Базовые понятия

Лекция 3. Инфологическое(концептуальное) моделирование. ER-диаграмма.

В лекции дается описание процедур для построении концептуальной модели предметной области используя нотации Er-диаграмм. Дается определение базовых понятий нотации.

При разработке концептуальной модели, прежде всего, следует определить сущности. С этой целью нужно сделать следующее:

· необходимо понять, какая информация должна храниться и обрабатываться и можно ли это определить как сущность;

· присвоить этой сущности имя;

· выявить атрибуты сущности и присвоить им имя;

· определить уникальный идентификатор сущности.

Выявив сущности, необходимо определить, какие связи имеются между ними.

При определении связей (естественно, рассматриваем только те связи, которые имеют отношение к решаемым задачам обработки данных) необходимо учитывать следующее:

· то, как экземпляр одной сущности связан с экземпляром другой сущности;

· то, как должны быть установлены связи, чтобы была возможность ответа на все запросы пользователей (исходя из их информационных потребностей).

Далее необходимо присвоить связям имена и определить тип связей.

На втором этапе построенные локальные модели объединяются в обобщенную концептуальную модель.

Иллюстрацию вводимых понятий и этапов проектирования базы данных будем проводить на примере близкой для читателя конкретной предметной области: представление данных о студентах вуза, Дадим краткое описание рассматриваемой предметной области. В вузе имеется несколько факультетов, на каждом их которых ведется подготовка по нескольким специальностям или направлениям. Для каждой специальности на факультете есть свой учебный план, в котором приводится перечень изучаемых учебных курсов с указанием количества часов занятий. Студенты изучают соответствующие дисциплины, сдают экзамены и зачеты, получают оценки.

Чаще всего концептуальная модель представляется в виде диаграммы сущностей – связей (entity – relationship) или ER-диаграммы. Процесс построения ER-диаграммы называется ER-моделированием.

ER-модель (entity-relationship)

Работа с базой данных начинается с построения модели. Наиболее распространенной является ER-модель (entity-relationship model) - модель " Сущность-связь".
Для " ручного" построения ER -модели на практике будем использовать простую систему обозначений, предложенную Питером Ченом (обозначения, встречающиеся в разных источниках, могут отличаться от нижеприведенных):

Базовые понятия

Основной концепцией ER-модели является тип сущности (entity type), который представляет группу объектов реального мира, обладающих одинаковыми свойствами.

Сущность (объект) некоторый элемент, относящийся к конкретной предметной области, т.е. это все то, что может быть представлено в БД.

Если в системе обрабатывается информация о факультетах, сущностью будет являться факультет, если о студентах, сущность – студент и т.п.

Экземпляры сущности - это конкретный экземпляр класса сущности.

Рис. 7.. Класс сущностей и экземпляр сущности

Атрибут- характеристика объекта. Атрибут – поименованное свойство (характеристика) сущности. Атрибут представляет собой информационное отображение свойства сущности и принимает конкретное значение из множества допустимых значений. Так, например, для сущности ФАКУЛЬТЕТ атрибут «название» у конкретного экземпляра сущности принимает конкретное значение «вычислительной математики и кибернетики». Таким образом, атрибут представляет информационное описание количественных или качественных свойств сущности, описывает состояние сущности, позволяет идентифицировать сущность. Информация о сущности представляется совокупностью атрибутов. Такую совокупность атрибутов часто называют записью об объекте.

Домен атрибута - множество допустимых значений атрибута.
Объект и его атрибуты соединяются ненаправленными дугами.

Некоторые атрибуты сущности уникальным образом идентифицируют сущность - это первичные ключи. Напомним, что каждый экземпляр сущности должен уникально идентифицироваться (иметь уникальный идентификатор). Так как могут быть несколько студентов с одинаковой фамилией, введем дополнительный атрибут «код студента». У сущностей ФАКУЛЬТЕТ и СПЕЦИАЛЬНОСТЬ атрибут «номер» является уникальным идентификатором.

Первичный ключ - атрибут или группа атрибутов, однозначно идентифицирующих объект. Первичный ключ может состоять из нескольких атрибутов, тогда подчеркивается каждый из них.

Первичный ключ, который включает более одного атрибута–называется множественным (комбинированным, составным). Остальные ключи, которые можно использовать в качестве первичных называют потенциальными (альтернативными).

Взаимосвязь - ассоциативная связь между объектами.

Тип связи-набор осмысленных ассоциаций между сущностями разных типов.

Тип связи (relationship type) является набором ассоциаций между одним (или несколькими) типами сущностей, участвующими в этой связи. Каждому типу связи присваивается имя, которое должно описывать его назначение. В качестве примера типа связи можно указать связь POwns (Владеет недвижимостью) между сущностями PrivateOwner (Владелец недвижимости) и Proper tyForRent(Объект недвижимости).

Как и при использовании понятий сущности и типа сущности, необходимо различать понятия " экземпляр связи" и " тип связи".

Экземпляр связи - однозначно идентифицируемая ассоциация, которая включает по одному экземпляру сущности из каждого участвующего в связи типа сущности.

· Связи между объектами могут быть 3-х типов:
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. Примером является связь между классами сущностей ФАКУЛЬ­ТЕТ и УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ ДЛЯ ФАКУЛЬТЕТА (каждому факультету соответствует свой учебный план по специальности или направлению).

· Один - ко многим. 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. Примером является связь между классами сущностей ФАКУЛЬТЕТ и СТУДЕНТ (на одном факультете учатся много студентов).

· Многие - ко многим. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида может соответствовать более одного объекта второго вида, и наоборот. Например: каждый счет может включать множество товаров, и каждый товар может входить в разные счета. При­мером является связь между классами сущностей ФАКУЛЬТЕТ и СПЕЦИАЛЬНОСТЬ (на факультете может быть несколько специальностей и одна и таже специальность может быть на нескольких факультетах).

Рис8

Ромб связи и прямоугольник объекта соединяются ненаправленными дугами в сторону " ко многим" и направленными в сторону " к одному".

Связь может соединять сущность саму с собой, например:

Если связь соединяет две сущности, она называется бинарной. Связь может соединять более двух сущностей, например, связь, соединяющая три сущности, называется тернарной:

Иногда используют также понятие " 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 " номер сотрудника, номер отдела". Сущность " Сотрудник" является слабой.

На схеме слабые сущности обозначаются двойными линиями.

Иногда для более удобной классификации используются так называемые подтипы сущностей. Их обозначают с помощью треугольника с надписью " есть" (т.е., " является"). Пусть, например, среди контрагентов могут быть как физические, так и юридические лица. Поскольку они имеют разные атрибуты, то удобно создать для них подтипы:

Сущность " Контрагент" является надтипом для своих подтипов.