Бази даних та інформаційні системи. Семестр 2

1. Бази даних та інформаційні системи семестр 2

Концепції ER-моделі (ІНФ)
Лекція 1,2

2. Мои данные:

Яковлева Елена Владимировна
доцент каф. Информатики
т. раб. 7021-419
e-mail: [email protected]
блог:
2
http://infdbis.blogspot.com/
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

3. План лекции

Введение
1. Основные понятия
Типы сущностей
Атрибуты
Типы связей
1.
2.
3.
Степень типа связи
Атрибуты связей
Рекурсивная связь
Структурные ограничения
2.
Показатель кардинальности
Степень участия
Проблемы ER-моделирования
3.
Ловушка разветвления
Ловушка разрыва
Заключение
3
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

4. Цель лекции:

1. Рассмотреть основные понятия ER-модели
2. Ознакомиться с графическим отображением основных понятий
ER-модели
3. Рассмотреть потенциальные проблемы ER-моделирования
4
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

5. Введение

Модель «сущность - связь» (Entity-Relationship model или ER-модель)
представляет собой высокоуровневую концептуальную модель данных.
ER-модель разработана Питером Ченом (Chen) в 1976
Цель:
Упрощение задачи проектирования структуры БД
Единое понимание ПрО заказчиками и разработчиками
Замечание!
Концептуальная модель не зависит от:
модели организации данных
конкретной СУБД или аппаратной платформы
5
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

6. Концепции ER- модели

Основные понятия
ER-модели:
сущности;
атрибуты;
связи.
Рисунок 1.1 – Пример схемы ER – модели (нотация UML)
6
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

7. Сущность

Тип сущности (entity type) – тип объекта или процесса (объект/процесс),
описывающего предметную область.
Сущность характеризуется физическим или абстрактным существованием
Формального определения нет, следовательно, разные разработчики могут
выделять разные сущности
Таблица 1.1 - Примеры сущностей с физический и абстрактным существованием
7
Физическое
существование
Абстрактное существование
Работник
Объект недвижимости
Клиент
Деталь
Поставщик
Читатель библиотеки
Осмотр объекта недвижимости
Продажа объекта недвижимости
Визит к врачу
Выдача книги
Заселение в отель
Ремонт автомобиля
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

8. Сущность

Экземпляр сущности – однозначно идентифицируемый объект, который относится
к сущности определенного типа
Каждый тип сущности обладает уникальным набором атрибутов.
Каждая отдельная сущность имеет свои собственные значения для каждого
атрибута
Различаются:
Слабый тип сущности – тип сущности, существование которого зависит от
какого-то другого типа сущности (в качестве первичного ключа или его части
используется первичный ключ другой сущности)
Сильный тип сущности – тип сущности, существование которого не зависит от
какого-то другого типа сущности (в качестве первичного ключа используются
только собственные атрибуты данной сущности)
8
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

9. Способы представлений сущностей на диаграмме

Имя
сущности
- Сильный тип сущности
Имя
сущности
- Слабый тип сущности
Проект
Успеваемость
Товар
Этап
проекта
Студент
Сделка
Рисунок 1.2 – Представление на ER-диаграмме сильных и слабых типов сущностей
9
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

10. Атрибуты

Атрибут – свойство типа сущности или типа связи
Домен атрибута – набор допустимых значений одного или нескольких атрибутов
Примеры: домен адрес -может являться доменом нескольких атрибутов;
домен дата -может состоять из других доменов (день, месяц, год)
Атрибут может быть:
простым / составным;
однозначным / многозначным;
производным;
ключевым
Атрибут
простой
(атомарный)
составной
однозначный
многозначный
производный
10
Описание
состоит из одного компонента с
независимым существованием
состоит из нескольких компонентов с
независимым существованием
содержит одно значение для каждого
экземпляра сущности определенного
типа
содержит несколько значений для
некоторых экземпляров сущности
определенного типа
представляет значение, производное от
значений других атрибутов,
принадлежащих некоторому (не
обязательно данному) типу сущности
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.
Пример
Пол, Зарплата
Адрес /
Улица, Город, Почтовый индекс
Для экземпляра сущности Кафедра
существует одно значение атрибута
Телефон
Для экземпляра сущности Кафедра
существует несколько значений
атрибута Телефон
1.Атрибуты Год рожд, Возраст
2. Сущность Договор
Атрибуты Начало, Окончание, Срок
действия
3. Атрибут Сумма сделки
4.Атрибут Кол_во студентов в группе

11. Атрибуты. Ключи

Потенциальный ключ – атрибут или минимальный набор
атрибутов, который однозначно идентифицирует каждый
экземпляр сущности
Первичный ключ – потенциальный ключ, который выбран
для однозначной идентификации каждого экземпляра
сущности
Составной ключ – потенциальный ключ, который состоит из
двух или более атрибутов
11
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

12. Представление атрибутов на диаграммах

- простой атрибут
Имя атриб
Имя 2
Имя 3
Имя 1
- составной атрибут
Имя 3
Имя атриб
12
- производный атрибут
Имя атриб
- многозначный атрибут
Имя атриб
- первичный ключ
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

13. Представление атрибутов на ER-диаграммах

Адрес
Должность
Телефон
ФИО
Сотрудник
Зарплата
Номер_ сотр
Город
Адрес
Кол_во_сотр
Отделение
Номер_ отд
13
Улица
Дом_Офис
Телефон
Название_отд
Рисунок 1.3 – Представление на диаграмме сущностей Сотрудник и
Отделение
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

14. Связи

Тип связи (relationship type) – осмысленная ассоциация между сущностями разных
типов
Экземпляр связи – однозначно идентифицируемая ассоциация, которая включает
по одному экземпляру сущности из каждого участвующего в связи типа сущности
Для изучения отдельных экземпляров связи применяется семантическая сеть
Рассмотрим тип связи Имеет (Has), который представляет ассоциацию между
сущностями Отделение и Сотрудник.
Обозначения:
- экземпляр сущности;
- экземпляр связи.
Замечание!
В ER-модели используется более высокий уровень абстракции по сравнению с
семантической сетью, поскольку множества экземпляров сущностей объединяются в
типы сущностей, а множества экземпляров связей – в типы связей.
14
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

15. Сематическая модель

Экземпляры
сущности
Экземпляры
связи
Экземпляры
сущности
Отделение
Имеет
Сотрудник
И1
С1
И2
С2
И3
С3
О1
О2
Рисунок 1.4 – Сематическая сеть (модель) с изображением отдельных
экземпляров связи типа Имеет (Has)
15
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

16. Представление связей на ER-диаграммах

Имя
связи
- неидентифицирующая связь
(между сильными сущностями)
Имя
связи
- идентифицирующая связь
(между сильной и слабой сущностями)
Номер_ отд
Отделение
Номер_ сотр
Имеет
(Has)
Сотрудник
Рисунок 1.5 – Представление на ER-диаграмме сильных сущностей Сотрудник,
Отделение, неидентифицирующей связи Имеет между ними и атрибутов,
являющихся первичными ключами
16
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

17. Степень типа связи

Степень типа связи – количество типов сущностей, которые охвачены данной
связью
Степень:
2 (бинарная)
3 (тернарная)
Менеджер
4 (кватернарная)
Покупатель
Сделка
Финансовая
организация
Объект
недвижимости
Рисунок 1.6 – Пример кватернарной связи Сделка
17
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

18. Атрибуты связей

Связи также могут характеризоваться атрибутами
ИН_Объект
ИН_Клиент
Клиент
Объект
недвижимости
Посмотрел
Дата
Комментарии
Рисунок 1.7 – Пример связи с атрибутами
18
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

19. Структурные ограничения

Структурные ограничения формируются на основе бизнес-правил, которые в свою
очередь формируются на основе требований пользователей, описанных в
спецификации.
Структурные ограничения:
кардинальность (кратность);
степень участия.
Кардинальность
Кардинальность – максимальное количество возможных экземпляров сущности
некоторого типа, которые могут быть связаны с одним экземпляром сущности другого
типа с помощью определенной связи
Наиболее распространенными
кардинальности:
являются
«один к одному» (1:1)
«один ко многим» (1:М)
«многие ко многим» (М:N)
19
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.
бинарные
связи
с
показателями

20. Структурные ограничения

Степень участия – определяет, участвуют ли в связи все или только некоторые
экземпляры сущности
2 варианта участия:
полное (total) – для существования некоторого экземпляра сущности требуется
существование экземпляра другой сущности;
частичное (partial) - для существования некоторого экземпляра сущности НЕ
требуется существование экземпляра другой сущности;
- полное /обязательно участие
- частичное / необязательное участие
Замечание!
При определении показателя кардинальности следует учитывать только те экземпляры
сущности, которые охватываются данной связью.
20
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

21. Кардинальность, степень участия

Связь «один к одному»
Экземпляры
сущности
Экземпляры
связи
Экземпляры
сущности
Сотрудник
Управляет
Отделение
С1
У1
О1
У2
О2
С2
С3
Сотрудник
1
Управляет
1
Отделение
Рисунок 1.8 – Пример связи 1:1
Слева направо: Из семантической модели следует, что один экземпляр сущности типа Сотрудник связан с
одним экземпляром сущности типа Отделение (1:1),
Справа налево: Один экземпляр сущности типа Отделение связан с одним экземпляром сущности типа
Сотрудник (1:1).
Следовательно, связь Управляет является связью «один к одному»
21
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

22. Кардинальность, степень участия

Связь «один ко многим»
Экземпляры
сущности
Экземпляры
связи
Отделение
Имеет
О1
И1
С1
О2
И2
И3
С2
С3
Сотрудник
С4
Отделение
1
Экземпляры
сущности
М
Сотрудник
Имеет(Has)
Рисунок 1.9 – Пример связи 1:М
Слева направо: Из семантической модели следует, что один экземпляр сущности типа Отделение связан со
многими экземплярами сущности типа Сотрудник (1:М);
Справа налево: один экземпляр сущности типа Сотрудник связан с одним экземпляром сущности типа
Отделение (1:1).
Следовательно, связь Имеет является связью «один ко многим» (ВЫБИРАЕТСЯ МАКСИМАЛЬНЫЙ
22
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.
ПОКАЗАТЕЛЬ!)

23. Кардинальность, степень участия

Связь «многие ко многим» (РМД – не поддерживают)
Газета
Печать
Г1
П1
П2
П3
П4
Г2
Г3
Газета
М
Печать
Экземпляры
сущности
ОбъектНедвижимости
С1
С2
С3
С4
Экземпляры
связи
Экземпляры
сущности
N
Объект
Рисунок 1.10 – Пример связи М:М
Слева направо: Из семантической модели следует, что один экземпляр сущности типа Газета связан со
многими экземплярами сущности типа ОбъектНежвижимости (1:М);
Справа налево: один экземпляр сущности типа ОбъектНежвижимости связан с одним экземпляром сущности
типа Газета (1:М).
Следовательно, связь Печать является связью «многие ко многим» (М:N) (ВЫБИРАЕТСЯ МАКСИМАЛЬНЫЙ
23
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.
ПОКАЗАТЕЛЬ!)

24. Кардинальность (кратность) сложной связи

Кардинальность (кратность) сложной связи – количество экземпляров
сущности определенного типа в n-арной связи, определяемое после
фиксации (n-1) значений.
Менеджер
1
Покупатель
1
Сделка
M
Объект
недвижимости
Рисунок 1.11 – Кардинальность трехсторонней связи
24
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

25. Миграция атрибутов. Раскрытие схемы (неидентифицирующая связь)

Должность
Адрес
Адрес
Номер_ отд
Отделение
1
Телефон
Имеет
Название_отд
М
Сотрудник
Номер_ сотр
ФИО
Зарплата
Рисунок 1.12 – Представление на диаграмме сущностей Сотрудник и Отделение,
их атрибутов и связи между ними
Раскрытие схемы:
Отделение (Номер_отд, Название_отд, Адрес)
Сотрудник (Номер_сотр, ФИО, Номер_отд (ВК), Должность, Зарплата, Адрес, Телефон)
25
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

26. Миграция атрибутов. Раскрытие схемы (идентифицирующая связь)

Исходные данные о ПрО
Бизнес-правила (вариант А):
Наше предприятие может выполнять одновременно несколько проектов
Финансирование выделяется на каждый этап проекта
Этапы имеют уникальный номер в рамках проекта
Фрагмент документа «Сведения о проектах »
Номер
проекта
Название
проекта
Номер
этапа
Дата начала
этапа
Дата окончания
этапа
098
Разработка ИС
«Банк»
.
Разработка ИС
«Торговое
предприятие»
Разработка сайта
«Администрация
президента»
1
2
02.10.2003
03.02.2004
02.02.2004
03.01.2005
Стоимость
этапа
долл.
4000
10000
1
02.02.2003
02.05.2004
5000
2
03.05.2004
20.12.2004
7000
1
2
02.05.2003
03.06.2004
02.06.2004
12.11.2004
7000
5000
3
13.11.2004
31.12.2004
6000
………..
……….
……..
097
099
……….
26
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

27. Миграция атрибутов. Раскрытие схемы (идентифицирующая связь)

Номер_ пр
Проект
1
Дата_оконч
Дата_нач
Состоит из
Название_пр
М
Этап
Стоимость
Номер_ эт
Рисунок 1.13 – Представление на диаграмме сущностей Проект и Этап, их
атрибутов и связи между ними
Раскрытие схемы:
Проект (Номер_пр, Название_пр)
Этап (Номер_эт, Номер_пр (ВК), Дата_нач, Дата_оконч, Стоимость)
27
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

28. Миграция атрибутов. CASE система ERwin (идентифицирующая связь)

28
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

29. Миграция атрибутов. Раскрытие схемы (неидентифицирующая связь)

Исходные данные о ПрО
Бизнес-правила (вариант Б):
Наше предприятие может выполнять одновременно несколько проектов
Финансирование выделяется на каждый этап проекта
Этапы имеют уникальный номер в рамках всего предприятия
Фрагмент документа «Сведения о проектах »
Номер
проекта
Название
проекта
Номер
Этапа
Дата начала
этапа
Дата окончания
этапа
098
Разработка ИС
«Банк»
.
Разработка ИС
«Торговое
предприятие»
Разработка сайта
«Администрация
президента»
3
4
02.10.2003
03.02.2004
02.02.2004
03.01.2005
Стоимость
этапа
долл.
4000
10000
1
02.02.2003
02.05.2004
5000
5
03.05.2004
20.12.2004
7000
2
6
02.05.2003
03.06.2004
02.06.2004
12.11.2004
7000
5000
7
13.11.2004
31.12.2004
6000
………..
……….
……..
097
099
……….
29
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

30. Миграция атрибутов. Раскрытие схемы (неидентифицирующая связь)

Номер_ пр
Проект
1
Дата_оконч
Дата_нач
Состоит из
Название_пр
М
Этап
Стоимость
Номер_ эт
Рисунок 1.14 – Представление на диаграмме сущностей Проект и Этап, их
атрибутов и связи между ними
Раскрытие схемы:
Проект (Номер_пр, Название_пр)
Этап (Номер_эт, Номер_пр (ВК), Дата_нач, Дата_оконч, Стоимость)
30
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

31. Миграция атрибутов. CASE система ERwin (неидентифицирующая связь)

31
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

32. Альтернативная вариант обозначений структурных ограничений

Использование отображений максимальных (Max) и минимальных (Min)
значений в виде надписи (Min,Max)
Отделение
Отделение
1
(0:1)
М
Сотрудник
Имеет
Имеет
(1:M)
Сотрудник
Рисунок 1.15 – Варианты обозначений структурных ограничений
32
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

33. Рекурсивная связь

Рекурсивная связь (унарная) – связь, в которой одни и те же сущности
участвуют несколько раз и разных ролях
Использование ролевых имен
Связям могут присваиваться ролевые имена для указания назначения каждой
сущности, участвующей в данной связи.
Должность
Телефон
Адрес
Сотрудникконсультант
1
Консультирует
Сотрудник
СотрудникN
консультируемый
Номер_ сотр
ФИО
Зарплата
Рисунок 1.16 – Пример кватернарной связи Сделка
Раскрытие схемы:
Сотрудник (Номер_сотр, ФИО, Должность, Зарплата, Адрес, Телефон, Консультант (ВК))
33
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

34. Использование ролевых имен

Ролевые имена могут также использоваться, когда сущности связаны
несколькими связями.
Должность
Адрес
Адрес
Номер_ отд
1
Отделение
1
Управляет
Руководитель
Отделение
Сотрудник
ФИО
М
1
Название_отд
Телефон
Отделение
Имеет
Работник
Зарплата
Номер_ сотр
Рисунок 1.17 – Использование ролевых имен
Раскрытие схемы:
Отделение (Номер_отд, Название_отд, Адрес, Номер_сотр (ВК))
Сотрудник (Номер_сотр, ФИО, Номер_отд (ВК), Должность, Зарплата, Адрес, Телефон)
34
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

35. Проблемы ER-моделирования (ловушки соединения)

Два основных типа потенциальных ловушек соединения:
ловушка разветвления;
ловушка разрыва.
Всегда важно проверять модель данных на наличие потенциальных ловушек
соединения, поскольку наличие ловушек может привести к перестройке всей
концептуальной модели.
При недостаточном понимании сути установленных связей можно построить
модель, которая не будет являться истинным представлением реального мира.
35
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

36. Проблемы ER-моделирования. Ловушка разветвления

Описание:
Имеет место в том случае, когда модель отображает связь между типами
сущностей, но путь между отдельными сущностями этого типа определен
неоднозначно.
Причина возникновения:
Разветвление двух или больше связей типа 1:М из одной сущности.
Пример.
Исходная информация ПрО «Новостройки Харькова» (БП):
36
В одной строительной компании реализуются несколько проектов,
каждый проект реализуется только одной компанией;
В одной строительной компании работает несколько архитекторов,
каждый архитектор работает только в одной компании;
Проект разрабатывается одним архитектором,
архитектор может разрабатывать много проектов.
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

37. Проблемы ER-моделирования. Ловушка разветвления

Проект
М
Ведет
1
Строительная
компания
1
М
Имеет
Архитектор
Рисунок 1.18 – Пример ловушки разветвления
Проблема: Какой проект разрабатывает какой архитектор?
37
Экземпляры
сущности
Ведет
Строит. комп.
В1
В2
П2
В3
П3
В4
П4
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.
С1
С2
Экземпляры
связи
Имеет
Экземпляры
сущности
Архитектор
И1
А1
И2
И3
А2
А3
Из сущности
Проект
СтроительнаяКомпания
разветвляются две связи
П1
типа 1:М
Экземпляры
связи
Экземпляры
сущности
Причина проблемы:

38. Проблемы ER-моделирования. Ловушка разветвления (решение проблемы)

Решение проблемы:
Перестройка ER-модели для представления правильного взаимодействия между сущностями
Экземпляры
сущности
Экземпляры
связи
Экземпляры
сущности
Строит. комп.
Имеет
Архитектор
С2
Строительная
компания
1
А1
И2
И3
А2
Имеет
Проект
Р1
Р2
Р3
Р4
П1
П2
П3
П
4
А3
М
Архитектор
Экземпляры
сущности
Разрабатывает
С1
И1
Экземпляры
связи
1
Имеет
М
Проектор
Рисунок 1.19 – Пример преобразования ER-модели с целью устранения ловушки разветвления
38
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

39. Проблемы ER-моделирования. Ловушка разрыва

Описание:
Появляется в том случае, когда в модели предполагается наличие связи между
типами сущностей, но не существует пути между отдельными сущностями
Причина возникновения:
Наличие связи с частичным участием, образующей часть пути между
связанными сущностями.
Пример.
Исходная информация ПрО «Агентство недвижимости» (БП):
39
Каждый объект недвижимости закреплен за отделением (продается только одним
отделением), за одним отделением закреплено много объектов;
Один сотрудник агентства (менеджерами по продажам) курирует много объектов
недвижимости, однако существуют сотрудники, которые объекты не курируют.
Объект недвижимости курируется только одним менеджером,
однако не каждый объект курируется сотрудником агентства (т.е. объект временно не
в работе или может обрабатываться любым менеджером по продажам);
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.

40. Проблемы ER-моделирования. Ловушка разрыва

Отделение
1
М
Имеет
Сотрудник
1
Курирует
М
Объект
Недвижимости
Рисунок 1.20 – Пример ловушки разрыва
Проблема: Какой объект приписан за каким отделением?
Курирует ОбъектНедвиж
К1
К2
С2
С3
С4
Экземпляры
сущности
К3
ОН1
ОН2
ОН3
ОН4
С1
И1
И2
О2
И3
И4
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.
О1
Сотрудник
Экземпляры
связи
40
Отделение Имеет
Экземпляры
сущности
Частичное участие
сущностей Сотрудник и
ОбъектНедвижимости в
связи Курирует
Экземпляры Экземпляры
сущности
связи
Причина проблемы:

41. Проблемы ER-моделирования. Ловушка разрыва (решение проблемы)

М
Сотрудник
1
М
Курирует
Объект
Недвижимости
1
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.
С1
П1
П2
П3
П4
Экземпляры
сущности
Курирует ОбъектНедвиж
К2
С3
С4
Экземпляры
связи
К1
С2
41
Сотрудник
Рисунок 1.21 – Переработанная
диаграмма с целью устранения
ловушки разрыва
Экземпляры
сущности
Решение проблемы:
Отделение Имеет
Введение
отсутствующей связи
И1
О1
Продает
И2
О2
И3
И4
М
Продает
Экземпляры Экземпляры
сущности
связи
К3
Экземпляры
связи
Продает
ОН1
ОН2
ОН3
ОН4
Имеет
Отделение
1

42. Вопросы

42
ХНУРЕ кафедра Інформатики доц. Яковлева О.В.