что такое сущность связь
Нотации модели сущность-связь (ER диаграммы)
Модель сущность-связь (Entity-Relationship, ER) применяется для моделирование предметной области (разработки словаря системы) и логической структуры базы данных.
В этой статье вас никто не будет пытаться убедить что предметную область надо моделировать, а базу данных — проектировать. Вы не научитесь проектировать БД, проектирование — большая и сложная тема для других статей. Не будет тут никаких открытий и откровений.
Цель статьи — помочь в ситуации, когда по каким-то причинам вам нужно построить ER-диаграмму, но вы не знаете как это правильно сделать.
ER-модель описывает сущности и отношения между ними с использованием графической нотации. Сущности содержат атрибуты (свойства). Например, если вы разрабатываете систему для спортивных клубов — то:
Проблемы с разработкой ER-модели возникают потому что:
1 Основные возможности. Нотация Чена
В качестве единственного примера этой нотации рассмотрим ER-диаграмму базы кинотеатра из соседней статьи [Chen_model]. Кстати, в статье описан процесс проектирования структуры БД.
Ключевые поля на диаграмме помещаются в верхнюю секцию прямоугольника, видно что у Билета используется составной ключ. Кроме того, эта нотация позволяет описать типы полей (у Чена только названия).
3 Нотация диаграммы классов UML
Нотация Мартина во многом похожа на нотацию диаграммы классов UML, ознакомиться с которой можно в статье [UML_class]. Однако, ее применение для моделирования предметной области и структуры БД имеет ряд особенностей:
Диаграмма классов активно используется при объектно-ориентированном проектировании и для ее построения существует множество инструментов. Это очень удобно если вы при изучении программирования уже успели познакомиться с нотацией диаграммой классов. В качестве ER-модели эта ноация исопльзуется, например, в инструментах серии Rational от IBM. Самое главное отличие этой нотации от предыдущих — на нее существует международный стандарт [UML_ISO_1, UML_ISO_2]. Дополнительно рекомендую прочитать статью [ER_Krivishein], так как мной были упущены некоторые аспекты — например, особенности использования агрегации и наследования на этих диаграммах (лично я считаю, что в 99% случаев они будут лишними).
4 Нотация IDEF1X
Существует масса других нотаций, которые от описанных выше отличаются системой обозначений и лишь в редких случаях вносят какие-либо новые возможности. Рассматривать их нет никакого смысла. Однако, нельзя не упомянуть про IDEF1X так как на него существует международный стандарт [IDEF1X_ISO]. Очень хороший материал по использованию этого стандарта приведен в [Anisimov_IDEF1X].
Из неприятного, в стандарте IDEF1X исопльзуются символы и типы связей, не поддерживаемые многими инструментальными средствами. Инструмент ERwin Data Modeler целиком и полностью посвящен моделированию БД с исопльзованием IDEF1X. При этом ERwin работает только под Windows и имеет проприетарную лицензию.
На мой взгляд, наиболее удобные инструментальные средства используют нотации Мартина или UML. Я рекомендую выбирать для работки модели одну из этих двух нотаций исходя из того, насколько вам важна стандартизация — на UML есть стандарт, а на нотацию Мартина нет.
Что такое сущность связь
Модель «сущность-связь» основывается на некой важной семантической информации о реальном мире и предназначена для логического представления данных. Она определяет значения данных в контексте их взаимосвязи с другими данными. Важным для нас является тот факт, что из модели «сущность-связь» могут быть порождены все существующие модели данных (иерархическая, сетевая, реляционная, объектная), поэтому она является наиболее общей.
Отметим, что модель «сущность-связь» не является моделью данных в том смысле, как это было определено в параграфе 1.1.2, поскольку не определяет операций над данными и ограничивается описанием только их логической структуры.
2.1.2. Элементы модели.
В дальнейшем для определения сущности и ее атрибутов будем использовать обозначение вида
СОТРУДНИК (ТАБЕЛЬНЫЙ_НОМЕР, ИМЯ, ВОЗРАСТ).
Например отделы,на которые подразделяется предприятие, и в которых работают сотрудники, можно описать как ОТДЕЛ(НОМЕР_ОТДЕЛА, НАИМЕНОВАНИЕ).
Связь также может иметь атрибуты. Например, для связи ОТДЕЛ-РАБОТНИК можно задать атрибут СТАЖ_РАБОТЫ_В_ОТДЕЛЕ.
Хотя, сторого говоря, понятия «связь» и «набор связей» различны (первая является элементом второго), их, тем не менее, очень часто смешивают. Поэтому, мы, не претендуя на академическую строгость, в дальнейшем также будем часто пользоваться терминами «связь» имея в виду «набор связей» и «сущность» имея в виду «набор сущностей».
Здесь также необходимо учитывать класс принадлежности сущностей. Каждый сотрудник должен работать в каком-либо отделе, но не каждый отдел (например, вновь сформированный) должен включать хотя бы одного сотрудника. Поэтому сущность «ОТДЕЛ» имеет обязательный, а сущность «СОТРУДНИК» необязательный классы принадлежности. Кардинальность бинарных связей степени n будем обозначать так:
BestProg
Понятие ER-модели. Понятие сущности (entity). Атрибуты. Виды атрибутов
Содержание
Поиск на других ресурсах:
1. Какие проблемы могут возникнуть у разработчика при проектировании базы данных?
При проектировании базы данных и разработке программного продукта наиболее важной проблемой есть проблема взаимодействия разработчика с заказчиком. Задача разработчика – наиболее точно воссоздать пожелания заказчика при разработке программного продукта управления базой данных. Основная проблема, которую нужно решить разработчику – правильное построение базы данных, а точнее схемы (структуры) базы данных.
Кроме того, разработчик дополнительно встречается с другими трудностями, к которым можно отнести:
В процессе разработки программного обеспечения, управляющего базой данных, разработчик должен подробно выучить требования заказчика. База данных должна быть разработана таким образом, чтобы она была понятной, наиболее точно отображала решаемую проблему и не содержала избыточности в данных.
Чтобы облегчить процесс разработки (проектирования) базы данных, используются так называемые семантические модели данных. Для разных видов баз данных наиболее известной есть ER-модель данных (Entity-Relationship model).
2. Что такое ER-модель (Entity-relationship model)? Для чего нужно разрабатывать ER-модель?
ER-модель (Entity-relationship model или Entity-relationship diagram) – это семантическая модель данных, которая предназначена для упрощения процесса проектирования базы данных. Из ER-модели могут быть порождены все виды баз данных: реляционные, иерархические, сетевые, объектные. В основе ER-модели лежат понятия «сущность», «связь» и «атрибут».
Для больших баз данных построение ER-модели позволяет избежать ошибок проектирования, которые чрезвычайно сложно исправлять, в особенности, если база данных уже эксплуатируется или на стадии тестирования. Ошибки в разработке структуры базы данных могут привести к переделке кода программного обеспечения управляющего этой базой данных. В результате время, средства и человеческие ресурсы будут использованы неэффективно.
ER-модель – это представление базы данных в виде наглядных графических диаграмм. ER-модель визуализирует процесс, который определяет некоторую предметную область. Диаграмма «сущность»-«связь» – это диаграмма, которая представляет в графическом виде сущности, атрибуты и связи.
ER-модель – это только концептуальный уровень моделирования. ER-модель не содержит деталей реализации. Для той же самой ER-модели детали ее реализации могут отличаться.
3. Что такое сущность в базе данных? Примеры
Сущность в базе данных – это любой объект в базе данных, который можно выделить исходя из сути предметной области для которой разрабатывается эта база данных. Разработчик базы данных должен уметь правильно определять сущности.
Пример 1. В базе данных книжного магазина можно выделить следующие сущности:
Пример 2. В базе данных учета учебного процесса некоторого учебного заведения можно выделить следующие сущности:
4. Какие существуют разновидности типов сущностей? Обозначение типов сущностей в ER-модели
В модели «сущность»-«связь» различают две разновидности типов сущностей:
На рисунке 1 изображены обозначения слабого и сильного типа сущности в ER-модели.
Рис. 1. Обозначение сильного и слабого типов сущности
5. Для чего предназначены атрибуты? Виды атрибутов. Обозначение атрибутов на ER-модели
Каждый тип сущности имеет определенный набор атрибутов. Атрибуты предназначены для описания конкретной сущности.
Различают следующие виды атрибутов:
На ER-диаграмме атрибуты обозначаются так, как изображено на рисунке 2. Как видно из рисунка, любой атрибут обозначается в виде эллипса с названием внутри эллипса. Если атрибут есть первичным ключом, то его название подчеркивают.
Рисунок 2. Представление атрибутов на диаграммах ER-модели
6. Как типы сущностей и атрибуты ER-модели реализуются в реальных базах данных и управляемых ими программах?
При разработке программ управления базами данных, типы сущностей и их атрибуты можно представлять по разному при этом придерживаясь нескольких подходов:
Если база данных реализуется в известных реляционных СУБД (например Microsoft Access, Microsoft SQL Server и т.п.), то типы сущностей представляются таблицами. Атрибуты из ER-модели соответствуют полям таблицы. Одна запись в таблице базы данных представляет один экземпляр сущности.
Каждый вид атрибута реализуется следующим образом:
Если база данных реализована в уникальном формате, то типы сущностей удобнее всего представлять в виде классов или структур. Атрибуты сущности реализуются в виде полей (внутренних данных) класса. Методы класса реализуют необходимую обработку полей класса (атрибутов). Взаимодействие (связь) между классами реализуется с помощью специально разработанных интерфейсов с использованием известных шаблонов проектирования.
7. Пример фрагмента ER-модели для типа сущности «Студент»
Приведенный пример демонстрирует фрагмент ER-модели для типа сущности «Студент».
Рисунок 3. Фрагмент ER-модели для типа сущности «Студент»
На вышеприведенном рисунке объявляются следующие атрибуты, которые в СУБД (программе) могут иметь следующие типы:
Что такое сущность связь
При проектировании информационных систем с входящими в их состав базами данных удобно пользоваться классификацией моделей изображённой на рис. 1. Все модели данных делятся на три вида, используемые на трёх этапах проектирования. На первом этапе исследуется предметная область, выявляются в ней объекты и процессы, которые нужно будет отобразить в информационной системе при решении задач, для которых разрабатывается информационная система. Модель, используемая на этом этапе, служит для наглядного представления семантических связей в предметной области. Строгая формализация структуры данных на этом этапе не обязательна. Такие модели называются инфологическими. В настоящее время наиболее распространённой инфологической моделью является модель сущность-связь.
| Рис. 1. Модели данных |
После того как закончено исследование предметной области и детально поставлена задача проектирования можно переходить ко второму этапу, на котором проектируется база данных. На этом этапе используются формальные модели данных, в которые нужно преобразовать инфологическую модель. Такие модели, непосредственно используемые в базах данных, называются даталогическими. На рис.1 показаны три вида датологических моделей: иерархические, сетевые и реляционные.
Иерархическая модель имеет древовидную структуру. Каждая ветвь в такой структуре имеет одну родительскую ветвь и много дочерних. Примерами иерархических систем служат завод, система каталогов с файлами в ЭВМ. Завод состоит из цехов, цеха из участков, участки из станков с рабочими.
В иерархической системе элементы одного уровня не связаны непосредственно между собой. В ней нельзя непосредственно указать, что участок механического цеха снабжает деталями участок сборочного цеха. Нужна горизонтальная связь между элементами одного уровня иерархии. Поэтому для завода лучше подходит сетевая модель, в которой можно указать непосредственную связь любого элемента с любым.
Наибольшее распространение получили реляционные модели баз данных, о которых подробно будет рассказано в следующей лекции.
Базу данных независимо от её даталогической модели можно по-разному разместить на разных внешних носителях. Например, можно использовать жёский диск или твёрдотельную внешнюю память. Для описания физического размещения базы даных служит физическая модель.
МОДЕЛЬ СУЩНОСТЬ-СВЯЗЬ
Инфологическое моделирование
Информационая система (ИС) создаётся для решения задач некоторой организации (завода, банка, вуза, библиотеки и т.д.). Для создания и эксплуатации ИС требуется её описание. Полное, исчерпывающее, описание ИС должно включать в себя не только саму ИС, но и окружающую среду, то есть, должно быть описанием предметной области.
Существенной, если не главной частью ИС являются хранящиеся в ней данные. При проектировании ИС данные нужно представить в виде простой модели, отображающей смысл данных, их взаимосвязь и не привязываться при этом к конкретному типу базы данных. Такие модели получили название инфологических.
Инфологическую модель можно построить, опираясь только на интуитивное представление о данных.
На рис. 2 приведён простой (вырожденный) пример инфологической модели.
| Рис. 2. Инфологическая модель преподавателя |
Если нужно более подробно описать дисциплины и иметь возможность, зная дисциплину, найти ведущего её преподавателя, то модель придётся уcложнить, выделив дисциплину отдельно и связав её с преподавателем (рис. 3)
| Рис. 3. Инфологическая модель преподаватель-дисциплина |
Один преподаватель может вести много дисциплин и одну дисциплину могут вести много преподавателей. Такая связь называется многие ко многим и обозначается как M:N, а на рисунках часто как ∞ ←→ ∞.
| Рис. 4. Инфологическая модель для построения расписания занятий |
На рис. 5 изображена инфологическая модель библиотеки
| Рис. 5. Инфологическая модель библиотеки |
В 1976 году Чен предложил термин сущность, а состоящая из связанных между собой сущностей модель получила название модель сущность-связь (entity-relation).
Определение
Сущность состоит из множества экземпляров, обладающих одинаковым набором свойств.
Совокупность свойств, необходимая для отличия одного экземпляра от других, называется идентификатором сущности.
Рассмотрим подробно, какими бывают сами сущности, их свойства и связи. В литературе часто вместо термина свойство сущности используют атрибут сущности. Но термин атрибут отношения (колонка, столбец таблицы) применяют в реляционной модели. При одновременном применении обеих моделей может возникнуть путаница.
Виды сущностей
| Рис. 6. Тип и подтип |
Связи между сущностями
| Рис. 7. Связь между детьми и родителями |
Полной связью между двумя сущностями называется такая связь, при которой каждому экземпляру одной сущности соответствует хотя бы один экземпляр другой сущности. Например, каждому студенту соответствует група (одна) и каждой группе соответствуют студенты.
При частичной связи некоторые экземпляры одной сущности не связаны ни с одним экземпляром другой сущности. Например, не все студенты живут в общежитии.
Связь типа 1:1 между сущностями встречается нечасто. Теоретически всегда такие сущности можно объединить в одну. Связь 1:1 создают для лучшего понимания модели. Напимер, директора и завод лучше рассматривать как разные сущности. Связь 1:1 коварна кажущейся очевидностью, Например, у государства один глава: император, президент, царь и т.д., но в древнем Риме правили два консула.
Связь типа M:N, M>1, N>1(или ∞ ←→ ∞) требует при переходе к реляционной модели строить дополнительное отношение (таблицу связей). Примеры связей типа M:N приведены на рисунках 3, 4, 5.
Рекурсивные связи между равноправными экземплярами сущности. На рис. 9 экземпляры сущности студенты, живущие в общежитии, объединены по признаку (свойству) номер комнаты, в которой они живут.
| Рис. 9. Рекурсивные связи между студентами, живущими в одной комнате |
Рекурсивные связи между неравноправными экземплярами сущности. Так связаны между собой сотрудники и начальник отдела как экземпляры сущности Сотрудники института.
В одной сущности тип и подтип. Несколько экземпляров сущности, связанные одинаковым значением одного свойства, можно выделить в подтип, т.е. в новую сущность, являющуюся подтипом исходной. На рис. 6 в подтип выделены сотрудники, имеющие должность программист.
Примеры рекурсивных связей показывают, что между сущностями, связями и свойствами существуют очень сложные зависимости.
Свойства сущностей:
Простое свойство: фамилия.
Многозначные: награды, специальности.
Ключевое: номер зачётной книжки.
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ МОДЕЛИ СУЩНОСТЬ-СВЯЗЬ
В РЕЛЯЦИОННУЮ МОДЕЛЬ
Связь один ко многим
Для задания связи один ко многим в отношеннии со стороны многие создаётся дополнительный атрибут внешний ключ (рис. 10). Внешний ключ принимает значения только из множества значений первичного ключа отношения со стороны один.
| Рис. 10.Преобразование модели сущность-связь со свзью 1:N в реляционную модель |
Связь многие ко многим
Для задания связи многие ко многим необходимо создать дополнительную таблицу связей (рис. 11), атрибутами которой служат внешние ключи, соответствующие первичным ключам связываемых таблиц.
| Рис. 11.Преобразование модели сущность-связь со свзью M:N в реляционную модель |
На рис. 12 показаны заполненные таблицы Prep, Disc и PrepDisс. Для того, чтобы указать, что преподаватель Андреев ведёт дисциплину Фортран, в таблице PrepDisc создана строка со значеиями KodP=1 и kodD=3.
| Рис. 12. Пример заполнения таблицы связей в реляционной модели. |
Связь степени К
Для связи степени К в реляционной модели строится таблица связи с К внешними ключами. На рис. 13 построены модель сущность-связь и реляционная модель для связи степени К=5.
Что такое сущность связь
Очень важным свойством модели «сущность-связь» является то, что она может быть представлена в виде графической схемы. Это значительно облегчает анализ предметной области. Существует несколько вариантов обозначения элементов диаграммы «сущность-связь», каждый из которых имеет свои положительные черты. Краткий обзор некоторых из этих нотаций будет сделан в параграфе 2.4. Здесь мы будем использовать некий гибрид нотаций Чена (обозначение сущностей, связей и атрибутов) и Мартина (обозначение степеней и кардинальностей связей). В таблице 2.1 приводится список используемых здесь обозначений.
| Обозначение | Значение |
| Набор независимых сущностей | |
| Набор зависимых сущностей | |
| Атрибут | |
| Ключевой атрибут | |
| Набор связей |
Атрибуты с сущностями и сущности со связями соединяются прямыми линиями. При этом для указания кардинальностей связей используются обозначения, введенные в предыдущем параграфе.
Выделим интересующие нас сущности и связи:
Здесь сущности СОТРУДНИК, ОТДЕЛ и связь РАБОТАЕТ_В аггрегируются в некую новую абстрактную сущность, которая ассоциируется с сущностью ДОЛЖНОСТЬ с помощью связи степени n:1. (Это обозначение заимствовано из книги Silberschatz, Korth and Sudarshan Database System Concepts, 1997).