一步一步設計你的數據庫之看看基礎ER模型

作者：DBFocus 2011-04-25 15:22:26

今天我們將學習實體關系（ER）模型構件及其語義，這是數據庫邏輯設計的基礎。內容可能有些枯燥，但卻非常重要和有用。

引言：一步一步設計你的數據庫二發表之后，筆者收到了一些郵件，還有朋友直接電話筆者詢問為什么不包含數據庫物理設計方面的內容。筆者在這里解釋一下，數據庫物理設計與數據庫產品是密切相關的，本系列的專注點是較為通用的數據庫設計理念與方法，這也是國內軟件項目中容易被忽視的一塊。今天我們將學習實體關系（ER）模型構件及其語義，這是數據庫邏輯設計的基礎。內容可能有些枯燥，但卻非常重要和有用。

由于內容比較多，我們將分兩講來學習實體關系模型構件。

今天我們先來學習基本實體關系模型。

實體關系（ER）模型的目標是捕獲現實世界的數據需求，并以簡單、易理解的方式表現出來。ER模型可用于項目組內部交流或用于與用戶討論系統數據需求。

ER模型中的基本元素

基本的ER模型包含三類元素：實體、關系、屬性

圖1 實體、關系、屬性的ER構圖

實體（Entities）：實體是首要的數據對象，常用于表示一個人、地方、某樣事物或某個事件。一個特定的實體被稱為實體實例（entity instance或entity occurrence）。實體用長方形框表示，實體的名稱標識在框內。一般名稱單詞的首字母大寫。

關系（Relationships）：關系表示一個或多個實體之間的聯系。關系依賴于實體，一般沒有物理概念上的存在。關系最常用來表示實體之間，一對一，一對多，多對多的對應。關系的構圖是一個菱形，關系的名稱一般為動詞。關系的端點聯系著角色（role）。一般情況下角色名可以省略，因為實體名和關系名已經能清楚的反應角色的概念，但有些情況下我們需標出角色名來避免歧義。

屬性（Attributes）：屬性為實體提供詳細的描述信息。一個特定實體的某個屬性被稱為屬性值。Employee實體的屬性可能有：emp-id, emp-name, emp-address, phone-no……。屬性一般以橢圓形表示，并與描述的實體連接。屬性可被分為兩類：標識符（identifiers），描述符（descriptors）。Identifiers可以唯一標識實體的一個實例（key），可以由多個屬性組成。ER圖中通過在屬性名下加上下劃線來標識。多值屬性（multivalued attributes）用兩條線與實體連接，eg：hobbies屬性（一個人可能有多個hobby，如reading，movies…）。復合屬性（Complex attributes）本身還有其它屬性。

辨別強實體與弱實體：強實體內部有唯一的標識符。弱實體（weak entities）的標識符來自于一個或多個其它強實體。弱實體用雙線長方形框表示，依賴于強實體而存在。

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深入理解關系

關系在ER模型中扮演了非常重要的角色。通過ER圖可以描述實體間關系的度、連通數、存在性信息。

我們一一來解釋這些概念。首先我們來看一下關系在ER圖中的各種語義。

圖2 關系的度、連通數、存在性

關系的度（Degree of a Relationship）

表示關系所關聯的實體數量。二元關系與三元關系的度分別為2和3，以此可以類推至n元。二元關系是最常見的關系。

一個Employee與另一個Employee之間的領導關系稱為二元回歸關系。如圖2中所示，Employee實體通過關系manages與自身連接。由于Employee在這一關系中扮演兩個角色，故標出了角色名（manager和subordinate）。

三元關系聯系三個實體。當二元關系無法準確描述關聯的語義時，就需要使用三元關系。我們來看下面這個例子，下圖（1）能反映出一個Employee在某個Project中使用了什么Skill。下圖（2）只能看出Employee有什么Skill，參與了哪些Project，但無法知道在某個Project中使用的特定Skill。

圖3 三元關系蘊含的語義

需要注意的是有些情況下會錯誤的定義三元關系。這些三元關系可分解為2個或3個二元關系，來達到化簡與語義的純凈。以后的博文中會進一步詳細討論三元關系。

一個實體可以參與到任意多個關系中。每個關系可以聯系任意多個元（實體），而且兩個實體之間也能有任意多個二元關系。

關系的連通數（Connectivity of a Relationship）

表示關系所關聯的實例數量的約束。

連通數的值可以是“一”或“多”。“一”這一端，在ER圖中通過在實體與關系間標記“1”表示。“多”一端標記“N”表示。如圖2中關系連通數部分，“一”對“一”：Department is managed by Employee；“一”對“多”：Department has Employees；“多”對“多”：Employee may work on many Projects and each Project may have many Employees。

有些情況下最大連通數是確定的，可以用數值代替N。如：田徑隊隊員有12人。

關系的屬性

關系也能有屬性。如下圖4所示，某員工參與某項目的起始日期，某員工在某項目中被分配的任務只有放在關系works-on上才有意義。

圖4 關系的屬性

需要注意的是關系的屬性一般出現在“多”對“多”的二元關系或三元關系上。一般“一”對“一”或“一”對“多”關系上不會放屬性（會引起歧義）。而且這些屬性可以移至一端的實體中。如下圖5所示，如果部門與員工（經理）之間是“一”對“一”關系，在建模中可能把start-date作為關系is managed by的屬性（表示被接管的時間），這個屬性可以移至Department或Employee實體中。