Учебное пособие Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности

Вид материала

Учебное пособие

Содержание Ссылочная целостность Изделие и Цех Прочие ограничения 4.2. Диаграммы "сущность-связь" Изделия имеет те же атрибуты, что и класс Изделие Многосторонние связи Е, означает, что из всех других вовлеченных в эту связь множеств выбирается по одной сущности, связанной с единственной сущность 54 имеют невидимые атрибуты. Можно добавить атрибуты и множеству Договоры Типы элементов проекта Определения подклассов Моделирование ограничений

Подобный материал:

• В. В. Крупица Личность Коллектив Стиль отношений (социально-психологический аспект), 4876.34kb.
• Учебное пособие допущен о министерством образования и науки Российской Федерации, 3988.52kb.
• Учебное пособие Выпуск второй, 4617.34kb.
• М. В. Ломоносова Хрестоматия по истории государства и права зарубежных стран, 11295.75kb.
• В. И. Королева Москва Магистр 2007 Допущено Министерством образования Российской Федерации, 4142.55kb.
• Учебное пособие для вузов, 3736.61kb.
• Учебное пособие для вузов, 7834.87kb.
• И. М. Синяева, В. М. Маслова, В. В. Синяев сфера, 5230.77kb.
• Д. В. Андреев Программирование микроконтроллеров mcs-51, 2064.3kb.
• Т. В. Корнилова экспериментальная психология теория и методы допущено Министерством, 5682.25kb.

Ссылочная целостность

Если ограничения по единственному значению устанавливают, что в данной роли существует только одно значение, ограничение ссылочной целостности означает, что в этой роли существует в точности одно значение. Вариантом ограничения ссылочной целостности является ограничение, согласно которому атрибут имеет единственное непустое значение, но "ссылочная целостность" чаще применяется к связям между классами.

Рассмотрим связь выполняется_в между Изделие и Цех в строке 6 примера 4.4. Разве такое возможно: объект класса Цех является значением выполняется_в, а самого этого объекта не существует? Ответ заключается в том, что в реализации ODL связь выполняется_в представлена указателем или ссылкой на данный объект и в какой-то момент времени этот объект удаляется из класса Цех. Тогда указатель становится висящим и больше не указывает на реальный объект.

Согласно ограничению ссылочной целостности объект, на который есть ссылка, должен существовать. Это ограничение можно ввести по-разному.

1. Можно запретить удаление объекта, на который есть ссылка (в приведенном выше примере – цеха).
   
2. Можно потребовать, чтобы при удалении объекта, на который есть ссылка, удалялся и объект, который на него ссылается. В приведенном примере это значит, что при удалении цеха из базы данных нужно удалить также все соответствующие изделия.
   

В дополнение к упомянутым условиям удаления требуется, чтобы при создании объекта "изделие" существующий объект "цех" был задан в качестве значения связи выполняется_в. При изменении этого значения новое значение также должно быть существующим объектом. Использование таких методов обеспечения ссылочной целостности связи – вопрос реализации БД, и в настоящем пособии мы не будем его обсуждать.


Прочие ограничения

Для конкретной базы данных могут быть введены также другие ограничения (правила целостности). Например, учитывая оборот изделий и реальные возможности мастеров можно ввести правило, согласно которому у каждого мастера было бы не более десяти изделий.

В ODL ограничить количество изделий на одного мастера до десяти можно, задав тип атрибута мастера списком длины 10. Однако здесь невозможно задать условие, согласно которому множество будет иметь не более 10 элементов.


4.1.12. Переход от объектно-ориентированной модели

к реляционной


От объектно-ориентированной модели в большинстве случаев достаточно легко перейти к реляционной.

Пусть принимаются следующие ограничения:

• все свойства класса представляют собой атрибуты (а не отношения или методы);
  
• типы атрибутов атомарны (не являются структурами или множествами).
  

В данном случае переход к реляционной модели прост: создаются отношения с именем соответствующего класса, при этом атрибуты объектной модели переходят в атрибуты соответствующего классу отношения.

В ряде случаев не возникает проблем, даже если некоторые атрибуты не атомарны (такие как дата, перечень). Можно, например, тип "перечень" для дней недели представить целыми числами от 0 до 6.

Для более трудных случаев используются расширение множества на несколько кортежей и дополнительные отношения.

Наиболее сложный случай связан с представлением многозначных связей если связь имеет тип множества. В данном случае используется комбинация двух методов:

• однозначные связи – нужно найти ключ для представления каждого из связанных объектов;
  
• имеются атрибуты со значением типа множества – нужно представить множество связанных объектов путем создания одного кортежа для каждого значения. При этом появляется избыточность, которая устраняется при переходе к нормальным формам более высокого порядка.
  

В объектно-ориентированной модели имена атрибутов различных объектов могут совпадать, поэтому в подобных ситуациях при переходе к реляционной модели необходимо присвоить уникальные имена атрибутам, например, включая в имя атрибута имя соответствующего объекта.


4.2. Диаграммы "сущность-связь"


Немаловажную роль в инфологическом проектировании играет наглядность представляемых моделей данных. В этой связи большой популярностью разработчиков пользуются средства, основанные на графических нотациях, самым распространенным средством данного типа являются диаграммы "сущность-связь" (entity-relationship, E/R), которые соответствуют объектно-ориентированному подходу. Эти диаграммы имеют те же три главных компонента, о которых говорилось при описании ODL (хотя модели E/R и ODL имеют особенности, о которых речь пойдет ниже).


4.2.1. Компоненты диаграмм "сущность-связь"

1. Множества сущностей, аналогичные классам. Сущности – это члены множества сущностей, аналогичные объектам ODL.
   
2. Атрибуты–- это значения, описывающие свойства сущности. Атрибуты в E/R и ODL – это, по сути, одно и то же понятие.
   
3. Связи – это соединения между двумя или более множествами сущностей. Связи в E/R аналогичны связям в ODL за следующими исключениями:
   

1. В модели E/R одно имя приписывается связи в обоих направлениях, а в ODL отдельно определяются связь и ее обращение. Например, обратные связи Изделие::мастера и Мастер:: от_мастера в примере 4.4 в модели E/R были бы представлены единственной связью.
   
2. Связи в E/R могут соединять более двух множеств сущностей, а связи ODL – максимум два класса.
   

Пример 4.13. На рис. 47 изображена E/R диаграмма, представляющая ту же самую информацию о реальном мире, что и описание ODL в примере 4.5.

Множествами сущностей являются Изделие, Мастер и Цех. Чтобы выразить небольшое различие между множествами сущностей и классами, имена первых пишутся во множественном числе, имена вторых в единственном.

Множество сущностей Изделия имеет те же атрибуты, что и класс Изделие в примере 4.5, а именно – название изделия, размер, и тип материала. Аналогично, два других множества имеют атрибуты, которые были описаны для соответствующих классов ODL.

На рис. 47 видны также связи, соответствующие связям из ODL-описания примера 4.5. Одно из них мастером содержит информацию пары обратных связей мастера и от_мастера между ODL-классами Изделие и Мастер. E/R-связь относиться на рис. 44 представляет обратные связи Изделие::выполняется_в и Цех::обеспечивает. Стрелка, указывающая на множество Цеха, означает, что каждым изделием занимается только один цех.


4.2.2. Множественность E/R-связей


Для выражения множественности связей в E/R-диаграммах можно применять стрелки. Если между множествами Е и F есть связь типа "многие-к-одному", используется стрелка, указывающая на F. Она означает, что каждая сущность из множества Е связана только с одной сущностью из множества F. Однако сущность из F может быть связана с многими сущностями в Е.

С
вязь типа "один-к-одному" между множествами Е и F выражается стрелками, указывающими и на Е, и на F. Например, на рис. 48 показаны два множества Цех и Начальник, а также связь между ними Возглавляет (атрибуты не показаны). Предполагается, что начальник может возглавлять только один цех, а у начальника может быть только один цех, что и выражено стрелками, указывающими на оба множества.

Зачастую E/R-связи удобно изображать таблицей, каждая строка которой представляет пару сущностей, вовлеченных в данную связь. Например, связь мастером можно представить так:

Изделия	Мастера
Вечернее платье	Иванова
Мужской костюм	Павлов
Дубленка	Семенова

Конкретного способа, которым должны реализовываться связи, не существует ни в E/R-моделях, ни в ODL.

Такая таблица иногда называется множеством отношений для конкретной связи. Элементы этого множества – строки таблицы. Их можно представить в виде кортежей с компонентами для каждого множества сущностей. Например, кортежем во множестве отношений для связи мастером, является пара


(Вечернее платье, Иванова)


Многосторонние связи

В E/R-моделях, в отличие от ODL, удобно определять связи между несколькими множествами. Однако на практике тернарные (трехсторонние) связи или связи еще более высокого порядка встречаются довольно редко. Многосторонние связи в E/R-моделях изображаются линиями, соединяющими ромб (связь) с каждым из участвующих в д
анной связи множеств.

Пример 4.14. На рис. 49 изображена связь Договоры между цехом и мастером на изготовление изделия. Она означает, что цех заключает с мастером контракт на изготовление изделия. В общем случае значением E/R-связи можно считать множество кортежей, компонентами которых являются сущности, вовлеченные в данную связь. Например, связь Договоры можно описать трехмерными кортежами вида:

(цех, мастер, изделие).

В многосторонних связях стрелка, указывающая на множество Е, означает, что из всех других вовлеченных в эту связь множеств выбирается по одной сущности, связанной с единственной сущностью в Е. (Заметим, что такое определение – это обобщение понятия множественности, применявшегося для двухсторонних связей.) На рис. 49 стрелка, указывающая на множество Цеха, означает, что каждый мастер может иметь договор на изготовление конкретного изделия только с одним цехом. Однако здесь нет стрелок, указывающих на Мастера или Изделия. Цех может заключать договор на участие в работе над изделием со многими мастерами, а мастер может заключить контракт с цехом на работу над несколькими изделиями.

Чтобы выразить связи между тремя или более участниками недостаточно ставить или не ставить стрелки на линиях, идущих к ромбу связи. Вполне реальную ситуацию с помощью стрелок описать невозможно. Например, согласно рис. 49, цех является функцией только изделия, а не мастера и изделия вместе взятых, так как изделие производится единственным цехом. В принятой нотации такую ситуацию невозможно отличить от случая трехсторонней связи, когда множество, на которое указывает стрелка, является функцией двух других множеств.

4.2.3. Роли в связях


Некоторое множество сущностей может многократно фигурировать в одной и той же связи, от символа связи к множеству проводится столько линий, сколько раз это множество участвует в данной связи. Каждая из таких линий определяет роль, которую множество играет в связи.

Пример 4.15. На рис. 50 изображена связь Быть_учеником множества Мастера с самим собой. Каждая связь – это связь между двумя мастерами, один из которых является учеником другого. Для различения этих двух мастеров, в рамках данной связи одна линия отмечена ролью Наставник, а другая ролью Ученик, которые обозначают мастера-наставника и его ученика соответственно. Предполагается, что у наставника может быть много учеников, но у каждого ученика есть только один наставник. Таким образом, стрелка E/R-диаграммы на рис. 50 показывает связь типа "многие-к-одному" множества Ученик с множеством Наставник.

Пример 4.16. В качестве примера, включающего в себя многостороннюю связь и множество сущностей со многими ролями, на рис. 51 дается более сложная версия связи Договоры, введенной в примере 4.5. Здесь показана связь Договоры между двумя цехами, мастером и изделием. Для иллюстрации предполагается, что цех, имеющий договор на пошив изделия с определенным мастером, может заключить со вторым цехом договор, позволяющий привлекать возможности другого цеха, например для получения каких-либо материалов или выполнения тонких работ. Такая связь описывается четверками вида:

(цех_1, цех_2, мастер, изделие),

причем цех_2 заключает с цехом_1 договор на привлечение мастера цеха1 для изделия цеха2.

На рис. 51 есть стрелки, указывающие на Цеха в двух ролях: как "владельца" мастера и как производителя изделия, но нет стрелок, указывающих на Мастера или Изделия. Это значит, что при наличии мастера, изделия и цеха, производящего изделие, только один цех может "владеть" мастером. (Предполагается, что мастер имеет договор только с одним цехом.) Аналогично, данное изделие производится единственным цехом, поэтому при наличии мастера, изделия и цеха, "владеющего" мастером, можно определить единственный производящий изделие цех. Заметим, что обоих случаях для определения уникальной сущности реально нужна только одна из остальных сущностей (например, для определения уникального производящего цеха необходимо знать только изделие), но этот факт не изменяет множественное определение многосторонней связи.





Стрелки не указывают на Мастера или Изделия. При наличии мастера, "владеющего" им цеха и цеха, выпускающего изделия, может быть заключено множество договоров, позволяющих мастеру работать над различными изделиями. Значит, совсем не обязательно, что остальные три компонента в четверке данной связи определяют единственное изделие. Аналогично, производящий цех может заключать контракт с другими цехами об участии нескольких их мастеров при работе над одним своим изделием. Таким образом, мастер не определяется тремя остальными компонентами данной связи.


4.2.4. Атрибуты связей


Бывает удобно приписывать атрибуты к связи, а не к одному из множеств сущностей, находящихся в данной связи. Рассмотрим связь, представляющую договор мастера с цехом на изготовление изделия (рис. 49). Допустим, надо записать гонорар, указанный в этом договоре. Однако гонорар нельзя связать с мастером, так как он может получать разные гонорары за работу над разными изделиями. Не очень хорошо связывать договор с цехом (различным мастерам он может выплачивать разные гонорары) или с изделием (разные мастера получают за подобные изделия разные гонорары). Удобно связать гонорар с тройкой:

(мастер, изделие, цех)

в
о множестве отношений для связи Договоры. На рис. 52 показана схема рис. 49 вместе с атрибутами. Связь имеет атрибут гонорар, а множества сущностей имеют те же атрибуты, которые были показаны на рис. 47.

Размещать атрибуты на самих связях нет необходимости. Вместо этого можно ввести новое множество сущностей с атрибутами, приписанными данной связи, и включить такое множество в связь.

Пример 4.17. Изменим E/R-диаграмму (рис. 52), на которой связь Договоры имеет атрибут гонорар.

С
оздадим множество Гонорары с атрибутом гонорар (рис. 53).

4.2.5. Конвертирование многосторонних связей в бинарные


В ODL допустимы только бинарные связи, в отличие от E/R-модели. Однако любую сложную связь, включающую в себя более двух компонентов, нетрудно конвертировать в множество бинарных связей типа "многие-к-одному" без потери какой-либо информации. В E/R-модели можно ввести новое множество сущностей, элементами которого являются кортежи множества отношений для многосторонней связи. Такое множество называется множеством связующих сущностей. Затем вводится связь типа "многие-к-одному" этого множества связующих сущностей с каждым множеством сущностей, предоставляющим элемент кортежей исходной многосторонней связи. Если какое-то множество сущностей играет несколько ролей, оно является целевым пунктом одной связи для каждой из ролей.

Пример 4.18. Четырехстороннюю связь (рис. 51) можно заменить множеством сущностей под названием Договоры. Как показано на рис. 54, это множество участвует в четырех связях. Если множество отношений для связи Договоры имеет четверку

(цех_1, цех_2, мастер, изделие)

то сущность множества Договоры соединена связью от_мастера с сущностью мастер из множества Мастера, связью изделие_от с сущностью изделие из множества Изделия, а также связями Цех_мастера и Выполняющий_цех соответственно с сущностями цех_1 и цех_2 из множества Цеха.





Предполагается, что у множества Договоры нет атрибутов, хотя другие множества сущностей на рис. 54 имеют невидимые атрибуты. Можно добавить атрибуты и множеству Договоры, например дату подписания договора, сведения о заказчике.

Многосторонняя связь, подобная показанной на рис. 51, в ODL изображалась бы способом, сходным с описанным выше преобразованием для E/R-модели. Однако в ODL нет многосторонних связей, поэтому данное преобразование не выбирается по желанию – оно обязательно.

Пример 4.19. Допустим, есть классы Мастер, Изделие и Цех, соответствующие каждому из трех множеств сущностей, показанных на рис. 52. Для представления четырехсторонней связи Договоры вводится новый класс Договор, не имеющий атрибутов, но имеющий четыре связи, соответствующие четырем компонентам E/R-связи. ODL-описание показано ниже; обратные связи пропущены. Каждая четверка в E/R-связи Договоры соответствует объекту ODL-класса Договор.


interface Договор{

relationship Цех владеет_мастером;

relationship Цех выполняющий_цех;

relationship Мастер мастер_;

relationship Изделие изделие_;

};


4.2.6. Проектирование E/R моделей


Как уже говорилось, проект должен быть правильным относительно описываемой предметной области. Сущности и их атрибуты, должны отражать реальные объекты.


Простота

Не стоит вводить в проект больше элементов, чем это необходимо.

Пример 4.20. Предположим, что вместо связи между Изделием и Мастером было постулировано существование "договора на особых условиях", предполагающего выполнение заказа на изделие только у одного высококвалифицированного мастера и в самый короткий срок. Тогда можно создать еще один класс или множество сущностей Спецзаказ. Между изделием и единственным специальным договором можно ввести связь обслуживает типа "один-к-одному". И связь типа "многие-к-одному" множества Спецзаказ с множеством Мастера завершает схему, показанную на рис. 55.

В
принципе, такая структура правильно представляет реальный мир, так как единственный цех, единственного мастера, можно определять через спецзаказ. Однако множество Спецзаказ при этом бесполезно, и лучше обойтись без него. Практическая реализация такого множества приведет к программам, использующим более сложные связи между мастерами и изделиями, занимает излишнее пространство памяти и порождает ошибки.


Типы элементов проекта

Часто приходится выбирать тип элементов проекта, применяемых для представления объектов реального мира. При этом часто выбор заключается в том, что использовать: атрибуты или же классы, множества сущностей. В общем случае атрибут проще реализовать, чем любой класс/множество сущностей или связь. Впрочем, если все делать только с помощью атрибутов, возникнут осложнения.

Пример 4.21. Рассмотрим пример, иллюстрирующий эффект от применения многосторонней связи, и эквивалентный пример с использованием бинарных связей. Связь Договоры между мастером, изделием и двумя цехами (рис. 51) является четырехсторонней и механически конвертируется в множество сущностей Договоры (рис. 54). Имеет ли значение, какой из этих подходов выбирается?

Решение в ODL однозначно, так как многосторонних связей не существует. В E/R-модели приемлем любой подход. Однако незначительное изменение исходной задачи практически вынуждает нас выбирать подход, при котором используется множество связующих сущностей. Для иллюстрации предположим, что в договоре могут фигурировать один мастер, одно изделие, но любое множество цехов. Эта ситуация сложнее той, что изображена на рис. 51, где было всего два цеха, играющие две роли. Сейчас допускается любое число цехов. Один, возможно, выпускает изделие, в другом делается плиссировка и т.д. Таким образом, приписать роли цехам невозможно.

В данном случае оказывается, что множество отношений для связи Договора должно содержать тройки вида


(мастер, изделие, множество цехов),


а сама связь Договоры – не только обычные множества сущностей Мастера и Изделия, но и новое множество сущностей, элементами которого являются множества цехов. Если такой подход допустим, считать множества цехов базовыми сущностями неприемлемо.

Л
учше считать множеством сущностей Договоры. Как и на рис. 54, договор связывает мастера, изделие и множество цехов, но теперь число цехов не ограничено. Поэтому между договорами и цехами имеется связь типа "многие-ко-многим", а не "многие-к-одному", как это было бы, если бы договора были настоящим множеством "связующих" сущностей.

Набросок E/R-диаграммы показан на рис. 56. Заметим, что здесь договор связан с единственным мастером и единственным цехом, но с произвольным множеством цехов.

Такая же стратегия проектирования подходит и для ODL. Например, вполне приемлемо следующее описание интерфейса ODL:


interface Договор{

relationship Мастер мастер1;

relationship Изделие изделие1;

relationship Set<Цех> цеха;

};

Здесь объекты договоров имеют три связи: с единственным мастером, с единственным изделием и с множеством цехов. Обратные связи опущены.

Определения подклассов

Как уже было рассмотрено, классы в ODL аналогичны множествам сущностей в E/R-модели. Пусть класс С – это подкласс класса D. Для выражения этого понятия в E/R-модели мы соединяем множества сущностей, соответствующие классам С и D специальной связью isa. Множества сущностей С и D обозначаются обычными прямоугольниками. Атрибуты, или связи, относящиеся только к сущностям С, присоединяются к прямоугольнику С, а атрибуты, применимые к С и D, размешаются у D.

Связь isa обозначается линиями с треугольниками в середине. Вершина каждого треугольника указывает на суперкласс.

Пример 4.22. На рис. 57 показаны множество сущностей Изделия и два его подкласса: Кожаные_изделия и Меховые_изделия.

Треугольники, помеченные isa, указывают от Кожаные_изделия и Меховые_изделия на суперкласс Изделия.

С
вязи мастером и относится, связывающие Изделия с Мастера и Цеха, не показаны, но предполагается, что есть связь скорняжные_пошивы между Меховые_изделия и Мастера.


Наследование в E/R-модели

Существует значительное отличие между наследованием в ODL или других объектно-ориентированных моделях и наследованием в E/R-модели. В ODL объект должен быть членом только одного класса. В E/R-модели считается, что сущность имеет компоненты, принадлежащие нескольким множествам сущностей, которые являются частью isa-иерархии. Эти компоненты объединены в единую сущность связями isa, и такая сущность имеет все атрибуты своих компонентов, а также участвует во всех связях, в которых они участвуют.

При таком подходе получается тот же эффект, что и в ODL, так как наследование свойств дает объекту те же атрибуты и связи, которые соответствующая ему сущность могла бы собрать из своих компонентов.

При необходимости, вместо использования множественного наследования, в E/R-модели можно ввести новое множество сущностей.


Моделирование ограничений

Как уже говорилось, описание базы данных включает ограничения или правила, позволяющие более адекватно описать предметную область, уменьшить возможность возникновения ошибок и аномалий.


Ключи

А
налогично классам ODL, множество сущностей может также иметь ключи. Если множество атрибутов формирует ключ для множества сущностей, в нем не может быть двух сущностей, чьи значения совпадают для каждого атрибута ключа. В нотации E/R-диаграммы подчеркиваются атрибуты, принадлежащие ключу для любого множества сущностей.


На рис. 58 показано множество сущностей Мастера из рис. 47 с атрибутами фамилия, имя, отчество, которые вместе служат ключом.

В модели может быть несколько ключей, при в E/R-модели отсутствуют средства для указания всех ключей. Принято выделять один ключ в качестве первичного и рассматривать множество его атрибутов как единственный ключ для множества сущностей. Первичный ключ В E/R-модели первичный ключ выделяется подчеркиванием, а другие ключи, называемые вторичными, либо не отмечаются, либо перечисляются в комментарии на краю диаграммы.

Возможна необычная ситуация, когда ключ для множества сущностей не принадлежит самому этому множеству. Такой случай называется "слабыми множествами сущностей".