🗊Презентация Концептуальное проектирование. Метод «сущность-связь» (лекция 5)

МДК.02.02 Технология разработки и защиты баз данных Тема 2.1 Проектирование и реализация баз данных Лекция 5 Концептуальное проектирование. Метод «сущность-связь» Говоров А.И., Говорова М.М. Университет ИТМО 2014-2015

1.1. Системный анализ предметной области 2 подхода к определению состава и структуры предметной области: функциональный подход – проектирование начинается с анализа задач и функций, обеспечивающих реализацию информационных потребностей; объектный подход – информационные потребности пользователей (задачи) жестко не фиксируются, а основное внимание сосредоточено на выделении существенных объектов – предметов и связей, информация о которых может быть использована в прикладных задачах пользователя.

1.2. Цель системного анализа предметной области Цель системного анализа предметной области как этапа проектирования – выделить предметную область как систему объектов и их взаимосвязей, определив при этом функционально-информационные требования к их последующему представлению в виде системы взаимосвязанных данных.

2. Инфологическое проектирование и семантическая модель Фаза реализации: анализ данных. Семантическая модель предметной области базируется на анализе свойств и природы объектов предметной области и информационных потребностей будущих пользователей. Объект моделирования: предметная область будущей системы. Результат: инфологическая модель предметной области (часто называют концептуальной моделью). Инфологическая модель (ИМ)обобщенно представляет информационные потребности пользователей в части использования хранимых данных и является средством коммуникации разработчиков и пользователей на разных стадиях жизненного цикла базы данных.

3. Требования к средствам представления ИМ Независимость от среды (оборудования). Адекватность отображения предметной области. Формализованность, обеспечивающая возможность автоматизированной обработки. Дружественность, обеспечивающая возможность использования наглядных графических средств отображения и обработки их пользователем.

4. Компоненты инфологической модели Описание объектов и связей между ними (метод «сущность-связь»). Система атрибутов и средств описания предметной области. Например: лингвистические свойства языка (синтаксис и т.д.), используемого для вербального представления объеrта; логические (алгоритмические) связи между показателями; Ограничения целостности, определяющие допустимость значения отдельных полей и взаимосвязей на уровне семантики содержимого БД, так и физической структуры (отдельных файлов данных и взаимосвязей между ними). Описание информационных потребностей пользователей, например, в виде типовых запросов, отражающих процедурные особенности обращения к данным.

Нотации «сущность-связь» (http://www.mstu.edu.ru/study/materials/zelenkov/ch_2_4.html) Питера Чена (1976); Мартина (1990); IDEF1X (1993); Баркера; (UML).

Компоненты модели «сущность-связь» (нотация Чена)

Сущности Класс сущностей – совокупность однотипных сущностей, которая описывается структурой или форматом сущностей, его составляющих. Содержит множество экземпляров сущности. Например: студент, клиент, сотрудник. Экземпляр сущности – конкретная сущность в наборе, которая описывается значениями атрибутов этой сущности. Например: класс Клиент содержит множество экземпляров по одному на каждого клиента.

Сущность: класс и экземпляры, атрибуты (пример сущности Клиент)

Классификация сущностей: расширенная нотация Чена (Кириллов В.)

Изображение сущностей и свойств на диаграммах «сущность-связь»

Ключи Ключ (возможный ключ) – минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. !Каждая сущность должна обладать хотя бы одним возможным ключом. Ключ: естественный (выбирается из возможных); суррогатный (не связан с информационным содержанием сущности, создается принудительно).

Первичный ключ Первичный ключ – один из возможных ключей. Правила: минимальное число атрибутов; уникальность; не допускается неопределенное значение (NULL). Рекомендации: нецелесообразно использовать ключи с длинными текстовыми значениями; при наличии составного первичного ключа вводить суррогатный ключ

О внешних ключах Если сущность С (ассоциация) связывает сущности А и В, то она должна включать внешние ключи, соответствующие первичным ключам сущностей А и В (идентифицирующая связь между независимой и зависимой сущностью: А,В – независимые, С – зависимая). Если сущность В (характеристика) характеризует сущность А, то сущность В должна включать внешний ключ, соответствующий первичному ключу сущности А (идентифицирующая связь между независимой и зависимой сущностью). Если сущность В (обозначение) поясняет сущность А, то сущность А должна иметь внешний ключ, соответствующий первичному ключу сущности В (неидентифицирующая связь между независимыми сущностями).

Связи Класс связей выражает взаимоотношения между классами сущностей. Связи могут иметь атрибуты и участвовать в других связях. Класс связей содержит множество экземпляров связи. Примеры классов связей: студент-преподаватель (обучение), клиент-товар (заказ), сотрудник-фирма (работает). Экземпляр связи выражает взаимоотношения между экземплярами сущностей. Степень связи – количество классов сущностей, участвующих в связи(2 класса – бинарная связь, 3 класса – тернарная связь). Связи между сущностями одного и того же класса называются рекурсивными.

Связи (3 типа бинарных связей)

Кардинальность связей Отражает то, как экземпляры сущностей взаимодействуют между собой. Различают: Максимальная кардинальность связи (или тип связи); Минимальная кардинальность связи.

Максимальная кардинальность связи (тип связи) Максимальное кардинальное число – показывает максимальное число экземпляров сущности, участвующих в связи (1 или М). Например: студент-общежитие – студент имеет максимальное кардинальное число М (много), общежитие – 1 (один). Совокупность двух максимальных кардинальных чисел определяет максимальную кардинальность (или тип!) связи: 1:1 (один-к-одному) 1:М (один-ко-многим) М:М (или М:N) (многие-ко-многим)

Минимальная кардинальность связи Минимальное кардинальное число – показывает минимальное число экземпляров сущности, участвующих в связи (0 или 1). Например: чтобы показать, что сущность обязана участвовать в связи, на линию связи помещают |, если нет – 0. Связь «студент-общежитие»: студент имеет минимальное кардинальное число 1 (т.е. сущность Общежитие д.б. связана как минимум с одной сущностью Студент), общежитие – 0 (Студент не обязан иметь связь с сущностью Общежитие). Совокупность двух минимальных кардинальных чисел определяет минимальную кардинальность связи (1:0, 0:0, 1:1). Минимальное кардинальное число интерпретируется как класс принадлежности сущностей: 0 (0)– необязательный класс (хотя бы один экземпляр сущности не участвует в связи); 1 (|) – обязательный класс (каждый экземпляр сущности участвует в связи).

Подтипы (категории) сущностей Сущности, которые имеют необязательные наборы атрибутов, могут быть представлены с помощью подтипов (категорий). Цель использования: избежать ситуаций, при которых некоторые атрибуты должны иметь нулевые (NULL) значения. Сущность, порождающая подтипы, называется надтипом. Наследование – характристика иерархии обобщений для подтипов, которая означает, что подтипы классов сущностей наследуют атрибуты от надтипа.

Этапы моделирования ИЛМ 1. На основе анализа предметной области определить входные и выходные данные системы и выделить то, что подлежит хранению в БД. Выделить стержневые и характеристические сущности. Выделить связи, в том числе ассоциации (на уровне сущностей). Выделить атрибуты сущностей, первичные и внешние ключи.

Пример проектирования ИЛМ: виртуальный лабораторный практикум (ВЛП) Определение входных и выходных данных Исходной информацией для формирования входных и выходных данных ресурса являются персональные данные пользователей и описание лабораторных заданий по отобранной тематике. Таким образом, входными данными являются данные, хранящиеся в базе данных ресурса: персональные данные пользователей системы (обучающихся, преподавателей, администраторов); данные, необходимые для регистрации и авторизации пользователей (логин, пароль); описание лабораторных заданий, включающее общее описание задания, набор ip-адресов для индивидуальных вариантов, логин и пароль для подключения клиентского ПК к серверу, набор ключевых слов–эталонов для проверки корректности выполненных заданий (для каждого варианта). Выходными данными являются результаты выполнения заданий, на основании которых формируется статистика для преподавателя и обучающихся.

Проектирование модели данных Первым этапом моделирования БД является этап анализа данных и семантического моделирования, на котором формируется инфологическая модель данных. При построении инфологической модели данных использовался метод «сущность-связь» (метод ER-диаграмм Питера Чена, комбинированная нотация Питера Чена и Мартина, http://www.mstu.edu.ru/study/materials/zelenkov/ch_2_4.html). Анализ входных и выходных данных показал, что в предметной области можно выделить следующие сущности: Пользователь (User) (атрибуты: идетификатор (id-st – первичный ключ), ФИО (fio), имя_учетной записи (login), пароль_к_ учетной записи (password), студенческая_группа (st_gr), статус (status)); Лабораторная_работа (labs) (атрибуты: идентификатор_ лабораторной_работы (id-lab – первичный ключ), заголовок работы (head_lab), текст работы (text_lab)); Вариант_лабораторной_работы (var_lab) (атрибуты: идентификатор_варианта_лабораторной_работы (id_varlab – первичный ключ), ip-адрес_варианта_лабораторной_работы (ip_address), ключевое_слово (key_word), идентификатор_лабораторной_работы (id_vl – внешний ключ)); Выполнение (study) (атрибуты: идентификатор (id_st - первичный ключ), результат (result), статус (status), пользователь (user), вариант_лабораторной_работы (var_lab), дата_выполнения (date_st).

Инфологическая модель данных ВЛП

Сущности в ИЛМ для ВЛП сущности «Пользователь» и «Вариант_лабораторной_работы» являются стержневыми; сущность «Лабораторная_работа» является обозначающей для сущности «Вариант_лабораторной_работы»; сущность «Выполнение» является ассоциацией между сущностями «Пользователь» и «Вариант_лабораторной_работы».

Литература [5], с. 60-79. [1], с. 14-29.