第4讲_需求分析阶段-数据建模
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• 数据的定义、结构和关系等特性描述的是问题域内事物的 客观存在状况。
• 过程模型的数据说明所描述的则是系统或者手工对客观事 物的影响和操作方式。相比之下，数据的定义、结构和关 系等特性更能说明共享知识模型，所以也更加稳定和更加 重要。
概述
• 数据建模技术能够弥补过程建模在数据说明方面的缺陷， 它描述数据的定义、结构和关系等特性。
• 在邮局的邮件投递系统中，如果发生了一个投递行为，系统需 要知道投递行为在各个投递点时的表现，此时系统就需要将投 递行为建模为实体以了解它在不同投递点上的快照。
ERD－属性
• 1、属性的概念
–在确定了实体以后，还需要了解如何描述实体，属性 就是可以对实体进行描述的特征。
–属性以数字、代号、单词、短语、文本乃至声音和图 像的形式存在，一系列属性的存在集成起来就可以描 述一个实体的实例。
Product
ERD－实体（Entity）
• 2、概念实体和逻辑实体
• 逻辑实体是对概念实体的细化，拥有完整的特征描 述。在ERD建模中，实体一词所指的通常就是逻辑实 体。
Number
Number
Date
Customer Name
Order
Sell Product
Name Quantity
Price
雇员
管理
雇员
在…工作
时间
（a） 学生
选择 （b）
课程
项目 （c）
ERD－关系
• 3、关系的基数
–衡量关系复杂度的另一个指标是关系的基数。
–关系的基数又被称为关系的约束。
–一个实体在关系中的基数定义了在关系中其他实体实 例确定的情况下，该实体实例可能参与关系的数量。
–因为在实体参与关系时，对其他实体的不同实例可能 会有不同的参与实例数量，也即基数是变化的，难以 确定。所以为了描述关系的基数，基数被分为最大基 数（键约束）和最小基数（参与约束）。
–属性是实体的特征，不是数据。属性会以一定的形式 存在，这种存在才是数据，被称为属性的值
–在图形表示法中，属性通常使用名词作为自己的名称
ERD－属性
• 2、值与域
–为了正确地说明一个实体的实例，属性的值就应该是 一个合法的或者有业务含义的值。也就是说属性的取 值范围应该是受限的，这个受限制的取值范围称为域
学生
选择
课程
ERD－关系
• 2、关系的度
–关系的度是指参与关系的实体数量，是度量关系复杂 度的一个指标。
• 只有一个实体参与的关系存在于实体的不同实例之间，称为一 元关系，又称为递归关系。
• 存在于两个实体之间的关系是最常见的关系，称为二元关系。 • 存在于N（N>2）个实体之间的关系被统称为N元关系。
• 数据建模建立的模型称为数据模型，是问题域和解系统共 享的知识集合，通常能够反映企业业务的核心知识。
• 数据模型说明了问题域和解系统共享事物、对共享事物和 描述和共享事物之间的关系
概述
• 因为数据模型的内容是问题域和解系统所共享的知识模型， 所以可以使用问题域中的语言来解释它，也可以使用解系 统的语言来解释它，还可以使用介于问题域和解系统之间 的中立语言来解释它。这样就产生了三种常见的数据模型 表现：
• 概念数据模型
• 物理数据模型
• 逻辑数据模型
概述
• 概念数据模型
– 概念数据模型是以问题域的语言解释数据模型，反映 了用户对共享事物的描述和看法，由一系列应用领域 的概念组成。
– 例如，对一个共享事物“学生”，概念数据模型下的 描述可能仅仅就是简单一个概念“学生”，复杂者也 不外乎“学生（学号、姓名、出生日期、……）”的 形式。
– ERD最常见的表示法是Perter Chen表示法和James Martin表示 法。
– 因为没有标准的表示法，在实践中常常会混合使用各种表示法。
各种表示法一览
ERD－实体（Entity）
• 1、实体的概念
–作为数据模型的描述手段，ERD首先要描述会在系统中 出现的事物。
–实体就是ERD用来描述事物的百度文库素，是需要在系统中收 集和存储的现实事物的类别描述。
–实体并不是孤立存在的，它们之间互相交互，互相影 响，共同支持业务任务的完成。
–关系就是存在于一个或多个实体之间的自然业务联系。
–关系表达的不是实体物理上的联系（如车和车轮）， 而是逻辑上的链接（如整体部分关系）。
–所有关系隐含的都是双向的，意味着它可以从两个方 向上解释。
–在关系的命名上，通常使用动词，表达关系中实体的 相互作用。
以一个简单的教室为例，教室里面的墙
壁、地面、讲台、黑板、桌椅板凳都是事物。 但是人们在理解这些事物时，并不是完全的 一一列举这些事物，而是下意识地对这些事 物进行分类，并掌握类别的特征。例如，人 们会一个“桌子”的类别概念来描述教室内 的所有桌子，并且给予“桌子”概念一些具 体的特征。这里的每个桌子都被称为一个实 例，对归类后的实例集合进行的类别描述称 为实体。
替代键
候选键 学号
身份证号 学生
姓名
出生日期
主键
ERD－属性
• 4、属性的类型 –根据取值情况的不同，可以将属性分为下面的几种类 型： • 单值属性和多值属性 • 简单属性和组合属性 • 存储属性和导出属性
ERD－属性
• 4、属性的类型
–单值属性和多值属性
• 在描述实体的实例时，大多数的属性都只有一个值， 称为单值属性。但也有些特殊的属性可能会取多个 值，称为多值属性。
ERD－属性
• 4、属性的类型
–存储属性和导出属性
• 实体实例大多数属性的值都需要从现实中获取的， 但也有些属性的值可以由其他属性的值计算得出的。 前者称为存储属性，后者称为导出属性。
• 如，一个Student的年龄Age可以通过出生日期DOB 计算得出，所以Age属性是导出属性。
ERD－关系
• 1、关系的概念
ERD－关系
• 3、关系的基数
– 一个实体在关系中的最大基数是指：对关系中任意的其他实例，该实 体可能参与关系的最大数量。
• 在最大基数为“1”时，实体在关系中的最大基数记为“one”。 • 在最大基数超过“1”时，实体在关系中的最大基数记为“many”。 • 只要关系是有意义的，最大基数就不可能为0.
分析
实现
物理数据模型
设计
规范化的逻辑数据模型
不同数据模型在软件生命周期中的应用
实体联系图－ERD
• 实体联系图起源于Peter Chen 1976年提出的实体联系建 模方法，它使用实体、属性和关系三个基本的构建单位来 描述数据模型。
– 在发展过程中，实体联系图经过了多次的扩展，发展出了很多分 支。这些分支虽然在实体联系模型的内容上大同小异，但是在图 示上却大不相同，所以它没有标准的表示法。
性别:{男、女、未知}
Binary
二进制
ERD－属性
• 3、标识符
–一个实体通常有很多实例，因此在把这些实例归类为 实体进行统一形式的描述之后，有必要提供一种唯一 确定和标识每个实例的手段。
–ERD采用的手段是为实例指定一个属性或者多个属性的 组合，它们可以被用来唯一地确定和标识每个实例， 这些属性或者属性组合就被称为实体的标识符，又称 为键。
数据库系统设计
需求分析阶段－数据建模 http://www.codebydesign.com/
概述
• 过程建模以数据在系统中的产生和使用为重点，以进行数 据转换的过程为核心，建立层次结构的过程模型来描述系 统，它同时描述了系统的行为和数据。但是在数据说明方 面，过程模型更多的是侧重数据产生与使用的时间、地点 和方式，而没有描述的数据的定义、结构和关系等特性
{最小~最大}
月份的域:{1~12}
Real
实数
{最小~最大}
考试得分:{0.0~100.0}
Text
文本
Text{属性的最大长度} 电话号码:Text(20)
Date
日期
{最早~最晚}
出生日期:{1900-1-1~今天}
Time
时间
{最早~最晚}
Boolean
布尔
Enumeration 枚举
{值1、…、值n}
– 例如，共享事物“学生”在逻辑数据模型下的描述可 能为“学生＝（学号，标识符）+（姓名，4位汉字）+ （出生日期，日期） ……}”。
概述
• 在需求工程中，数据建模建立的是概念数据模型和逻辑数 据模型，不涉及物理数据模型。
概念数据模型（仅仅是概念）
规划
演化的数据模型 维护
概念数据模型（概念+属性） 逻辑数据模型
概述
• 物理数据模型
– 物理数据模型是对数据模型的解系统语言的解释，它 描述的是共享事物在解系统中的实现形式，是形式化 的定义。
– 例如，共享事物“学生”在物理数据模型下的描述可 能为“Student{（Number,Long,Not Null,Primary Key），（Name,Varchar 50,Not Null）， （Birthday,Date,Null）, ……}”
DOB
Program
一个实体Student的属性描述
ERD－属性
• 4、属性的类型
–简单属性和组合属性
• 在通常属性是实体的简单特征，在描述实例时会取 一个简单的值，称为简单属性
• 但是也有属性是实体的复杂特征，需要使用多个数 据组合起来才能描述实例的实例，称为组合属性。
• 如，一个Student的Name属性需要使用First Name 的值和Last Name的值组合起来才能描述一个具体的 Student，所以Name属性是组合属性
• 如，一个Student的实例可能会有多个email，所以 “email”属性就可能会有多个值，就是多值属性。
ERD－属性
• 4、属性的类型
–单值属性和多值属性
Last First
Age Name
Street
City
StudentNo PC
Address
Student
EFmirsatil
Year
概述
• 逻辑数据模型
– 因为概念数据模型和物理数据模型存在较大的差异， 所以在构建解系统时，开发人员要想将概念模型转换 成物理数据模型是存在困难的。逻辑数据模型就是为 了缓解这个困难而使用一种中立语言进行的数据模型 的描述。这种中立语言的使用更加倾向于用户的概念 和词汇，同时使用更加倾向于解系统语言的表达方式。
• 概念实体最常用于项目的计划阶段，帮助人们就大 的概念进行交流。在开发中，这些概念实体表达的大 的概念会在分析阶段得到进一步的分析。几乎不存在 关于什么可以成为概念实体的规则。如果它有助于描 述问题，并且可以为其提供一个描述性的定义，通常 就可以将其作为一个概念实体。
• 在概念级，细节被屏蔽掉了
Order Sell
• 事件：注册、选课、销售 • 概念：账号、课程、权限
在图形表示法中，通常 使用能够表达其含义的 名词来作为实体的名称
ERD－实体（Entity）
• 2、概念实体和逻辑实体
–ERD中的实体主要以两种形式出现：概念实体和逻辑实 体，这两种形式分别具有不同的作用。
• 概念实体是一种抽象概念，不考虑概念背后的物理 存在，所以通常不包含与之相关联的甚特征（即属 性）。
–属性的域定义了属性的合法取值。
–在数据建模中，分析人员应该为属性指定必要的域限 制。
–在过去的实践中，人们发现了一些常见的域限制，即 常见的数据类型，可以这些数据类型的基础上更有效 的对属性进行域定义。
ERD－属性
• 2、值与域
– 基于数据类型的域定义示例
数据类型 类型说明
域
例子
Number
整数
Name:Sandra Dee ID:205-7123 DOB：Jan 17,1962
实例
Student ID Name DOB
实体
ERD－实体（Entity）
• 1、实体的概念
–实体描述的常见类别有人、地点、对象、事件、概念 等。
–例如：
• 人：客户、学生、雇员
• 地点：商店、房间、地区
• 对象：图书、机器、产品
ERD－实体（Entity）
• 3、进程实体（容易被忽视的实体）
–在实践中，除了静态的事物和抽象的概念之外，行为 和事件也是常见的实体类型。
–数据建模中对行为和事件的建模是为了了解它们在某 些时刻的快照或者它们的运行环境信息，而不是它们 所体现出来的功能和达成的结果。
–例如
• 在普通商店的管理系统中，如果发生了一个销售行为，系统会 需要记录下时间、地点、参与人员等行为发生时的环境信息， 此时就需要将销售行为建模为实体。
–一个实体可能有多个键。如对实体“学生”，可以用 “学号”作为键来唯一标识某个具体的学生，也可以 使用“身份证号”作为键来唯一地标识这个学生。这 些键都被称为候选键。
ERD－属性
• 3、标识符
–虽然所有的候选键都能被用来标识实例，但人们通常 会从多个候选键中选择和使用固定的某一个键来进行 实例的标识，这个被选中的候选键被称为主键，没有 被选做主键的候选键被称为替代键。
• 过程模型的数据说明所描述的则是系统或者手工对客观事 物的影响和操作方式。相比之下，数据的定义、结构和关 系等特性更能说明共享知识模型，所以也更加稳定和更加 重要。
概述
• 数据建模技术能够弥补过程建模在数据说明方面的缺陷， 它描述数据的定义、结构和关系等特性。
• 在邮局的邮件投递系统中，如果发生了一个投递行为，系统需 要知道投递行为在各个投递点时的表现，此时系统就需要将投 递行为建模为实体以了解它在不同投递点上的快照。
ERD－属性
• 1、属性的概念
–在确定了实体以后，还需要了解如何描述实体，属性 就是可以对实体进行描述的特征。
–属性以数字、代号、单词、短语、文本乃至声音和图 像的形式存在，一系列属性的存在集成起来就可以描 述一个实体的实例。
Product
ERD－实体（Entity）
• 2、概念实体和逻辑实体
• 逻辑实体是对概念实体的细化，拥有完整的特征描 述。在ERD建模中，实体一词所指的通常就是逻辑实 体。
Number
Number
Date
Customer Name
Order
Sell Product
Name Quantity
Price
雇员
管理
雇员
在…工作
时间
（a） 学生
选择 （b）
课程
项目 （c）
ERD－关系
• 3、关系的基数
–衡量关系复杂度的另一个指标是关系的基数。
–关系的基数又被称为关系的约束。
–一个实体在关系中的基数定义了在关系中其他实体实 例确定的情况下，该实体实例可能参与关系的数量。
–因为在实体参与关系时，对其他实体的不同实例可能 会有不同的参与实例数量，也即基数是变化的，难以 确定。所以为了描述关系的基数，基数被分为最大基 数（键约束）和最小基数（参与约束）。
–属性是实体的特征，不是数据。属性会以一定的形式 存在，这种存在才是数据，被称为属性的值
–在图形表示法中，属性通常使用名词作为自己的名称
ERD－属性
• 2、值与域
–为了正确地说明一个实体的实例，属性的值就应该是 一个合法的或者有业务含义的值。也就是说属性的取 值范围应该是受限的，这个受限制的取值范围称为域
学生
选择
课程
ERD－关系
• 2、关系的度
–关系的度是指参与关系的实体数量，是度量关系复杂 度的一个指标。
• 只有一个实体参与的关系存在于实体的不同实例之间，称为一 元关系，又称为递归关系。
• 存在于两个实体之间的关系是最常见的关系，称为二元关系。 • 存在于N（N>2）个实体之间的关系被统称为N元关系。
• 数据建模建立的模型称为数据模型，是问题域和解系统共 享的知识集合，通常能够反映企业业务的核心知识。
• 数据模型说明了问题域和解系统共享事物、对共享事物和 描述和共享事物之间的关系
概述
• 因为数据模型的内容是问题域和解系统所共享的知识模型， 所以可以使用问题域中的语言来解释它，也可以使用解系 统的语言来解释它，还可以使用介于问题域和解系统之间 的中立语言来解释它。这样就产生了三种常见的数据模型 表现：
• 概念数据模型
• 物理数据模型
• 逻辑数据模型
概述
• 概念数据模型
– 概念数据模型是以问题域的语言解释数据模型，反映 了用户对共享事物的描述和看法，由一系列应用领域 的概念组成。
– 例如，对一个共享事物“学生”，概念数据模型下的 描述可能仅仅就是简单一个概念“学生”，复杂者也 不外乎“学生（学号、姓名、出生日期、……）”的 形式。
– ERD最常见的表示法是Perter Chen表示法和James Martin表示 法。
– 因为没有标准的表示法，在实践中常常会混合使用各种表示法。
各种表示法一览
ERD－实体（Entity）
• 1、实体的概念
–作为数据模型的描述手段，ERD首先要描述会在系统中 出现的事物。
–实体就是ERD用来描述事物的百度文库素，是需要在系统中收 集和存储的现实事物的类别描述。
–实体并不是孤立存在的，它们之间互相交互，互相影 响，共同支持业务任务的完成。
–关系就是存在于一个或多个实体之间的自然业务联系。
–关系表达的不是实体物理上的联系（如车和车轮）， 而是逻辑上的链接（如整体部分关系）。
–所有关系隐含的都是双向的，意味着它可以从两个方 向上解释。
–在关系的命名上，通常使用动词，表达关系中实体的 相互作用。
以一个简单的教室为例，教室里面的墙
壁、地面、讲台、黑板、桌椅板凳都是事物。 但是人们在理解这些事物时，并不是完全的 一一列举这些事物，而是下意识地对这些事 物进行分类，并掌握类别的特征。例如，人 们会一个“桌子”的类别概念来描述教室内 的所有桌子，并且给予“桌子”概念一些具 体的特征。这里的每个桌子都被称为一个实 例，对归类后的实例集合进行的类别描述称 为实体。
替代键
候选键 学号
身份证号 学生
姓名
出生日期
主键
ERD－属性
• 4、属性的类型 –根据取值情况的不同，可以将属性分为下面的几种类 型： • 单值属性和多值属性 • 简单属性和组合属性 • 存储属性和导出属性
ERD－属性
• 4、属性的类型
–单值属性和多值属性
• 在描述实体的实例时，大多数的属性都只有一个值， 称为单值属性。但也有些特殊的属性可能会取多个 值，称为多值属性。
ERD－属性
• 4、属性的类型
–存储属性和导出属性
• 实体实例大多数属性的值都需要从现实中获取的， 但也有些属性的值可以由其他属性的值计算得出的。 前者称为存储属性，后者称为导出属性。
• 如，一个Student的年龄Age可以通过出生日期DOB 计算得出，所以Age属性是导出属性。
ERD－关系
• 1、关系的概念
ERD－关系
• 3、关系的基数
– 一个实体在关系中的最大基数是指：对关系中任意的其他实例，该实 体可能参与关系的最大数量。
• 在最大基数为“1”时，实体在关系中的最大基数记为“one”。 • 在最大基数超过“1”时，实体在关系中的最大基数记为“many”。 • 只要关系是有意义的，最大基数就不可能为0.
分析
实现
物理数据模型
设计
规范化的逻辑数据模型
不同数据模型在软件生命周期中的应用
实体联系图－ERD
• 实体联系图起源于Peter Chen 1976年提出的实体联系建 模方法，它使用实体、属性和关系三个基本的构建单位来 描述数据模型。
– 在发展过程中，实体联系图经过了多次的扩展，发展出了很多分 支。这些分支虽然在实体联系模型的内容上大同小异，但是在图 示上却大不相同，所以它没有标准的表示法。
性别:{男、女、未知}
Binary
二进制
ERD－属性
• 3、标识符
–一个实体通常有很多实例，因此在把这些实例归类为 实体进行统一形式的描述之后，有必要提供一种唯一 确定和标识每个实例的手段。
–ERD采用的手段是为实例指定一个属性或者多个属性的 组合，它们可以被用来唯一地确定和标识每个实例， 这些属性或者属性组合就被称为实体的标识符，又称 为键。
数据库系统设计
需求分析阶段－数据建模 http://www.codebydesign.com/
概述
• 过程建模以数据在系统中的产生和使用为重点，以进行数 据转换的过程为核心，建立层次结构的过程模型来描述系 统，它同时描述了系统的行为和数据。但是在数据说明方 面，过程模型更多的是侧重数据产生与使用的时间、地点 和方式，而没有描述的数据的定义、结构和关系等特性
{最小~最大}
月份的域:{1~12}
Real
实数
{最小~最大}
考试得分:{0.0~100.0}
Text
文本
Text{属性的最大长度} 电话号码:Text(20)
Date
日期
{最早~最晚}
出生日期:{1900-1-1~今天}
Time
时间
{最早~最晚}
Boolean
布尔
Enumeration 枚举
{值1、…、值n}
– 例如，共享事物“学生”在逻辑数据模型下的描述可 能为“学生＝（学号，标识符）+（姓名，4位汉字）+ （出生日期，日期） ……}”。
概述
• 在需求工程中，数据建模建立的是概念数据模型和逻辑数 据模型，不涉及物理数据模型。
概念数据模型（仅仅是概念）
规划
演化的数据模型 维护
概念数据模型（概念+属性） 逻辑数据模型
概述
• 物理数据模型
– 物理数据模型是对数据模型的解系统语言的解释，它 描述的是共享事物在解系统中的实现形式，是形式化 的定义。
– 例如，共享事物“学生”在物理数据模型下的描述可 能为“Student{（Number,Long,Not Null,Primary Key），（Name,Varchar 50,Not Null）， （Birthday,Date,Null）, ……}”
DOB
Program
一个实体Student的属性描述
ERD－属性
• 4、属性的类型
–简单属性和组合属性
• 在通常属性是实体的简单特征，在描述实例时会取 一个简单的值，称为简单属性
• 但是也有属性是实体的复杂特征，需要使用多个数 据组合起来才能描述实例的实例，称为组合属性。
• 如，一个Student的Name属性需要使用First Name 的值和Last Name的值组合起来才能描述一个具体的 Student，所以Name属性是组合属性
• 如，一个Student的实例可能会有多个email，所以 “email”属性就可能会有多个值，就是多值属性。
ERD－属性
• 4、属性的类型
–单值属性和多值属性
Last First
Age Name
Street
City
StudentNo PC
Address
Student
EFmirsatil
Year
概述
• 逻辑数据模型
– 因为概念数据模型和物理数据模型存在较大的差异， 所以在构建解系统时，开发人员要想将概念模型转换 成物理数据模型是存在困难的。逻辑数据模型就是为 了缓解这个困难而使用一种中立语言进行的数据模型 的描述。这种中立语言的使用更加倾向于用户的概念 和词汇，同时使用更加倾向于解系统语言的表达方式。
• 概念实体最常用于项目的计划阶段，帮助人们就大 的概念进行交流。在开发中，这些概念实体表达的大 的概念会在分析阶段得到进一步的分析。几乎不存在 关于什么可以成为概念实体的规则。如果它有助于描 述问题，并且可以为其提供一个描述性的定义，通常 就可以将其作为一个概念实体。
• 在概念级，细节被屏蔽掉了
Order Sell
• 事件：注册、选课、销售 • 概念：账号、课程、权限
在图形表示法中，通常 使用能够表达其含义的 名词来作为实体的名称
ERD－实体（Entity）
• 2、概念实体和逻辑实体
–ERD中的实体主要以两种形式出现：概念实体和逻辑实 体，这两种形式分别具有不同的作用。
• 概念实体是一种抽象概念，不考虑概念背后的物理 存在，所以通常不包含与之相关联的甚特征（即属 性）。
–属性的域定义了属性的合法取值。
–在数据建模中，分析人员应该为属性指定必要的域限 制。
–在过去的实践中，人们发现了一些常见的域限制，即 常见的数据类型，可以这些数据类型的基础上更有效 的对属性进行域定义。
ERD－属性
• 2、值与域
– 基于数据类型的域定义示例
数据类型 类型说明
域
例子
Number
整数
Name:Sandra Dee ID:205-7123 DOB：Jan 17,1962
实例
Student ID Name DOB
实体
ERD－实体（Entity）
• 1、实体的概念
–实体描述的常见类别有人、地点、对象、事件、概念 等。
–例如：
• 人：客户、学生、雇员
• 地点：商店、房间、地区
• 对象：图书、机器、产品
ERD－实体（Entity）
• 3、进程实体（容易被忽视的实体）
–在实践中，除了静态的事物和抽象的概念之外，行为 和事件也是常见的实体类型。
–数据建模中对行为和事件的建模是为了了解它们在某 些时刻的快照或者它们的运行环境信息，而不是它们 所体现出来的功能和达成的结果。
–例如
• 在普通商店的管理系统中，如果发生了一个销售行为，系统会 需要记录下时间、地点、参与人员等行为发生时的环境信息， 此时就需要将销售行为建模为实体。
–一个实体可能有多个键。如对实体“学生”，可以用 “学号”作为键来唯一标识某个具体的学生，也可以 使用“身份证号”作为键来唯一地标识这个学生。这 些键都被称为候选键。
ERD－属性
• 3、标识符
–虽然所有的候选键都能被用来标识实例，但人们通常 会从多个候选键中选择和使用固定的某一个键来进行 实例的标识，这个被选中的候选键被称为主键，没有 被选做主键的候选键被称为替代键。