数据库逻辑结构设计

数据库逻辑结构设计

该系列计划包括5部分：完整性约束理论及应用、范式理论及应用、需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计。本文是第五部分，介绍逻辑结构设计的内容，包括E-R图向关系模型的转换、数据模型的优化、用户子模式的设计等问题。1．逻辑设计概述

概念结构是独立于任何一种数据模型的，在实际应用中，一般所用的数据库环境已经给定（如SQL Server或Oracel或MySql），本文讨论从概念结构向逻辑结构的转换问题。

由于目前使用的数据库基本上都是关系数据库，因此首先需要将E-R图转换为关系模型，然后根据具体DBMS的特点和限制转换为特定的DBMS支持下的数据模型，最后进行优化。

2．E-R图向关系模型的转换

2.1 一个例子

E-R图如何转换为关系模型呢？我们先看一个例子。

图2.1是学生和班级的E-R图，学生与班级构成多对一的联系。根据实际应用，我们可以做出这个简单例子的关系模式：

学生（学号，姓名，班级）

班级（编号，名称）

“学生.班级”为外键，参照“班级.编号”取值。

这个例子我们是凭经验转换的，那么里面有什么规律呢？在2.2节，我们将这些经验总结成一些规则，以供转换使用。

2.2 转换规则

(1) 一个实体型转换为一个关系模式

一般E-R图中的一个实体转换为一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码。

(2) 一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应

的关系模式合并。

图2.2是一个一对一联系的例子。根据规则（2），有三种转换方式。

联系单独作为一个关系模式

此时联系本身的属性，以及与该联系相连的实体的码均作为关系的属性，可以选择与该联系相连的任一实体的码属性作为该关系的码。结果如下：

职工（工号，姓名）

产品（产品号，产品名）

负责（工号，产品号）

其中“负责”这个关系的码可以是工号，也可以是产品号。

)与职工端合并

职工（工号，姓名，产品号）

产品（产品号，产品名）

其中“职工.产品号”为外码。

i)与产品端合并

职工（工号，姓名）

产品（产品号，产品名，负责人工号）

其中“产品.负责人工号”为外码。

(3) 一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关

系模式合并。

(i) 若单独作为一个关系模式

此时该单独的关系模式的属性包括其自身的属性，以及与该联系相连的实体的码。该关系的码为n端实体的主属性。

顾客（顾客号，姓名）

订单（订单号，……）

订货（顾客号，订单号）

(ii) 与n端合并

顾客（顾客号，姓名）

订单（订单号，……，顾客号）

(4) 一个m:n联系可以转换为一个独立的关系模式。

该关系的属性包括联系自身的属性，以及与联系相连的实体的属性。各实体的码组成关系码或关系码的一部分。

教师（教师号，姓名）

学生（学号，姓名）

教授（教师号，学号）

(5) 一个多元联系可以转换为一个独立的关系模式。

与该多元联系相连的各实体的码，以及联系本身的属性均转换为关系的属性，各实体的码组成关系的码或关系码的一部分。

(6) 具有相同码的关系模式可以合并。

(7) 有些1：n的联系，将属性合并到n端后，该属性也作为主码的一部分

这类问题多出现在聚集类的联系中，且部分实体的码只能在某一个整体中作为码，而在全部整体中不能作为码的情况下才出现（其它情况本人还没碰到，呵呵，欢迎指教）。

比如上篇文章介绍的管理信息系统中订单与订单细节的联系。

关于什么是聚集，2.3节介绍。

2.3 数据抽象的分类

这部分本应在概念设计中介绍的，用到了才想起来，这里补充一下。

关于现实世界的抽象，一般分为三类：

分类：即对象值与型之间的联系，可以用“is member of”判定。

如张英、王平都是学生，他们与“学生”之间构成分类关系。

聚集：定义某一类型的组成成分，是“is part of”的联系。如学生与学号、姓名等属性的联系。

概括：定义类型间的一种子集联系，是“is subset of”的联系。

如研究生和本科生都是学生，而且都是集合，因此它们之间是概括的联系。

例：猫和动物之间是概括的联系，《Tom and Jerry》中那只名叫Tom的猫与猫之间是分类的联系，Tom的毛色和Tom之间是聚集的联系。

订单细节和订单之间，订单细节肯定不是一个订单，因此不是概括或分类。

订单细节是订单的一部分，因此是聚集。

2.4 数据模型的优化

有了关系模型，可以进一步优化，方法为：

）确定数据依赖。

）对数据依赖进行极小化处理，消除冗余联系（参看范式理论）。

）确定范式级别，根据应用环境，对某些模式进行合并或分解。

以上工作理论性比较强，主要目的是设计一个数据冗余尽量少的关系模式。

下面这步则是考虑效率问题了：

）对关系模式进行必要的分解。

如果一个关系模式的属性特别多，就应该考虑是否可以对这个关系进行垂直分解。如果有些属性是经常访问的，而有些属性是很少访问的，则应该把它们分解为两个关系模式。

如果一个关系的数据量特别大，就应该考虑是否可以进行水平分解。如一个论坛中，如果设计时把会员发的主贴和跟贴设计为一个关系，则在帖子量非常大的情况下，这一步就应该考虑把它们分开了。因为显示的主贴是经常查询的，而跟贴则是在打开某个主贴的情况下才查询。又如手机号管理软件，可以考虑按