Базовые понятия ERD
учебно-методический материал по информатике и икт на тему

Базовые понятия ERD

Сущность (Entity) — множество экземпляров реальных или абстрактных объектов (людей, событий, состояний, идей, предметов и др.), обладающих общими атрибутами или характеристиками. Любой объект системы может быть представлен только одной сущностью, которая должна быть уникально идентифицирована. При этом имя сущности должно отражать тип или класс объекта, а не его конкретный экземпляр (например, ДИСЦИПЛИНА, а не МАТЕМАТИКА).

Каждая сущность должна обладать уникальным идентификатором. Каждый экземпляр сущности должен однозначно идентифицироваться и отличаться от всех других экземпляров данного типа сущности. Каждая сущность должна обладать некоторыми свойствами:

• иметь уникальное имя; к одному и тому же имени должна всегда применяться одна и та же интерпретация; одна и та же интерпретация не может применяться к различным именам, если только они не являются псевдонимами;
• иметь один или несколько атрибутов, которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через связь ;
• иметь один или несколько атрибутов, которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности.

Каждая сущность может обладать любым количеством связей с другими сущностями модели.

Связь (Relationship) — поименованная ассоциация между двумя сущностями, значимая для рассматриваемой предметной области. Связь — это ассоциация между сущностями, при которой каждый экземпляр одной сущности ассоциирован с произвольным (в том числе нулевым) количеством экземпляров второй сущности, и наоборот.

1. Атрибут (Attribute) — любая характеристика сущности, значимая для рассматриваемой предметной области и предназначенная для квалификации, идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности. Атрибут представляет тип характеристик или свойств, ассоциированных с множеством реальных или абстрактных объектов (людей, мест, событий, состояний, идей, предметов и т.д.). Экземпляр атрибута — это определенная характеристика отдельного элемента множества. Экземпляр атрибута определяется типом характеристики и ее значением, называемым значением атрибута. На диаграмме "сущность-связь" атрибуты ассоциируются с конкретными сущностями. Таким образом, экземпляр сущности должен обладать единственным определенным значением для ассоциированного атрибута. Понятие информационной модели. Уровни информационной модели

Методология IDEF1X - язык для семантического моделирования данных, основанный на концепции «сущность-связь».

Различают два уровня информационной модели: логический и физический.

Логическая модель позволяет понять суть проектируемой системы, отражая логические взаимосвязи между сущностями.

Различают три подуровня логического уровня модели данных, отличающиеся по глубине представления информации о данных:

• диаграмма сущность-связь (Entity-Relationship Diagram (ERD));
• модель данных, основанная на ключах (Key Based Model (KB));
• полная атрибутивная модель (Fully Attributed Model (FA)).

Физическая модель отражает физические свойства проектируемой базы данных (типы данных, размер полей, индексы). Параметры физической информационной модели зависят от выбранной системы управления базами данных (СУБД).

Основные элементы информационной модели логического уровня

Сущности и атрибуты

Сущность - это множество реальных или абстрактных объектов (людей, предметов, документов и т.п.), обладающих общими атрибутами или характеристиками. Любой объект системы может быть представлен только одной сущностью, которая должна быть уникально идентифицирована. Именование сущности осуществляется с помощью существительного в единственном числе. При этом имя сущности должно отражать тип или класс объекта, а не его конкретный экземпляр (например, Студент, а не Петров) (рис. 3.1).

Рис. 1. Графическое представление сущности «Студент» в MS Office Visio

Любая сущность характеризуется набором атрибутов (свойств).

Атрибут сущности - характеристика сущности, то есть свойство реального объекта. Например, на рис. 3.1 атрибутами сущности «Студент» являются «ID студента», «Фамилия», «Имя», «Отчество», «Дата поступления» и «Номер билета».

В свою очередь, атрибуты сущности делятся на 2 вида: собственные и наследуемые. Собственные атрибуты являются уникальными в рамках модели. Наследуемые атрибуты передаются от сущности-родителя при установке связи с другими сущностями.

Первичный ключ (Primary Key, PK). Каждая сущность должна обладать атрибутом или комбинацией атрибутов, чьи значения однозначно определяют каждый экземпляр сущности. Эти атрибуты образуют первичный ключ сущности.

Внешний ключ (Foreign Key, FK). Если между двумя сущностями имеется специфическое отношение связи или категоризации, то атрибуты, входящие в первичный ключ родительской или общей сущности, наследуются в качестве атрибутов сущностью - потомком или категориальной сущностью соответственно. Эти атрибуты и называются внешними ключами.

Отношения в IDEFlX-модели

При построении информационной модели различают следующие типы отношений между сущностями: идентифицирующее, не идентифицирующее, не специфическое (многие-ко-многим) и отношения категоризации.

Мощность отношения служит для обозначения отношения числа экземпляров родительской сущности к числу экземпляров дочерней.

Нормализация данных

Нормализация - это процесс проверки и реорганизации сущностей и атрибутов с целью удовлетворения требований к реляционной модели данных. Процесс нормализации сводится к последовательному приведению структур данных к нормальным формам - формализованным требованиям к организации данных.

Первая нормальная форма (1НФ). Сущность находится в первой нормальной форме тогда и только тогда, когда все атрибуты содержат атомарные значения. Среди атрибутов не должно встречаться повторяющихся групп, т.е. несколько значений для каждого экземпляра.

Вторая нормальная форма (2НФ). Сущность находится во второй нормальной форме, если она находится в первой нормальной форме, и каждый не ключевой атрибут полностью зависит от первичного ключа (не может быть зависимости от части ключа).

Третья нормальная форма (3 НФ). Сущность находится в третьей нормальной форме, если она находится во второй нормальной форме и никакой не ключевой атрибут не зависит от другого не ключевого атрибута (не должно быть зависимости между не ключевыми атрибутами).

4. Рекомендации по выполнению лабораторных работ

Лабораторная работа выполняется группой студентов (2-3 человека) в пакете Microsoft Office Visio 2007.

Данная работа может выполняться на основе результатов функционального моделирования предметной области.

Отчеты по лабораторным работам оформляется в виде документа в формате MS Office Word в соответствии с требованиями преподавателя.

Методика выполнения лабораторной работы

Методика выполнения лабораторной работы будет рассмотрена на примере процесса выполнения курсовой работы, функциональная модель которого представлена в приложении А.

Упражнение 1. Построение логической информационной модели уровня «сущность-связь»

5.1. Составление пула - списка потенциальных сущностей

Информационная модель может быть построена на основе функциональной модели (в нотации IDEF0). В этом случае названия всех интерфейсных дуг IDEFO-модели заносятся в пул - список потенциальных сущностей.

Список потенциальных сущностей для рассматриваемого примера будет представлен таблицей вида (рис. 5.1):

Рис. 2. Пул - список потенциальных сущностей

Теперь из этого списка необходимо выделить сущности, остальные интерфейсные дуги будут преобразованы в атрибуты сущностей.

В качестве сущностей выделим следующие:

1. задание;
2. пояснительная записка;
3. курсовая работа;
4. положение о курсовом проектировании;
5. студент;
6. преподаватель;
7. график;
8. методические указания.

5.2. Создание логической модели «сущность-связь»

1. Запустите MS Office Visio 2007.
2. На закладке выбора шаблона выберите категорию Программное обеспечение и базы данных и в ней элемент Схема модели базы данных. Нажмите кнопку Создать в правой части экрана.
3. Установите необходимые параметры страницы (масштаб, ориентация страницы).
4. MS Office Visio 2007 поддерживает различные нотации моделей баз данных. Для того чтобы задать нотацию IDEF1X, необходимо выбрать пункты меню База данных ^ Параметры ^ Документ. В открывшемся окне на вкладке Общие установить переключатель в меню Набор символов на IDEF1X. Меню Имена, видимые на схеме позволяет указать, какие имена атрибутов сущности будут отображены на диаграмме (концептуальные, физические или оба варианта одновременно). В данном случае для логического представления информационной модели необходимо выбрать пункт Концептуальные имена (рис. 5.2).

В закладке Отношение окна Параметры документа базы данных в меню Показывать нужно отметить галочкой пункт Мощность, в меню Отображение вида выбрать пункт Показывать вербальную фразу, снять галочку в пункте Обратный текст (рис. 5.3). Данные настройки позволят отобразить имя и мощность связи в модели.

5. Для того чтобы создать сущность, необходимо перетащить

элементна рабочее поле. Переход в режим редактирования сущности осуществляется двойным щелчком по сущности или по нажатию правой кнопки мыши и выбора пункта меню Свойства базы данных.

Рисунок 3 - Настройка вида отношений информационной модели

Чтобы задать имя сущности, в окне Свойства базы данных нужно выбрать категорию Определение, снять галочку в пункте Синхронизация имен при вводе (в противном случае, физическое и логическое имя сущности будут совпадать, что по практическим соображениям не всегда удобно) и задать концептуальное имя сущности. Руководствуясь данным алгоритмом, создадим 8 сущностей, определенных в пункте 5.1 (см. рис. 5.4).

Рисунок 4 - Сущности информационной модели логического

уровня

6. Далее необходимо установить связи между сущностями.

Сначала составим описание предметной области на естественном языке.

Любой студент должен выполнить одну или несколько курсовых работ.

Каждая курсовая работа должна выполняться одним студентом (в идеале).

Каждая курсовая работа выполняется в соответствии с методическими указаниями и положением о курсовом проектировании.

Курсовая работа сдается по графику.

Курсовая работа оформляется в виде пояснительной записки.

Преподаватель проводит консультации, проверяет и ставит оценку за курсовую работу.

Таким образом, сформулируем имена связей:

СТУДЕНТ выполняет КУРСОВУЮ РАБОТУ.

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ проверяет КУРСОВУЮ РАБОТУ..

КУРСОВАЯ РАБОТА выполняется в соответствии с ЗАДАНИЕМ.

КУРСОВАЯ РАБОТА оформляется в виде ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ определяют требования к КУРСОВОЙ РАБОТЕ.

КУРСОВАЯ РАБОТА организуется согласно ПОЛОЖЕНИЮ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ.

КУРСОВАЯ РАБОТА сдается по ГРАФИКУ.

Во всех случаях сущность Курсовая работа является дочерней, за исключением связи с сущностью Пояснительная записка. Определим типы связей и построим модель (см. рис. 5.7). В дальнейшем можно будет подкорректировать связи между сущностями.

Чтобы установить связи между сущностями, необходимо перетащить на рабочую область элемент , поднести один конец стрелки к родительской сущности, другой - к дочерней.

Примечание. При правильном связывании каждая сущность будет подсвечена красным цветом.

В MS Office Visio 2007 по умолчанию используется не идентифицирующее отношение. Чтобы изменить тип связи, необходимо двойным щелчком по связи открыть окно Свойства базы данных и в категории в категории Прочее указать тип отношения (идентифицирующее, не идентифицирующее). В этой же категории указывается мощность связи (см. рис. 5.5).

Рисунок 5 - Определение типа связи и мощности

Примечание. Кроме того, при не идентифицирующем отношении нужно указать, является ли наличие родительской сущности обязательным (т.е. может ли существовать экземпляр дочерней сущности, если не существует экземпляра родительской). Если наличие родительского объекта является необязательным, графически это отобразится в виде не закрашенного ромба со стороны родительской сущности.

Следующий шаг - в категории Имя в поле Вербальная фраза нужно указать имя отношения (рис. 5.6). Также можно указать имя связи в поле Обратная фраза для спецификации отношения потомок- родитель (в нашем случае обратная фраза отображаться не будет).

Примечание. Все изменения при закрытии окна свойств сохраняются автоматически.

Рисунок 6 - Определение имени отношения

После определения имен, типов связей и задания мощностей получим информационную модель, представленную на рис. 5.7.

Рисунок 7 - Информационная модель уровня «сущность-связь»