Батин Н.В. Проектирование баз данных

Подождите немного. Документ загружается.

2.3.4 Связь 1:M, обязательный класс принадлежности для многосвязно-

го объекта

Общий вид ER-модели для такого случая показан на рисунке 2.19.

ОБЪЕКТ 2

ОБЪЕКТ 1

Рисунок 2.19 – ER-модель связи 1:M с обязательным классом

принадлежности для многосвязного объекта

Рисунок 2.19 означает, что любой объект класса ОБЪЕКТ 1 может быть

связан с несколькими объектами класса ОБЪЕКТ 2, а объект класса ОБЪЕКТ 2

– только с одним объектом класса ОБЪЕКТ 1. Здесь ОБЪЕКТ 1 называется од-

носвязным, а ОБЪЕКТ 2 – многосвязным.

Даталогическая модель для рассматриваемого случая строится следующим

образом: составляются две таблицы, одна из которых содержит все атрибуты

ОБЪЕКТА 1, другая – все атрибуты ОБЪЕКТА 2. При этом в таблицу с атрибу-

тами многосвязного объекта включается атрибут-идентификатор односвязного

объекта. Даталогическая модель для данного случая показана на рисунке 2.20.

Примечание. Класс принадлежности односвязного объекта в данном случае безразли-

чен. Другими словами, даталогическая модель строится одинаково, независимо от того, обя-

зателен или необязателен класс принадлежности для односвязного объекта.

Таблица ОБЪЕКТЫ 1

Идентификатор 1 Атрибут 1.1 Атрибут 1.2

Таблица ОБЪЕКТЫ 2

Идентификатор 2 Атрибут 2.1 Атрибут 2.2 Идентификатор 1

Рисунок 2.20 – Даталогическая модель связи 1:M с обязательным классом

принадлежности для многосвязного объекта

Пример 2.3.4 Проектируется база данных, в которой должна храниться

информация о городах некоторого региона и имеющихся в них аэропортах. В

городе может находиться как один, так и несколько аэропортов (или ни одно-

го). Каждый аэропорт, конечно, находится только в одном определенном горо-

де.

В данном примере связь между городами и аэропортами – 1:M (одному го-

роду может соответствовать несколько аэропортов, но каждому аэропорту – в

точности один город). Таким образом, город – односвязный объект, аэропорт –

многосвязный. Класс принадлежности обязателен для аэропортов (каждый на-

Идентификатор 2

Атрибут 1.1

Атрибут 1.2

Атрибут 2.1

Идентификатор 1

Атрибут 2.2

ходится в некотором городе), но не обязателен для городов (в городе может не

быть ни одного аэропорта). ER-модель для данного примера приведена на ри-

сунке 2.21, а даталогическая модель – на рисунке 2.22.

АЭРОПОРТ

ГОРО

Рисунок 2.21 – ER-модель для примера 2.3.4

Таблица ГОРОДА

Код города Название Численность населения

Таблица АЭРОПОРТЫ

Код аэропорта Площадь Длина ВПП Код города

Рисунок 2.22 – Даталогическая модель для примера 2.3.4

2.3.5 Связь 1:M, необязательный класс принадлежности для многосвяз-

ного объекта

Общий вид ER-модели для такого случая показан на рисунке 2.23.

Рисунок 2.23 – ER-модель связи 1:M с необязательным классом

принадлежности для многосвязного объекта

Даталогическая модель для рассматриваемого случая может строиться

двумя способами:

− если количество многосвязных объектов, не связанных с односвязными

объектами, невелико, то даталогическую модель следует строить аналогично

показанному в пункте 2.3.4;

− если количество многосвязных объектов, не связанных с односвязными

объектами, достаточно велико, то целесообразно построить три таблицы: по

одной – для каждого из классов объектов, и третья – с атрибутами-

Код аэропорта

Название

Численность

населения

Площадь

Код города

Длина ВПП

ОБЪЕКТ 1

Идентификатор 2

Атрибут 1.1

Атрибут 1.2

Атрибут 2.1

ОБЪЕКТ 2

Идентификатор 1

Атрибут 2.2

идентификаторами объектов. В третью таблицу будут включаться идентифика-

торы объектов, связанных друг с другом. Даталогическая модель для данного

случая показана на рисунке 2.24.

Таблица ОБЪЕКТЫ 1

Идентификатор 1 Атрибут 1.1 Атрибут 1.2

Таблица ОБЪЕКТЫ 2

Идентификатор 2 Атрибут 2.1 Атрибут 2.2

Таблица СВЯЗАННЫЕ ОБЪЕКТЫ

Идентификатор 2 Идентификатор 1

Рисунок 2.24 – Даталогическая модель связи 1:M с необязательным

классом принадлежности для многосвязного объекта

Примечание – В таблице СВЯЗАННЫЕ ОБЪЕКТЫ в качестве ключевого может ис-

пользоваться только идентификатор многосвязного объекта.

Пример 2.3.5 Проектируется база данных, в которой должна храниться

информация о расположенных в некотором регионе городах и газохранилищах.

В городе может находиться как одно, так и несколько газохранилищ (или ни

одного). Газохранилища могут находиться как в городах, так и вне городов.

В данном примере связь между городами и газохранилищами – 1:M (одно-

му городу может соответствовать несколько газохранилищ, но каждому газо-

хранилищу – не более одного города). Таким образом, город – односвязный

объект, газохранилище – многосвязный. Класс принадлежности необязателен

ни для газохранилищ (газохранилище может находиться не в городе), ни для

городов (в городе может не быть ни одного газохранилища). ER-модель для

данного примера приведена на рисунке 2.25. На рисунке 2.26 приведена датало-

гическая модель для случая, когда значительное большинство газохранилищ

находится в городах, на рисунке 2.27 – для случая, когда имеется много газо-

хранилищ вне городов.

ГАЗОХРАНИЛИ

ГОРО

Рисунок 2.25 – ER-модель для примера 2.3.5

Номер газохранилища

Название

Численность

населения

Вместимость

Код города

Поставщик газа

Таблица ГОРОДА

Код города Название Численность населения

Таблица ГАЗОХРАНИЛИЩА

Код газохранилища Вместимость Поставщик газа Код города

Рисунок 2.26 – Даталогическая модель для примера 2.3.5 (первый способ)

Таблица ГОРОДА

Код города Название Численность населения

Таблица ГАЗОХРАНИЛИЩА

Код газохранилища Вместимость Поставщик газа

Таблица ГАЗОХРАНИЛИЩА В ГОРОДАХ

Код газохранилища Код города

Рисунок 2.27 – Даталогическая модель для примера 2.3.5 (второй способ)

2.3.6 Связь M:M

Общий вид ER-модели для такого случая показан на рисунке 2.28.

ОБЪЕКТ 1 ОБЪЕКТ 2

Рисунок 2.28 – ER-модель связи M:M

Примечание – Класс принадлежности объектов в данном случае безразличен.

Даталогическая модель для рассматриваемого случая содержит три табли-

цы: по одной – для каждого из классов объектов, и третья – с атрибутами-

идентификаторами объектов. В третью таблицу будут включаться идентифика-

торы объектов, связанных друг с другом. Даталогическая модель для данного

случая показана на рисунке 2.29.

Идентификатор 2

Атрибут 1.1

Атрибут 1.2

Атрибут 2.1

Идентификатор 1

Атрибут 2.2

Таблица ОБЪЕКТЫ 1

Идентификатор 1 Атрибут 1.1 Атрибут 1.2

Таблица ОБЪЕКТЫ 2

Идентификатор 2 Атрибут 2.1 Атрибут 2.2

Таблица СВЯЗАННЫЕ ОБЪЕКТЫ

Идентификатор 1 Идентификатор 2

Рисунок 2.29 – Даталогическая модель связи M:M

Примечание – В таблице СВЯЗАННЫЕ ОБЪЕКТЫ ключ составной, включающий оба

атрибута-идентификатора.

Пример 2.3.6 Проектируется база данных производственного предприятия.

Требуется хранить данные о цехах предприятия и о используемых материалах.

Каждый материал может использоваться во многих цехах, и в каждом цехе мо-

жет использоваться несколько материалов.

В данном примере связь между цехами и материалами – M:M (каждый ма-

териал может использоваться в нескольких цехах, и в каждом цехе может ис-

пользоваться несколько материалов). Класс принадлежности для цеха обязате-

лен (в каждом цехе используется хотя бы один вид материалов), для материалов

– необязателен (в БД могут храниться данные о материалах, не используемых

на предприятии в данный момент). ER-модель для данного примера приведена

на рисунке 2.30, а даталогическая модель – на рисунке 2.31.

Рисунок 2.30 – ER-модель для примера 2.3.6

Таблица ЦЕХА

Номер цеха Название цеха ФИО начальника

Таблица МАТЕРИАЛЫ

Шифр материала Цена Единица измерения

Таблица ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Номер цеха Шифр материала

Рисунок 2.31 – Даталогическая модель для примера 2.3.6

ЕХ МАТЕРИАЛ

Шифр материала

Название цеха

ФИО начальника

Цена

Номер цеха

Единица измерения

2.3.7 Связь M:M с атрибутами

Во многих практических задачах связь между объектами имеет собствен-

ные атрибуты (или, другими словами, имеются атрибуты, относящиеся к обоим

связанным объектам вместе). Общий вид ER-модели для такого случая показан

на рисунке 2.32 (атрибуты связи обозначены как атрибуты С1 и С2).

ОБЪЕКТ 2

ОБЪЕКТ 1

Рисунок 2.32 – ER-модель связи M:M с атрибутами

Примечание – В литературе по проектированию БД связь, имеющая атрибуты, часто

рассматривается как специальный объект, называемый “агрегированным объектом” [1].

Даталогическая модель для рассматриваемого случая содержит три табли-

цы: по одной – для каждого из классов объектов, и третья – с атрибутами-

идентификаторами объектов и атрибутами связи. Даталогическая модель для

данного случая показана на рисунке 2.33.

Таблица ОБЪЕКТЫ 1

Идентификатор 1 Атрибут 1.1 Атрибут 1.2

Таблица ОБЪЕКТЫ 2

Идентификатор 2 Атрибут 2.1 Атрибут 2.2

Таблица СВЯЗАННЫЕ ОБЪЕКТЫ

Идентификатор 1 Идентификатор 2 Атрибут С1 Атрибут С2

Рисунок 2.33 – Даталогическая модель связи M:M с атрибутами

Пример 2.3.7 Проектируется база данных производственного предприятия

(см. пример 2.3.6). Требуется хранить данные о цехах предприятия и о исполь-

зуемых материалах, в том числе о величине расхода каждого материала в каж-

дом цеху и о периодичности пополнения запаса каждого материала в каждом

цеху.

В данном примере связь между цехами и материалами – M:M. При этом

величины расхода материалов и периодичности пополнения их запасов являют-

Идентификатор 2

Атрибут 1.1

Атрибут 1.2

Атрибут 2.1

Идентификатор 1

Атрибут 2.2

Атрибут С1

Атрибут С2

ся атрибутами связи между цехами и материалами. ER-модель для данного

примера приведена на рисунке 2.34, а даталогическая модель – на рисунке 2.35.

МАТЕРИАЛ

ЕХ

Рисунок 2.34 – ER-модель для примера 2.3.7

Таблица ЦЕХА

Номер цеха Название цеха ФИО начальника

Таблица МАТЕРИАЛЫ

Шифр материала Цена Единица измерения

Таблица ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Номер цеха Шифр материала Расход Периодичность

Рисунок 2.35 – Даталогическая модель для примера 2.3.7

Шифр материала

Название цеха

ФИО начальника

Цена

Единица измерения

Номер цеха

Расход

Периодичность

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ

СЕМАНТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТНЫХ МОДЕЛЕЙ

3.1 Понятие семантической объектной модели

Семантические объектные модели (СОМ-модели), как и ER-модели, пред-

ставляют собой средство формализованного описания предметной области на

этапе инфологического проектирования БД. Модель представляет собой набор

семантических объектов. Семантический объект (semantic object) – оформлен-

ный по определенным правилам перечень атрибутов некоторого реального объ-

екта предметной области или связи между такими объектами. Эти атрибуты

описывают свойства самого объекта или его связи с другими объектами.

Примечание – Для краткости вместо термина “семантический объект” часто использу-

ется просто термин “объект”.

На основе COM-модели по определенным правилам строится даталогиче-

ская модель для реализации в конкретной СУБД (для реляционных БД – набор

таблиц и связей между ними).

По сравнению с ER-моделями СОМ-модели лучше подходят для описания

сложных связей между объектами (например, для описания объектов, делящих-

ся на несколько подклассов, причем для каждого подкласса имеются различные

связи с объектами других классов). В то же время СОМ-модели менее наглядны

и пока менее широко представлены в действующих CASE-системах, чем ER-

модели.

3.2 Семантический объект

Рассмотрим некоторые элементы СОМ-моделей на примере СОМ-модели

объекта “преподаватель” (см. подраздел 2.2).

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

ID Табельный номер

1,1

ID ФИО

1,1

Год рождения

1,1

Образование

1,1

Адрес

1,1

Специальность

1,1

Кафедра

1,1

Должность

1,1

Ученая степень

0,1

Иностранный язык

0,N

Научный труд

0,N

Преподаваемый курс

1,N

Рисунок 3.1 – Пример семантического объекта

Здесь ПРЕПОДАВАТЕЛЬ – семантический объект, соответствующий

классу реальных объектов “Преподаватели”. Атрибут Табельный номер – атри-

бут-идентификатор, на что указывает обозначение ID. Этот идентификатор яв-

ляется уникальным, т.е. никогда е повторяется у двух разных объектов (в дан-

ном случае – у двух преподавателей). Поэтому он выделен курсивом. В то же

время в СОМ-моделях указываются также неуникальные идентификаторы – ат-

рибуты, которые часто применяются для поиска информации об определенном

объекте, но в принципе могут совпадать у нескольких объектов. Здесь таким

атрибутом является ФИО.

Для каждого атрибута указаны два кардинальных числа. Первое из них ука-

зывает минимально возможное количество значений атрибута, второе - макси-

мально возможное (обозначение N указывает, что количество значений атрибу-

та формально не ограничено). Атрибут, у которого первое кардинальное число

равно нулю, является необязательным, в противном случае – обязательным.

Атрибут, у которого второе кардинальное число равно 1, является единичным,

в противном случае – множественным.

На основе построенной COM-модели (т.е. инфологической модели) стро-

ится даталогическая модель по правилам, аналогичным применяемым для ER-

моделей: все единичные атрибуты сводятся в одну таблицу, а каждый множест-

венный атрибут вместе с атрибутом-идентификатором выделяется в отдельную

таблицу. Даталогическая модель базы данных для рассматриваемого примера

приведена в подразделе 2.2.

Предположим теперь, что проектируется база данных кафедры иностран-

ных языков, где необходимо владение по меньшей мере двумя языками (мак-

симальное количество языков, конечно, не ограничивается). В этом случае ат-

рибут Иностранный язык имел бы кардинальные числа 2,N. Следует обратить

внимание, что представить это требование с помощью ER-модели (по крайней

мере, в ее традиционных формах) невозможно.

Предположит теперь, что вместе с названиями иностранных языков, кото-

рые знает преподаватель, в базе данных необходимо указывать степень владе-

ния им (“свободно”, “со словарем” и т.д.). СОМ-модель для этого случая при-

ведена на рисунке 3.2, а даталогическая модель – на рисунке 3.3.

Здесь атрибут Иностранный язык – групповой, так как он содержит два

атрибута: Язык (т.е. название языка), и Степень владения. Сам групповой атри-

бут Иностранный язык является множественным. В то же время атрибуты, вхо-

дящие в него – единичные: у каждого языка – одно название и одна степень

владения данным языком для конкретного преподавателя. Атрибут Язык при

этом является идентификатором: очевидно, что для одного преподавателя один

и тот же язык не может быть указан несколько раз.

Все остальные атрибуты объекта ПРЕПОДАВАТЕЛЬ – простые.

Еще один вид атрибутов СОМ-объектов – семантические объектные ат-

рибуты, предназначенные для описания связей между объектами. Они рас-

сматриваются в подразделе 3.3.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

ID Табельный номер

1,1

ID ФИО

1,1

Год рождения

1,1

Образование

1,1

Адрес

1,1

Специальность

1,1

Кафедра

1,1

Должность

1,1

Ученая степень

0,1

Иностранный язык

2,N

Язык

1,1

Степень владения

1,1

Научный труд

0,N

Преподаваемый курс

1,N

Рисунок 3.2 – Пример семантического объекта с групповым атрибутом

Преподаватели

Табельный

номер

ФИО Год рож-

дения

Образо-

вание

Адрес Специаль-

ность

Кафедра Должность Ученая

степень

Знание языков

Табельный номер Язык Степень владения

Научные труды

Табельный номер Научный труд

Курсы

Табельный номер Преподаваемый курс

Рисунок 3.3 – Даталогическая модель для БД о преподавателях кафедры

иностранных языков

3.3 Семантические объектные модели связей

между объектами

В качестве примера СОМ-модели, описывающей связь между объектами,

рассмотрим СОМ-модель для проектирования базы данных о городах и аэро-

портах (см. пример 2.3.4). СОМ-модель для этой задачи приведена на рисун-

ке 3.4.