数据库设计的过程中，逻辑结构设计 是一个重要且不可忽视的环节。对于初学者来说，这个环节可能听起来有些复杂，但通过本文的讲解，你会发现它其实并不难理解。我们将从概念模型的转换开始，一步步带你了解如何将E-R图转化为关系模型，并进一步优化设计，以满足实际应用的需求。

什么是逻辑结构设计？

逻辑结构设计 是将概念结构设计阶段得到的概念模型（通常是E-R图）转化为与所选数据库管理系统（DBMS）相符合的逻辑结构的过程。由于目前大多数数据库应用系统都采用支持关系数据模型的关系型数据库管理系统（RDBMS），本文将以关系模型为例 进行详细讲解。

逻辑结构设计的三个步骤

基于关系模型的数据库逻辑结构设计通常包括以下三个步骤：

1. 概念模型（E-R图）向关系模型的转换
2. 关系模型的优化
3. 用户子模式的设计

第一步：E-R图向关系模型的转换

E-R图 由实体、实体的属性 和实体之间的联系 组成，而关系模型的逻辑结构 是一组关系模式的集合。因此，将E-R图转换为关系模型，实际上就是将实体、属性和联系转换为关系模式。

1. 实体的转换规则

一个实体转换为一个关系模式。实体的属性就是关系的属性，实体的主码就是关系的主码。

例子： 将下图中的E-R图转换为关系模式。

• 部门（部门编号，部门名称，办公地点，联系电话）
• 职工（职工编号，姓名，性别，出生日期）

注意： 在关系模式中，带下划线的属性是主码，而带波浪线的属性是外码。

2. 联系的转换规则

（1）1：1的联系

1：1联系 可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。

• 方案1：转换为独立的关系模式

  • 领导（部门编号，职工编号，任职时间）

• 方案2：与“部门”关系模式合并

  • 部门（部门编号，部门名称，办公地点，联系电话，部门领导的职工编号，任职时间）

• 方案3：与“职工”关系模式合并

  • 职工（职工编号，姓名，性别，出生日期，所领导的部门编号，任职时间）

推荐方案： 方案2，因为它减少了冗余，避免了不必要的连接操作。

（2）1：n的联系

1：n联系 也可以转换为独立的关系模式，或者与n端实体对应的关系模式合并。

• 方案1：转换为独立的关系模式

  • 属于（职工编号，所在部门编号）

• 方案2：与n端“职工”关系模式合并

  • 职工（职工编号，姓名，性别，出生日期，所在部门编号）

推荐方案： 方案2，因为它减少了关系模式的数量，简化了查询操作。

（3）m：n的联系

m：n联系 通常转换为一个独立的关系模式。

• 例子： 将E-R图转换为关系模式。

  • 读者（读者编号，姓名，出生日期，性别）
  • 图书（图书编号，图书名称，作者，出版社，价格）
  • 借阅（读者编号，图书编号，借阅日期）

（4）多元联系

多元联系 涉及三个或三个以上的实体时，也转换为一个独立的关系模式。

• 例子： 将E-R图转换为关系模式。

  • 供应（供应商号，项目号，零件号，供应量）

第二步：关系模型的优化

转换后的关系模型通常需要进一步优化，以提高数据库的性能。优化通常以规范化 理论为指导，目的是消除各种数据库操作异常，提高查询效率，节省存储空间。

1. 规范化

规范化的目标是将关系模式调整到最合适的范式。通常情况下，达到第三范式（3NF） 可以满足大多数应用的要求。

注意： 规范化程度越高，关系模式越多，但连接操作可能增加，从而影响查询效率。因此，在实际应用中，有时需要进行逆规范化 处理，以增加冗余属性，减少复杂的查询操作。

2. 分解

分解 是指将一个关系模式分解为多个子关系模式，以提高操作效率。分解包括水平分解 和垂直分解。

• 水平分解：将关系的元组分为若干子集合，适用于处理数据量大 的关系。
• 垂直分解：将关系的属性集分为若干子集，适用于处理属性较多 的关系。

注意： 分解后可能需要进行连接操作，因此需要权衡分解带来的效率提升是否值得。

第三步：设计用户子模式

当全局逻辑模型设计完成后，还需要根据局部应用的需求 设计用户子模式。用户子模式也称为外模式，是全体数据逻辑结构的子集。

设计用户子模式的关键点

1. 使用更符合用户习惯的别名：视图可以重新定义属性名称，不影响数据库的逻辑结构。
2. 为不同级别的用户定义不同的子模式：通过视图机制，为不同用户隐藏不必要的信息，提高数据安全性。
3. 简化用户对系统的使用：将复杂查询定义为视图，用户只需对视图进行简单查询，极大地方便了使用。

总结

逻辑结构设计是将概念模型转化为实际数据库结构的关键步骤。 通过合理的设计和优化，我们可以确保数据库既高效又便于管理。希望本文的讲解能帮助你更好地理解这一过程，并在实际应用中得心应手地完成数据库设计任务。