Модель «сущность-связь»
Цель инфологического моделирования – обеспечение наиболее естественных для человека способов сбора и представления той информации, которую предполагается хранить в создаваемой базе данных. Поэтому инфологическую модель данных пытаются строить на доступном широкому кругу пользователей и разработчиков языке. Известны следующие средства создания внешних моделей:
– семантические сети;
– язык инфологического моделирования;
– ЕR-диаграммы.
Наибольшую популярность из-за доступности, наглядности и компактности приобрел подход моделирования «сущность-связь».
Модель «сущность-связь» (Entity-Relationship model) разработана Ченом в 1976 году с целью упрощения концептуального проектирования баз данных.
Основными элементами этой модели являются:
– сущности;
– атрибуты;
– связи.
Сущность представляет собой различимое множество объектов (экземпляров сущности) реального мира с одинаковым набором атрибутов.
Сущность идентифицируется именем и списком свойств (атрибутов). База данных о сколько-нибудь значительной предметной области содержит много (несколько) сущностей. Каждый экземпляр сущности обладает уникальным набором значений атрибутов.
На ER-диаграммах сущность представляется прямоугольником с именем сущности внутри.
Атрибут – неотъемлемое свойство сущности или связи. Именно по значениям атрибутов можно идентифицировать экземпляр сущности. Значения атрибутов представляют основную часть сведений, хранящихся в БД.
На ER-диаграммах атрибут представляется овалом (эллипсом), соединенным с соответствующей сущностью линией и с именем атрибута внутри.
С понятием атрибута тесно связано понятие домена.
Домен – множество значений, которые может принимать атрибут. Разработчика не должен удивлять тот факт, что домены могут быть бесконечными (хотя и перечислимыми) множествами
Атрибуты делятся на:
– простые;
– составные;
– однозначные;
– многозначные;
– производные.
Простой атрибут состоит из одного компонента с независимым существованием.
Составной атрибут состоит из нескольких компонентов, каждый из которых характеризуется независимым существованием.
Однозначный атрибут содержит одно значение для одного экземпляра сущности.
Многозначный атрибут может содержать несколько значений для одного экземпляра сущности.
Производный атрибут представляет значение, производное (вычисляемое) от значения связанного с ним атрибута или некоторого множества атрибутов, принадлежащих некоторой сущности.
Вопрос однозначной идентификации экземпляров сущности связан с понятием ключа.
Ключ - минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно идентифицировать экземпляр сущности.
В наборе атрибутов сущности можно выделить несколько потенциальных ключей. Потенциальный ключ, используемый реально для идентификации экземпляров сущности называется первичным ключом.
На ER-диаграммах имена атрибутов, выбранных в качестве первичного ключа, подчеркиваются.
Суперключом называется набор атрибутов, содержащий ключ.
Ассоциирование двух или более сущностей называется связью.
Связи, также как и сущности и атрибуты идентифицируют именем.
На ER-диаграммах связь изображается в виде ромба или шестиугольника, помеченного соответствующим именем. Соединение с ассоциированными сущностями производится линиями.
Пример ER-диаграммы с обозначениями сущностей, их атрибутов и связей представлен на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Пример ER-диаграммы
Степень связи - количество сущностей, которые охвачены данной связью.
Если связь определена между двумя сущностями, то ее степень - 2, а называется такая связь бинарной. Связь между тремя сущностями называется тернарной, четырьмя сущностями – кватернарной и т.д.
В общем случае связь между п сущностями называется n - арной. Примеры различных связей представлены на рис. 2.4.
Рис. 2.4.Примеры связей: а) – бинарной; б) – тернарной; в) – кватернарной; г) – унарной (рекурсивной)
Рекурсивная связь – связь, в которой одни и те же сущности участвуют несколько раз в разных ролях.
Рекурсивная связь часто называют унарной. Пример такой связи представлен на рис. 2.4,2. В приведенном примере каждый студент из сущности СТУДЕНТ может исполнять обязанности дежурного по отношению к другим студентам той же сущности.
При построении инфологической модели, на сущности – участницы некоторых связей могут накладываться ограничения, отражающие семантику предметной области.
С этими ограничениями связано понятие показателя кардинальности связи.
Показатель кардинальности указывает количественное соотношение экземпляров сущностей для каждой связи [5, 7].
Классическими признаны бинарные связи с показателями кардинальности «ОДИН-К-ОДНОМУ», «ОДИН-КО-МНОГИМ», «МНОГИЕ-КО-МНОГИМ».
Пусть в предметной области выделены сущности А и В.
1. Связь ОДИН-К-ОДНОМУ (1:1): в каждый момент времени каждому экземпляру сущности А соответствует не более одного экземпляра сущности В (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Связь ОДИН-К-ОДНОМУ
Декан осуществляет свою деятельность на одном факультете вуза.
2. Связь ОДИН-КО-МНОГИМ (1:М): каждому экземпляру сущности А соответствуют О, 1 или несколько представителей сущности В (рис. 2.6).
Рис. 2.6. Связь ОДИН-КО-МНОГИМ
В квартире может проживать несколько жильцов.
3. Связь МНОГИЕ-КО-МНОГИМ (М:М): каждому экземпляру сущности А соответствуют 0, 1 или несколько представителей сущности В, каждому экземпляру сущности В соответствуют 0, 1 или несколько представителей сущности А (рис. 2.7).
Рис. 2.7. Связь МНОГИЕ-КО-МНОГИМ
Процесс обучения осуществляется множеством преподавателей с множеством студентов.
Пример 2.1. Если связь между сущностями МУЖЧИНЫ и ЖЕНЩИНЫ называется БРАК, то существует четыре возможных представления такой связи (рис. 2.8) [5].
Характер связей между сущностями может оказаться более сложным (рис. 2.9) [5, 7].
Рис. 2.8. Пример связи БРАК между сущностями МУЖЧИНЫ и ЖЕНЩИНЫ
Рис. 2.9. Пример множества связей между сущностями ПРЕПОДАВАТЕЛЬ и СТУДЕНТ
В приведенных примерах для повышения иллюстративности рассматриваемых связей не показаны атрибуты сущностей и ассоциаций во всех ER-диаграмах. Так, ввод лишь нескольких основных атрибутов в описание значительно усложняет ER-диаграмму. В связи с этим язык ER-диаграмм используется для построении небольших моделей и иллюстрации отдельных фрагментов больших. Для представления полных инфологических моделей предметной области применяется менее наглядный, но более содержательный язык инфологического моделирования (ЯИМ) [5], в котором сущности и ассоциации представляются предложениями вида:
СУЩНОСТЬ (атрибут 1, атрибут 2, ..., атрибут n)
Связь [СУЩНОСТЬ S1, СУЩНОСТЬ S2, ...]
(атрибут 1, атрибут 2, ..., атрибут n),
где S - степень связи, а атрибуты, входящие в ключ, должны быть отмечены с помощью подчеркивания.
Так, рассмотренный выше пример множества связей между сущностями, может быть описан на ЯИМ следующим образом.
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ (УслНомерП,
Фамилия, Имя, Отчество, УчСтепень)
СТУДЕНТ (УслНомерС.
Фамилия, Имя, Отчество,
Адрес, Специальность, Пол)
Лектор [ПРЕПОДАВАТЕЛЬ 1, СТУДЕНТ М]
(УслНомерП, УслНомерС)
Консультант [ПРЕПОДАВАТЕЛЬ М, СТУДЕНТ Р]
(УслНомерП, УслНомерС).
Для определения связей между сущностями необходимо, как минимум, выделить в интересующей предметной области сами сущности. Но это непростая задача, так как в разных предметных областях один и тот же объект может быть сущностью, атрибутом или связью.
