楊明

摘要：本文以高職院校教務(wù)管理業(yè)務(wù)作為原型基礎(chǔ)，通過該實例詳細介紹了E-R建模技術(shù)。包含如何標識實體，確定實體和實體之間的關(guān)系，以及區(qū)分實體間的關(guān)系是一元、二元還是多元關(guān)系，以及關(guān)系的多樣性約束。進而確定實體和關(guān)系的屬性，并特化/泛化實體，最后給出了完整的E-R模型。

關(guān)鍵詞：E-R模型；實體；關(guān)系

在完成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需求分析和整體結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，就要開始進行數(shù)據(jù)庫的設(shè)計工作。首先要提及什么是設(shè)計方法學(xué)：一種結(jié)構(gòu)化的方法[1]，通過技術(shù)、文檔和相關(guān)工具來精簡設(shè)計的過程。數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法由相關(guān)步驟組成，它們在工程的各個階段使用合適的技術(shù)，來幫助我們規(guī)劃、管理、控制和評價數(shù)據(jù)庫開發(fā)過程。

一、E-R模型

教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計，即完成E-R模型[2]，良好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計對于達到良好的性能非常重要，有多種數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法，本文采用自頂向下數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法[3]。自頂向下的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法首先開發(fā)出包含高層抽象的數(shù)據(jù)模型，然后連續(xù)的、自定向下的細化底層的實體、聯(lián)系和關(guān)聯(lián)屬性。

二、E-R模型應(yīng)用

我們將創(chuàng)建E-R模型，以支持教務(wù)管理系統(tǒng)的事務(wù)，但要保證該模型有最小冗余度。這個步驟目的是輸出一個ER模型，并確定這個ER模型能準確的表達對數(shù)據(jù)的需求。每一個模型將包括以下組件：實體，關(guān)系，屬性和屬性域，主鍵，備用鍵和完整性約束。

（一）標識需要的實體

該步驟就是要定義教務(wù)管理系統(tǒng)的主要對象，這些對象就是數(shù)據(jù)模型中的實體。教務(wù)管理系統(tǒng)有如下實體：學(xué)生、教師、學(xué)生課表、教師課表、學(xué)生成績單、成績管理人員、排課管理人員、學(xué)籍管理人員、班級、專業(yè)、公共課專業(yè)課任務(wù)清單、公選課任務(wù)清單、體育選項任務(wù)清單、上課地點清單、體育選項管理人員、公選課管理人員、教學(xué)計劃任務(wù)管理人員。標識實體后，將實體記錄到數(shù)據(jù)字典中。

（二）標識關(guān)系

標識實體間存在的重要關(guān)系。在這一步中，我們只關(guān)心實體間必須的關(guān)系，例如，一個班級包含很多學(xué)生，一個學(xué)生只在一個班級內(nèi)。雖然有些實體之間也存在關(guān)系，但是這些關(guān)系不是必須的，可以從其它實體間接得到，例如一個專業(yè)包含很多學(xué)生，一個學(xué)生只在一個專業(yè)內(nèi)。因為專業(yè)和班級也有關(guān)系，學(xué)生和專業(yè)的關(guān)系可以從班級和專業(yè)的關(guān)系中得到，所以學(xué)生和專業(yè)的關(guān)系不是必須的。

標識完實體的關(guān)系后，接下來就要確定關(guān)系的種類，即多樣性約束，例如班級和學(xué)生的關(guān)系，每個班級有多名學(xué)生，而一名學(xué)生只能存在一個班級中。班級和學(xué)生的關(guān)系就是一對多的關(guān)系。包含多樣性約束的模型更明確的描述了關(guān)系的定義，可以在模型中產(chǎn)生更好的表達結(jié)果。多樣性約束被用來檢查和維護數(shù)據(jù)特征。當(dāng)數(shù)據(jù)庫更新時，要判斷是否違反了規(guī)則，這些約束就會起作用。以上關(guān)系經(jīng)過仔細檢查，避免了扇形陷阱[4]。

（三）標識屬性

我們首先解決第一個問題，簡單和復(fù)合屬性，簡單和復(fù)合是對屬性本身而言，簡單屬性就是說這個屬性不能再被分解，而復(fù)合屬性就是說屬性可以被分解為幾個簡單的屬性。例如學(xué)生實體中的家庭地址這個屬性，我們可以把它看作簡單屬性，就是把所有關(guān)于地址細節(jié)看成一個值。也可以把它看成復(fù)合屬性，家庭地址可以看成是省、市、區(qū)（縣）、街道、郵編的簡單屬性的組合。

第二個問題就是單值和多值屬性，單值或者多值是對屬性的數(shù)值而言，如果屬性只有一個值，就是單值屬性；如果屬性有多個值，就是多值屬性。大多數(shù)屬性都是單值的，例如學(xué)生實體的學(xué)號，每個學(xué)生只有一個學(xué)號。對于多值屬性，例如學(xué)生實體的電話號碼可能有多個。對于這個問題的解決辦法就是如實填寫，因為多值屬性到后面的設(shè)計中可以映射為實體。

第三個問題就是解決派生屬性，派生屬性就是指該屬性的值可以從檢查其他屬性的值得到。例如學(xué)生實體中的學(xué)生年齡，這個數(shù)值可以從學(xué)生出生日期中得到，并且年齡這個值每年都在變化。

（四）E-R模型中屬性域

所謂的域，就是一組值的集合，一個或者多個屬性可以從中選擇他們的值。例如實體學(xué)生的性別屬性，只能為男或者女。本文的數(shù)據(jù)模型為每個屬性指定了屬性域，包括：每個屬性允許值的集合，屬性大小和格式。并在數(shù)據(jù)字典中記錄他們的名字和特征，更改屬性的數(shù)據(jù)字典項。

（五）注候選鍵、主鍵

為實體標注候選鍵、主鍵，實體可能有多個候選鍵，則選其一作為主鍵。根據(jù)作者的經(jīng)驗，定義一個具有唯一性的屬性，要比把不同的屬性組合起來，提供唯一性好很多。學(xué)生的學(xué)號作為學(xué)生實體的主鍵，準考證號和身份證號作為候選鍵，因為準考證號和身份證號也能唯一標識一個學(xué)生。我們根據(jù)需求分析還定義了屬性域，例如學(xué)制只能是3或者4。

（六）特化/泛化實體

特化/泛化實體的概念是與稱為超類和子類的實體，以及和他們之間的屬性繼承有關(guān)。超類[5]，是一個實體，包含所有在實體中出現(xiàn)的公共屬性和關(guān)系。子類是一個實體，具有自己特殊的屬性和關(guān)系，并且包含了超級類實體中出現(xiàn)的特定屬性和關(guān)系。任何一個超類和它的子類直接的關(guān)系都是1：1。

在教務(wù)管理系統(tǒng)中，有公共選修課教學(xué)任務(wù)和體育選項教學(xué)任務(wù)，我們引入泛化過程，就是采用一個自底向上的方法，從初始的子類中產(chǎn)生超類。公共選修課教學(xué)任務(wù)和體育選項教學(xué)任務(wù)是兩個子類，在這兩個子類的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生超類公共課教學(xué)任務(wù)，我們把2個子類的公共屬性放到超類公共課教學(xué)任務(wù)中，如選課課號、學(xué)年、學(xué)期等，而對于子類公選課教學(xué)任務(wù)，保留了課程歸屬這個屬性，這個屬性將公選課分成若干類型，如技能訓(xùn)練類、社會科學(xué)類，這個屬性是公選課任務(wù)特有的，和體育選項教學(xué)任務(wù)沒有關(guān)系。同理，體育選項教學(xué)任務(wù)也保留了板塊名稱這個屬性。

（七）E-R模型

教務(wù)系統(tǒng)大部分都是二元關(guān)系，例如成績單和學(xué)生是一對一的關(guān)系，一學(xué)生對應(yīng)一份成績單，一份成績單只對應(yīng)一個學(xué)生；學(xué)生和所在班級是多對一的關(guān)系，每個班級都有很多學(xué)生，但是一名學(xué)生只能對應(yīng)一個班級。但是也有四元關(guān)系，就是上課節(jié)次、上課地點、學(xué)生、教師的關(guān)系，這四個實體通過上課聯(lián)系。對于四元關(guān)系，我們一般假定其中三個實體關(guān)系固定，然后查看與第四個實體的關(guān)系。例如，在上課地點、上課節(jié)次、學(xué)生固定的情況下，和教師的關(guān)系就是一對一，因為只能有一個老師在固定的地點和時間給固定的學(xué)生上課。同理我們可以推出和學(xué)生的關(guān)系是一對多，和上課地點、上課節(jié)次關(guān)系是一對一。

三、結(jié)語

綜上所述，本文通過一個具體實例展示了E-R模型在具體工程項目中的運用，E-R模型因其簡單易學(xué)易用，容易理解，并能真實反映客戶需求被廣泛應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計階段中。但E-R模型本身固有的缺陷需要在實際項目中做進一步改進，例如實體和關(guān)系的界限不是很清楚，對系統(tǒng)分析員的經(jīng)驗和能力要求較高，這些因素制約了E-R在實際工程中作用的發(fā)揮。（作者單位：南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

參考文獻：

[1]鄧家褆，韓曉建、曾硝等.產(chǎn)品概念設(shè)計—理論、方法與技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2002.10-12

[2]Chen P S.The entity-relationship model—Toward a unified view of data[J].ACM Trans on Database System，1976，1（1）：9-36

[3]S.K.Singh，Database Systems concepts，design and applications，2006，207-218

[4]Thomas M.Connolly，Carolyn E.Begg，Database Solutions A Step-Step Guide to Building Database， 2005，104-108.

[5]韓駒.李之堂.E-R模型特殊超類/子類結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換方法研究.鐵路計算機應(yīng)用.2013-10：09-11