Модернизированный алгоритм проектирования БД

С учетом изложенного алгоритм декомпозиционного проектирования БД включает следующие этапы:

1. Построение универсального отношения для БД.

2.Определение всех ФЗ, существующих между атрибутами универсального отношения.

3.Удаление всех избыточных ФЗ из исходного набора ФЗ с целью получения минимального покрытия. Эта процедура проводится путём поочередного удаления избыточных ФЗ с последующей проверкой получаемого на каждом шаге набора ФЗ на наличие хотя бы одной избыточной ФЗ.

4. Использование ФЗ из минимального покрытия для декомпозиции универсального отношения в набор НФБК -отношений.

5.Определение того, находятся ли полученные отношения в НФБК. Если да, то проектирование завершается, если нет, то отношения не находящиеся в НФБК должны быть разложены на два отношения.

5.Повторение шага 5 для каждого нового отношения, полученного в результате декомпозиции. Проектирование завершается, когда все отношения будут находиться в НФБК.

7. Если может быть получено более чем одно минимальное покрытие, то осуществляется сравнение результатов, полученных на основе различных минимальных покрытий, с целью определения варианта, лучше других отвечающего требованиям пользователя.

При использовании алгоритма декомпозиции следует помнить о нежелательности проекции, порождаемой ФЗ, у которой зависимостная часть является детерминантом другой ФЗ; также повышенное внимание требуется в тех случаях, когда зависимостная часть ФЗ зависит более чем от одного детерминанта. В любом из этих случаев может быть утеряна ФЗ из БД. Если в процессе декомпозиции достигнуто состояние, в котором проецирование, не влекущее за собой потерь ФЗ, становится невозможным, проектировщик должен будет сделать выбор из двух альтернатив: 1 - выбор оставшихся ФЗ и создание одного отношения для каждых детерминанта и набора зависящих от него атрибутов; 2 - изменение порядка ранее проведенных декомпозиций, ведь алгоритм проектирования не ведет к единому решению.

Метод ER - проектирования

Если число атрибутов проектируемой БД превышает 20, декомпозиционный метод проектирования становится излишне громоздким. В этом случае следует обратить внимание на другие методы. Один из таких методов называется "сущность-связь" или ER - методом. Он отличается от метода декомпозиции тем, что ФЗ привлекаются не на начальном, а на конечном этапе проектирования.

Сущности и связи

Представление о методе можно получить с помощью специально подобранного примера. Предположим, что проектируется БД, предназначенная для хранения информации о преподавателях института и о тех дисциплинах, которые они читают. Двумя главными объектами, или сущностями, представляющими в данном случае интерес, являются ПРЕПОДАВАТЕЛЬ и ДИСЦИПЛИНА. Эти две сущности соотносятся с помощью связи ЧИТАЕТ, что позволяет нам сказать ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ЧИТАЕТ ДИСЦИПЛИНА.

Это утверждение может быть представлено графически.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ЧИТАЕТ ДИСЦИПЛИНА

 

П1 Д1

П2 Д2

П3 Д3

П4 Д4

 

Рис. 15. Пример диаграммы ЕR - экземпляров.

Графическое изображение, приведенное на рис.15, называют диаграммой ЕR – экземпляров. Она показывают, какую в точности дисциплину читает каждый преподаватель. В этом примере каждый преподаватель идентифицируется номером преподавателя (нп), и каждая дисциплина - номером дисциплины (нд).

Рис.16. называется диаграммой ЕR - типа и содержит ту же общую информацию, которая содержится на рис.15.

1 1

				Дисциплина

 

нп…. нд….

Рис.16. Пример диаграммы ЕR - типа

В то же время, хотя это может показаться неочевидным на данный момент, рис. 16 содержит всю информацию, необходимую для генерации отношений первого уровня проектирования БД.

Остановимся на некоторых терминах, используемых в дальнейшем.

Сущность. Сущность определяется как некоторый объект, представляющий интерес для пользователя. Этот объект должен иметь экземпляры, отличающиеся друг от друга и допускающие однозначную идентификацию.

Единственный определяющий признак, который может помочь в нахождении сущностей, состоит в том, что сущность - это как правило существительное. Примерами сущностей могут служить машины, банковские счета, институты, школы, служащие, контракты и т.д. На рис. 15 и 16 сущностями являются ДИСЦИПЛИНА и ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, в то время как отдельные экземпляры каждой сущности идентифицируются с помощью номера - дисциплины и номера - преподавателя соответственно.

Связь. Связь представляет собой соединение между двумя или более сущностями. При поиске связей в основном следует полагаться на то обстоятельство, что связь обычно выражается глаголом. Типичными примерами связей между двумя сущностями являются: служащие РАБОТАЮТ в отделах, студенты ИЗУЧАЮТ учебные дисциплины, рабочие ОБСЛУЖИВАЮТ механизмы и т. д.

Тесно связано с предыдущими третье важное понятие, обсуждавшиеся ранее, а именно атрибут. Атрибут, есть свойство сущности. Например, атрибутами, могущими быть свойствами сущности ДИСЦИПЛИНА, являются: номер дисциплины, семестр в котором она преподавалась, предыдущая дисциплина, на которую она базируется, число часов на дисциплину и т.д. Атрибутами сущности ПРЕПОДАВАТЕЛЬ являются: номер - преподавателя, ученая степень, ученое звание, стаж работы и т. д.

Возвращаясь к рис. 15 и 16 отметим, что на диаграмме ER - экземпляров названия всех сущностей помещены над экземплярами этих сущностей и в них использованы прописные буквы, в то время как каждый экземпляр сущности идентифицируется значениями атрибута. Так ДИСЦИПЛИНА является сущностью, а Д1 - конкретным экземпляром сущности. Связь также именуется, и ее название, составленное из прописных букв, размещается над экземплярами связи, при этом экземпляр каждой отдельной связи специфицируется линией между теми двумя экземплярами сущностей, которые эта связь соединяет. Экземпляр связи между Д2 и П3, например, означает, что преподаватель с номером П3 читает дисциплину с номером Д2.

В некоторых случаях может понадобиться набор атрибутов для идентификации каждого экземпляра сущности. Атрибут, или набор атрибутов, используемый для идентификации экземпляра сущности, называется ключом сущности. Каждый экземпляр связи однозначно определяется набором ключей сущностей, соединяемых этой связью.

При ER-методе на начальном этапе проектирования естественными требуемыми атрибутами являются те, которые необходимы для формирования ключей сущностей. Другие атрибуты вместе с определенными для них ФЗ потребуются на более поздних этапах проектирования.

На диаграммах ER - типа (рис. 16) сущности представляются в виде прямоугольников, а связи в виде ромбов. Ниже каждой сущности размещается атрибут, или набор атрибутов, являющийся ключом сущности для данной сущности. Значение цифры "1" на диаграмме и маленьких сплошных кружков будут обсуждены далее.

В большинстве случаев для определения набора отношений проектируемой БД используются диаграммы ER - типа, а не диаграммы экземпляров.

Степень связи

Важной характеристикой связи между двумя (и более) сущностями является степень связи. Это понятие рассмотрим на расширенном примере данных, приведенных на рис. 17.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ЧИТАЕТ ДИСЦИПЛИНА

П1 Д1

П2 Д2

П3 Д3

П4 Д4

а) Степень связи равна 1:1 и класс принадлежности ни одной из сущностей не является обязательным.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ЧИТАЕТ ДИСЦИПЛИНА

 

П1 Д1

П2 Д2

П3 Д3

Д4

б) Степень связи равна 1:1 и класс принадлежности сущности ПРЕПОДАВАТЕЛЬ является обязательным.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ЧИТАЕТ ДИСЦИПЛИНА

 

П1 Д1

П2 Д2

П3 Д3

П4

в) Степень связи равна 1:1 и класс принадлежности сущности ДИСЦИПЛИНА является обязательным.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ЧИТАЕТ ДИСЦИПЛИНА

 

П1 Д1

П2 Д2

П3 Д3

П4 Д4

г) Степень связи равна 1:1 и класс принадлежности обоих сущностей является обязательным.

Рис. 17. Различные классы принадлежности для случая

степени связи 1:1.

Рис. 17 иллюстрирует все возможные формы диаграммы ER - экземпляров, которые могли бы существовать между сущностями ПРЕПОДАВАТЕЛЬ и ДИСЦИПЛИНА в том случае, когда степень связи равна 1:1. Каждая диаграмма представляет собственный набор возможных правил функционирования учебного заведения. Только одна из этих диаграмм может быть истинной для заведения в каждый момент времени. Перечень правил, которых следует придерживаться для соответствия каждой диаграмме, представленной на рис. 17 формулируется следующим образом:

Рис. 17, а. Каждый преподаватель читает не более одной дисциплины, и каждая дисциплина читается не более чем одним преподавателем. Допускается наличие преподавателей, не читающих ни одной дисциплины, а также дисциплин не читаемых вовсе. Таким образом, ни один преподаватель не должен читать более одной дисциплины, и на одна дисциплина не должна читаться более чем одним преподавателем.

Рис. 17,б. Каждый преподаватель читает только одну дисциплину, а каждая дисциплина читается не более чем одним преподавателем. Допускается наличие дисциплин не читаемых вовсе.

Рис. 17, в. Каждый преподаватель читает не более одной дисциплины, а каждая дисциплина читается только одним преподавателем. Допускается наличие преподавателей, не читающих ни одной дисциплины.

Рис. 17, г. Каждый преподаватель читает только одну дисциплину, и каждая дисциплина читается только одним преподавателем.

Тот факт, что каждый экземпляр сущности, расположенный как в левой, так и в правой частях диаграммы, связывается максимально с одним экземпляром сущности, расположенным в противоположной части диаграммы, дает основание определить каждую из диаграмм экземпляров, приведенных на рис. 17, как имеющую степень связи 1:1.

Различия между диаграммами, показанными на рис.17, являются следствием того, должны или не должны все экземпляры сущности участвовать в связи. На рис.17,а не выставляется требование участия всех экземпляров обоих сущностей в связи. На рис.17,б все экземпляры преподавателей обязательно должны участвовать в связи, а экземпляры дисциплин - не обязательно. На рис.17,в требуется участие в связи каждого экземпляра дисциплины и допускается неучастие некоторых экземпляров преподавателей. На рис.17,г требование обязательного участия в связи накладывается на все экземпляры обоих сущностей.

Рис.18 иллюстрирует возможность более компактной формы представления информации, приведенной на рис.17.

1 1

 

 

нп …. нд ….

а)

1 1

 

 

нп …. нд …

б)

1 1

 

 

нп …. нд …

в)

1 1

 

 

нп …. нд …

г)

Рис. 18. Диаграммы ER-типа, соответствующие

диаграммам экземпляров, приведенных на рис.17.

Если экземпляры данной сущности должны участвовать в связи, то участие называется обязательным и этот факт отмечается помещением маленького сплошного кружка в блок, смежный с блоком сущности. Если экземпляры данной сущности могут не участвовать в связи, то участие называется необязательным и кружок внутрь маленького блока не заносится. Класс принадлежности сущности должен быть либо обязательным, либо не обязательным и определяется правилами, регламентирующим деятельность организации. Единицы в обеих частях связей, показанных на рис.18, говорят о том, что степени всех связей относятся к типу 1:1.

В диаграммах ER-типа непосредственно под блоком каждой сущности выписывается и выделяется подчеркиванием ключ этой сущности: нп (номер-преподавателя) для сущности ПРЕПОДАВАТЕЛЬ и нд (номер-дисциплины) для сущности ДИСЦИПЛИНА. Точки, расположенные вслед за каждым из этих атрибутов, указывают на то, что никакие другие возможно имеющиеся атрибуты соответствующей сущности не могут быть частью ее ключа. Эти другие атрибуты будут добавлены после разработки отношений.

Ни одно из правил, регламентирующих работу организации и используемых при составлении диаграмм представленных на рис. 17 и 18, не допускает чтения преподавателем более одной дисциплины, а также чтение одной дисциплины более чем одним преподавателем. Для большинства учебных заведений дело обстоит иначе. Ниже приводятся другие наборы правил, принятых во многих учебных заведениях.

СЛУЧАЙ 1. Каждый преподаватель может читать одновременно несколько дисциплин, но каждая дисциплина читается не более чем одним преподавателем.

СЛУЧАЙ 2. Каждый преподаватель читает не более одной дисциплины, но каждая дисциплина может читаться сразу несколькими преподавателями.

СЛУЧАЙ 3. Каждый преподаватель может читать несколько дисциплин и каждая дисциплина может читаться несколькими преподавателями.

Каждый из этих случаев имеет несколько подвариантов, а именно класс принадлежности может быть обязательным или необязательным - для одной из двух, ни для одной или для обеих сущностей. Отметим, что случаи 1 и 2 симметричны по форме.