---

模式设计

大家还记得什么是物理模式、概念模式和外部模式吗？

如何设计好的概念模式？这就要用到E-R模型。

E-R（Entity-Relationship）模型：

• 定义了数据库的概念模式
• 反映了现实世界中实体和它们之间的关联（数据库中表的结构和关系）
• 有助于确保数据库能够有效地存储和管理数据

---

基本概念

实体（Entity）

实体：

• 是现实世界的对象，很容易识别，可以是有生命，也可以是无生命
• 是对象的抽象，而实体集是该对象实例的集合
• 都有一些赋予它们身份的属性

例如，在学校数据库中，可以将学生、教师、班级和提供的课程视为实体。学生集合可以包含一个学校的所有学生。

属性（Attributes）

属性：

• 表示一个实体。例如，学生实体可以将姓名、班级和年龄作为属性。
• 有合理的类型和值。例如，学生的姓名不能是数字，学生的年龄不能是负数等等。

属性的类型包括：

• 能不能分割：
  • 简单属性：原子值，不能再分。例如，学生的电话号码是10位数字的原子值。
  • 复合属性：由多个简单属性组成。例如，学生的完整姓名可能包含姓和名。
• 是不是原生：
  • 原生属性：数据库中存在的属性。例如，学生的生日。
  • 派生属性：数据库中不存在的属性，从存在的其它属性派生出来的属性。例如，年龄可以从生日派生出来。再比如，一个班级的平均年龄不应该直接保存在数据库中，而是应该计算出来的。
• 是不是唯一：
  • 单值属性：单值属性包含单个值。例如，学生的学号。
  • 多值属性：多值属性可以包含多个值。例如，一个人可以有多个电话号码。

当然，这些类型可以组合在一起使用：

• 简单 - 单值属性
• 简单 - 多值属性
• 复合 - 单值属性
• 复合 - 多值属性

实体集和键（key）

键是在实体集中，用于唯一标识一个实例的属性或属性集合。

例如，学生的学号可以唯一标识一名学生。

• 超键：一个或多个属性的集合，用于标识实体集中的一个实例。
• 候选键：最小规模的超键称为候选键。一个实体集可以有多个候选键。
• 主键：从候选键里挑选，用于唯一标识实体集。

例如，假设有一个学生实体：{学号，姓名，地址，电话号码，特长}，其中：

• 超键，{学号}和{姓名，地址，电话号码}都是
• 候选键，{学号}和{姓名，地址}都是
• 主键，{学号}或者{姓名，地址}挑一个

关系（Relationship）

关系：

• 表示实体之间的关联。例如，一个员工在一个部门工作，一个学生注册了一门课程，这里的工作和注册都是关系。
• 也可以有属性，成为描述性属性。

关系的度：

• 由参与关系的实体的数量决定，可以分为：
  • 2度，两个实体参与 --> 二元关系
  • 3度，三个实体参与 --> 三元关系
  • N度，N个实体参与 --> N元关系

关系基数：

• 由一个实体集中的实体实例数量，与另一个实体集中的实体实例数量的关联情况决定
• 可以分为：
  • 一对一：实体集A中的一个实体实例只能与实体集B中的一个实体实例相关联，反之亦然。
  • 一对多：实体集A中的一个实体实例可以与实体集B中的多个实体实例关联，而实体集B中的一个实体实例最多只能与实体集A中的一个实体实例关联。
  • 多对一：实体集A中的多个实体实例只能与实体集B中的一个实体实例相关联，但实体集B中的一个实体实例可以与实体集A中的多个实体实例相关联。
  • 多对多：实体集A中的一个实体实例可以关联到B中的多个实体实例，反之亦然。

---

ER图

接下来，讨论一下如何用ER图表示ER模型。实体、实体的属性、关系集和关系集的属性，都可以在ER图中表示。

实体和属性

实体和属性的表示方法：

• 实体用矩形表示，例如Student
• 属性用椭圆表示，每个椭圆代表一个属性，属性直接连接到实体上，例如Name
• 如果属性是复合的，则将它们进一步划分为树状结构。例如Name由FirstName和LastName组成
• 多值属性用双椭圆表示，例如PhoneNo.
• 派生属性用虚线椭圆表示，例如Age

关系

关系的表示方法：

• 关系由菱形框表示，关系的名称写在菱形框内
• 所有参与关系的实体都通过一条线连接到它

二元关系（度数为2的关系）和基数的表示方法如下：

参与约束，根据实体实例参与情况，可以分为：

• 完全参与 ：每个实体实例都参与到关系中，用双线表示。
• 部分参与 ：不是所有实体实例都参与到关系中，用单线表示。
  

---

泛化与特化

ER模型可以表达处于不同抽象层次的实体。越往上走，抽象层次越高，称之为泛化。相对的，越往下走，抽象层次越低，称之为特化。

例如，Person是高层次抽象，Student和Teacher是低层次抽象，Student和Teacher都属于Person，这是泛化过程，Persion包含Student和Teacher是特化过程。

继承：

• 是泛化和特化的一个重要特征
• 允许低级实体继承高级实体的属性。例如，Person的属性（Name, Age和Gender）可以被Student或Teacher继承

---

总结

使用ER模型究竟能带来什么好处呢？

• 数据建模的标准化方法：标准化意味着便于沟通，并与让不同的利益相关者（例如业务分析师、数据库设计人员和软件开发人员）达成共识
• 易于理解和沟通：ER图非常直观，对于非技术人员也能很好理解，有助于促进业务和 IT 部门之间的协作，确保数据模型满足业务需求
• 数据库设计的坚实基础：ER 模型可以转换为各种数据库模式，包括关系数据库、NoSQL 数据库和面向对象数据库
• 支持复杂的数据结构：ER 模型支持各种建模概念，包括复合类型、继承和聚合，便于对复杂的数据结构进行建模

此外，从数据管理的角度来讲，还有以下好处：

• 减少数据冗余：ER 模型有助于识别和消除冗余数据，提高数据质量并减少存储空间
• 提高数据完整性：ER 模型中的约束有助于确保数据完整性
• 支持应用程序开发：ER 模型可以作为应用程序开发的基础，有助于确保应用程序与底层数据库结构保持一致

---

更多例子

下面的图能看懂了吗？

医院的ER模型

公司ER模型

如果喜欢这篇文章，请不要忘记关注、点赞和收藏哦！
您的鼓励将是我创作的最大动力！