数据库设计 ER图

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三个基本概念

Entity

Entity Set表示一类事物，类似于面向对象中类的概念，而Entity Instance表示一个具体的事物，类似于对象的概念。
Entity中可以有属性(Attribute)，也可以与其他Entity之间存在关系(Relationship)。在设计数据库时，一个Entity Set通常就是一个数据表，而Entity Instance就是表中的具体数据。

Strong & Weak

Entity可以分为Strong Entity（强实体）和Weak Entity（弱实体）。如果一个Entity可以独立存在，则称为Strong Entity，反之，如果一个Entity必须依赖于其他Entity，则称为Weak Entity。Weak Entity必须与若干个Strong Entity之间存在依赖关系。

ER图

在ER图中，Strong Entity用实线绘制的矩形表示，其中的主键属性用下划线标识。Weak Entity则用双层实线绘制的矩形表示，并且其中的主键用虚下划线标识。依赖关系则用双层实线绘制的菱形表示，并且由于每个Weak Entity Instance都需要依赖至少一个Strong Entity Instance，因此二者之间为强制参与关系。

Relationship

Relationship（关系）表示Entity之间的交互，Relationship同样可以分为Relationship Set和Relationship Instance。例如在teacher和student两个Entity之间存在teach关系，这是一个Relationship Set，而具体哪个老师教哪个学生则是一个Relationship Instance。由此可以看出，在设计数据库时，一个Relationship Set也可以用一个数据表来表示。但在大多数情况下没有这种必要。
当Relationship单独成表时，表中需要包含数数据有相互交互的两个Entity的主键，以及Relationship自身的属性。
在实际数据库的设计中，对于一对一关系，直接将任意Entity Set的主键以及关系自身的属性作为属性添加到另一个Entity Set中即可。对于一对多关系，需要将“一”的Entity主键以及关系属性作为属性添加到“多”的Entity中。对于多对多关系，则需要专门创建一个新表保存双方的主键的关系自身的属性。
Role表示Entity中参与Relationship的属性，对于二元和多元属性来说，role通常都是Entity各自的主键，因此通常不用标识。而对于一元关系来说，role通常为Entity自身的主键以及有主键生成的另一属性，通常需要标识。

分类

根据关系涉及的Entity种类，可以分为Unary Relationship（一元关系），Binary Relationship（二元关系）以及Ternary Relationship（多元关系），其中二元关系（即有两种Entity参与的关系）最为常见。
按照映射关系，关系可以分为一对一关系，一对多关系和多对多关系。
根据参与限制，可以分为Mandatory Participate Relationship（强制参与关系）以及Optional Participate Relationship（可选参与关系）。

ER图

在ER图中，关系使用实线绘制的菱形表示。除了Weak Entity与Strong Entity之间的依赖关系用双层菱形表示。关系的属性写在单层实线绘制的矩形中，并通过虚线与关系连接。
关系通过实线与相关的Entity连接，在连接线上可以标识关系对应的role。连接线的箭头表示映射关系，对于一对一关系，双方的连接线均有箭头，对于一对多关系，只有“一”的一方有箭头，对于多对多关系，双方均无箭头。
可选参与关系用单实线表示，强制参与关系用双实线表示。在实线上除了可以标识role，还可以添加一些简单的映射限制，用m…n表示。其中m和n分别表示对应侧Entity Instance参数数量的最小值和最大值。当n为*时表示无限制。

Attribute

属性(Attribute)隶属于实体或关系，某些特定的属性可以被称为Key(键)。

分类

按照结构类型，属性可以分为Simple Attribute（简单属性）和Composite Attribute（复杂属性）。简单属性就是普通的属性，例如生日、性别等。复杂属性由多个简单属性组成，例如地址属性可以由国家、省份、城市、街道等简单属性组成。
按照值类型，属性可以分为Single-valued Attribute（单值属性）、Multivalued Attribute（多值属性）、Derived Attributes（派生属性）以及Null Attribute（空属性）。其中单值属性就是基本的属性，只能有一个值。多值属性可以有多个值，例如一个人可以有多个电话号码，因此电话号码就是人的多值属性。如果一个属性可以通过其他属性推导得出，那就称为派生属性，例如可以通过一个人的生日推导出他的年龄，年龄就是一个派生属性。而如果一个属性可以为Null，则称为空属性。

ER图

在ER图中，Primary Key(主键)用下划线表示。
Entity中的属性标注在矩形内部的Entity Name之下，简单属性占据一行，用属性名表示。复杂属性占据多行，首行为复杂属性名，后续每一行用每个隶属于复杂属性的属性名表示，除首行外都要添加一个缩进。多值属性用花括号{}包裹的属性名表示。派生属性则在属性名之后添加一个小括号。

ER图示例

在这里插入图片描述

EER Model

EER（Extend Entity Relationship）Model是ER Model的补充版本。主要添加了Entity的继承和聚合的概念。
与OOP中的Class类似，被继承的Entity称为Super Entity，继承之后的称为Sub Entity。
在ER图中，继承关系用带空心箭头的实现表示，箭头指向Super Entity。Sub Entity有着Super Entity的所有属性。
Aggregation（聚合）指的是将一个关系和与其相关的所有Entity视作一个整体，当做一个新的Entity并可以参与其他关系的概念。

Relation Schema

我们使用ER图的目的就是为了设计关系型数据库，而Relation Schema（关系模式）就是关系型数据库表的直接体现。当我们得到了一组Relation Schema，也就得到了一组关系型数据库的基本结构。
简单来说，Relation Schema的结构就是 table_name(item_name1, item_name2, item_name3…)
ER图与Relation Schema之间的映射关系：

对于Strong Entity，一个Entity Set就是一个表，每个Attribute为一列，主键同样用下划线表示。
对于Weak Entity，一个Entity Set同样是一个表，每个Attribute一列，同时还要将依赖的Entity的主键作为Weak Entity主键中的一列。
对于Composite Attribute，直接将其展开，每个子属性作为一列。
对于Multivalued Attribute，需要将其视作一个Entity和Multivalued Attribute之间的一对多关系。因此需要为Multivalued Attribute成立一个新的数据表，并将原Entity的主键作为一列添加到数据表中。
对于One-to-One Relationship，需要将任意一方Entity的主键作为一列添加到另一Entity表中。
对于One-to-Many Relationship，需要将One侧的主键作为一列添加到Many侧Entity的表中。
对于Many-to-Many Relationship, 需要以Relationship的名字创建一个新表，表中的字段为两侧Entity的主键，以及Relationship自身的属性。
对于Sub Entity，需要为其建立一个新表，表中包含所有Sub Entity引入的新属性，并将Super Entity中的主键作为一列。
对于Aggregation，由于其涉及的Entity已经超过两个，需要为其设立新表，其中包含所有涉及的Entity的主键。

总的来说，在转换过程中，每个Entity会被转换成一个数据表，一对一关系和一对多关系会被转换为数据表中的一列或几列，而多对多关系则会用额外的数据表表示。复杂属性会被展开，多值属性会被转换为一对多关系，并为属性创建一个新表。