、＼ 研究与开发 ＼——一——————＼ ～—— 数据库应用系统逻辑结构设计初探 王兵 １００８４１） （海军计算技术研究所，北京摘要：数据库应用系统的逻辑设计是建立数据库应用系统过程中最为重要的一环。主要就如何科 学合理地进行数据库系统逻辑设计，从Ｅ—ｔＬ图向数据模型的转换、关系模式的规范化改 、善优化数据库性能、存储空间的调整等四个方面进行分析和讨论。 关键词：数据库系统；逻辑结构：关系模式 ０ 引言 为关系模式．在这种转换过程中．需遵循如下通用原 则： 数据库设计是建立数据库及其应用系统的核心和 基础．它要求对特定的应用环境设计出合理的数据库 逻辑结构、建立数据库及其应用，使系统能有效地存储 数据，并满足用户的各种数据处理需要 一般按照关系 模式规范化的设计方法．可将数据库设计分为若干阶 段，包括系统规划、需求分析、概念设计、逻辑设计、物 理设计和系统实施 其中．逻辑设计是整个过程中最为 重要的一环，、在此．我们着重讨论一下数据库逻辑设计 过程中的几个重要因素 （１）一个实体类型转换为一个关系模式 实体的属 性就是关系的属性 实体的键是关系的键… （２）多对多（ＩＴＩ；ｎ）的联系转换为一个关系模式。与 该联系相连的各实体的键以及联系本身的属性均转换 成关系的属性 而关系的键为各实体键的组合 （３）一对多（１：ｎ）的联系可以转换为一个的关 系模式．也可以与任意一端的关系模式合并 如果转换 为一个的关系模式．则与该联系相连的各实体的 键以及联系本身的属性均转换为关系的属性．而关系 的键为任意一端实体的键 （４）一对一（１：１）的联系可以转换为一个的关 １ 数据库系统逻辑设计要点 数据库逻辑设计是将数据库概念设计得到的概念 结构转换成数据库系统所支持的数据模型并对其进行 优化的过程．在应用数据库系统的设计实现中起着举 足轻重的作用 系模式．也可以与任意一端对应的关系模式合并 如果 转换为一个的关系模式．则与该联系相连的各实 体的键以及联系本身的属性均转换为关系的属性，每 个实体的键均是该关系的候选键。如果与其一端对应 的关系模式合并．则需要在该关系模式的属性中加入 另一个关系模式的键和联系本身的属性 理论上．一对一联系可以与任意一端对应的关系 模式合并 但在一些情况下．与不同的关系模式合并效 率会大不一样 因此究竟应该与哪端的关系模式合并 需要视应用的具体情况而定 由于连接操作是最费时 １．１ Ｅ—Ｒ图向数据模型的转换 进行数据库的逻辑设计，首先须将概念设计中所 得的实体一关系图（即Ｅ—Ｒ图）转换成等价的关系模 式 关系模型的逻辑结构是指一组关系模式的集合。而 Ｅ—Ｒ图则是由实体、实体的属性和实体之间的联系三 个要素组成的 所以将Ｅ—Ｒ图转换为关系模型．实际 上就是要将实体、实体的属性和实体之间的联系转化 收稿日期：２０１２－０４—０５ 修稿日期：２０１２－０５－１５ 作者简介：王兵（１９６６一），男，河北人，高级工程师，研究方向计算机应用 现代计算机２ｏ１２．ｏ５ 的操作．所以合并时一般应以尽量减少连接操作为目 标。 （５）同一实体集的实体间的联系。即自联系，也可 按上述１：１、ｌ：ｎ或ｍ：ｎ三种情况分别处理。 （６）具有相同键的关系模式可合并…。为了减少系 统中的关系个数．如果两个关系模式具有相同的主键． 可以考虑将它们合并为一个关系模式．然后去掉其中 的同义属性，并适当调整属性的次序 Ｅ—Ｒ图到关系模式的转换比较直接．实体和联系 都可以表示成关系．Ｅ—Ｒ图中的属性也可以转换成关 系的属性．但转换中应注意以下的问题： ①命名和属性域的处理 关系模式的命名．可以采用Ｅ—Ｒ图中原来的命 名．也可以另行命名 命名应有助于对数据的理解和记 忆．同时应避免重名。数据库系统一般只支持有限的几 种数据类型．而Ｅ—Ｒ数据模型是不受这个的 如 果数据库系统不支持Ｅ—Ｒ图中某些属性的域ｆ取值范 围），则应做相应的修改。如果必须使用原来的数据类 型．可能导致数据库的数据类型与应用程序中的数据 类型不一致。需由应用程序去转换 ⑦非原子属性的处理 Ｅ—Ｒ数据模型中允许非原子属性．这不符合关系 模型的第一范式的条件 非原子属性主要有两种基本 类型：集合型和元组型。当然，集合的元素可以是元组， 元组的分量可以是集合 只要解决这两种基本的非原 子属性的转换问题．就能推广到其他复杂的非原子属 性的处理 即对集合属性纵向展开．对元组属性横向展 开 这种方法同样可用于Ｅ—Ｒ图中非原子属性的处 理。 ③弱实体的处理 弱实体不能存在．它必须依附于一个所有者 实体（例如家属是个弱实体，单位员工是其所有者实体） 在转换成关系模式时，弱实体所对应的关系中必须包 含所有者实体的主键．例如员工编号 员工编号与家属 的姓名可构成家属的主键 １．２关系模式的规范化 数据库逻辑设计的结果并不是唯一的 为进一步 提高数据库应用系统的性能．还应该适当地修改、调整 数据逻辑模型的结构．这就是数据模型的优化 关系数 据模型的优化通常以规范化理论为指导．也是关系模 式规范化的过程。需要做到以下几点： （１）确定数据依赖 即按需求分析阶段所得到的语 义．分别确定每个关系模式内部各属性之间的数据依 赖以及不同关系模式属性之间数据依赖 （２）对于各个关系模式之间的数据依赖进行极小 化处理．消除冗余的联系 （３）对关系模式逐一进行分析，考察是否存在部分 函数依赖、传递函数依赖、多值依赖等．确定各关系模 式所属的范式 （４）按照需求分析阶段得到的各种应用对数据处 理的要求．分析对于应用环境这些模式是否合适．确定 是否要对它们进行合并或分解。 、 规范化从一个侧面提供了改善关系模式的理论和 方法。一个关系模式的好坏．规范化是衡量的标准之 一，但不是唯一的标准。规范化的程度不是越高越好． 这取决于应用 当在一个应用的查询中经常涉及到两 个或多个关系模式的属性时．系统必须经常地进行连 接操作．而连接操作的代价是相当高的．可以说关系模 式低效的主要原因就是做连接操作引起的 对于一个 具体应用来说．规范化进行到什么程度．需要权衡时间 和潜在问题两者的利弊才能决定 但就一般情况而言． 第三范式（３ＮＦ）就足够了 规范化理论为数据库设计人 员判断关系模式优劣提供了理论标准．它可用来预测 关系模式可能出现的问题．使数据库设计工作有了严 格的理论基础 １．３优化数据库性能 数据库的性能是用户关心的问题之一．设计中人 们通常侧重的是模式的合理性．而较少注意数据库的 性能问题。数据库的性能与数据库的物理设计关系十 分密切，但数据库的逻辑设计对它也有一定的影响．从 逻辑设计的角度也可采取一些改善数据库性能的措 施。 （１）减少连接操作 连接操作是开销很大的操作，连接的关系越多．参 与连接的关系越大，开销也愈大。对于一些常用的、性 能要求比较高的数据库查询．最好是一元操作 这与规 现代计算机２０１２．０５ ＼、 研究与开发 ＼＼＼ ＼、——————————————————————————————————＿——————————————— ——————————————————————————————一—————————— 范化的要求往往有些矛盾 有时为了保证性能．往往不 得不牺牲规范化的要求．把数据模式中规范了的关系 再联接起来．这就是所谓逆规范化 逆规范化会产生更 新异常等风险 如果用户的技术水平较高．可采取措 施．避免更新异常 逆规范化不失为一种提高数据库性 能的措施 如果用户很难理解更新异常．无法保证在更 新时采取相应的措施．在此情况下．最好不要采取逆规 范化处理 值所占存储空间比较大．而Ａ的域具有较多的不同的 值，则Ｂ的同一值可能在多个元组中重复出现 例如． 设备的技术状态无非就是一些固定内容．例如新品、堪 用品、报废品等，与其在设备记录中逐一详细描述．不 如把它分成几个类型 设Ａ代表设备名称．Ｂ代表技术 状态．Ｃ代表技术状态类型．则Ａ—Ｂ可分解成两个函 数依赖：Ａ—Ｃ和Ｃ—Ｂ 这时，Ａ—Ｃ可保留在原来的设 备关系中．而将Ｃ—Ｂ表示在另一个关系中 在元组很 ｆ２）减少关系的大小和数据量 关系的大小对查询的速度影响很大 有时为了提 高查询速度．可把一个大关系分成多个小关系．例如关 于设备的数据．可以把所有设备的数据放在一个关系 中．也可按设备类型建立设备关系 前者对所有设备范 围内的查询是方便的．后者可以显著提高某一设备类 型范围内的查询效率 如果按类型查询是主要的．则按 设备类型建立设备关系可以提高性能．这是把关系从 水平方向分割 如果数据库系统有多个磁盘驱动器．则 可把水平分割的关系分布在不同的磁盘组上，可以并 行访问．提高数据库的性能 有时也可以考虑从垂直方 向分割关系．例如，设备管理人员的属性很多，有些是 经常查询的．有些很少用到，如果都放在一个关系里， 则关系的数据量大．势必影响查询的速度 若把常用的 属性和很少使用的属性分成两个关系．则可提高常用 查询的速度 １．４节省存储空间的处理 节省数据库的存储空间也是数据库设计的目标之 一 ．尤其当存储空间紧张时．在这方面要做更多的努 力 在数据库的逻辑设计方面，可作如下的考虑 （１）节省每个属性占用的空间 在定义属性时．既要表示得自然和易于理解．也要 考虑节省存储空间 这两方面的要求往往是矛盾的．须 根据实际条件权衡决定 一般来说．用编码代替属性 值．用缩写名代替全称，可以节省存储空间，但用户看 起来就不那么直观了 （２）采用假属性（Ｄｕｈｉｍｖ Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）减少重复数据 所占存储空间 在有些关系中．某些数据会多次出现。设某关系有 函数依赖Ａ—Ｂ．如果Ｂ的域所取的值比较小。但每一 现代计算机２０１２．０５ 多的设备关系中．仅用简短的类型号表示设备技术状 态．而用另一个很小的关系描述每个技术状态类型的 内容．．这里，Ｃ实际上起了技术状况替身的作用，称为 假属性 适当地采用假属性可以节省存储空间 ２ 结语 数据库技术是计算机应用技术的重要组成部分 近年来．数据库技术发展迅速．各种应用领域对数据管 理的需求越来越多．数据库技术的重要性愈来愈为人 所重视。目前，各行业的信息系统，包括互联网上的信 息系统都离不开数据库的支持．因此．数据库已成为信 息社会的重要基础设施 但我们对数据库设计特别是 逻辑设计的研究和讨论较少．关注不够 从目前应用领 域的发展来看．尤其是互联网的发展以及多种信息技 术的交叉应用．给数据库应用提供了更多的机遇 数据 库技术的应用领域越来越广泛 所以，对数据库系统设 计方法的探讨和研究是必要的．对建设高质量的数据 库系统有着重要的现实意义。 参考文献 【１］萨师煊，王珊．数据库系统概论（第三版）．北京：高等教育 出版社．２０００ 【２］罗晓沛．数据库技术．北京：清华大学 版社，１９９９ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｌｏｇｉｃａｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｄａｔａｂａｓｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ＷＡＮＧ Ｂｉｎｇ （Ｎａｖｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８４１） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌｏｇｉｃａｌ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｉｓ ｔｈｅ￣ｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｔａｂａｓｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ａ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ ｒａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｄａｔａｂａｓｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｆｏｕｒ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ，ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｅ—Ｒ ｓｃｈｅｍｅ ｔｏ ｄａｔａ ｍｏｄｅｌ，ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍａ， ｄａｔａｂａｓｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｄａｔａｂａｓｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｐａｃｅ． ａｂａｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ；Ｌｏｇｉｃａｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ；Ｒｅｌａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍａ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｄａｔ（上接第１３页） 参考文献 ［２］于志鹏，陆愈实．模糊层次综合评价法在企业安全评价中 的应用 ．中全生产科学技术，２０６，２（３）：ｎ ９－１２１ 【１］罗虹．信息安全评估方法的研究与应用［Ｄ］．北京：北京航 空航天大学．２００４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｖａｌ ｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｉｓｋ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ Ｉ ｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＨ Ｐ ＬＩＡＮＧ Ｘｕ （Ｗｕｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍａｒｉｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ，ＣＳＩＣ，Ｗｕｈａｎ ４３００６４） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｉｓｋ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ， ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＡＨＰ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｓ ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅ ｌｅｖｅｌｓ ｔｏ ｕｎｄｅ￣ａｋｅ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｆａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｗｅｉｇｈｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌ ｃｏｕｌｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒ— ｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｒｉｓｋ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＨＰ；Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ；Ｒｉｓｋ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ 现代计算机２０１２．０５
