Database Design

Design Process

Entity-Relationship Model

E-R模型 采用3个 基本概念：实体集，联系集，属性

Entity-Set

实体 (Entity)：可区别于所有其他对象的一个对象，通过一组 属性 来表示。

实体集 (Entity-Set)：相同类型 的 实体 的 集合。

Relationship-Set

联系 (Relationship)：指 多个实体 之间的 相互关联。

联系集 (Relationship-Set)：相同类型 的 联系 的 集合。

• 描述性属性 (Descriptive Attribute)
• 度 (Degree)：参与 联系集 的 实体集 的 数目

练习机： 的即实体 之间的 关联 ，实体集 $E_1, E_2,\cdots, E_n$ 参与 联系集 $R$

角色 (Role)：实体 在 联系 中扮演的 功能

自环联系集 (Recursive Relationship-Set)：即存在 实体集 以 不同的身份 参与 联系

Attribute

域 (Domain) / 值集 (Value Set) ：属性 的 可取值集合

属性 有以下几种 分类方式

Single Attribute & Composite Attribute

复合属性 (Composite Attribute) 由 简单属性 (Simple Attribute) 所组成。

实际上，同样的概念 可能是 复合属性 也可能是 简单属性，这取决于 具体需求。

同理，对于 单值属性 和 多值属性 也有类似的情况。

graph TD;
address --> state(state)
address --> city(city)
address(address) --> street(street)
address --> postal_code(postal_code)
street --> street_number(street_number)
street --> street_name(street_name)
street --> apartment_number(apartment_number)

Single-Valued Attribute & Multi-Valued Attribute

多值属性 使用 花括号 包围 属性名：$\s{phone_numer}$

Derived Attribute

派生属性 (Derived Attribute) 可以通过 其他属性 导出。

如 age 可以通过 birthday 导出。

Constraint

约束 (Constraint) 是 数据库中的数据 必须要满足的 条件

Mapping Cardinality

映射基数 (Mapping Cardinality) 用于表示 一个 实体 通过 一个 联系集 所 能能关联的实体个数。

常见的 映射基数 如下：

• one-to-one

graph LR;
subgraph A
a1
a2
a3
a4
end

subgraph B
b1
b2
b3
end

a1 --- b1
a2 --- b2
a3 --- b3

• one-to-many

graph LR;
subgraph A
a1
a2
a3
end

subgraph B
b1
b2
b3
b4
b5
end

a1 --- b1
a1 --- b2
a2 --- b3

• many-to-one

graph LR;
subgraph A
a1
a2
a3
a4
a5
end

subgraph B
b1
b2
b3
end

a1 --- b1
a2 --- b1
a3 --- b2

• many-to-many

graph LR;
subgraph A
a1
a2
a3
a4
end

subgraph B
b1
b2
b3
b4
end
a1 --- b1
a1 --- b2
a2 --- b1
a3 --- b3

n.b. 一 只能表示 确切地要有1个实体，而 多 可以是 零个或多个实体。

这里所说的 实体个数 都是 至多的实体个数

Participation Constraint

全部参与 (Total Participation)： 实体集 $E$ 的 每个实体都参与 到 联系集 $R$ 的 至少一个联系 中。

部分参与 (Partial Participation)：实体集 $E$ 中 只有部分实体参与 到联系集$R$ 的至少一个联系` 中。

Key

Identify entity

码/关键字 (Key) 用于在 实体集 中 唯一地标识 某个 实体。

可以用 关系模式 中的 超码，主码，候选码 等概念应用于 实体集

我们使用 主码 来区别 实体

Identify Relationship

同理，我们也用 主码 来在 联系集 中 区分 联系。

设 主码 $E_i$ 表示 构成实体集 $E_i$ 的主码的属性集合。

联系集的主码 构成依赖于 与之相同的联系集 $R$ 所相关联的属性结合：

• 若 联系集 $R$ 没有 属性 与之相 关联$\implies primary-key(E_1) \cup primary-key(E_2) \cup\cdots \cup primary-key(E_n)$
• 若 联系集 $R$ 有 属性 $a_1, a_2,\cdots,a_m$ 与之相 关联 $\implies primary-key(E_1) \cup primary-key(E_2) \cup \cdots \cup primary-key(E_n) \r{\cup \s{a_1,a_2,\cdots, a_m}}$

考虑 student 和 instructor 的 二元联系 advisor：

• 从student到instructor是 多对一 的：advisor的主码 选用 student的主码
• 从student到instructor是 一对多 的：advisor的主码 选用 instructor的主码
• 从student到instructor是 一对一 的：advisor的主码 选用 student的主码 或者 instructor的主码 都可以。
• 从student到instructor是 多对多 的：advisor的主码 选用 student的主码 和 instructor的主码 的 并集

E-R Diagram

Definition

E-R图 的 主要构件 (Component)：

• 分成两部分的矩形：表示 实体集
• 菱形：表示 联系集
• 未分隔的矩形：表示 联系集的属性
• 线段： 连接 实体集 和 联系集
• 虚线： 连接 联系集的属性 和 联系集
• 双线： 表示 实体 在 联系集 中的 参与度
• 双菱形： 连接 弱实体集 的 标志性联系集

Weak-Entity Set

弱实体集 (Weak Entity Set)：没有 足够的属性 以形成 主码 的 实体集

强实体集 (Strong Entity Set)：有 主码 的 实体集

弱实体集 必须 依赖于 标识实体集 (Identifying Entity Set) / 属主实体集 （Owner Entity Set)，而我们将建立这种依赖的 联系 称为 标识性联系 (Identifying Relationship)

标识性联系 具有如下特点：

• 从 弱实体集 到 标识实体集 是 多对一 ，且 弱实体集 在 标识性联系 中是 全部参与的
• 没有 描述性属性

弱实体集的分辨码 (Discriminator) / 部分码：用于 区分 依赖于特定强实体集的 弱实体集 。

弱实体集的主码 = 强实体集的主码 + 弱实体集的分辨码

如果 弱实体集 仅在 单个地方 被使用到，则可以考虑将 弱实体集 直接 编码 为 属主实体集 的 一个属性。

弱实体集 的 绘图规则：

• 弱实体集的分辨符 使用 虚下划线 表示
• 关联 弱实体集 和 强实体集 的 联系集 应当用 双菱形 表示