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数据库设计理论及应用（5）——逻辑结构设计
作者：最后一只恐龙 发表时间：2007-6-27
该系列计划包括5部分：完整性约束理论及应用、范式理论及应用、需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计。本文是第五部分，介绍逻辑结构设计的内容，包括E-R图向关系模型的转换、数据模型的优化、用户子模式的设计等问题。
1．逻辑设计概述
概念结构是独立于任何一种数据模型的，在实际应用中，一般所用的数据库环境已经给定（如SQL Server或Oracel或MySql），本文讨论从概念结构向逻辑结构的转换问题。
由于目前使用的数据库基本上都是关系数据库，因此首先需要将E-R图转换为关系模型，然后根据具体DBMS的特点和限制转换为特定的DBMS支持下的数据模型，最后进行优化。
2．E-R图向关系模型的转换
2.1 一个例子
E-R图如何转换为关系模型呢？我们先看一个例子。
图2.1是学生和班级的E-R图，学生与班级构成多对一的联系。根据实际应用，我们可以做出这个简单例子的关系模式：
学生（学号，姓名，班级）
班级（编号，名称）
“学生.班级”为外键，参照“班级.编号”取值。
这个例子我们是凭经验转换的，那么里面有什么规律呢？在2.2节，我们将这些经验总结成一些规则，以供转换使用。
2.2 转换规则
(1) 一个实体型转换为一个关系模式
一般E-R图中的一个实体转换为一个关系模式，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码。
(2) 一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。
图2.2是一个一对一联系的例子。根据规则（2），有三种转换方式。
(i) 联系单独作为一个关系模式
此时联系本身的属性，以及与该联系相连的实体的码均作为关系的属性，可以选择与该联系相连的任一实体的码属性作为该关系的码。结果如下：
职工（工号，姓名）
产品（产品号，产品名）
负责（工号，产品号）
其中“负责”这个关系的码可以是工号，也可以是产品号。
(ii) 与职工端合并
职工（工号，姓名，产品号）
产品（产品号，产品名）
其中“职工.产品号”为外码。
(iii) 与产品端合并
职工（工号，姓名）
产品（产品号，产品名，负责人工号）
其中“产品.负责人工号”为外码。
(3) 一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关系模式合并。
(i) 若单独作为一个关系模式
此时该单独的关系模式的属性包括其自身的属性，以及与该联系相连的实体的码。该关系的码为n端实体的主属性。
顾客（顾客号，姓名）
订单（订单号，……）
订货（顾客号，订单号）
(ii) 与n端合并
顾客（顾客号，姓名）
订单（订单号，……，顾客号）
(4) 一个m:n联系可以转换为一个独立的关系模式。
该关系的属性包括联系自身的属性，以及与联系相连的实体的属性。各实体的码组成关系码或关系码的一部分。
教师（教师号，姓名）
学生（学号，姓名）
教授（教师号，学号）
(5) 一个多元联系可以转换为一个独立的关系模式。
与该多元联系相连的各实体的码，以及联系本身的属性均转换为关系的属性，各实体的码组成关系的码或关系码的一部分。
(6) 具有相同码的关系模式可以合并。
(7) 有些1：n的联系，将属性合并到n端后，该属性也作为主码的一部分
这类问题多出现在聚集类的联系中，且部分实体的码只能在某一个整体中作为码，而在全部整体中不能作为码的情况下才出现（其它情况本人还没碰到，呵呵，欢迎指教）。
比如上篇文章介绍的管理信息系统中订单与订单细节的联系。
关于什么是聚集，2.3节介绍。
2.3 数据抽象的分类
这部分本应在概念设计中介绍的，用到了才想起来，这里补充一下。
关于现实世界的抽象，一般分为三类：
（1） 分类：即对象值与型之间的联系，可以用“is member of”判定。如张英、王平都是学生，他们与“学生”之间构成分类关系。
（2） 聚集：定义某一类型的组成成分，是“is part of”的联系。如学生与学号、姓名等属性的联系。
（3） 概括：定义类型间的一种子集联系，是“is subset of”的联系。如研究生和本科生都是学生，而且都是集合，因此它们之间是概括的联系。
例：猫和动物之间是概括的联系，《Tom and Jerry》中那只名叫Tom的猫与猫之间是分类的联系，Tom的毛色和Tom之间是聚集的联系。
订单细节和订单之间，订单细节肯定不是一个订单，因此不是概括或分类。订单细节是订单的一部分，因此是聚集。
2.4 数据模型的优化
有了关系模型，可以进一步优化，方法为：
（1） 确定数据依赖。
（2） 对数据依赖进行极小化处理，消除冗余联系（参看范式理论）。
（3） 确定范式级别，根据应用环境，对某些模式进行合并或分解。
以上工作理论性比较强，主要目的是设计一个数据冗余尽量少的关系模式。下面这步则是考虑效率问题了：
（4） 对关系模式进行必要的分解。
如果一个关系模式的属性特别多，就应该考虑是否可以对这个关系进行垂直分解。如果有些属性是经常访问的，而有些属性是很少访问的，则应该把它们分解为两个关系模式。
如果一个关系的数据量特别大，就应该考虑是否可以进行水平分解。如一个论坛中，如果设计时把会员发的主贴和跟贴设计为一个关系，则在帖子量非常大的情况下，这一步就应该考虑把它们分开了。因为显示的主贴是经常查询的，而跟贴则是在打开某个主贴的情况下才查询。又如手机号管理软件，可以考虑按省份或其它方式进行水平分解。
2.5 设计用户子模式
这部分主要是考虑使用方便性和效率问题，主要借助视图手段实现，包括：
（1） 建立视图，使用更符合用户习惯的别名。
（2） 对不同级别的用户定义不同的视图，以保证系统的安全性。
（3） 对复杂的查询操作，可以定义视图，简化用户对系统的使用。
物理设计主要工作是选择存取方法（索引），以及确定数据库的存储结构，这里就不说明了。
好了，可以在你的DBMS上建表了