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实体-联系模型(Entity-Relationship Model)
E/R Diagrams
弱实体集(Weak Entity Sets)
将 E/R 图转化为关系


Haifeng Xu


(hfxu@yzu.edu.cn)

This slide is based on Jeffrey D. Ullman's work, which can be download from his website.

目录

E/R 模型的目的

E/R 模型的目的

E/R 模型允许我们先简略地描绘以下数据库模式的设计.

这里的 E/R 图设计是一些图片, 它们被称为实体-联系图(entity-relationship diagrams).

后面会讲: 将 E/R 设计转化为关系数据库设计.

关于 E/R 设计的框架

关于 E/R 设计的框架

Design is a serious business.

“老板”知道他们想要一个数据库, 但是他们并不知道他们想要在数据库中放些什么.

将关键部分做一个大概描述是开发可运行数据库的一个有效方式.

实体集(Entity Sets)

实体集(Entity Sets)

实体(Entity)="thing" or object.

实体集(Entity Sets)=相似实体的集合.

属性(Attribute)=实体集(或实体集中实体)的性质.

E/R 图(E/R diagram)

E/R 图(E/R diagram)

在一个实体-联系图(Entity-relationship diagram)中:

例子

例子

实体集 Beers 有两个属性, namemanf(manufacturer).

每个 Beers 实体都有这两个属性值, 比如: (Bud, Anheuser-Busch).

联系(Relationships)

联系(Relationships)

一个联系(relationship)连接两个或更多的实体集.

关系用菱形表示, 并且用线连接每个所涉及到的实体集.

例子: 联系(Relationships)

例子: 联系(Relationships)

联系集(Relationship Set)

联系集(Relationship Set)

一个实体集的当前“值”是属于它的一些实体.

联系的“值”是一个联系集(relationship set), 这是一些元组的集合, 元组的分量是相关联的实体集(a set of tuples with one component for each related entity set.)

例子: 联系集(Relationship Set)

例子: 联系集(Relationship Set)

对于关系 Sells, 我们可以有下面的关系集合

Bar Beer
Joe's Bar Bud
Joe's Bar Miller
Sue's Bar Bud
Sue's Bar Pete's Ale
Sue's Bar Bud Lite

多路联系(Multiway Relationships)

多路联系(Multiway Relationships)

有时, 我们需要描述多于两个实体集的联系.

假设酒客只在某些酒吧喝某些牌子的啤酒.

例子: 三路联系

例子: 三路联系

一个典型的联系集

一个典型的联系集

Bar Drinker Beer
Joe's Bar Ann Miller
Sue's Bar Ann Bud
Sue's Bar Ann Pete's Ale
Joe's Bar Bob Bud
Joe's Bar Bob Miller
Joe's Bar Cal Miller
Sue's Bar Cal Bud Lite

多对多联系(Many-Many Relationships)

多对多联系(Many-Many Relationships)

Focus: 二元(binary)联系, 如 BarsBeers 之间的 Sells 联系.

在一个多对多联系(Many-Many Relationship)中, 集合中的任一个实体被联系到其他集合中的许多实体上.

多对多联系的图示

多对多联系的图示

多对一联系

多对一联系

某些二元联系是多对一联系.

第一个集合中的每一个实体至多与第二个集合中一个实体相连.

但是第二个集合中的实体可以和第一个集合中一个或多个实体相连, 也可以不连.

多对一联系的图示

多对一联系的图示

例子: 多对一联系

例子: 多对一联系

DrinkersBeers 的联系 Favorite 是一个多对一的联系.

一个酒客最喜欢的啤酒最多只能一种.

但是某种啤酒, 喜欢喝的人有很多, 也可能没有人喜欢.

一对一联系

一对一联系

在一个一对一联系(one-one relationship)中, 两个实体集中每个实体关联到另一个实体集中至多一个实体.

例子: 考虑 Manf(manufacturer)Beers 之间的联系 (Best-seller)

一对一联系的图示

一对一联系的图示

Representing "Multiplicity"

Representing "Multiplicity"

在实体集与实体集之间用箭头表示多对一联系.

用双向箭头表示一对一联系.

Rounded arrow = "exactly one", 即, 第一个实体集中的每个实体恰好只联系到目标集合中一个实体.

例子: 多对一联系

例子: 多对一联系

例子: 一对一联系

例子: 一对一联系

考虑 ManfsBeers 之间的联系 Best-seller.

某些啤酒不是制造商的销售最好的啤酒. 因此一个到 Manf 画一个圆箭头(rounded arrow)将是不合适的.

但是一个啤酒制造商只能有一个销售最好的啤酒.

用 E/R 图表示

用 E/R 图表示

联系的属性(Attributes on Relationships)

联系的属性(Attributes on Relationships)

有时在一个联系上增加一个关于联系的属性是非常有用的.

将该属性看作联系集中元组的某个性质.

例子: 关于联系的属性

例子: 关于联系的属性

price 是关于 barbeer 的(二元)函数, 而不是关于其中某个的(一元)函数.

与上面等价的 E/R 图, 但没有用到联系的属性

与上面等价的 E/R 图, 但没有用到联系的属性

创建一个额外的实体集, 它的属性就是原来联系的属性.

使得这个新的实体集参与到联系中来.

例子: 去除联系的属性转换为等价的 E/R 图

例子: 去除联系的属性转换为等价的 E/R 图

通常, 当把联系中的属性转换到一个额外的实体集上时要放置一个箭头指向那个实体集.

角色(Roles)

角色(Roles)

有时某个实体集在联系中出现不止一次. 如果是这样, 根据实体集在联系中出现的次数, 把联系与实体集用同样多的连线连起来.

每一条连向实体集的连线代表实体集在联系中扮演的不同角色.

因此, 对联系和实体之间的边加注标签(或曰命名), 称之为角色(Roles)

例子: 角色(Roles)

例子: 角色(Roles)

例子: 角色(Roles)

例子: 角色(Roles)

多路联系到二元联系的转换

多路联系到二元联系的转换

E/R 模型不限制联系是二元联系. 有一些数据模型约束联系必须是二元的. 如 UMLODL

连接(connecting)实体集: 其实体被看作是多路联系的联系集的元组.

针对组成原来多路联系元组的每个实体集, 从连接实体集中引入多对一联系.

子类(Subclasses)

子类(Subclasses)

子类(Subclasses) = special case = fewer entities = more properties.

例子: Ales 是一类啤酒.(应用于酿造的许多种自然或人工培养酵母可以概略的分为三种:爱尔啤酒(ale或top-fermenting)酵母、窖藏啤酒(lager或bottom-fermenting)酵母和野生酵母)

E/R 图中子类的表示

E/R 图中子类的表示

假设子类的结构是树状结构.

Isa 三角形表示子类的联系.

例子: 子类

例子: 子类

E/R vs. Object-Oriented Subclasses

E/R vs. Object-Oriented Subclasses

在面向对象的语言中, 对象被认为只存在一个类或子类中.

相反, E/R 实体集中的实体被允许有代表.

例子: 实体的代表(Representatives of Entities)

例子: 实体的代表(Representatives of Entities)

键(Keys)

键(Keys)

实体集 E键(key) 是由一个或多个属性构成的集合 K. 来自于该实体集 E 的任何两个实体在 K 中的属性上的值是不一致的.

我们必须对每个实体集划定一个键.

E/R 图中键的表示

E/R 图中键的表示

对于组成键的属性用下划线标出.

在一个 Isa 层次中, 只有根实体集具有键, 并且它在该体系中作为所有实体集的一个键.

例子: name is Key for Beers

例子: name is Key for Beers

例子: 一个由多属性构成的键

例子: 一个由多属性构成的键

注意到 hoursroom 也可以作为实体集 Courses 的一个键, 但这里我们必须选择其中一个键来标识出.

弱实体集(Weak entity sets)

弱实体集(Weak entity sets)

有时, 一个实体集的实体需要额外的“帮助”来唯一确定它们.

实体集 E 称为是弱实体集(Weak entity sets), 如果为了唯一确定 E 中的实体, 我们需要跟踪 E的一个或多个“多对一的”联系, 包括与之连接的相关实体集的键.

换句话说, 一个实体集键是由另一个实体集的部分或全部属性构成. 这样的实体集叫做弱实体集(weak entity set).

弱实体集的来源

需要弱实体集有两个主要原因:

例子: 弱实体集(Weak entity sets)

例子: 弱实体集(Weak entity sets)

name 几乎可以作为足球运动员的键, 但有时存在重名的可能.

number 当然不能作为一个键, 因为两个球队中可能有成员是同一个号码的.

我们假设同一支球队中不存在号码相同的球员. 因此运动员在球队中的号码 number, 加上所属球队的名称 name 就可以唯一确定该运动员了. 球员效力于某个球队用联系 Plays-on 来描述.

在 E/R 图中的表示

在 E/R 图中的表示

弱实体集的规则

弱实体集的规则

一个弱实体集具有一个或多个“多对一”联系到其他(支持)实体集.

弱实体集的规则 -- (2)

弱实体集的规则 -- (2)

弱实体集的键是由它自身划下划线的属性以及支持实体集中的键属性构成.

设计技巧(Design Techniques)

设计技巧(Design Techniques)

  1. 避免冗余.
  2. 限制使用弱实体集.
  3. 能用属性的地方就不要用实体集.

避免冗余(Avoiding Redundancy)

避免冗余(Avoiding Redundancy)

冗余(Redundancy) = 就是同一件事情以不同的方式重复了两次或多次.

冗余带来的问题是浪费空间, 最重要的是会产生不一致性.

例子: 好的设计

例子: 好的设计

这个设计对于每个制造商只给出了一个地址.

例子: 糟糕的设计

例子: 糟糕的设计

这个设计对于啤酒的制造商说了两次: 一次是作为啤酒的属性, 另一次是与啤酒相关联的实体.

例子: 不好的设计 -- (2)

例子: 不好的设计 -- (2)

在这个设计中, 啤酒厂家的地址明显会出现重复的现象. 并且如果某个啤酒厂家暂时不生产啤酒, 则会丢失其地址信息.

实体集 vs. 属性

实体集 vs. 属性

一个实体集应至少满足下面的条件之一:

例子: 好的设计

例子: 好的设计

例子: 好的设计

例子: 好的设计

End






Thanks very much!

This slide is based on Jeffrey D. Ullman's work, which can be download from his website.