Построение ER диаграмм. Er-модель данных
Как было отмечено ранее, одна из основных целей семантического моделирования состоит в том, чтобы результаты анализа предметной области были отражены в простом, наглядном, но в то же время формализованном и достаточно информативном виде.
В этом смысле моделирование предметной области, базирующееся на использовании графических диаграмм, является удачным решением. Графическая форма позволяет отобразить в компактном виде (за счет наглядных условных обозначений) типологию и свойства сущностей и связей, а формализмы, положенные в основу ER-диаграмм, дают возможность сформулировать конечный набор правил проектирования логической структуры базы данных.
Диаграмма– графическое представление множества элементов, чаще всего изображаемое в виде связного графа с вершинами-объектами и ребрами-отношениями. На ER-диаграмме вершинами являются сущности и (например, в нотации Чена) свойства сущностей. Ребра ER-диаграммы представляют собой связи между сущностями и между сущностью и ее свойствами.
Существует несколько различных нотаций (языков) изображения ER-диаграмм. Исторически первой является нотация Чена; в семействе стандартов IDEF модель «сущность-связь» реализуется нотацией IDEF1Х; используются нотации Мартина и Баркера, а также графические элементы UML.
Рис. 5.5. ER-диаграмма в нотации UML
Нотация UML. На рис. 5.5 приведен пример ER-диаграммы ПрО в нотации UML.
Унифицированный язык моделирования UML (Unified Modeling Language) представляет собой язык для определения, представления, проектирования и документирования программных систем, организационно-экономических систем, технических систем и других систем различной природы. Структуру UML составляет стандартный набор диаграмм и нотаций.
Главными в разработке UML были следующие цели:
Предоставить готовый к использованию выразительный язык визуального моделирования, позволяющий разрабатывать осмысленные модели и обмениваться ими;
Предусмотреть механизмы расширяемости базовых концепций языка;
Обеспечить независимость от конкретных языков программирования и процессов разработки.
Интегрировать лучший практический опыт.
В настоящее время UML находится в процессе стандартизации, проводимом организацией по стандартизации в области объектно-ориентированных методов и технологий (OMG - Object Management Group).
Рассмотрим правила изображения сущностей, свойств и связей в этой нотации.
Каждый тип сущности в ER-диаграммах нотации UML представляется в виде прямоугольника, содержащего имя сущности и перечень свойств сущности. В качестве имени сущности обычно используется существительное в единственном числе (например, ОТДЕЛ, ПРОЕКТ, СОТРУДНИК). Имя сущности указывается в верхней части прямоугольника с прописной буквы, имена свойств перечисляются в нижней части прямоугольника и начинаются со строчной буквы.
Слабые сущности характеризуются тем, что их нельзя однозначно идентифицировать только с помощью собственных атрибутов (в силу их зависимости от «родительских» сущностей и невозможности самостоятельного существования). На ER-диаграммах слабые сущности не имеют первичных ключей (например, сущность ПОДЧИНЕННЫЙ)
Свойства служат для уточнения, идентификации, характеристики или выражения состояния сущности или связи. Отражение на ER-диаграммах типологии свойств представлено в табл. 5.2.
Таблица 5.2. Изображение типов свойств в UML
| Тип свойства | Описание | Пример |
| Свойство первичного ключа | после имени свойства в фигурных скобках помещается идентификация первичного ключа {PK} |  |
| Многозначное | после имени свойства в квадратных скобках задаются возможные границы изменения количества значений |  |
| Производное | имя свойства начинается с наклонной черты «/» |  |
| Условное (необязательное) | после имени свойства в квадратных скобках задаются возможные границы изменения количества значений |  |
| Составное | под именем составного свойства перечисляются с отступом вправо имена простых свойств |  |
Бинарные связи обозначаются линиями с указанием имени связи и мощности связи со стороны каждой сущности. Мощность связи определяет количество объектов, соединяемых с каждым объектом на другом конце связи:
1..* - один или более;
0..* - ноль или более;
1 – ровно один;
0..1 – может быть один.
Может быть задан также диапазон (например,1..10) или точное количество, отличное от 1
Для обозначения n -арной связи используется ромб, внутри которого указывается имя связи. Кратность n -арной связи для каждой сущности показывает, каким может быть количество ее объектов в случае, если со стороны остальных сущностей-участниц в связи участвует ровно по одному объекту. Например, трехсторонняя связь на рис. 5.6 определяет, что поставлять партии любых деталей для любого проекта может любой поставщик.
Рис. 5.6. Пример трехсторонней связи
Присутствие в задании мощности связи значения «0» объявляет связь как неполную (необязательную). Например, связь РАБОТАЕТ между сущностями ОТДЕЛ и СОТРУДНИК на рис. 5.5 должна читаться следующим образом: «Каждый сотрудник обязательно работает только в одном отделе; в отделе работает произвольное число сотрудников или не работает ни одного».
Связь может быть модифицирована указанием роли. Например, для рекурсивной связи СОСТАВ на рис. 5.5 указаны роли: «Деталь состоит из …» и «Деталь в составе …».
Связь «многие ко многим» может иметь собственные свойства, характеризующие взаимодействие сущностей (например, связи УЧАСТИЕ и РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТА на рис. 5.5). В этом случае для изображения связи используется графический элемент, соответствующий слабой сущности. Прямоугольник сущности присоединяется к линии связи (или к ромбу в случае n -арной связи) пунктирной линией.
Нотация Чена. Каждый тип сущности в нотации Чена представляется в виде прямоугольника, содержащего имя сущности (существительное в единственном числе).
Связь (и бинарная, и n -арная) на ER-диаграмме отображается в виде ромба с именем связи внутри. В качестве имени обычно используются отглагольные существительные.
Свойства отображаются в виде эллипсов, содержащих имя свойства. Эллипс соединяется с соответствующей сущностью или связью линией (рис. 5.7).
Рис. 5.7. Фрагмент ER-диаграммы в нотации Чена
Участники связи соединены со связью линиями. Двойная линия обозначает полное (обязательное) участие сущности в связи с данной стороны. Например, обязательная связь РУКОВОДСТВО со стороны сущности ПРОЕКТ (рис. 5.8) означает, что у каждого проекта должен быть руководитель. Однако не каждый сотрудник должен руководить проектом.
Тип связи указывается индексами «1» или «М» над соответствующей линией. Например, связь РУКОВОДСТВО (рис. 5.8) имеет тип «один ко многим»: один сотрудник может руководить многими проектами; связь УЧАСТИЕ (рис. 5.7) имеет тип «многие ко многим»: один сотрудник может участвовать во многих проектах, и в проекте могут участвовать многие сотрудники.
0(Лекция 8)
Разработка концептуального уровня БД
Целью данного этапа является последовательная разработка концептуальной информационно-логической модели предметной области, отражающей логику информации предприятия и даталогической модели базы данных.
Инфологическая модель предметной области
Исходными данными для построения ИЛМ предметной области являются результаты анализа предметной области, представленные в виде описания классов объектов и связей между ними. Чаще всего ИЛМ предметной области представляют в терминах семантической модели данных, в виде ER - диаграммы предметной области.
Необходимо отметить, что выявление в предметной области классов объектов, связей, описание и отображение их в диаграмме происходит параллельно.
Методологии построения ER-диаграмм
В настоящее время существуют разнообразные методологий (нотации) построения ER-модели.
1 Методология Питера Чена. В 1976 году Питером Ченом была предложена семантическая модель "сущность-связь" - ER-модель, которая в настоящее время стала самой распространенной.
Соглашения, используемые при изображении диаграммы:
Классы объектов отображаются прямоугольником, свойства эллипсами, связи ромбами;
Уникальный идентификатор (первичный ключ) отображается в виде эллипса, обведенного двойной линией;
Мощность связи «один» отображается линией, «много» - линией со стрелкой.
Особенности этой методологии:
Метод позволяет показать связь между двумя, тремя и более классами объектов (сущностями);
Связь может иметь собственные атрибуты;
Нет возможности отображения взаимоисключающих связей и непереносимости связей;
Взаимоисключающие связи неявно реализуются в виде супертипов и подтипов;
Нельзя выразить опциональность атрибутов и связей.
На рисунке 6 приведен пример фрагмента ER-диаграммы в методологии Питера Чена.
Рисунок 6 - Пример фрагмента ER-диаграммы в методологии Питера Чена
На диаграмме отображены следующие бизнес-правила предприятия: «Каждому заказу, имеющему такие свойства как номер и дата, должна соответствовать одна или более позиций заказа, имеющей такие свойства, как номер, цену за единицу товара, количество товара»; с другой стороны - «Каждая позиция товара должна относиться к одному и только одному заказу».
Необходимо отметить, что в примере приведен фрагмент описания предметной области. В ней также должны существовать такие классы объектов, как «Товар», «Единица измерения» и другие.
2 Методология IDEF1. Используется в CASE-средствах ERwin, Design/IDEF. В методологии используются следующие соглашения:
Каждому классу объектов присваивается уникальное имя и номер;
Обязательная связь отображается сплошной линией, необязательная -пунктирной;
Мощность связи "один" отображается линией, "много" - точкой;
Связь может дополнительно определяться с помощью указания мощности (типа) связи. Мощность может принимать следующие значения: N - ноль, один или более (принимается по умолчанию); Z - ноль или один, P - один или более.
Свойства класса объектов отображаются в виде списка имен внутри блока, отображающего класс объектов;
Атрибуты первичного ключа изображаются вверху и отделяются от других.
Пример представления ER-диаграммы в методологии IDEF1 приведен на рисунке 7.
Рисунок 7 - Пример представления ER-диаграммы в методологии IDEF1.
На рисунке 7 отображена та же ситуация в предметной области, что и на рисунке 6.
3 Методология Ричарда Баркера. Используемые в методологии элементы: класс объектов, свойство класса объектов, уникальные идентификаторы, опциональность свойств, связи, мощность (тип), опциональность и переносимость связей, уникальность объекта из связи, супертипы, подтипы, арки.
Используются следующие соглашения:
Класс объектов отображается в виде четырехугольника с закругленными углами. Имя класса объектов указывается внутри четырехугольника, это имя существительное в единственном числе, отображенное заглавными буквами;
Свойства записываются внутри четырехугольника, отображающего класс объектов строчными буквами, это имя существительное в единственном числе;
Четырехугольник, отображающий класс объектов, можно увеличивать до любых размеров, четырехугольники могут быть разных размеров;
Опциональность свойств помечается: обязательное свойство - звездочкой (*), необязательное - кружочком (о);
Уникальный идентификатор помечается #, если уникальных идентификаторов несколько, тогда каждый помечается номером, указанным в скобках, например, # (1), #(2);
Обязательная связь помечается сплошной линией, необязательная -пунктирной;
Тип (мощность) связи «один» помечается линией, «много» - «вороньей лапой».
Более сложные элементы, используемые в ER-диаграмме, построенной по методологии Ричарда Баркера, рассмотрим далее в примерах.
Шаблоны моделирования
Любая рассматриваемая предметная область имеет свои особенности. Но в тоже время обладает и общими для всех предметных областей элементами. Так, в основной массе решаемых задач автоматизации обязательно фигурируют такие классы объектов, как предприятие (организация), структурная единица предприятия (цех, отдел, факультет, отделение и т.п.), люди, или физические лица, разного рода материальные объекты. Все процессы, происходящие в предметной области и которые необходимо учитывать в базе данных, осуществляются на основе документов, которые в свою очередь фиксируют сбор, перемещение, расход каких- либо данных. Таким образом, многие ситуации можно смоделировать, применяя существующие шаблоны. Мы рассмотрим шаблоны моделирования на примере построения фрагментов ER - диаграмм по методологии Ричарда Баркера.
1 Моделирование семейного положения. Например, ситуацию предметной области, описанную следующими предложениями: «каждое ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО (мужского пола) может являться супругом другого ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА (женского пола)» и, с обратной стороны, «каждое ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО (женского пола) может являться супругой другого ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА (мужского пола», можно смоделировать, используя рекурсивную связь. Это связь между объектами одного класса объектов. Такая связь может обладать всеми свойствами, присущими любой другой связи. Пример приведен на рисунке 8. На рисунке 8 изображена рекурсивная связь, имеющая с обеих сторон одинаковый тип («один») и опциональность «необязательная». В методологии Ричарда Баркера на ER- диаграмме можно отображать и названия связей.
Рисунок - Пример рекурсивной связи - «необязательное свиное ухо»
2 Моделирование иерархии данных. Иерархия данных наблюдается, если в модели предметной области присутствует:
Произвольное число иерархий классов объектов;
Одинаковые свойства у классов объектов, входящих в иерархию;
Связи между такими классами объектов одинаковые.
На рисунке 9 представлен фрагмент ER-диаграммы, выполненный по методологии Ричарда Баркера и отображающий пример иерархии данных.
Рисунок - Пример иерархии данных
На любом предприятии организационная структура обычно бывает иерархическая. Так и в этом примере представлена организационная структура высшего учебного заведения. Классы объектов отображают структурные единицы вуза, располагающиеся на разных уровнях иерархической структуры подчинения. Классы объектов имеют одинаковые свойства, между классами объектов, расположенных на разных уровнях иерархии присутствуют одинаковые связи. Прочитав фрагмент такой предметной области, можно убедиться в её адекватности. Однако такое представление имеет некоторый недостаток - при добавлении ещё одного уровня иерархии, например, добавления структурной единицы «Лаборатория» в подчинение какой-либо кафедре потребует добавления ещё одного класса объектов в модель, то есть любое изменение в организационной структуре предприятия потребует корректировки модели.
Для моделирования подобной иерархии данных можно использовать шаблон модели - рекурсивную связь. При этом рекурсивная связь должна иметь тип 1:М и должна быть необязательной в обоих направлениях. Сторона «один» отображает правило «имеет в подчинении», сторона «много» - «подчиняется». Самый верхний элемент иерархии никому «не подчиняется», самый нижний элемент никого «не имеет в подчинении». Использование шаблона позволяет добавлять и удалять уровни иерархии в соответствии с требованиями предметной области, не меняя базовую модель.
Замена иерархии данных рекурсивной связью осуществляется по следующему алгоритму:
Создается один класс объектов, содержащий свойства, присущие каждому классу объектов в иерархии данных;
Классу объектов присваивается общее имя (в иерархии подчинения подразделений предприятия это может быть, например, класс объектов с именем «СТРУКТУРНАЯ ЕДИНИЦА ПРЕДПРИЯТИЯ»;
Создается дополнительный класс объектов, который будет отображать название для отличия каждого узла иерархии данных, например, класс объектов «ТИП СТРУКТУРНОЙ ЕДИНИЦЫ ПРЕДПРИЯТИЯ».
Как вывод, необходимо сделать следующие замечания:
Шаблон имеет один недостаток: классы объектов, находящиеся на всех уровнях иерархии должны иметь одинаковые свойства;
Иерархия, смоделированная как рекурсивная связь, должна быть необязательной в обоих направлениях. Обязательная ветвь, направленная вверх или вниз, создает бесконечную иерархию, не имеющую применения в реальном мире;
Если при преобразовании модели предметной области происходит слияние частей диаграммы в одну, то необходимо найти в предметной области класс объектов «ТИП», который позволит отобразить уникальность каждой части
Пример использования шаблона, моделирующего иерархию данных, приведен на рисунке.
Рисунок - Пример использования шаблон для моделирования иерархии данных.
3 Разрыв связей M:M. Наличие связи M:M в ER - диаграмме допустимо, но необходимо помнить, что это не адекватное отображение предметной области, есть предметная область не дообследована. Необходимо найти класс объектов (сущность), который разорвет такую связь. Как правило, это какой-либо документ, или позиция документа. Например, связь «многие ко многим» между классами объектов «ПОСТАВЩИК» и «ТОВАР» («каждый ПОСТАВЩИК может поставлять много ТОВАРОВ» и «каждый ТОВАР может поставляться разными ПОСТАВЩИКАМИ») может быть разорвана с помощью таких классов объектов, как «ПОЗИЦИЯ НАКЛАДНОЙ», «ПОЗИЦИЯ ПРАЙС - ЛИСТА», «ПОЗИЦИЯ ДОГОВОРА» и другие. На рисунке 11 приведен пример разрыва связи М:М. В роли поставщика в примере выступает юридическое лицо.
Рисунок - Разрыв связи М:М
Необходимо отметить, что классы объектов, разрывающие связь М:М, как правило, содержат свойства, значения которых динамически меняется. Это такие свойства, как «количество», «цена».
Разрыв рекурсивной связи М:М. (Моделирование сетевой структуры)
Такая структура очень распространена в предметной области на первых этапах поектировнаия. Пример 1
Каждый КОМПОНЕНТ может состоять из нескольких КОМПОНЕНТОВ Каждый КОМПОНЕНТ может входить в один или несколько КОМПОНЕНТОВ
Для моделирования использована необязательная рекурсивная связь типа М:М.
Каждое ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО может пользоваться многими ЮРИДИЧЕСКИМИ ЛИЦАМИ для осуществления перевозок
Каждое ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО может оказывать много услуг ЮРИДИЧЕСКИМ ЛИЦАМ по осуществлению перевозок.
Рекурсивную связь "многие_ко_многим" необходимо разбивать, т.к. негде разместить, например, такие свойства как "количество компонентов одного вида для сборки компонента более высокого уровня", "дата перевозки", "количество перевезенных вещей" и т.п., т.е. при более тщательном анализе предметной области можно увидеть такие классы объектов как "Правило сборки" и "Перевозка".
Каждое ПРАВИЛО СБОРКИ применяется к одному
КОМПОНЕНТ для сборки
Каждое ПРАВИЛО СБОРКИ применяется к одному КОМПОНЕНТ, входящему в сборку другого
КОМПОНЕНТ.
Каждый КОМПОНЕНТ может включать много ПРАВИЛО СБОРКИ для входящих в него компонентов.
Каждый Компонент может входить во много
ПРАВИЛО СБОРКИ.
Пример 2
Каждая ПЕРЕВОЗКА должна осуществляться ЮРИДИЧЕСКИМ ЛИЦОМ
Каждая ПЕРЕВОЗКА должна осуществляться для ЮРИДИЧЕСКОГО ЛИЦА Каждое ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО может осуществлять много ПЕРЕВОЗОК Каждое ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО может участвовать во многих ПЕРЕВОЗКАХ как клиент.
Параллельные связи м.б. разной опциональности и типа.
Замечание: с помощью рекурсивных связей моделируются сетевые структуры и их частные случаи
Иерархии.
4 Моделирование ролей. Под ролями человека или организации в предметной области понимаются должности, обязанности, прозвища. В разных классах объектов, представляющих роли объекты могут перекрывать, дублировать друг друга. Например, класс объектов «ВРАЧ» и класс объектов «ПАЦИЕНТ» отображают разные роли человека - один лечит, другой лечится. Но в случае, если врач становится пациентом в той же предметной области, то информация о нем должна быть отображена в классе объектов «ПАЦИЕНТ», два объекта в двух классах объектов будут информационно дублировать, перекрывать друг друга. Роли должны моделироваться с помощью связей, необходимо чтобы объект одного и того же класса объектов мог выступать в нескольких ролях.
Пример неправильного и правильного моделирования ролей приведен на рисунках.
Рисунок - Неправильное моделирование ролей
Рисунок - Правильное моделирование ролей
На рисунке с неправильным моделированием ролей классы объектов «ПОСТАВЩИК» и «ПОТРЕБИТЕЛЬ» выделены отдельно. При возникновении ситуации, что какое-то юридическое лицо станет выступать как в роли поставщика, так и в роли потребителя, модель будет неадекватно отображать предметную область - информация будет продублирована. Правильным моделированием ситуации будет выделение одного класса объектов «ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО», а роли «поставщик» и «потребитель» отобразить в виде соответствующих связей (рисунок с правильным моделированием ролей).
Примеры предметных областей, где необходимо моделировать роли, приведены в таблице 9.
Таблица 9 - Примеры моделирования ролей.
|
Предметная область |
Неправильное моделирование |
Правильное моделирование |
|
Купля-продажа, поставка товара |
Классы объектов: ПОКУПАТЕЛЬ, ПРОДАВЕЦ, ПОСТАВЩИК |
Классы объектов: ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО или ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО. Связи (роли): покупает, продает, поставляет |
|
Образовательное учреждение, обучение |
Классы объектов: АБИТУРИЕНТ, СТУДЕНТ, ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, АСПИРАНТ |
Классы объектов: ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО, РАБОТА ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА, ОБУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА, ТИП ОБУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА, ТИП ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА. Связи (роли): сдает документы, работает, обучается. |
|
Документооборот |
Классы объектов: ВХОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ, ИСХОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ, ПРИКАЗ, РАСПОРЯЖЕНИЕ |
Классы объектов: ДОКУМЕНТ, ПОЗИЦИЯ ДОКУМЕНТА, ТИП ДОКУМЕНТА, ТИП ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДОКУМЕНТА. Связи (роли): относится (к типу) |
На рисунке приведен фрагмент ER-диаграммы, отображающей предметную область «Кадры предприятия». Класс объектов «ПОЗИЦИЯ ПРИКАЗА О ПЕРЕМЕЩЕНИИ» отображает сведения о перемещениях сотрудников (физических лиц) на предприятии, класс объектов «ВИД ПЕРЕМЕЩЕНИЯ» - виды кадровых перемещений - прием, перевод, увольнение и тому подобное. Между классами объектов «ПРИКАЗ О ПЕРЕМЕЩЕНИИ» и «ПОЗИЦИЯ ПРИКАЗА О ПЕРЕМЕЩЕНИИ» присутствуют три связи, две из них - моделируют роли:
- «каждый ПРИКАЗ О ПЕРЕМЕЩЕНИИ должен быть подписан одним сотрудником, являющимся начальником отдела кадров, о чем есть соответствующая информация в классе объектов ПОЗИЦИЯ ПРИКАЗА О ПЕРЕМЕЩЕНИИ», начальник отдела кадров может подписывать много приказов»;
Рисунок - Пример моделирования ролей
- «каждый ПРИКАЗ О ПЕРЕМЕЩЕНИИ должен быть подписан одним сотрудником, являющимся руководителем предприятия, о чем есть соответствующая информация в классе объектов «ПОЗИЦИЯ ПРИКАЗА О ПЕРЕМЕЩЕНИИ», руководитель предприятия может подписывать много приказов».
Представленный на рисунке фрагмент описания предметной области можно назвать шаблоном, который может быть использован для отображения ситуации, когда какие-либо документы подписываются должностными лицами и в базе данных необходимо отслеживать историю - кто и когда из физических лиц и когда, находясь в той или иной должности, визировал тот или иной документ. Это важно, поскольку документы в предметной области отображают, как правило, перемещение (приход, расход) материальных и не материальных объектов (приход, расход товаров на склад, перемещение кадров, движение контингента больных, учет выпущенных в эфир передач и тому подобное).
Скачать лекцию: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.
1.5 ER-моделирование
Моделирование данных – это первый шаг на пути проектирования БД, это переход от объектов реального мира к компьютерной модели БД.
ER-модель служит для объединения различных представлений данных на концептуальном уровне. На основе ER-модели строятся ER-диаграммы, на которых отображаются три основных компонента ER-модели: сущности, атрибуты, связи.
1.5.1 Сущности
Поскольку сущность представляет собой объект реального мира, то слова «сущность» и «объект» часто обозначают одно и то же.
На уровне ER-моделирования под сущностью на самом деле подразумевается набор сущностей (entity set), а не единственная сущность. Иначе говоря, сущность в ER-моделировании соответствует таблице, а не строке в реляционной среде, отдельная строка в ER-модели называется экземпляром сущности (entity instance, entity occurrence). Сущность изображается прямоугольником, в котором записано имя сущности.
1.5.2 Атрибуты
Атрибуты описывают свойства сущности. Например, сущность STUDENT включает в себя атрибуты NSTBIL (№ студенческого билета), FIO (имя студента), KURS (курс) и т.д.
Рис. 1.24. Атрибуты сущности STUDENT в ER-модели.
У атрибутов имеются домены. Домен – это набор возможных значений атрибута. Например, домен для числового значения средней оценки студента может быть записан в виде интервала .
Первичные ключи в ER-модели подчеркиваются. Если имеются несколько первичных ключей, то подчеркиваются все.
Атрибуты могут быть простые и составные. Составной атрибут – это атрибут, который может быть в дальнейшем разделен на несколько атрибутов. Например, атрибут ADRESS (адрес), может быть разделен на STREET (улица), CITY (город) и т.д.
Атрибуты могут быть однозначные и многозначные. Однозначный атрибут – это такой атрибут, который может принимать единственное значений. Например, ИНН может иметь единственное значение у каждого человека. Однозначные атрибуты не обязательно являются простыми. Например, серийный номер 78-03-06-137846 является однозначным атрибутом, но в то же время это составной атрибут, т.к. его можно разделить на регион, в котором изделие было выпущено (78), код города (03), выпускающую смену (06), номер изделия (137846).
Многозначный атрибут – это атрибут, который может принимать несколько значений. Например, человек может закончить несколько ВУЗов, иметь несколько телефонных номеров.
В реляционной СУБД многозначные атрибуты использовать нельзя. Если имеются многозначные атрибуты, то необходимо создать внутри данной сущности несколько новых атрибутов или создать новую сущность, состоящую из компонентов многозначного атрибута.
Производный атрибут – это атрибут, который не нужно хранить в БД, его получают с помощью некоторого алгоритма. Например, возраст служащего можно получить как целое значение разности между текущей датой и датой рождения.
1.5.3. Связи
Связи (relationship) – это ассоциирование. Сущности, участвующие в связи, называются участниками (participants). В качестве названия связей может использоваться глагол или документ. Например, отделом руководит служащий, товары поступают на основании заключенного договора и т.д.
Связи между сущностями в количественном соотношении могут быть «один-к-одному», «один-ко-многим». Для обозначения типов связей используется термин «связность» (connectivity).
Мощность связи (cardinality) выражает определенное число экземпляров сущностей, связанных с одним экземпляром связанной сущности. На ER-диаграмме мощность связи не обозначается, но в прикладном программировании сведения о max и min количествах экземпляров сущности могут пригодиться. Например, группа не может начать занятия, если в ней меньше 10 студентов.
Связи устанавливаются между сущностями. Если сущность зависит от существования одной или более других сущностей, то она зависит от существования (existence – dependent). Например, если сотрудники имеют иждивенцев, то для исчисления налогов можно установить связь «сотрудник имеет иждивенцев». В этом случае сущность «иждивенец» зависит от сущности «сотрудник».
Если сущность может существовать вне других сущностей, то она независима от существования (existence –independent). Например, сущность «деталь» может существовать независимо от сущности «поставщик».
Если одна сущность независима от существования другой сущности, связь между ними называется слабой связью (weak relationship) или неидентифицируемой связью (non – identifying relationship). Слабые связи имеют место, если первичный ключ связанной сущности не содержит первичные компоненты порождающей сущности. Например, имеются две сущности COURSE (курс) и CLASS (группа), описанные как
COURSE (CRS-CODE , DEPT_CODE,…)
CLASS (CLASS-CODE , CRS_CODE,…)
Между этими сущностями существует слабая связь, т.к. атрибут CLASS_CODE является первичным ключом сущности CLASS, в то время как атрибут CRS_CODE сущности CLASS является внешним ключом. Первичный ключ сущности CLASS не наследует компонент первичного ключа из сущности COURSE. Слабая связь изображается на ER-диаграмме штриховой линией.
Сильная связь (strong relationship), также называемая идентифицируемой связью (identifying relationship) имеет место, если связанные сущности зависимы от существования. Сильная связь между двумя сущностями имеет место, когда первичный ключ связанной сущности содержит компонент первичного ключа порождающей сущности. Например, сущности
COURSE (CRS-CODE , DEPT_CODE,…)
CLASS (CRS_CODE , CLASS-SECTION ,…)
Имеют сильную связь, т.к. составной ключ сущности CLASS включает в себя первичный сущности COURSE. На ER-диаграмме сильные связи показываются сплошной линией.
Необходимо иметь в виду, что порядок, в котором таблицы создаются и загружаются, имеет существенное значение. Для данных, например невозможна ситуация, когда внешний ключ таблицы CLASS ссылается на еще не существующую таблицу COURSE. Проблема после последовательности создания таблиц в некоторых СУБД не возникает, пока не загружаются данные. Чтобы избежать нарушения целостности на уровне ссылки, в связи 1:М необходимо загружать сторону «1» независимо от того, является она сильной или слабой.
Участие сущности в связи может быть обязательным или необязательным. Участие сущности необязательно (optional participation), если один экземпляр сущности не требует наличия соответствующего экземпляра сущности в отдельной связи. Например, в связи на курсе (COURSE), создаются группы (CLASS) по крайней мере, на некоторых курсах могут и не создаваться группы. Т.е. экземпляр сущности (строка) в таблице COURSE не требует обязательного наличия соответствующего экземпляра сущности в таблице CLASS. Поэтому сущность CLASS рассматривается как необязательная по отношению к сущности COURSE. Необязательная связь на ER-диаграмме показывается небольшим кружком со стороны необязательной сущности. Существование необязательности указывает на то, что для необязательной сущности min значение мощности связи равно 0.
Участие сущности в связи обязательно (mandatory participation), если один экземпляр сущности обязательно требует соответствующего экземпляра сущности в отдельной связи. Если около сущности не изображен никакой дополнительный символ, то это означает, что данная сущность участвует в обязательной связи со связанной сущностью. Min мощность для обязательной сущности равна 1.
а) Сущность CLASS необязательна для сущности COURSE
б) Сущности COURE и CLASS в обязательной связи.
Рис.1.25. Изображение обязательной и необязательной связей в ER-модели.
В терминах проектирования БД существование сильной связи между порождающей сущностью и связанной с ней сущностью или сущностями ассоциируется со слабыми сущностями.
Слабой сущностью (weak entity) называется сущность, которая удовлетворяет двум условиям:
условию зависимости от существования, т.е. она не может существовать без сущности, с которой она связана;
ее первичный ключ частично или целиком произведен из порождающей сущности данной связи.
В ER-модели слабые сущности изображаются небольшими сегментами в каждом из четырех углов прямоугольника сущности.
Рис. 1.26. Слабая сущность в ER-диаграммах.
Слабая сущность наследует все части первичного ключа своего сильного партнера по связи. Именно проектировщик БД решает, нужно или нет объявлять сущность слабой.
Степень связи (relationship degree) указывает на число ассоциированных сущностей. Унарная связь (unary relationship) существует тогда, когда ассоциация поддерживается внутри единственной сущности. Бинарная связь (binary relationship) существует тогда, когда ассоциируются две сущности. Тернарная связь (ternary relationship) имеет место тогда, когда связываются три сущности. Хотя существуют и более высокие степени связи, они довольно редки и не имеют особых названий.
Если сущность имеет связи с собой, то такая связь называется рекурсивной.
Рис. 1.27. ER-представление рекурсивной связи
Иерархия обобщенных представлений (generalization hierarchy), отображает связи «предок-потомок». В контексте реляционных БД иерархия обобщенных представлений отображает связи между супертипами сущности верхнего уровня и подтипами сущности нижнего уровня. Т.е. супертип содержит совместно используемые атрибуты, в то время как подтип содержит уникальные атрибуты.
Рис. 1.28. Иерархия обобщенных представлений.
Связи наследуются, т.е. подтип сущности наследует атрибуты и связи от супертипа сущности. Например, все пилоты, механики и бухгалтера имеют табельные номера, ФИО, домашний адрес и т.д., но они могут иметь атрибуты, уникальные для их специализации. Другими словами, супертип набора сущностей обычно связан с несколькими уникальными и непересекающимися подтипами набора сущностей. Такие непересекающиеся связи обозначаются буквой ‘G’.
Супертип и подтип(ы) поддерживают связь 1:1. Например, структуру таблицы EMPLOYEE можно заменить двумя таблицами, одна из которых представляет супертип EMPLOYEE, а другая – подтип PILOT.
Некоторые супертипы содержат пересекающиеся (overlapping) подтипы. Например, какой-то сотрудник может быть преподавателем, но в то же время и администратором.
Пересекающиеся связи отображаются символами ‘Gs’.
Рис. 1.29. Иерархия обобщенных представлений с пересекающимися подтипами.
Связь « Один – к одному » Один – к одному. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида соответствует не более одного объекта второго вида, и наоборот. Например: сотрудник может руководить только одним отделом, и у каждого отдела есть только один руководитель.
Связь « Один – ко многим » Один – ко многим (или в обратную сторону Многие – к одному). Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида может соответствовать более одного объекта второго вида, но каждому объекту второго вида соответствует не более одного объекта первого вида. Например: в каждом отделе может быть множество сотрудников, но каждый сотрудник работает только в одном отделе.
Связь « Многие – ко многим » Многие – ко многим. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида может соответствовать более одного объекта второго вида, и наоборот. У этого типа связи иногда бывают собственные атрибуты. Например: каждый счет может включать множество товаров, и каждый товар может входить в разные счета.
Слабая сущность Это сущность, которая не может быть однозначно идентифицирована с помощью собственных атрибутов, а только через связь с другой сущностью. Пусть, например, номер сотрудника является уникальным только в пределах отдела, т. е. в разных отделах могут быть сотрудники с одинаковыми номерами. Уникальной в данном случае будет комбинация атрибутов « НомерСотрудника, НомерОтдела ». Сущность « Сотрудник » является слабой.
Бинарные, тернарные связи Если связь соединяет две сущности, она называется бинарной. Связь может соединять более двух сущностей, например, связь, соединяющая три сущности, называется тернарной: Связь с арностью более 2 обычно имеет тип многие – ко многим по отношению ко всем связанным сущностям.
Пример ER- модели: Контора « Рога и копыта » Описание задачи Контора « Рога и копыта » занимается коммерческой деятельностью по реализации продукции, произведенной из рогов и копыт, и предоставлению магических услуг. Сотрудник организации имеет ФИО, табельный номер, должность. Сотрудники распределены по нескольким отделам. Каждый отдел имеет номер, название и руководителя. Сотрудник не может руководить более чем одним отделом. Организация работает с предприятиями - клиентами. Каждое предприятие имеет название и адрес. С предприятием может быть заключено несколько договоров. Договор характеризуется уникальным номером, датой и типом. Каждый договор курирует некоторый сотрудник. По мере реализации клиенту товаров и услуг по договору с некоторой периодичностью выставляются счета. Счет характеризуется уникальным номером, датой выставления, сроком оплаты и суммой, а также списком реализованных товаров и услуг с указанием их количества. По неоплаченным счетам начисляются пени. Счет может быть оплачен в несколько приемов, каждый платеж характеризуется номером, датой и суммой. Номер платежа уникален в пределах его счета. Цены на товары и услуги могут изменяться со временем.
Пример ER- модели: « Музыканты » Описание задачи Необходимо разработать базу данных для хранения информации о музыкантах, сочинениях и концертах. Музыкант характеризуется именем, датой рождения и страной рождения. Сочинение включает информацию о названии, композиторе и дате первого исполнения. Музыкант может играть на разных инструментах с разной степенью квалификации. Из музыкантов - исполнителей формируются ансамбли. Каждый ансамбль, кроме своих участников, содержит информацию о названии, стране и руководителе. Наконец, исполнения произведений характеризуются датой, страной, городом исполнения, а также ансамблем, дирижером и собственно исполняемым произведением.
17
Еще примеры В учебнике « Базы данных » на сайте
