Сущность-связь

Инфологическая модель данных "Сущность-связь" 2.1. Основные понятия 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 по аналогии с естественным языком (последний не может быть использован в чистом виде из-за сложности компьютерной обработки текстов и неоднозначности любого естественного языка). Основными конструктивными элементами инфологических моделей являются сущности, связи между ними и их свойства (атрибуты). Сущность – любой различимый объект (объект, который мы можем отличить от другого), информацию о котором необходимо хранить в базе данных. Сущностями могут быть люди, места, самолеты, рейсы, вкус, цвет и т.д. Необходимо различать такие понятия, как тип сущности и экземпляр сущности. Понятие тип сущности относится к набору однородных личностей, предметов, событий или идей, выступающих как целое. Экземпляр сущности относится к конкретной вещи в наборе. Например, типом сущности может быть ГОРОД, а экземпляром – Москва, Киев и т.д. Атрибут – поименованная характеристика сущности. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности, но может быть одинаковым для различного типа сущностей (например, ЦВЕТ может быть определен для многих сущностей: СОБАКА, АВТОМОБИЛЬ, ДЫМ и т.д.). Атрибуты используются для определения того, какая информация должна быть собрана о сущности. Примерами атрибутов для сущности АВТОМОБИЛЬ являются ТИП, МАРКА, НОМЕРНОЙ ЗНАК, ЦВЕТ и т.д. Здесь также существует различие между типом и экземпляром. Тип атрибута ЦВЕТ имеет много экземпляров или значений: Красный, Синий, Банановый, Белая ночь и т.д., однако каждому экземпляру сущности присваивается только одно значение атрибута. Абсолютное различие между типами сущностей и атрибутами отсутствует. Атрибут является таковым только в связи с типом сущности. В другом контексте атрибут может выступать как самостоятельная сущность. Например, для автомобильного завода цвет – это только атрибут продукта производства, а для лакокрасочной фабрики цвет – тип сущности. Ключ – минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. Минимальность означает, что исключение из набора любого атрибута не позволяет идентифицировать сущность по оставшимся. Для сущности Расписание ключом является атрибут Номер_рейса или набор: Пункт_отправления, Время_вылета и Пункт_назначения (при условии, что из пункта в пункт вылетает в каждый момент времени один самолет). Связь – ассоциирование двух или более сущностей. Если бы назначением базы данных было только хранение отдельных, не связанных между собой данных, то ее структура могла бы быть очень простой. Однако одно из основных требований к организации базы данных – это обеспечение возможности отыскания одних сущностей по значениям других, для чего необходимо установить между ними определенные связи. А так как в реальных базах данных нередко содержатся сотни или даже тысячи сущностей, то теоретически между ними может быть установлено более миллиона связей. Наличие такого множества связей и определяет сложность инфологических моделей. При построении инфологических моделей можно использовать язык ER-диаграмм (от англ. Entity-Relationship, т.е. сущность-связь). В них сущности изображаются помеченными прямоугольниками, ассоциации – помеченными ромбами или шестиугольниками, атрибуты – помеченными овалами, а связи между ними – ненаправленными ребрами, над которыми может проставляться степень связи (1 или буква, заменяющая слово "много") и необходимое пояснение. Между двумя сущностям, например, А и В возможны четыре вида связей. Первый тип – связь ОДИН-К-ОДНОМУ (1:1): в каждый момент времени каждому представителю (экземпляру) сущности А соответствует 1 или 0 представителей сущности В: Студент может не "заработать" стипендию, получить обычную или одну из повышенных стипендий. Второй тип – связь ОДИН-КО-МНОГИМ (1:М): одному представителю сущности А соответствуют 0, 1 или несколько представителей сущности В. Квартира может пустовать, в ней может жить один или несколько жильцов. Так как между двумя сущностями возможны связи в обоих направлениях, то существует еще два типа связи МНОГИЕ-К-ОДНОМУ (М:1) и МНОГИЕ-КО-МНОГИМ (М:N). Пример 2.1. Если связь между сущностями МУЖЧИНЫ и ЖЕНЩИНЫ называется БРАК, то существует четыре возможныхпредставления такой связи: Характер связей между сущностями не ограничивается перечисленными. Существуют и более сложные связи: • множество связей между одними и теми же сущностями (пациент, имея одного лечащего врача, может иметь также несколько врачей-консультантов; врач может быть лечащим врачом нескольких пациентов и может одновременно консультировать несколько других пациентов); • тренарные связи (врач может назначить несколько пациентов на несколько анализов, анализ может быть назначен несколькими врачами нескольким пациентам и пациент может быть назначен на несколько анализов несколькими врачами); • связи более высоких порядков, семантика (смысл) которых иногда очень сложна. В приведенных примерах для повышения иллюстративности рассматриваемых связей не показаны атрибуты сущностей и ассоциаций во всех ER-диаграммах. Так, ввод лишь нескольких основных атрибутов в описание брачных связей значительно усложнит ER-диаграмму (рис. 2.1,а). В связи с этим язык ER-диаграмм используется для построении небольших моделей и иллюстрации отдельных фрагментов больших. Чаще же применяется менее наглядный, но более содержательный язык инфологического моделирования (ЯИМ), в котором сущности и ассоциации представляются предложениями вида: СУЩНОСТЬ (атрибут 1, атрибут 2 , ..., атрибут n) АССОЦИАЦИЯ [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: Врач (Номер_врача, Фамилия, Имя, Отчество, Специальность) Пациент (Регистрационный_номер, Номер койки, Фамилия, Имя, Отчество, Адрес, Дата рождения, Пол) Лечащий_врач [Врач 1, Пациент M] (Номер_врача, Регистрационный_номер) Консультант [Врач M,Пациент N] (Номер_врача, Регистрационный_номер). Рис. 2.1. Примеры ER-диаграмм Для выявления связей между сущностями необходимо, как минимум, определить сами сущности. Но это не простая задача, так как в разных предметных областях один и тот же объект может быть сущностью, атрибутом или ассоциацией. Проиллюстрируем такое утверждение на примерах, связанных с описанием брачных связей (см. пример 2.1). Пример 2.2. Отдел записей актов гражданского состояния (ЗАГС) имеет дело не со всеми людьми, а только с теми, кто обратился с просьбой о регистрации брака, рождения или смерти. Поэтому в странах, где допускаются лишь традиционные браки, отделы ЗАГС могут размещать сведения о регистрируемых браках в единственной сущности: Брак (Номер_свидетельства, Фамилия_мужа, Имя_мужа, Отчество_мужа, Дата_рождения_мужа, Фамилия_жены, ... , Дата_регистрации, Место_регистрации, ...), ER-диаграмма которой приведена на рис. 2.1,б. Пример 2.3. Теперь рассмотрим ситуацию, когда отдел ЗАГС расположен в стране, допускающей многоженство. Если для регистрации браков использовать сущность "Брак" примера 2.2, то будут дублироваться сведения о мужьях, имеющих несколько жен (см. табл. 2.1). Таблица 2.1 Номер свидетельства Фамилия мужа ... Фамилия жены ... Дата регистрации 1-ЮБ 154745 Петухов ... Курочкина ... 06/03/1991 1-ЮБ 163489 Петухов ... Пеструшкина ... 11/08/1991 1-ЮБ 169887 Петухов ... Рябова ... 12/12/1992 1-ЮБ 169878 Селезнев ... Уточкина ... 12/12/1992 1-ЮБ 154746 Парасюк ... Свинюшкина ... 06/03/1991 1-ЮБ 169879 Парасюк ... Хаврония ... 12/12/1992 ... ... ... ... ... ... Дублирование можно исключить созданием дополнительной сущности "Мужья" Мужья (Код_М, Фамилия, Имя, Отчество, Дата рождения, Место рождения) и заменой сущности "Брак" характеристикой (см. п. 2.3) со ссылкой на соответствующее описание в сущности "Мужья". Брак (Номер свидетельства, Код_М, Фамилия жены, ..., Дата регистрации, ...){Мужья}. ER-диаграмма связи этих сущностей показана на рис. 2.1,в, а пример их экземпляров в табл. 2.2 и 2.3. Таблица 2.2 Код_М Фамилия Имя Отчество Год/р. Место рожд. 111 Петухов Альфред Остапович 1971 г. Цапелька 112 Селезнев Вавила Абрамович 1973 г. Гусев 113 Парасюк Гораций Федулович 1972 г. Свиньин ... ... ... ... ... ... Таблица 2.3 Номер свидетельства Код_М Фамилия жены Имя жены Дата регистрации ... 1-ЮБ 154745 111 Курочкина Августина 06/03/1991 ... 1-ЮБ 163489 111 Пеструшкина Мариана 11/08/1991 ... 1-ЮБ 169877 111 Рябова Милана 12/12/1992 ... 1-ЮБ 169878 112 Уточкина Вероника 12/12/1992 ... 1-ЮБ 154746 113 Свинюшкина Эльвира 06/03/1991 ... 1_ЮБ 169879 113 Хаврония Руфина 12/12/1992 ... ... ... ... ... ... ... Пример 2.4. Наконец, рассмотрим случай, когда какой-либо организации потребовались данные о наличии в ней семейных пар, а для хранения сведений о сотрудниках уже имеется сущность Сотрудники (Табельный_номер, Фамилия, Имя, ...). Использование, рассмотренной в примере 2.2, сущности "Брак" нецелесообразно: в "Сотрудники" уже есть фамилии, имена, отчества супругов. Поэтому создадим ассоциацию Брак [Сотрудник 1, Сотрудник 1] (Табельный_номер_мужа, Табельный_номер_жены, ...), связывающую между собой определенные экземпляры сущности "Сотрудники" (рис. 2.1,г). В заключение отметим, что ER-диаграмма рис. 2.1,а описывает структуру размещения данных о браках в отделах ЗАГС стран, допускающих групповые браки, а ER-диаграммы примера 2.1, описания любых видов браков в организациях, где есть сущности "мужчины" и "женщины", включающие холостых и незамужних. Что же такое "связь"? В ER-диаграммах это линия, соединяющая геометрические фигуры, изображающие сущности, атрибуты, ассоциации и другие информационные объекты. В тексте же этот термин используется для указания на взаимозависимость сущностей. Если эта взаимозависимость имеет атрибуты, то она называется ассоциацией.