Организация баз данных (стр. 14 из 39)
7.4.1 Зависимости соединения, подразумеваемой потенциальными ключами
Рассмотрим простой пример, в котором дано отношение с данными студентов Students с потенциальным ключом StNo. Такое отношение удовлетворяет нескольким зависимостям соединения, например зависимости
* ( (StNo, GrNo, StName), (StNo, CityNo) ).
Это значит, что отношение Students равносильно соединению его проекций с атрибутами {StNo, GrNo, StName} и {StNo, CityNo}, а потому может быть подвергнуто декомпозиции без потерь на указанные проекции. (Заметьте, что его не следует, а можно подвергнуть декомпозиции.) Существование этой зависимости соединения следует (или подразумевается) из того, что StNo является потенциальным ключом (в действительности это следует из теоремы Хеза).
В заключение заметим, что, как следует из определения 5НФ, она является окончательной нормальной формой по отношению к проекции и соединению. Таким образом, гарантируется, что отношение в пятой нормальной форме не содержит аномалий, которые могут быть исключены разбиением на проекции.
7.5 Итоговая схема процедуры нормализации
Пусть дано отношение R, которое находится в 1НФ (или может быть приведено к такой форме после выравнивания исходной ненормализованной структуры), вместе с некоторыми ограничениями (функциональными зависимостями, многозначными зависимостями и зависимостями соединения). Тогда основная идея этой технологии состоит в систематическом приведении отношения R к набору меньших отношений, который в некотором заданном смысле эквивалентен отношению R, но более предпочтителен. Каждый этап процесса приведения состоит из разбиения на проекции отношений, полученных на предыдущем этапе, таким образом, чтобы проекции находились в нормальной форме более высокого порядка, чем первоначальное отношение.
Из приведенных выше правил можно выделить некоторые особенности.
1. Прежде всего, процесс разбиения на проекции на каждом этапе должен быть выполнен без потерь и с сохранением зависимости (там, где это возможно).
2. Необходимо подчеркнуть тот факт, что могут существовать соображения, по которым нормализацию не следует выполнять полностью.
Пятая нормальная форма является окончательной в том смысле, что дальнейшее устранение аномалий невозможно путем разбиения исходного отношения на проекции. Существуют нормальные формы более высоких порядков, однако они крайне редко встречаются на практике и в данном курсе не рассматриваются.
Литература:
1. Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных. –Пер. с англ. –6-е изд. –К. Диалектика, 1998. Стр. 309–328.
ЛЕКЦИЯ 8. Проектирование БД методом сущность-связь. ER-диаграммы
8.1 Возникновение семантического моделирования
8.2 Основные понятия метода
8.3 Диаграммы ER-экземпляров и ER-типа
8.4 Правила формирования отношений
8.5 Методология IDEF1 (самостоятельное изучение)
8.1 Возникновение семантического моделирования
Широкое распространение реляционных СУБД и их использование в самых разнообразных приложениях показывает, что реляционная модель данных достаточна для моделирования предметных областей. Однако проектирование реляционной базы данных в терминах отношений на основе механизма нормализации часто представляет собой очень сложный и неудобный для проектировщика процесс. Потребности проектировщиков баз данных в более удобных и мощных средствах моделирования предметной области вызвали к жизни направление семантических моделей данных. В этой лекции рассматривается одна из популярных семантических моделей данных – модель "сущность–связь".
Метод сущность-связь называют также методом "ER-диаграмм": во-первых, ER –аббревиатура от слов Essence (сущность) и Relation (связь), во-вторых, метод основан на использовании диаграмм, называемых соответственно диаграммами ER-экземпляров и диаграммами ER-типа.
8.2 Основные понятия метода
Основными понятиями метода сущность-связь являются следующие:
1. сущность – представляет собой объект, информация о котором хранится в БД. Экземпляры сущности отличаются друг от друга и однозначно идентифицируются. Названиями сущностей являются, как правило, существительные, например: ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, ДИСЦИПЛИНА, ГРУППА.
2. Атрибут сущности – представляет собой свойство сущности. Это понятие аналогично понятию атрибута в отношении. Так, атрибутами сущности ПРЕПОДАВАТЕЛЬ может быть его Фамилия, Должность, Стаж (преподавательский) и т. д.
3. Ключ сущности – атрибут или набор атрибутов, используемый для идентификации экземпляра сущности. Как видно из определения, понятие ключа сущности аналогично понятию ключа отношения.;
4. Связь между сущностями. Связь двух или более сущностей - предполагает зависимость между атрибутами этих сущностей. Название связи обычно представляется глаголом. Примерами связей между сущностями являются следующие- ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ВДЕТ ДИСЦИПЛИНУ (Иванов ВЕДЕТ "Организацию БД и знаний"), ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ПРЕПОДАЕТ В ГРУППЕ (Иванов ПРЕПОДАЕТ В 256 группе);
5. Степень связи – является характеристикой связи между сущностями, которая может быть следующих видов: 1:1, 1:М, М:1, М:М.;
6. Класс принадлежности (КП) экземпляров сущности. КП сущности может быть: обязательным и необязательным. Класс принадлежности сущности является обязательным, если все экземпляры этой сущности обязательно участвуют в рассматриваемой связи, в противном случае класс принадлежности сущности является необязательным.
7. Диаграммы ER-экземпляров;
8. Диаграммы ER-типа.
Приведенные определения сущности и связи не полностью формализованы, но приемлемы для практики. Следует иметь в виду, что в результате проектирования могут быть получены несколько вариантов одной и той же БД. Так, два разных проектировщика, рассматривая одну и ту же проблему с разных точек зрения, могут получить различные наборы сущностей и связей. При этом оба варианта могут быть рабочими, а выбор лучшего из них будет результатом личных предпочтений.
8.3 Диаграммы ER-экземпляров и ER-типа
С целью повышения наглядности и удобства проектирования для представления сущностей, экземпляров сущностей и связей между ними используются следующие графические средства:
1. диаграммы ER-экзрмпляров,
2. диаграммы ER-типа, или ER-диаграммы.
На рисунке рис. 8.1 приведена диаграмма ER-экземпляров для сущностей ПРЕПОДАВАТЕЛЬ и ДИСЦИПЛИНА со связью ВЕДЕТ.
рис. 8.1 Диаграмма ER-экземпляров.Диаграмма ER-экземпляров показывает, какую конкретно дисциплину (СУБД, C++ и т.д.) ведет каждый из преподавателей. На рис. 8.2 представлена диаграмма ER-типа, соответствующая рассмотренной диаграмме ER-экземпляров.
рис. 8.2 Диаграмма ER-типа.На начальном этапе проектирования БД выделяются атрибуты, составляющие ключи сущностей.
На основе анализа диаграмм ER-типа формируются отношения проектируемой БД. При этом учитывается степень связи сущностей и класс их принадлежности, которые, в свою очередь, определяются на основе анализа диаграмм ER-экземпляров соответствующих сущностей.
Варьируя классом принадлежности сущностей для каждого из названных типов связи, можно получить несколько вариантов диаграмм ER-типа. Рассмотрим примеры некоторых из них.
8.3.1 Связи типа 1:1 и необязательный класс принадлежности
В приведенной на рис. 8.2 диаграмме степень связи между сущностями 1:1, а класс принадлежности обеих сущностей необязательный. Действительно, из рисунка видно следующее:
1. каждый преподаватель ведет не более одной дисциплины, а каждая дисциплина ведется не более чем одним преподавателем (степень связи 1:1);
2. некоторые преподаватели не ведут ни одной дисциплины и имеются дисциплины, которые не ведет ни один из преподавателей (класс принадлежности обеих сущностей необязательный).
8.3.2 Связи типа 1:1 и обязательный класс принадлежности
На рисунке приведены диаграммы, у которых степень связи между сущностями 1:1, а класс принадлежности обеих сущностей обязательный.
рис. 8.3 Диаграмма ER-экземпляров для связи 1:1 и обязательным КП обеих сущностей. рис. 8.4 Диаграмма ER-типа для связи 1:1 и обязательным КП обеих сущностей.В этом случае каждый преподаватель ведет одну дисциплину и каждая дисциплина ведется одним преподавателем.
Возможны два промежуточных варианта с необязательным классом принадлежности одной из сущностей.
Диаграммы ER-типа графически изображаются следующим образом:
1. обязательное участие в связи экземпляров сущности отмечается блоком с точкой внутри, смежным с блоком этой сущности (рис. 8.4).
2. необязательное участие экземпляров сущности в связи – дополнительный блок к блоку сущности не пристраивается, а точка размещается на линии связи (рис. 8.2).
3. символы на линии связи указывают на степень связи.
4. под каждым блоком, соответствующим некоторой сущности, указывается ее ключ, выделяемый подчеркиванием. Многоточие за ключевыми атрибутами означает, что возможны другие атрибуты сущности, но ни один из них не может быть частью ее ключа. Эти атрибуты выявляются после формирования отношений.
На практике степень связи и класс принадлежности сущностей при проектировании БД определяется спецификой предметной области. Рассмотрим примеры вариантов со степенью связи 1:М или М:1.