Database Design

Design Process

Entity-Relationship Model

E-R模型 采用3個 基本概念：實體集，聯系集，屬性

Entity-Set

實體 (Entity)：可區別於所有其他對象的一個對象，通過一組 屬性 來表示。

實體集 (Entity-Set)：相同類型 的 實體 的 集合。

Relationship-Set

聯系 (Relationship)：指 多個實體 之間的 相互關聯。

聯系集 (Relationship-Set)：相同類型 的 聯系 的 集合。

• 描述性屬性 (Descriptive Attribute)
• 度 (Degree)：參與 聯系集 的 實體集 的 數目

練習機： 的即實體 之間的 關聯 ，實體集 $E_1, E_2,\cdots, E_n$ 參與 聯系集 $R$

角色 (Role)：實體 在 聯系 中扮演的 功能

自環聯系集 (Recursive Relationship-Set)：即存在 實體集 以 不同的身份 參與 聯系

Attribute

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

屬性 有以下幾種 分類方式

Single Attribute & Composite Attribute

復合屬性 (Composite Attribute) 由 簡單屬性 (Simple Attribute) 所組成。

實際上，同樣的概念 可能是 復合屬性 也可能是 簡單屬性，這取決於 具體需求。

同理，對於 單值屬性 和 多值屬性 也有類似的情況。

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

多值屬性 使用 花括號 包圍 屬性名：$\s{phone_numer}$

Derived Attribute

派生屬性 (Derived Attribute) 可以通過 其他屬性 導出。

如 age 可以通過 birthday 導出。

Constraint

約束 (Constraint) 是 數據庫中的數據 必須要滿足的 條件

Mapping Cardinality

映射基數 (Mapping Cardinality) 用於表示 一個 實體 通過 一個 聯系集 所 能能關聯的實體個數。

常見的 映射基數 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 確切地要有1個實體，而 多 可以是 零個或多個實體。

這裏所說的 實體個數 都是 至多的實體個數

Participation Constraint

全部參與 (Total Participation)： 實體集 $E$ 的 每個實體都參與 到 聯系集 $R$ 的 至少一個聯系 中。

部分參與 (Partial Participation)：實體集 $E$ 中 只有部分實體參與 到聯系集$R$ 的至少一個聯系` 中。

Key

Identify entity

碼/關鍵字 (Key) 用於在 實體集 中 唯一地標識 某個 實體。

可以用 關系模式 中的 超碼，主碼，候選碼 等概念應用於 實體集

我們使用 主碼 來區別 實體

Identify Relationship

同理，我們也用 主碼 來在 聯系集 中 區分 聯系。

設 主碼 $E_i$ 表示 構成實體集 $E_i$ 的主碼的屬性集合。

聯系集的主碼 構成依賴於 與之相同的聯系集 $R$ 所相關聯的屬性結合：

• 若 聯系集 $R$ 沒有 屬性 與之相 關聯$\implies primary-key(E_1) \cup primary-key(E_2) \cup\cdots \cup primary-key(E_n)$
• 若 聯系集 $R$ 有 屬性 $a_1, a_2,\cdots,a_m$ 與之相 關聯 $\implies primary-key(E_1) \cup primary-key(E_2) \cup \cdots \cup primary-key(E_n) \r{\cup \s{a_1,a_2,\cdots, a_m}}$

考慮 student 和 instructor 的 二元聯系 advisor：

• 從student到instructor是 多對一 的：advisor的主碼 選用 student的主碼
• 從student到instructor是 一對多 的：advisor的主碼 選用 instructor的主碼
• 從student到instructor是 一對一 的：advisor的主碼 選用 student的主碼 或者 instructor的主碼 都可以。
• 從student到instructor是 多對多 的：advisor的主碼 選用 student的主碼 和 instructor的主碼 的 並集

E-R Diagram

Definition

E-R圖 的 主要構件 (Component)：

• 分成兩部分的矩形：表示 實體集
• 菱形：表示 聯系集
• 未分隔的矩形：表示 聯系集的屬性
• 線段： 連接 實體集 和 聯系集
• 虛線： 連接 聯系集的屬性 和 聯系集
• 雙線： 表示 實體 在 聯系集 中的 參與度
• 雙菱形： 連接 弱實體集 的 標誌性聯系集

Weak-Entity Set

弱實體集 (Weak Entity Set)：沒有 足夠的屬性 以形成 主碼 的 實體集

強實體集 (Strong Entity Set)：有 主碼 的 實體集

弱實體集 必須 依賴於 標識實體集 (Identifying Entity Set) / 屬主實體集 （Owner Entity Set)，而我們將建立這種依賴的 聯系 稱為 標識性聯系 (Identifying Relationship)

標識性聯系 具有如下特點：

• 從 弱實體集 到 標識實體集 是 多對一 ，且 弱實體集 在 標識性聯系 中是 全部參與的
• 沒有 描述性屬性

弱實體集的分辨碼 (Discriminator) / 部分碼：用於 區分 依賴於特定強實體集的 弱實體集 。

弱實體集的主碼 = 強實體集的主碼 + 弱實體集的分辨碼

如果 弱實體集 僅在 單個地方 被使用到，則可以考慮將 弱實體集 直接 編碼 為 屬主實體集 的 一個屬性。

弱實體集 的 繪圖規則：

• 弱實體集的分辨符 使用 虛下劃線 表示
• 關聯 弱實體集 和 強實體集 的 聯系集 應當用 雙菱形 表示