Структурный подход при разработке инфологической модели

 

Сущность структурного подхода к разработке ИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. При разработке системы "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе целостность теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов. При моделировании предметной области проектировщик разбивает ее на ряд локальных областей, моделирует каждое локальное представление, а затем их объединяет.

Моделирование локальных представлений

Выбор локального представления зависит от масштабов предметной области. Для удобства проектирования желательно использовать в отдельных локальных представлениях шесть - семь сущностей.

Формулирование сущностей

На этом этапе необходимо указать типы объектов, о которых нужно хранить информацию. Иногда это сложно сделать, так как отдельный объект можно представить и в виде сущности, и в виде атрибута и в виде связи. Тогда следует проработать несколько вариантов моделей и выбрать наиболее гибкий.

Каждой выбранной сущности должно быть присвоено четкое наименование. Общее их количество не должно быть большим.

Выбор идентифицирующего атрибута для каждой сущности.

Необходимо для каждой сущности указать идентификатор, позволяющий однозначно распознавать экземпляры сущности. Это один или несколько атрибутов, называемых ключом. Если в наборе атрибутов такого нет, то его надо ввести. Обычно в этом случае для каждого экземпляра сущности вводится внутренний номер, не имеющий смысла вне системы. Он называется суррогатным ключом.

Один и тот же набор объектов может иметь несколько ключей. Один из них является первичным. Это ключ, который однозначно идентифицирует отдельные экземпляры сущности. Первичный ключ должен включать в свой состав минимальное количество атрибутов. Ключ, состоящий их нескольких атрибутов, называется составным.

Назначение сущностям описательных атрибутов

Спецификация атрибутов заканчивается указанием для каждого атрибута множества значений, которые он может принимать. Если это множество бесконечное, то оно задается указанием типа значений (числовой, символьный и пр.) и диапазона значений для чисел и количества символов для алфавитно-цифровых значений.

Спецификация связей

Выявляются зависимости между двумя и более сущностями. Определяется какие из них необходимые, какие избыточные. Каждый тип связи именуется.

Рассмотрим понятие класс принадлежности сущности.

Если каждый экземпляр сущности А связан с экземпляром сущности В, то класс принадлежности сущности А является обязательным. Это отмечается на ER-диаграмме черным кружком, помещённым в прямоугольник, смежный с прямоугольником сущности А.

Если не каждый экземпляр сущности А связан с экземпляром сущности В, то класс принадлежности сущности является необязательным. Это отмечается на ER-диаграмме черным кружком, помещённым на линии связи возле прямоугольника сущности А.

 

Правила преобразования ER-диаграмм в реляционные таблицы

 

Концептуальные модели позволяют более точно представить предметную область, чем реляционные и другие более ранние модели. Но в настоящее время существует немного СУБД, поддерживающих эти модели. На практике наиболее распространены системы, реализующие реляционную модель. Поэтому необходим метод перевода концептуальной модели в реляционную. Такой метод основывается на формировании набора предварительных таблиц из ER-диаграмм.

Для каждой сущности создается таблица. Причем каждому атрибуту сущности соответствует столбец таблицы.

Правила генерации таблиц из ER-диаграмм опираются на два основных фактора – тип связи и класс принадлежности сущности. Изложим их.

Правило 1: Если связь типа 1:1 и класс принадлежности обеих сущностей является обязательным, то необходима только одна таблица. Первичным ключом этой таблицы может быть первичный ключ любой из двух сущностей.

Правило 2: Если связь типа 1:1 и класс принадлежности одной сущности является обязательным, а другой - необязательным, то необходимо построить таблицу для каждой сущности. Первичный ключ сущности должен быть первичным ключом соответствующей таблицы. Первичный ключ сущности, для которой класс принадлежности является необязательным, добавляется как атрибут в таблицу сущности с обязательным классом принадлежности.

Правило 3: Если связь типа 1:1 и класс принадлежности обеих сущностей необязательный, то необходимо построить три таблицы - по одной для каждой сущности и одну для связи. Первичный ключ сущности должен быть первичным ключом соответствующей таблицы. Таблица для связи среди своих атрибутов должна иметь ключи обеих сущностей.

Правило 4: Если связь типа 1:М и класс принадлежности сущности на стороне М является обязательным, то необходимо построить таблицу для каждой сущности. Первичный ключ сущности должен быть первичным ключом соответствующей таблицы. Первичный ключ сущности на стороне 1 добавляется как атрибут в таблицу для сущности на стороне М.

Правило 5: Если связь типа 1:М и класс принадлежности сущности на стороне М является необязательным, то необходимо построить три таблицы - по одной для каждой сущности и одну для связи. Первичный ключ сущности должен быть первичным ключом соответствующей таблицы. Таблица для связи среди своих атрибутов должна иметь ключи обеих сущностей.

Правило 6: Если связь типа М:N, то необходимо построить три таблицы - по одной для каждой сущности и одну для связи. Первичный ключ сущности должен быть первичным ключом соответствующей таблицы. Таблица для связи среди своих атрибутов должна иметь ключи обеих сущностей.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Что называется концептуальной моделью?
2. Какие базовые понятия используются на этапе концептуального проектирования?
3. Какие задачи решаются на этапе концептуального проектирования?
4. Перечислите шаги концептуального проектирования.
5. Что называется сущностью и экземпляром сущности?
6. Что называется атрибутом сущности и экземпляром атрибута?
7. Что называется связью между сущностями?
8. Дайте определение понятию «класс принадлежности сущности».
9. На какие факторы опираются правила генерации таблиц из ER-диаграмм?
10. Опишите типовую пошаговую процедуру преобразования диаграммы «сущность - связь» в реляционную схему базы данных.

Лекция 9. Нормализация БД

План:

1. Понятие нормализации
2. Первая нормальная форма
3. Вторая нормальная форма
4. Третья нормальная форма
5. Высшие нормальные формы

 

При проектировании БД могут появиться нежелательные свойства, такие как избыточность, аномалии обновления, аномалии включения, аномалии уда­ления и др. Для уменьшения нежелательных характеристик БД к схемам отношений применяют процедуры нормализации.

Нормализация - это разбиение таблицы на две или более, обладающие лучшими свойствами при включении, изменении и удалении данных. Окончательная цель нор­мализации сводится к получению такого проекта базы данных, в котором каждый факт появляется лишь в одном месте, т.е. исключена избыточность информации. Это делается не столько с целью экономии памяти, сколько для исключения возмож­ной противоречивости хранимых данных.

Нормализация – это процесс разделения информации на структурные единицы, т.е. таблицы.

Нормализация БД должна быть выполнена с учётом следующего правила: таблицы, которые содержат повторяющуюся информацию, для устранения дублирования значений должны быть разделены на отдельные таблицы, что приводит к сокращению размеров БД.

В теории реляционных баз данных вводятся понятия так называемых “нормальных форм” — требований к организации данных в таблицах.

Нормальные формы нумеруются последовательно, по мере ужесточения требований. В правильно спроектированной БД таблицы находятся как минимум в третьей нормальной форме.

Так же можно сказать, что процесс нормализации представляет собой приведение таблиц к требуемому уровню нормальности: первый, второй и третий. Каждый уровень нормальности соответствует определённой нормальной форме.

Теория нормализации основана на концепции нормальных форм. Говорят, что таблица находится в данной нормальной форме, если она удовлетворяет определен­ному набору требований. Теоретически существует пять нормальных форм, но на практике обычно используются только первые три. Первые две нормальные формы являются промежуточными шагами для приведения базы данных к третьей нормаль­ной форме.