Тема 5

 

 Модель "сущность-связь"

 

Моделирование структуры базы данных при помощи алгоритма нормализации, описанного в предыдущих главах, имеет серьезные недостатки:

 

1.     Первоначальное размещение всех атрибутов в одном отношении является очень неестественной операцией. Интуитивно разработчик сразу проектирует несколько отношений в соответствии с обнаруженными сущностями. Даже если совершить насилие над собой и создать одно или несколько отношений, включив в них все предполагаемые атрибуты, то совершенно неясен смысл полученного отношения.

2.     Невозможно сразу определить полный список атрибутов. Пользователи имеют привычку называть разными именами одни и те же вещи или наоборот, называть одними именами разные вещи.

3.     Для проведения процедуры нормализации необходимо выделить зависимости атрибутов, что тоже очень нелегко, т.к. необходимо явно выписать все зависимости, даже те, которые являются очевидными.

 

В реальном проектировании структуры базы данных применяются другой метод - так называемое, семантическое моделирование. Семантическое моделирование представляет собой моделирование структуры данных, опираясь на смысл этих данных. В качестве инструмента семантического моделирования используются различные варианты диаграмм сущность- связь (ER - Entity-Relationship).

 

Первый вариант модели сущность-связь был предложен в 1976 г. Питером Пин-Шэн Ченом [37]. В дальнейшем многими авторами были разработаны свои варианты подобных моделей (нотация Мартина, нотация IDEF1X, нотация Баркера и др.). Кроме того, различные программные средства, реализующие одну и ту же нотацию, могут отличаться своими возможностями. По сути, все варианты диаграмм сущность-связь исходят из одной идеи - рисунок всегда нагляднее текстового описания. Все такие диаграммы используют графическое изображение сущностей предметной области, их свойств (атрибутов), и взаимосвязей между сущностями.

 

Мы опишем работу с ER-диаграммами близко к нотации Баркера, как довольно легкой в понимании основных идей. Данная глава является скорее иллюстрацией методов семантического моделирования, чем полноценным введением в эту область.

 

Основные понятия ER-диаграмм

 

Определение 1. Сущность - это класс однотипных объектов, информация о которых должна быть учтена в модели.

 

Каждая сущность должна иметь наименование, выраженное существительным в единственном числе.

 

Примерами сущностей могут быть такие классы объектов как "Поставщик", "Сотрудник", "Накладная".

 

Каждая сущность в модели изображается в виде прямоугольника с наименованием:

 

 

 

 

Рис. 1

 

Определение 2. Экземпляр сущности - это конкретный представитель данной сущности.

 

Например, представителем сущности "Сотрудник" может быть "Сотрудник Иванов".

 

Экземпляры сущностей должны быть различимы, т.е. сущности должны иметь некоторые свойства, уникальные для каждого экземпляра этой сущности.

 

Определение 3. Атрибут сущности - это именованная характеристика, являющаяся некоторым свойством сущности.

 

Наименование атрибута должно быть выражено существительным в единственном числе (возможно, с характеризующими прилагательными).

 

Примерами атрибутов сущности "Сотрудник" могут быть такие атрибуты как "Табельный номер", "Фамилия", "Имя", "Отчество", "Должность", "Зарплата" и т.п.

 

Атрибуты изображаются в пределах прямоугольника, определяющего сущность:

 

 

Рис. 2

 

Определение 4. Ключ сущности - это неизбыточный набор атрибутов, значения которых в совокупности являются уникальными для каждого экземпляра сущности. Неизбыточность заключается в том, что удаление любого атрибута из ключа нарушается его уникальность.

 

Сущность может иметь несколько различных ключей.

 

Ключевые атрибуты изображаются на диаграмме подчеркиванием:

 

 

 

 

Рис. 3

 

Определение 5. Связь - это некоторая ассоциация между двумя сущностями. Одна сущность может быть связана с другой сущностью или сама с собою.

 

Связи позволяют по одной сущности находить другие сущности, связанные с нею.

 

Например, связи между сущностями могут выражаться следующими фразами

-   "СОТРУДНИК может иметь несколько ДЕТЕЙ", "каждый СОТРУДНИК обязан числиться ровно в одном ОТДЕЛЕ".

 

Графически связь изображается линией, соединяющей две сущности:

 

 

Рис. 4

 

Каждая связь имеет два конца и одно или два наименования. Наименование обычно выражается в неопределенной глагольной форме: "иметь", "принадлежать" и т.п. Каждое из наименований относится к своему концу связи. Иногда наименования не пишутся ввиду их очевидности.

 

Каждая связь может иметь один из следующих типов связи:

 

 

Рис. 5

 

Связь типа один-к-одному означает, что один экземпляр первой сущности (левой) связан с одним экземпляром второй сущности (правой). Связь один-

 

 

 

к-одному чаще всего свидетельствует о том, что на самом деле мы имеем всего одну сущность, неправильно разделенную на две.

 

Связь типа один-ко-многим означает, что один экземпляр первой сущности (левой) связан с несколькими экземплярами второй сущности (правой). Это наиболее часто используемый тип связи. Левая сущность (со стороны "один") называется родительской, правая (со стороны "много") - дочерней. Характерный пример такой связи приведен на Рис. 4.

 

Связь типа много-ко-многим означает, что каждый экземпляр первой сущности может быть связан с несколькими экземплярами второй сущности, и каждый экземпляр второй сущности может быть связан с несколькими экземплярами первой сущности. Тип связи много-ко-многим является временным типом связи, допустимым на ранних этапах разработки модели. В дальнейшем этот тип связи должен быть заменен двумя связями типа один- ко-многим путем создания промежуточной сущности.

 

Каждая связь может иметь одну из двух модальностей связи:

 

 

Рис. 6

 

Модальность "может" означает, что экземпляр одной сущности может быть связан с одним или несколькими экземплярами другой сущности, а может быть и не связан ни с одним экземпляром.

 

Модальность "должен" означает, что экземпляр одной сущности обязан быть связан не менее чем с одним экземпляром другой сущности.

Связь может иметь разную модальность с разных концов (как на Рис. 4). Описанный графический синтаксис позволяет однозначно читать диаграммы,

пользуясь следующей схемой построения фраз:

 

<Каждый экземпляр СУЩНОСТИ 1> <МОДАЛЬНОСТЬ СВЯЗИ>

<НАИМЕНОВАНИЕ СВЯЗИ> <ТИП СВЯЗИ> <экземпляр СУЩНОСТИ 2>.

 

Каждая связь может быть прочитана как слева направо, так и справа налево. Связь на Рис. 4 читается так:

 

Слева направо: "каждый сотрудник может иметь несколько детей".

 

 

 

Справа налево: "Каждый ребенок обязан принадлежать ровно одному сотруднику".

 

Пример разработки простой ER-модели

 

При разработке ER-моделей мы должны получить следующую информацию о предметной области:

 

1.     Список сущностей предметной области.

2.     Список атрибутов сущностей.

3.     Описание взаимосвязей между сущностями.

 

ER-диаграммы удобны тем, что процесс выделения сущностей, атрибутов и связей является итерационным. Разработав первый приближенный вариант диаграмм, мы уточняем их, опрашивая экспертов предметной области. При этом документацией, в которой фиксируются результаты бесед, являются сами ER-диаграммы.

 

Предположим, что перед нами стоит задача разработать информационную систему по заказу некоторой оптовой торговой фирмы. В первую очередь мы должны изучить предметную область и процессы, происходящие в ней. Для этого мы опрашиваем сотрудников фирмы, читаем документацию, изучаем формы заказов, накладных и т.п.

 

Например, в ходе беседы с менеджером по продажам, выяснилось, что он (менеджер) считает, что проектируемая система должна выполнять следующие действия:

 

·         Хранить информацию о покупателях.

·         Печатать накладные на отпущенные товары.

·         Следить за наличием товаров на складе.

 

Выделим все существительные в этих предложениях - это будут потенциальные кандидаты на сущности и атрибуты, и проанализируем их (непонятные термины будем выделять знаком вопроса):

 

·         Покупатель - явный кандидат на сущность.

·         Накладная - явный кандидат на сущность.

·         Товар - явный кандидат на сущность

·         (?)Склад - а вообще, сколько складов имеет фирма? Если несколько, то это будет кандидатом на новую сущность.

·         (?)Наличие товара – это, скорее всего, атрибут, но атрибут какой сущности?

 

 

 

Сразу возникает очевидная связь между сущностями - "покупатели могут покупать много товаров" и "товары могут продаваться многим покупателям". Первый вариант диаграммы выглядит так:

 

 

Рис. 7

 

Задав дополнительные вопросы менеджеру, мы выяснили, что фирма имеет несколько складов. Причем, каждый товар может храниться на нескольких складах и быть проданным с любого склада.

 

Куда поместить сущности "Накладная" и "Склад" и с чем их связать? Спросим себя, как связаны эти сущности между собой и с сущностями "Покупатель" и "Товар"? Покупатели покупают товары, получая при этом накладные, в которые внесены данные о количестве и цене купленного товара. Каждый покупатель может получить несколько накладных. Каждая накладная обязана выписываться на одного покупателя. Каждая накладная обязана содержать несколько товаров (не бывает пустых накладных). Каждый товар, в свою очередь, может быть продан нескольким покупателям через несколько накладных. Кроме того, каждая накладная должна быть выписана с определенного склада, и с любого склада может быть выписано много накладных. Таким образом, после уточнения, диаграмма будет выглядеть следующим образом: