность), который разорвет такую связь. Как правило, это какой-либо документ, или позиция документа. Например, связь «многие ко многим» между классами объектов «ПОСТАВЩИК» и «ТОВАР» («каждый ПОСТАВЩИК может поставлять много ТОВАРОВ» и «каждый ТОВАР может поставляться разными ПОСТАВЩИКАМИ») может быть разорвана с помощью таких классов объектов, как «ПОЗИЦИЯ НАКЛАДНОЙ», «ПОЗИЦИЯ ПРАЙС - ЛИСТА», «ПОЗИЦИЯ ДОГОВОРА» и другие. На рисунке 11 приведен пример разрыва связи М:М. В роли поставщика в примере выступает юридическое лицо.
Рисунок - Разрыв связи М:М
Необходимо отметить, что классы объектов, разрывающие связь М:М, как правило, содержат свойства, значения которых динамически меняется. Это такие свойства, как «количество», «цена».
Разрыв рекурсивной связи М:М. (Моделирование сетевой структуры)
Такая структура очень распространена в предметной области на первых этапах поектировнаия. Пример 1
Каждый КОМПОНЕНТ может состоять из нескольких КОМПОНЕНТОВ Каждый КОМПОНЕНТ может входить в один или несколько КОМПОНЕНТОВ
Для моделирования использована необязательная рекурсивная связь типа М:М.
Каждое ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО может пользоваться многими ЮРИДИЧЕСКИМИ ЛИЦАМИ для осуществления перевозок
Каждое ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО может оказывать много услуг ЮРИДИЧЕСКИМ ЛИЦАМ по осуществлению перевозок.
Рекурсивную связь "многие_ко_многим" необходимо разбивать, т.к. негде разместить, например, такие свойства как "количество компонентов одного вида для сборки компонента более высокого уровня", "дата перевозки", "количество перевезенных вещей" и т.п., т.е. при более тщательном анализе предметной области можно увидеть такие классы объектов как "Правило сборки" и "Перевозка".
Каждое ПРАВИЛО СБОРКИ применяется к одному
КОМПОНЕНТ для сборки
Каждое ПРАВИЛО СБОРКИ применяется к одному КОМПОНЕНТ, входящему в сборку другого
КОМПОНЕНТ.
Каждый КОМПОНЕНТ может включать много ПРАВИЛО СБОРКИ для входящих в него компонентов.
Каждый Компонент может входить во много
ПРАВИЛО СБОРКИ.
Пример 2
Каждая ПЕРЕВОЗКА должна осуществляться ЮРИДИЧЕСКИМ ЛИЦОМ
Каждая ПЕРЕВОЗКА должна осуществляться для ЮРИДИЧЕСКОГО ЛИЦА Каждое ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО может осуществлять много ПЕРЕВОЗОК Каждое ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО может участвовать во многих ПЕРЕВОЗКАХ как клиент.
Параллельные связи м.б. разной опциональности и типа.
Замечание: с помощью рекурсивных связей моделируются сетевые структуры и их частные случаи
Иерархии.
4 Моделирование ролей. Под ролями человека или организации в предметной области понимаются должности, обязанности, прозвища. В разных классах объектов, представляющих роли объекты могут перекрывать, дублировать друг друга. Например, класс объектов «ВРАЧ» и класс объектов «ПАЦИЕНТ» отображают разные роли человека - один лечит, другой лечится. Но в случае, если врач становится пациентом в той же предметной области, то информация о нем должна быть отображена в классе объектов «ПАЦИЕНТ», два объекта в двух классах объектов будут информационно дублировать, перекрывать друг друга. Роли должны моделироваться с помощью связей, необходимо чтобы объект одного и того же класса объектов мог выступать в нескольких ролях.
Пример неправильного и правильного моделирования ролей приведен на рисунках.
Рисунок - Неправильное моделирование ролей
Рисунок - Правильное моделирование ролей
На рисунке с неправильным моделированием ролей классы объектов «ПОСТАВЩИК» и «ПОТРЕБИТЕЛЬ» выделены отдельно. При возникновении ситуации, что какое-то юридическое лицо станет выступать как в роли поставщика, так и в роли потребителя, модель будет неадекватно отображать предметную область - информация будет продублирована. Правильным моделированием ситуации будет выделение одного класса объектов «ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО», а роли «поставщик» и «потребитель» отобразить в виде соответствующих связей (рисунок с правильным моделированием ролей).
Примеры предметных областей, где необходимо моделировать роли, приведены в таблице 9.
Таблица 9 - Примеры моделирования ролей.
|
Предметная область |
Неправильное моделирование |
Правильное моделирование |
|
Купля-продажа, поставка товара |
Классы объектов: ПОКУПАТЕЛЬ, ПРОДАВЕЦ, ПОСТАВЩИК |
Классы объектов: ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО или ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО. Связи (роли): покупает, продает, поставляет |
|
Образовательное учреждение, обучение |
Классы объектов: АБИТУРИЕНТ, СТУДЕНТ, ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, АСПИРАНТ |
Классы объектов: ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО, РАБОТА ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА, ОБУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА, ТИП ОБУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА, ТИП ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА. Связи (роли): сдает документы, работает, обучается. |
|
Документооборот |
Классы объектов: ВХОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ, ИСХОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ, ПРИКАЗ, РАСПОРЯЖЕНИЕ |
Классы объектов: ДОКУМЕНТ, ПОЗИЦИЯ ДОКУМЕНТА, ТИП ДОКУМЕНТА, ТИП ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДОКУМЕНТА. Связи (роли): относится (к типу) |
На рисунке приведен фрагмент ER-диаграммы, отображающей предметную область «Кадры предприятия». Класс объектов «ПОЗИЦИЯ ПРИКАЗА О ПЕРЕМЕЩЕНИИ» отображает сведения о перемещениях сотрудников (физических лиц) на предприятии, класс объектов «ВИД ПЕРЕМЕЩЕНИЯ» - виды кадровых перемещений - прием, перевод, увольнение и тому подобное. Между классами объектов «ПРИКАЗ О ПЕРЕМЕЩЕНИИ» и «ПОЗИЦИЯ ПРИКАЗА О ПЕРЕМЕЩЕНИИ» присутствуют три связи, две из них - моделируют роли:
- «каждый ПРИКАЗ О ПЕРЕМЕЩЕНИИ должен быть подписан одним сотрудником, являющимся начальником отдела кадров, о чем есть соответствующая информация в классе объектов ПОЗИЦИЯ ПРИКАЗА О ПЕРЕМЕЩЕНИИ», начальник отдела кадров может подписывать много приказов»;
Рисунок - Пример моделирования ролей
- «каждый ПРИКАЗ О ПЕРЕМЕЩЕНИИ должен быть подписан одним сотрудником, являющимся руководителем предприятия, о чем есть соответствующая информация в классе объектов «ПОЗИЦИЯ ПРИКАЗА О ПЕРЕМЕЩЕНИИ», руководитель предприятия может подписывать много приказов».
Представленный на рисунке фрагмент описания предметной области можно назвать шаблоном, который может быть использован для отображения ситуации, когда какие-либо документы подписываются должностными лицами и в базе данных необходимо отслеживать историю - кто и когда из физических лиц и когда, находясь в той или иной должности, визировал тот или иной документ. Это важно, поскольку документы в предметной области отображают, как правило, перемещение (приход, расход) материальных и не материальных объектов (приход, расход товаров на склад, перемещение кадров, движение контингента больных, учет выпущенных в эфир передач и тому подобное).
Скачать лекцию: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.
Связь « Один – к одному » Один – к одному. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида соответствует не более одного объекта второго вида, и наоборот. Например: сотрудник может руководить только одним отделом, и у каждого отдела есть только один руководитель.
Связь « Один – ко многим » Один – ко многим (или в обратную сторону Многие – к одному). Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида может соответствовать более одного объекта второго вида, но каждому объекту второго вида соответствует не более одного объекта первого вида. Например: в каждом отделе может быть множество сотрудников, но каждый сотрудник работает только в одном отделе.
Связь « Многие – ко многим » Многие – ко многим. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида может соответствовать более одного объекта второго вида, и наоборот. У этого типа связи иногда бывают собственные атрибуты. Например: каждый счет может включать множество товаров, и каждый товар может входить в разные счета.
Слабая сущность Это сущность, которая не может быть однозначно идентифицирована с помощью собственных атрибутов, а только через связь с другой сущностью. Пусть, например, номер сотрудника является уникальным только в пределах отдела, т. е. в разных отделах могут быть сотрудники с одинаковыми номерами. Уникальной в данном случае будет комбинация атрибутов « НомерСотрудника, НомерОтдела ». Сущность « Сотрудник » является слабой.
Бинарные, тернарные связи Если связь соединяет две сущности, она называется бинарной. Связь может соединять более двух сущностей, например, связь, соединяющая три сущности, называется тернарной: Связь с арностью более 2 обычно имеет тип многие – ко многим по отношению ко всем связанным сущностям.
Пример ER- модели: Контора « Рога и копыта » Описание задачи Контора « Рога и копыта » занимается коммерческой деятельностью по реализации продукции, произведенной из рогов и копыт, и предоставлению магических услуг. Сотрудник организации имеет ФИО, табельный номер, должность. Сотрудники распределены по нескольким отделам. Каждый отдел имеет номер, название и руководителя. Сотрудник не может руководить более чем одним отделом. Организация работает с предприятиями - клиентами. Каждое предприятие имеет название и адрес. С предприятием может быть заключено несколько договоров. Договор характеризуется уникальным номером, датой и типом. Каждый договор курирует некоторый сотрудник. По мере реализации клиенту товаров и услуг по договору с некоторой периодичностью выставляются счета. Счет характеризуется уникальным номером, датой выставления, сроком оплаты и суммой, а также списком реализованных товаров и услуг с указанием их количества. По неоплаченным счетам начисляются пени. Счет может быть оплачен в несколько приемов, каждый платеж характеризуется номером, датой и суммой. Номер платежа уникален в пределах его счета. Цены на товары и услуги могут изменяться со временем.
Пример ER- модели: « Музыканты » Описание задачи Необходимо разработать базу данных для хранения информации о музыкантах, сочинениях и концертах. Музыкант характеризуется именем, датой рождения и страной рождения. Сочинение включает информацию о названии, композиторе и дате первого исполнения. Музыкант может играть на разных инструментах с разной степенью квалификации. Из музыкантов - исполнителей формируются ансамбли. Каждый ансамбль, кроме своих участников, содержит информацию о названии, стране и руководителе. Наконец, исполнения произведений характеризуются датой, страной, городом исполнения, а также ансамблем, дирижером и собственно исполняемым произведением.
17
Еще примеры В учебнике « Базы данных » на сайте
1.5 ER-моделирование
Моделирование данных – это первый шаг на пути проектирования БД, это переход от объектов реального мира к компьютерной модели БД.
ER-модель служит для объединения различных представлений данных на концептуальном уровне. На основе ER-модели строятся ER-диаграммы, на которых отображаются три основных компонента ER-модели: сущности, атрибуты, связи.
1.5.1 Сущности
Поскольку сущность представляет собой объект реального мира, то слова «сущность» и «объект» часто обозначают одно и то же.
На уровне ER-моделирования под сущностью на самом деле подразумевается набор сущностей (entity set), а не единственная сущность. Иначе говоря, сущность в ER-моделировании соответствует таблице, а не строке в реляционной среде, отдельная строка в ER-модели называется экземпляром сущности (entity instance, entity occurrence). Сущность изображается прямоугольником, в котором записано имя сущности.
1.5.2 Атрибуты
Атрибуты описывают свойства сущности. Например, сущность STUDENT включает в себя атрибуты NSTBIL (№ студенческого билета), FIO (имя студента), KURS (курс) и т.д.
Рис. 1.24. Атрибуты сущности STUDENT в ER-модели.
У атрибутов имеются домены. Домен – это набор возможных значений атрибута. Например, домен для числового значения средней оценки студента может быть записан в виде интервала .
Первичные ключи в ER-модели подчеркиваются. Если имеются несколько первичных ключей, то подчеркиваются все.
Атрибуты могут быть простые и составные. Составной атрибут – это атрибут, который может быть в дальнейшем разделен на несколько атрибутов. Например, атрибут ADRESS (адрес), может быть разделен на STREET (улица), CITY (город) и т.д.
Атрибуты могут быть однозначные и многозначные. Однозначный атрибут – это такой атрибут, который может принимать единственное значений. Например, ИНН может иметь единственное значение у каждого человека. Однозначные атрибуты не обязательно являются простыми. Например, серийный номер 78-03-06-137846 является однозначным атрибутом, но в то же время это составной атрибут, т.к. его можно разделить на регион, в котором изделие было выпущено (78), код города (03), выпускающую смену (06), номер изделия (137846).
Многозначный атрибут – это атрибут, который может принимать несколько значений. Например, человек может закончить несколько ВУЗов, иметь несколько телефонных номеров.
В реляционной СУБД многозначные атрибуты использовать нельзя. Если имеются многозначные атрибуты, то необходимо создать внутри данной сущности несколько новых атрибутов или создать новую сущность, состоящую из компонентов многозначного атрибута.
Производный атрибут – это атрибут, который не нужно хранить в БД, его получают с помощью некоторого алгоритма. Например, возраст служащего можно получить как целое значение разности между текущей датой и датой рождения.
1.5.3. Связи
Связи (relationship) – это ассоциирование. Сущности, участвующие в связи, называются участниками (participants). В качестве названия связей может использоваться глагол или документ. Например, отделом руководит служащий, товары поступают на основании заключенного договора и т.д.
Связи между сущностями в количественном соотношении могут быть «один-к-одному», «один-ко-многим». Для обозначения типов связей используется термин «связность» (connectivity).
Мощность связи (cardinality) выражает определенное число экземпляров сущностей, связанных с одним экземпляром связанной сущности. На ER-диаграмме мощность связи не обозначается, но в прикладном программировании сведения о max и min количествах экземпляров сущности могут пригодиться. Например, группа не может начать занятия, если в ней меньше 10 студентов.
Связи устанавливаются между сущностями. Если сущность зависит от существования одной или более других сущностей, то она зависит от существования (existence – dependent). Например, если сотрудники имеют иждивенцев, то для исчисления налогов можно установить связь «сотрудник имеет иждивенцев». В этом случае сущность «иждивенец» зависит от сущности «сотрудник».
Если сущность может существовать вне других сущностей, то она независима от существования (existence –independent). Например, сущность «деталь» может существовать независимо от сущности «поставщик».
Если одна сущность независима от существования другой сущности, связь между ними называется слабой связью (weak relationship) или неидентифицируемой связью (non – identifying relationship). Слабые связи имеют место, если первичный ключ связанной сущности не содержит первичные компоненты порождающей сущности. Например, имеются две сущности COURSE (курс) и CLASS (группа), описанные как
COURSE (CRS-CODE , DEPT_CODE,…)
CLASS (CLASS-CODE , CRS_CODE,…)
Между этими сущностями существует слабая связь, т.к. атрибут CLASS_CODE является первичным ключом сущности CLASS, в то время как атрибут CRS_CODE сущности CLASS является внешним ключом. Первичный ключ сущности CLASS не наследует компонент первичного ключа из сущности COURSE. Слабая связь изображается на ER-диаграмме штриховой линией.
Сильная связь (strong relationship), также называемая идентифицируемой связью (identifying relationship) имеет место, если связанные сущности зависимы от существования. Сильная связь между двумя сущностями имеет место, когда первичный ключ связанной сущности содержит компонент первичного ключа порождающей сущности. Например, сущности
COURSE (CRS-CODE , DEPT_CODE,…)
CLASS (CRS_CODE , CLASS-SECTION ,…)
Имеют сильную связь, т.к. составной ключ сущности CLASS включает в себя первичный сущности COURSE. На ER-диаграмме сильные связи показываются сплошной линией.
Необходимо иметь в виду, что порядок, в котором таблицы создаются и загружаются, имеет существенное значение. Для данных, например невозможна ситуация, когда внешний ключ таблицы CLASS ссылается на еще не существующую таблицу COURSE. Проблема после последовательности создания таблиц в некоторых СУБД не возникает, пока не загружаются данные. Чтобы избежать нарушения целостности на уровне ссылки, в связи 1:М необходимо загружать сторону «1» независимо от того, является она сильной или слабой.
Участие сущности в связи может быть обязательным или необязательным. Участие сущности необязательно (optional participation), если один экземпляр сущности не требует наличия соответствующего экземпляра сущности в отдельной связи. Например, в связи на курсе (COURSE), создаются группы (CLASS) по крайней мере, на некоторых курсах могут и не создаваться группы. Т.е. экземпляр сущности (строка) в таблице COURSE не требует обязательного наличия соответствующего экземпляра сущности в таблице CLASS. Поэтому сущность CLASS рассматривается как необязательная по отношению к сущности COURSE. Необязательная связь на ER-диаграмме показывается небольшим кружком со стороны необязательной сущности. Существование необязательности указывает на то, что для необязательной сущности min значение мощности связи равно 0.
Участие сущности в связи обязательно (mandatory participation), если один экземпляр сущности обязательно требует соответствующего экземпляра сущности в отдельной связи. Если около сущности не изображен никакой дополнительный символ, то это означает, что данная сущность участвует в обязательной связи со связанной сущностью. Min мощность для обязательной сущности равна 1.
а) Сущность CLASS необязательна для сущности COURSE
б) Сущности COURE и CLASS в обязательной связи.
Рис.1.25. Изображение обязательной и необязательной связей в ER-модели.
В терминах проектирования БД существование сильной связи между порождающей сущностью и связанной с ней сущностью или сущностями ассоциируется со слабыми сущностями.
Слабой сущностью (weak entity) называется сущность, которая удовлетворяет двум условиям:
условию зависимости от существования, т.е. она не может существовать без сущности, с которой она связана;
ее первичный ключ частично или целиком произведен из порождающей сущности данной связи.
В ER-модели слабые сущности изображаются небольшими сегментами в каждом из четырех углов прямоугольника сущности.
Рис. 1.26. Слабая сущность в ER-диаграммах.
Слабая сущность наследует все части первичного ключа своего сильного партнера по связи. Именно проектировщик БД решает, нужно или нет объявлять сущность слабой.
Степень связи (relationship degree) указывает на число ассоциированных сущностей. Унарная связь (unary relationship) существует тогда, когда ассоциация поддерживается внутри единственной сущности. Бинарная связь (binary relationship) существует тогда, когда ассоциируются две сущности. Тернарная связь (ternary relationship) имеет место тогда, когда связываются три сущности. Хотя существуют и более высокие степени связи, они довольно редки и не имеют особых названий.
Если сущность имеет связи с собой, то такая связь называется рекурсивной.
Рис. 1.27. ER-представление рекурсивной связи
Иерархия обобщенных представлений (generalization hierarchy), отображает связи «предок-потомок». В контексте реляционных БД иерархия обобщенных представлений отображает связи между супертипами сущности верхнего уровня и подтипами сущности нижнего уровня. Т.е. супертип содержит совместно используемые атрибуты, в то время как подтип содержит уникальные атрибуты.
Рис. 1.28. Иерархия обобщенных представлений.
Связи наследуются, т.е. подтип сущности наследует атрибуты и связи от супертипа сущности. Например, все пилоты, механики и бухгалтера имеют табельные номера, ФИО, домашний адрес и т.д., но они могут иметь атрибуты, уникальные для их специализации. Другими словами, супертип набора сущностей обычно связан с несколькими уникальными и непересекающимися подтипами набора сущностей. Такие непересекающиеся связи обозначаются буквой ‘G’.
Супертип и подтип(ы) поддерживают связь 1:1. Например, структуру таблицы EMPLOYEE можно заменить двумя таблицами, одна из которых представляет супертип EMPLOYEE, а другая – подтип PILOT.
Некоторые супертипы содержат пересекающиеся (overlapping) подтипы. Например, какой-то сотрудник может быть преподавателем, но в то же время и администратором.
Пересекающиеся связи отображаются символами ‘Gs’.
Рис. 1.29. Иерархия обобщенных представлений с пересекающимися подтипами.
Модель была предложена Петером Пин-Шен Ченом в 1976 г.. На использовании разновидностей ER-модели основано большинство современных подходов к проектированию баз данных (главным образом, реляционных). Моделирование предметной области базируется на использовании графических диаграмм, включающих небольшое число разнородных компонентов. В связи с наглядностью представления концептуальных схем баз данных ER-модели получили широкое распространение в CASE-системах, поддерживающих автоматизированное проектирование реляционных баз данных.
Базовыми понятиями ER-модели являются сущность, связь и атрибут.
Сущность – это реальный или воображаемый объект, информация о котором представляет интерес. В диаграммах ER-модели сущность представляется в виде прямоугольника, содержащего имя сущности. При этом имя сущности - это имя типа, а не конкретного объекта - экземпляра этого типа. Каждый экземпляр сущности должен быть отличим от любого другого экземпляра той же сущности.
Связь – это графически изображаемая ассоциация, устанавливаемая между двумя сущностями. Эта ассоциация всегда является бинарной и может существовать между двумя разными сущностями или между сущностью и ей же самой (рекурсивная связь). В любой связи выделяются два конца (в соответствии с парой связываемых сущностей), на каждом из которых указывается имя конца связи, степень конца связи (сколько экземпляров данной сущности связывается), обязательность связи (т. е. любой ли экземпляр данной сущности должен участвовать в данной связи).
Связь представляется в виде линии, связывающей две сущности или ведущей от сущности к ней же самой. При этом в месте "стыковки" связи с сущностью используются трёхточечный вход в прямоугольник сущности. Если для этой сущности в связи могут использоваться много экземпляров сущности, и одноточечный вход, если в связи может участвовать только один экземпляр сущности. Обязательный конец связи изображается сплошной линией, а необязательный - прерывистой линией.
Как и сущность, связь - это типовое понятие, все экземпляры обеих пар связываемых сущностей подчиняются правилам связывания.
Рис. 12. Пример связи между сущностями
Данная диаграмма может быть интерпретирована следующим образом: Каждый СТУДЕНТ учится только в одной ГРУППЕ; Любая ГРУППА состоит из одного или более СТУДЕНТОВ. На следующем рисунке изображена сущность ЧЕЛОВЕК с рекурсивной связью, связывающей ее с ней же самой.
Рис. 13. Пример рекурсивной связи
Лаконичной устной трактовкой изображенной диаграммы является следующая:
Каждый ЧЕЛОВЕК является сыном одного и только одного ЧЕЛОВЕКА;
Каждый ЧЕЛОВЕК может являться отцом для одного или более ЛЮДЕЙ ("ЧЕЛОВЕКОВ").
Атрибутом сущности является любая деталь, которая служит для уточнения, идентификации, классификации, числовой характеристики или выражения состояния сущности. Имена атрибутов заносятся в прямоугольник, изображающий сущность, под именем сущности и изображаются малыми буквами. Например:
Рис. 14. Изображение сущности с ее атрибутами
Уникальным идентификатором сущности является атрибут, комбинация атрибутов, комбинация связей или комбинация связей и атрибутов, уникально отличающая любой экземпляр сущности от других экземпляров сущности того же типа.
Как и в реляционных схемах баз данных, в ER-схемах вводится понятие нормальных форм, причем их смысл очень близко соответствует смыслу реляционных нормальных форм. Заметим, что формулировки нормальных форм ER-схем делают более понятным смысл нормализации реляционных схем, Мы рассмотрим только очень краткие и неформальные определения трех первых нормальных форм.
В первой нормальной форме ER-схемы устраняются повторяющиеся атрибуты или группы атрибутов, т. е. производится выявление неявных сущностей, "замаскированных" под атрибуты.
Во второй нормальной форме устраняются атрибуты, зависящие только от части уникального идентификатора. Эта часть уникального идентификатора определяет отдельную сущность.
В третьей нормальной форме устраняются атрибуты, зависящие от атрибутов, не входящих в уникальный идентификатор. Эти атрибуты являются основой отдельной сущности.
Мы остановились только на самых важных понятиях ER-модели данных. К числу более сложных элементов модели относятся следующие:
Подтипы и супертипы сущностей. ER-модель позволяет задавать отношение IS-A между типами. При этом если Т, IS-A Т 2 (где Т 1 и Т 2 - типы сущностей), то Т, называется подтипом Т 2 , а Т 2 - супертипом Т.. Т. о., существует возможность наследования типа сущности, исходя из одного или нескольких супертипов.
Связи "многие-со-многими". Иногда бывает необходимо связывать сущности таким образом, что с обоих концов связи могут присутствовать несколько экземпляров сущности (например, все члены кооператива сообща владеют имуществом кооператива). Для этого вводится разновидность связи "многие-со-многими".
Уточняемые степени связи. Иногда бывает полезно определить возможное количество экземпляров сущности, участвующих в данной связи (например, служащему разрешается участвовать не более чем в трех проектах одновременно). Для выражения этого семантического ограничения разрешается указывать на конце связи ее максимальную или обязательную степень.
Каскадные удаления экземпляров сущностей. Некоторые связи бывают настолько сильными (конечно, в случае связи "один-ко-многим"), что при удалении опорного экземпляра сущности (соответствующего концу связи "один") нужно удалить и все экземпляры сущности, соответствующие концу связи "многие". Соответствующее требование "каскадного удаления" можно сформулировать при определении сущности.
Домены. Как и в случае реляционной модели данных, бывает полезна возможность определения потенциально допустимого множества значений атрибута сущности (домена).
Эти и другие, более сложные элементы модели данных "Сущность-Связь", делают ее более мощной, но одновременно несколько усложняют ее использование. Конечно, при реальном использовании ER-диаграмм для проектирования баз данных необходимо ознакомиться со всеми возможностями.
Цель работы
Ознакомление с методами и алгоритмом создания модели «Сущность-связь».
Основные понятия модели «Сущность-связь». ER-модели.
Инфологическая модель применяется на втором этапе проектирования БД, после словесного описания предметной области. Она должна включать такое формализованное описание предметной области, которое легко будет «читаться» как специалистами по базам данных, так и всеми пользователями. Это описание должно быть настолько емким, чтобы можно было оценить глубину и корректность проработки проекта БД, и конечно, оно не должно быть привязано к конкретной СУБД. Выбор СУБД - это отдельная задача, для корректного ее решения необходимо иметь проект, который не привязан ни к какой конкретной СУБД.
Инфологическое проектирование, прежде всего, связано с попыткой представления семантики предметной области в модели БД, которая слабо отражается в сетевых, иерархических моделях данных.
Было предложено несколько моделей данных, названных семантическими моделями. У всех этих моделей были свои положительные и отрицательные стороны, но фактическим стандартом при инфологическом моделировании баз данных стала только модель «сущность-связь», или Entity Relationships. Общепринятым стало сокращенное название ER-модель, а большинство современных CASE-средств содержат инструментальные средства для описания данных в формализме этой модели. Кроме того, разработаны методы автоматического преобразования проекта БД из ER-модели в реляционную БД, при этом одновременно выполняется преобразование в модель конкретной СУБД. Все CASE-системы имеют развитые средства документирования процесса разработки, автоматические генераторы отчетов позволяют подготовить отчет о текущем состоянии проекта с подробным описанием объектов БД и их отношений, что существенно облегчает ведение проекта.
Как любая модель, модель «сущность-связь» имеет несколько базовых понятий, из которых строятся более сложные объекты по заранее определенным правилам. Эта модель в наибольшей степени согласуется с концепцией объектно-ориентированного проектирования, которая является базовой для разработки сложных программных систем.
Рассмотрим базовые понятия, лежащие в основе ER-модели.
1. Сущность, с помощью которой моделируется класс однотипных объектов. Сущность имеет имя, уникальное в пределах моделируемой системы. Так как сущность соответствует некоторому классу однотипных объектов, то предполагается, что в системе существует множество экземпляров данной сущности. Объект, которому соответствует понятие сущности, имеет свой набор атрибутов - характеристик, определяющих свойства данного представителя класса. При этом набор атрибутов должен быть таким, чтобы можно было различать конкретные экземпляры сущности. Например, у сущности Сотрудник может быть следующий набор атрибутов: Табельный номер, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения, Количество детей, Наличие родственников за границей. Набор атрибутов, однозначно идентифицирующий конкретный экземпляр сущности, называют ключевым. Для сущности Сотрудник ключевым будет атрибут Табельный номер, поскольку для всех сотрудников данного предприятия табельные номера различны. Экземпляром сущности Сотрудник будет описание конкретного сотрудника предприятия. Одно из общепринятых графических обозначений сущности - прямоугольник, в верхней части которого записано имя сущности, а ниже перечисляются атрибуты, причем ключевые атрибуты помечаются,например, подчеркиванием или специальным шрифтом, как показано ниже:
2. Между сущностями могут быть установлены связи - бинарные ассоциации, показывающие, каким образом сущности соотносятся или взаимодействуют между собой. Связь может существовать между двумя разными сущностями или между сущностью и ей же самой (рекурсивная связь). Она показывает, как связаны экземпляры сущностей между собой. Еслисвязь устанавливается между двумя сущностями, то она определяет взаимосвязь между экземплярами одной и другой сущности. Например, если есть связь между сущностью «Студент» и сущностью «Преподаватель» и эта связь - руководстводипломными проектами, то каждый студент имеет только одного руководителя, но один и тот же преподаватель может руководить множеством студентов-дипломников. Поэтому это будет связь «один-ко-многим» (1:М), один со стороны «Преподаватель» и многие со стороны «Студент» (рис. 10.1.).
3. В разных нотациях мощность связи изображается по-разному. В рассмотренном примере множественность изображается путем разделения линии связи на 3. Связь имеет общее имя «Дипломное проектирование» и имеет имена ролей со стороны обеих сущностей. Со стороны студента эта роль называется «Делает проект под руководством», со стороны преподавателя эта связь называется «Руководит». Графическая интерпретация связи позволяет сразу прочитать смысл взаимосвязи между сущностями, она наглядна и легко интерпретируема. Связи делятся на три типа по множественности: один-к-одному (1:1), один-ко-многим (1:М), многие-ко-многим (М:М). Связь один-к-одному означает, что экземпляр одной сущности связан только с одним экземпляром другой сущности. Связь 1: М означает, что один экземпляр сущности, расположенный слева по связи, может быть связан с несколькими экземплярами сущности, расположенными справа по связи. Связь «многие-ко-многим» (М:М) означает, что один экземпляр первой сущности может быть связан с несколькими экземплярами второй сущности, и наоборот, один экземпляр второй сущности может быть связан с несколькими экземплярами первой сущности. Например, связь типа «Изучает» между сущностями «Студент» и «Дисциплина» есть связь типа «многие-ко-многим» (М:М), т. к. каждый студент может изучать несколько дисциплин, а каждая дисциплина изучается множеством студентов. Такая связь изображена на рис. 10.2.
4. Между двумя сущностями может быть задано сколько угодно связей с разными смысловыми нагрузками. Например, между двумя сущностями «Студент» и «Преподаватель» можно установить две смысловые связи, одна - рассмотренная уже ранее «Дипломное проектирование», а вторая может быть условно названа «Лекции», и она определяет, лекции каких преподавателей слушает данный студент и каким студентам данный преподаватель читает лекции. Ясно, что это связь типа многие-ко-многим .
5. Связь любого из этих типов может быть обязательной, если в данной связи должен участвовать каждый экземпляр сущности, и необязательной - если не каждый экземпляр сущности должен участвовать в данной связи. При этом связь может быть обязательной с одной стороны и необязательной с другой стороны. Обязательность связи тоже по-разному обозначается в разных нотациях. Необязательность связи может обозначаться пустым кружочком на конце связи, а обязательность перпендикулярной линией, перечеркивающей связь. И эта нотация имеет простую интерпретацию. Кружочек означает, что ни один экземпляр не может участвовать в этой связи. А перпендикуляр интерпретируется как то, что по крайней мере один экземпляр сущности участвует в этой связи.
В ранее приведенном примере связи «Дипломное проектирование» эта связь интерпретируется как необязательная с двух сторон. На самом деле каждый студент, который делает диплом, должен иметь своего руководителя дипломного проектирования, но, с другой стороны, не каждый преподаватель ведет дипломное проектирование. Поэтому в данной смысловой постановке изображение этой связи изменится, и будет выглядеть таким, как представлено на рис. 10.3.
В результате построения модели предметной области в виде набора сущностей и связей получаем связный граф. В полученном графе необходимо избегать циклических связей - они выявляют некорректность модели.
Пример создания ER-модели
Спроектируем инфологическую модель системы, предназначенной для хранения информации о книгах и областях знаний, представленных в библиотеке. Разработку модели начнем с выделения основных сущностей.
Прежде всего, существует сущность «Книги»; каждая книга имеет уникальный шифр, который является ее ключом, и ряд атрибутов, которые взяты из описания предметной области. Множество экземпляров сущности определяет множество книг, которые хранятся в библиотеке. Каждый экземпляр сущности «Книги» соответствует не конкретной книге, стоящей на полке, а описанию некоторой книги, которое дается обычно в предметном каталоге библиотеке. Каждая книга может присутствовать в нескольких экземплярах, и это как раз те конкретные книги, которые стоят на полках библиотеки. Чтобы отразить это, следует ввести сущность «Экземпляры», которая должна содержать описания всех экземпляров книг, которые хранятся в библиотеке. Каждый экземпляр сущности «Экземпляры» соответствует конкретной книге на полке. Каждый экземпляр имеет уникальный инвентарный номер, однозначно определяющий конкретную книгу. Кроме того, каждый экземпляр книги может находиться либо в библиотеке, либо на руках у некоторого читателя, и в последнем случае для данного экземпляра указываются дополнительно дата взятия книги читателем и дата предполагаемого возврата книги.
Между сущностями «Книги» и «Экземпляры» существует связь (1:М), обязательная с двух сторон. Чем определяется данный тип связи? Каждая книга может присутствовать в библиотеке в нескольких экземплярах, поэтому - связь 1:М. При этом если в библиотеке нет ни одного экземпляра данной книги, то мы не будем хранить ее описание, поэтому если книга описана в сущности«Книги», то по крайней мере один экземпляр этой книги присутствует в библиотеке.Это означает, что со стороны книги связь обязательная. Что касается сущности «Экземпляры», то не может существовать в библиотеке ни одного экземпляра, который бы не относился к конкретной книге, поэтому и со стороны «Экземпляры» связь тоже обязательная.
Теперьнеобходимо определить, как в системе будет представлен читатель. Естественно предложитьввести для этого сущность «Читатели», каждый экземпляр которой будет соответствовать конкретному читателю. В библиотеке каждому читателю присваивается уникальный номер читательского билета, который однозначно идентифицирует читателя. Номер читательского билета будет ключевым атрибутом сущности «Читатели». Кроме того, в сущности «Читатели» должны присутствовать дополнительные атрибуты, которые требуются для решения поставленных задач; этими атрибутами будут: «Фамилия Имя Отчество», «Адрес читателя», «Телефон домашний» и «Телефон рабочий». Кроме того, в сущности «Читатели» следует ввести атрибут «Дата рождения», который позволитконтролировать возраст читателей.
Каждый читательможет держать на руках несколько экземпляров книг. Для отражения этой ситуации следует провести связь между сущностями «Читатели» и «Экземпляры», т. к. читатель берет из библиотеки конкретный экземпляр конкретной книги, а не просто книгу. А узнать, какая книга у данного читателя можно по дополнительной связи между сущностями «Экземпляры» и«Книги», и эта связь каждому экземпляру ставит в соответствие одну книгу, поэтому всегда можно однозначно определить, какие книги находятся на руках у читателя, хотя связываем с читателем только инвентарные номера взятых книг. Между сущностями «Читатели» и «Экземпляры» установлена связь 1:М, и при этом она не обязательная с двух сторон. Читатель в данный момент может не держать ни одной книги на руках, а с другой стороны, данный экземпляр книги может не находиться ни у одного читателя, а просто стоять на полке в библиотеке.
Теперь следует отразить последнюю сущность, связанную с системным каталогом, который содержит перечень всех областей знаний, сведения по которым содержатся в библиотечных книгах. Название области знаний может быть длинным и состоять из нескольких слов, поэтому для моделирования системного каталога введем сущность «Системный каталог» с двумя атрибутами: «Код области знаний» и «Название области знаний». Атрибут «Код области знаний» будет ключевым атрибутом сущности.
Из описания предметной областиизвестно, что каждая книга может содержать сведения из нескольких областей знаний, а с другой стороны, в библиотеке может присутствовать множество книг, относящихся к одной и той же области знаний, поэтому необходимо установить между сущностями «Системный каталог» и «Книги» связь М:М, обязательную с двух сторон. Действительно, в системном каталоге не должно присутствовать такой области знаний, сведения по которой не представлены ни в одной книге библиотеки. И обратно, каждая книга должна быть отнесена к одной или нескольким областям знаний для того, чтобы читатель мог ее быстрее найти.
ER-модель предметной области «Библиотека» представлена на рис. 10.4.
Инфологическая модель «Библиотека» разработана под задачи, перечисленные ранее. В них нет условия хранения истории чтения книги, например, с целью поиска того, кто раньше держал книгу и мог нанести ей вред. Если бы была поставлена задача хранения и этой информации, то инфологическая модель была бы другой.
Нормализация ER-диаграмм
Инфологическая модель используется на ранних стадиях разработки проекта. Если понимать язык условных обозначений, которые соответствуют категориям ER-модели, то ее можно легко «читать», следовательно, она доступна для анализа программистам-разработчикам, которые будут разрабатывать отдельные приложения. Она имеет однозначную интерпретацию, в отличие от некоторых предложений естественного языка, и поэтому здесь не может быть никакого недопонимания со стороны разработчиков.
Специалисты всегда предпочитают выражать свои мысли на некотором формальном языке, который обеспечивает однозначную их трактовку. Таким языком для программистов является язык алгоритмов. Любой алгоритм имеет однозначную интерпретацию. Он реализуется на разных языках программирования, но сам алгоритм остается неизменным. Для описания алгоритмов используются разные формализмы.
Условным общепринятымязыком описания базы данных стал язык ER-модели. Для ER-модели существует алгоритм однозначного преобразования ее в реляционную модель данных, что позволило в дальнейшем разработать множество инструментальных систем, поддерживающих процесс разработки информационных систем, базирующихся на технологии баз данных. И во всехэтихсистемах существуют средства описания инфологической модели разрабатываемой БД с возможностью автоматической генерации той даталогической модели, на которой будет реализовываться проект в дальнейшем.
Правила преобразования ER-модели в реляционную БД
Рассмотрим правила преобразования ER-модели в реляционную БД.
1. Каждой сущности ставится в соответствие отношение реляционной модели данных. При этом имена сущности и отношения могут быть различными, т. к. на имена сущностей могут не накладываться дополнительные синтаксические ограничения, кроме уникальности имени в рамках модели. Имена отношений могут быть ограничены требованиями конкретной СУБД, чаще всего эти имена являются идентификаторами в некотором базовом языке, они ограничены по длине и не должны содержать пробелов и некоторых специальных символов. Например, сущность может быть названа « Книжный каталог», а соответствующее ей отношение желательно назвать, например, BOOKS (без пробелов и латинскими буквами).
2. Каждый атрибут сущности становится атрибутом соответствующего отношения. Переименование атрибутов должно происходить в соответствии с теми же правилами, что и переименование отношений в п. 1. Для каждого атрибута задается конкретный допустимый в СУБД тип данных и обязательность или необязательность данного атрибута.
3. Первичный ключ сущности становится PRIMARY KEY соответствующего отношения. Атрибуты, входящие в первичный ключ отношения, автоматически получают свойство обязательности.
4. В каждое отношение, соответствующее подчиненной сущности, добавляется набор атрибутов основной сущности, являющейся первичным ключом основной сущности. В отношении, соответствующем подчиненной сущности, этот набор атрибутов становится внешним ключом.
5. Для моделирования необязательного типа связи нафизическом уровне у атрибутов, соответствующих внешнему ключу, устанавливается свойство допустимости неопределенных значений. При обязательном типе связи атрибуты получают свойство отсутствия неопределенных значений.
Возможно, создать только одно отношение для всех подтипов одного супертипа. В него включают все атрибуты всех подтипов.Однако тогда для ряда экземпляров ряд атрибутов не будет иметь смысла. И даже если они будут иметь неопределенные значения, потребуются дополнительные правила различения одних подтипов от других. Достоинством такого представления является то, что создается всего одно отношение.
При втором способе для каждого подтипа и для супертипа создаются свои отдельные отношения. Недостатком такого способа представления является то, что создается много отношений, однако достоинств у такого способа больше, так как вы работаете только со значимыми атрибутами подтипа. Кроме того, для возможности переходов к подтипам от супертипа необходимо в супертип включить идентификатор связи.
7. Дополнительно при описании отношения между типом и подтипами необходимо указать тип дискриминатора. Дискриминатор может быть взаимоисключающим или нет. Если установлен данный тип дискриминатора, то это значит, что один экземпляр сущности супертипа связан только с одним экземпляром сущности подтипа и для каждого экземпляра сущности супертипа существует потомок. Кроме того, необходимо указать для второго способа, наследуется ли только идентификатор супертипа в подтипы, или наследуются все атрибуты супертипа.
8. Если в ER-схеме имеется связь (связи) М:М, которые реляционная модель не поддерживает, вводится специальное связующее отношение, которое связано с каждым исходным отношением связью 1:М. Атрибутами этого отношения являются первичные ключи связываемых отношений.
Алгоритм приведения семантической модели к 3НФ
Алгоритм приведения семантической модели к 3-й нормальной форме может быть следующим:
1. Проанализировать схему на присутствие сущностей, которые скрыто моделируют несколько разных взаимосвязанных классов объектов реального мира (именно это соответствует ненормализованным отношениям). Если такое выявлено, разделить каждую из этих сущностей на несколько новых сущностей и установить между ними соответствующие связи; полученная схема будет находиться в первой нормальной форме.
2. Проанализировать все сущности, имеющие составные первичные ключи, на наличие неполных функциональных зависимостей непервичных атрибутов от атрибутов возможного ключа. Если такие зависимости обнаружены, разделить данные сущности на 2, определить для каждой сущности первичные ключи и установить между ними соответствующие связи. Полученная схема будет находиться во второй нормальной форме.
3. Проанализировать неключевые атрибуты всех сущностей на наличие транзитивных функциональных зависимостей. При обнаружении таковых расщепить каждую сущность на несколько таким образом, чтобы ликвидировать транзитивные зависимости. Схема находится в третьей нормальной форме.
Используя рассмотренные положения, нормализуем ER-схему. Результат нормализации приведен на рис. 5. При нормализации схемы в нее введено отношение «Связи Книги-каталог», содержащее атрибуты «ISBN» и «Код области знаний», служащие для реализации связи М:М «Книги – систематический каталог», а в отношение «Экземпляры» для его связи с отношениями «Книги» и «Читатели» введены атрибуты «№ читательского билета» и «ISBN». Стрелки указывают направление связей.
Можно показать, что схема рис. 10.5 удовлетворяет требованиям 3-й нормальной формы.
Порядок выполнения работы
1. Проведитесемантическийанализ предметной области для приведенного ниже примера.
Пример. Предметная область ИС: Отдел кадров.
Минимальный список характеристик:
Фамилия, имя, отчество, домашний адрес, телефон, дата рождения, должность, дата зачисления, стаж работы, образование;
фамилия, имя, отчество, и даты рождения членов семьи каждого сотрудника;
наименование подразделения, количество штатных единиц, оклад, фонд заработной платы за месяц и за год.
2. Используя приведенную выше методику, представьте предметную область в виде ER-модели.
3. Используя рассмотренную выше методику нормализации ER-модели, приведите разработанную ER-модель к 3НФ.
4. Результаты работы по всем этапам отобразите в отчете.
