数据库--------数据库设计过程介绍

灰太狼 2023-02-20 03:09 8阅读 0赞

**设计数据库**  
做一个数据库之前，一定要规划好要做什么，如何做，以及需要存储哪些数据，这些数据之间的关系是什么，需要满足哪些用户要求，都要先考虑好，这就是数据库设计的前提。  
**数据库设计**  
数据结构设计包括以下几个部分：  
1.需求设计  
2.概念结构设计  
3.逻辑结构设计  
4.物理结构设计  
5.数据库的实施  
6.数据库的维护

**需求设计 解释：**  
需求设计又称为需求分析，主要是根据用户的要求，分析其功能的可行性与实现方法。一般由项目经理负责的，采用从上到下，从简单到复杂，从整体到部分的方式进行分析，把整个系统分为几个模块，又把这几个模块又分为多个功能，分析这多个功能实现的可行性。  
探明需求是整个数据库设计中比较重要的一部分。数据库设计人员采用一定的辅助工具对对象的功能，性能和限制等要求进行科学分析，主要包括以下两方面。  
1.数据：数据字典，系统的数据项，数据流和数据存储的描述  
2.处理：数 据流图和判定表。数据字典中处理过程的描述。  
（其实可以通过字面意思来想，就是首先要采用某些手段，调查甲方爸爸所需要的实际需求）

**概念结构设计 解释：**  
概念结构设计是对信息分析和定义，如视图模型化，视图分析和汇总。对应用对象精确的抽象，概括而形成的独立计算机系统的企业信息模型。描述概念模型常用的工具就是E-R图。  
概念结构设计就是从需求分析小红找到实体和联系，画出E-R图。  
1.实体  
实体是现实世界中可以区别于其他对象的“事件”或“物体”。（即一个苹果一个人都为实体）每个实体都有一组属性来表示，其中的某一部分属性可以唯一标识实体，例如学生学号。实体集是*具有相同属性实体的集合*。  
2.联系类型  
实体的联系分为实体内部的联系和实体与实体之间的联系。实体内部的联系反映数据在同一记录内部各文段间的联系。这里主要讨论实体集之间的联系。  
两个不同实体之间存在一对一，一对多，多对多的联系类型。

**E-R图**  
E-R图即E-R方法。此方法直接从现实的世界中抽象实体和实体之间的联系，然后用直观的E-R图表示数据模型。  
E-R图中的主要构件以及例子如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTk0NjE2OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTk0NjE2OA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTk0NjE2OA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

**属性**  
属性是实体某方面的特性。每个属性都有其取值范围  
因此，E-R图中的属性有以下分类：  
1.简单属性和复合属性：简单属性是不可再细分，复合属性是可以细分为更小的部分。  
有时候用户希望访问整个属性，有时希望访问属性  
的某个成分，那么在模式设计时  
可以采用复合属性。  
没有特别声明的情况下通常指的是简单属性。  
2.单值属性和多值属性：单值属性指属性对于一个特定实体都只有单独的一个值，即其意思是，一个  
一个学生对应一个学号。多值属性是在某些特定的环境下，一个属性可能对应一组值，如联系方式对应qq,电话号码，微信等  
3.NULL属性，称空属性，是指实体的某个属性值未知或者没有值的时候就使用NULL值，表示无意义不知道。  
4.派生属性：是指与其他属性相关联的属性，可以从其他属性中得到。

**逻辑结构设计 解释：**  
逻辑结构的目的是把概念设计阶段的概念模型（如基本的E-R图）转换成与选用的具体机器上的DBMS所支持的逻辑模型，它是物理设计的基础，包括模式初始设计，子模式设计，应用程序设计，模式评价以及模式求精。  
逻辑设计可分为以下三个步骤：  
（1)将概念模型（E-R图）转换成一般的关系，网状，层次模型；  
（2)将关系，网状，层次模型向特定的DBMS支持下的数据模型转换。  
（3)对数据模型进行优化。

对于关系型数据库来说，就是把实体联系转换成二维数据表格。

其中转换并不是无限制的，在将概念结构转换成逻辑结构时需要遵循一定的规范，这就有涉及到规范化理论了。  
关系数据库设计的方法之一是设计满足适当范式的模式，通常可以通过判断分解后的模式达到几范式来评价模式规范化程度。通过分解，可以将一个低一级范式的关系模式转换成若干个高一级范式的模式关系，这一过程称为规范化。设计关系数据库的时候，遵循不同的规范要求，设计出合理的关系型数据库，这些不同的规范要求被称为不同的范式，各种范式呈递次规范，越高的范式数据库冗余越小。

**规范化主要解决：数据冗余，更新异常，插入异常，删除异常。**

规范化理论：超键，候选码，主键和外键的概念  
超键：能够区分每一个人的属性，或者多个属性结合在一起形成的可以区分每个人，就被称为超键例子：学号+姓名+班级+性别（Ps:超键可以有好几个）  
候选键：在超键组合中去掉可有可无的成分，就变成了候选键。（也可以不止一个，例如学号，身份证号）  
主键：候选键中按照需求挑选一个作为主键来用。  
外键：其他关系的主键跑到了本次关系中，例如学生表中跑进了班级编号里面去了。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTk0NjE2OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
要设计一个好的关系，必须使关系满足一定的约束条件，此约束已经形成了规范，分成等级，一级比一级要求严格。满足这些规范的数据库是简洁的，结构明细的，同时，不会发生插入，删除和更新操作异常。反之则是乱七八糟，不仅给数据库的编程人员制造麻烦，而且面目可憎，可能存储了大量不需要的冗余信息。  
关系型数据库有六种范式（1NF),第二范式（2NF），第三范式（3NF),巴斯。科德范式（BCNF），第四范式（4NF)和第五范式（5NF,又称完美范式）。  
满足最低要求的范式是第一范式（1NF)。在第一范式的基础上进一步满足更多规范要求的称为第二范式（2NF),其余范式以此类推。一般来说，数据库只需要满足第三范式（3NF)或者BC范式就行了。

第一范式（1NF)  
1NF 原子过滤性，过滤重复属性  
1NF(第一范式）：若关系模式R的每一个分量都是不可再分的数据项，属性值都是不可再分的原子值，也就是说实体的每个属性不能存在子属性，则关系模式R属于第一范式。（就是具体意思是：一个铅笔盒就不是第一范式，一个铅笔盒里还有钢笔，铅笔什么的，而一个人拆不开了就是第一范式，就是这个意思）  
例如下面的例子：就是对于有高级职称还可以分成教授，副教授，辅导员这种情况的，就不能被称为第一范式，必须把高级职称去掉，变成不可分的东西，才符合第一范式。![在这里插入图片描述][20200716183359776.png]

第二范式(2NF)  
如果关系模式满足R 属于 第一范式，且每一个非主属性完全依赖主键时，则关系式R是2NF(第二范式）。简而言之，第二范式就是在第一范式的基础上属性**完全**依赖于主键。（Ps:主键有时候不止一个，多个主键在一起被称为复合主键).![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTk0NjE2OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
第三范式(3NF):  
若关系式R 属于 第二范式，即当第二范式消除了非主属性对码的传递函数依赖，则称为第三范式。也就是说非主属性之间不能相互依赖。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTk0NjE2OA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

范式就是设计数据库的规则和标准，我们设计的时候遵守这个规则和规范将我们设计数据库的方法标准化，遵循范式的好处可以很好的处理比较复杂和大型的数据，方便多人维护和管理，所有人遵循同一个范式，方便多人沟通和维护。  
一般数据库满足第三范式可以了  
在E-R图转换成关系模式的时候要遵循范式的规范。

数据模型：层次，网状，关系（主流）

关系模型，(ps:就是根据E-R图转换成关系模型）

举例子：  
学生（学号，姓名，性别，年龄，班级）  
教师（编号，姓名，性别，年龄，所属专业，职务）  
转换成关系模型之后，再制表。

**物理结构设计**

物理结构设计：是指逻辑模型在计算机中的具体实现方案。数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物理结构，对于一个给定的逻辑数据模式选取一个最适合应用环境的物理结构的过程，称为数据库的物理设计。通常对于关系数据库物理设计的主要内容包括为关系模式选择存取方法，设计关系，索引等数据库文件的物理结构。  
物理结构设计将逻辑结构设计实施到具体环境当中，其依赖于给定的DBMS和硬件系统，就是把之前的分析在硬件系统和数据库管理系统上具体的实现。  
如果各阶段发现不能满足用户需求时，需要返回到前面适当的阶段，进行必要的修正。经过如此不断地精益求精，直到各种性能都满足用户的需求为止。

为了遵循范式，所以我们可以把想要做的数据库的有关表格拆分成多个表格使用。  
SQL语句不区分大小写，单引号和双引号是字符串，区分大小写 ‘ ’，“ ”

数据库的实施，运行和维护  
在数据库正式投入使用之后，需要改善数据库性能，维护数据库的安全和完整性。数据库系统中可能存在隐藏比较深的问题，在数据库开发和测试时没有发现此问题，但是在后期投入使用，问题显现出来了，对于此类问题，就需要对数据库进行维护了。  
数据库设计结束后，进入数据库的实施和维护阶段，主要工作如下：  
（1）数据库实现阶段的工作：建立实际数据库结构，试运行，装入数据。  
（2）其他有关的设计工作：数据库的重新组织设计，故障恢复方案设计，安全性考虑，事务控制。  
（3)运行于维护阶段的工作：数据库的日常维护（安全性，完整性控制，数据库的转储和恢复），性能的监督，分析与改进，扩充新功能，修改错误。

总结：  
1.分析设计需求  
2.设计数据库要掌握的规范  
3.通过R-E图来规划好数据库设计，再进行实施和部署。

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