2. Entity-relationship modeling - Walailak Universitymit.wu.ac.th/mit/images/editor/images/DBS 2558...

Connolly, Thomas and Begg, Carolyn. 2010. Database Systems: A Practical Approach to Design, Implementation, and Management. 5th Ed. Pearson Education.

2. Entity-relationship modeling

ITM-661 ระบบฐานขอ้มลู (Database system) 1

... การจะพัฒนาทกุสิง่ทกุอยา่งใหเ้จรญินัน้จะตอ้งสรา้งและเสรมิขึน้จากพืน้ฐานเดมิทีม่อียูก่อ่นทัง้สิน้ ถา้พืน้ฐานไมด่ ีหรอืคลอนแคลนบกพรอ่งแลว้ ทีจ่ะเพิม่เตมิเสรมิตอ่ใหเ้จรญิขึน้ไปอกีนัน้ ยากนักทีจ่ะทําได ้จงึควรจะเขา้ใจใหแ้จง้ชดัวา่ นอกจากจะมุง่สรา้งความเจรญิแลว้ ยงัตอ้งพยายามรักษาพืน้ฐานใหม้ัน่คง ไม่บกพรอ่งพรอ้มๆกนัไปดว้ย..

พระบรมราโชวาทของพระบาทสมเด็จพระเจา้อยูห่วั

ในพธิพีระราชทานปรญิญาบตัร จฬุาลงกรณ์มหาวทิยาลยั

10 ก.ค.2523

2

Objectives

How to use Entity–Relationship (ER) modeling in database design.

Basic concepts associated with ER model.

Diagrammatic technique for displaying ER model using Unified Modeling Language (UML).

How to identify and resolve problems with ER models called connection traps.

How to build an ER model from a requirements specification.

3

เนือ้หา

Entity-relationship modeling

Entity types

Relationship types

Attributes

Structural constraints

Problems with ER model

4

Entity-relationship diagram (ERD)

ERD เป็นเครือ่งมอืทีใ่ชป้ระกอบการวเิคราะหแ์ละการจําลองขอ้มลู ผูท้ีค่ดิคน้แบบจําลองนีค้อื Dr. Peter Chen ในปีคศ. 1976

ปัจจบุนันีก้็ยงัไดค้วามนยิมในการใชง้านอยา่งแพรห่ลาย รวมทัง้เป็นพืน้ฐานของการพัฒนาเครือ่งมอืในการพัฒนาระบบ (CASE tool) และ Diagram แบบอืน่ๆเชน่ UML ซึง่เป็นเครือ่งมอืในการวเิคราะหแ์ละออกแบบเชงิวตัถ ุ

ERD เป็นแบบจําลองขอ้มลูทีน่ยิมใชใ้นระดบั Conceptual

เนน้การอธบิายทีเ่กีย่วขอ้งกับ Entity, Relationship และ Attribute

รวมถงึความหมาย (Semantic) หรอืเงือ่นไขอืน่ของขอ้มลูดว้ย

นักวเิคราะหร์ะบบใช ้ERD เพือ่วเิคราะหก์ารใชข้อ้มลูของผูใ้ช ้กลุม่ตา่งๆ

6

First-cut ERD for Staff user views of DreamHome

7

ERD of Branch user views of DreamHome with PK

8

ER diagram for Staff user views of DreamHome with PK

9

Conceptual data model for Staff user view showing all attributes

10

ขอ้สงัเกต

การเขยีน ERD สามารถเขยีนโดยมรีายละเอยีดตา่งกนั

Entity – relationship

Entity – relationship with PK

Entity – relationship – attribute

11

Concepts of the ER Model

Entity types

Relationship types

Attributes

12

Entity Type

Entity type Group of objects with same properties, identified by

enterprise as having an independent existence.

student(id, name, sex, DOB)

Entity occurrence Uniquely identifiable object of an entity type.

4810524, สมชาย รักด,ี ช, 16/05/2534

4810547, สมศร ีมสีขุ, ญ, 04/11/2535

4810512, ขนษิฐา ใจเย็น, ญ, 26/12/2535

13

ตวัอยา่ง

ผูค้น เชน่ พนักงาน ลกูคา้ ผูป้ระมลู ผูส้มคัร ผูป่้วย ผูต้อ้งหา

สถานทีเ่ชน่ บรษัิท โรงงาน อาคาร โรงแรม โรงพยาบาล โรงเรยีน สถานตํีารวจ สถานทีเ่กดิเหต ุสนามเทนนสิ

สิง่ของทีจั่บตอ้งได ้เชน่ สนิคา้ ยา วตัถดุบิ คอมพวิเตอร ์อาหาร ยานพาหนะ เครือ่งดนตร ี

สิง่ของทีจั่บตอ้งไมไ่ด ้เชน่ หลกัสตูร วชิา เพลง การประชมุ ซอฟตแ์วร ์

14

ตวัอยา่ง 15

การเขยีนสญัลักษณ ์

กรณีไมม่aีttributeอืน่

กรณีมแีต ่primary key

กรณีมaีttribute

Entity name

16

ตวัอยา่ง

การประชมุ

ลกูคา้

วชิา

นักศกึษา

การตัง้ชือ่เป็นคํานามที่กระชบัและชดัเจน

17

ขอ้ควรระวงั

ใน ERD หนึง่ๆ จะม ีentity ชือ่ซํ้ากนัไมไ่ด ้

ชือ่ภาษาองักฤษไมจํ่าเป็นตอ้งเป็นพหพูจนถ์งึแมจ้ะหมายถงึ

สิง่ของจํานวนหลายชิน้

ชือ่ทีต่ัง้สามารถเขา้ใจไดอ้ยา่งชดัเจนวา่ขอ้มลูทีเ่กบ็คอือะไร

ชือ่ตอ้งกระชบั ไมย่าวเยิน่เยอ้ เชน่ ไมใ่ช ่“ลกูคา้ของบรษัิท”

ควรใช ้“ลกูคา้”

18

ประเภทของ Entity

Strong entity type

ไมข่ึน้กบัขอ้มลูอืน่

ขอ้มลูสว่นใหญจั่ดอยูใ่นประเภทนี ้

19

Weak entity type

เป็นขอ้มลูทีม่ลีกัษณะขึน้กบัขอ้มลูอืน่ (Existence dependent)

ขอ้มลูใน Weak entity มทีีม่าจากจาก Entity อืน่เป็นหลกัจงึตอ้งพึง่พงิกบัขอ้มลูเหลา่นัน้ หากขอ้มลูหลกัถกูลบทิง้หรอืเปลีย่นแปลง จะสง่ผลกระทบตอ่ขอ้มลูใน Weak entity

การออกแบบทีร่ะบวุา่ขอ้มลูนัน้มคีณุสมบตัทิีพ่ ึง่พงิเมือ่สรา้งฐานขอ้มลูขึน้มาจะตอ้งเขยีนคําสัง่ DDL ทีกํ่าหนดความผกูพันนีไ้วด้ว้ย

20

ตวัอยา่งความสมัพันธร์ะหวา่ง Weak และ Strong entity type

อาจารยเ์ป็น Strong entity type แตป่ระวตักิารศกึษา(ของ

อาจารย)์ เป็น Weak entity type

1 Ph.D. (Computer science) UNSW

2 M.Sc. (Applied Statistics) NIDA

3 B.Sc. (Mathematics) PSU

สมศร ีสอนนาน สารสนเทศศาสตร ์4555 วชิาการ12 111

21

ตวัอยา่ง Strong และ Weak entity

เลขที ่111 15 เมษายน 2558

ใบส ัง่ซือ้สนิคา้ เรยีน บรษัิท คนกนัเอง จํากดั

รวมทัง้ส ิน้ 12,000 บาท

ขอสัง่ซือ้สนิคา้ดงัรายการตอ่ไปนี ้

รายการ จํานวน ราคาตอ่หน่วย รวม(บาท)

1. แชมพ ู 50 100 5000 2. สบู ่ 100 20 2000 3. ยาสฟัีน 100 50 5000

22

ใบสัง่ซือ้เป็น Strong entity type แตร่ายละเอยีดการสัง่ซือ้(ของใบสัง่ซือ้นัน้) เป็น Weak entity type

เลขที ่111 15 เมษายน 2552

ใบส ัง่ซือ้สนิคา้

บรษัิท คนกนัเอง จํากดั ยอดรวม 12,000 บาท

รายละเอยีดของใบสัง่ซือ้ 1. แชมพ ู 50 ขวดๆละ 100 บาท 2. สบู ่ 100 กอ้นๆละ 20 บาท 3. ยาสฟัีน 100 หลอดๆละ 50 บาท

23

�ćäæaēĉ� 24

�ćäæaēĉ�

ผูป่้วย

รหสั {pk} ชือ่ นามสกลุ เพศ วดปเกดิ

ประวัตอิาการ ครัง้ที ่วันที ่BT BW BP อาการ

ม ี

25

Relationship Types

Relationship type

Set of meaningful associations among entity types.

Relationship occurrence

Uniquely identifiable association, which includes one occurrence from each participating entity type.

26

ตวัอยา่ง

meaningful associations

27

Semantic net of Has relationship type

Relationship occurrence คอื r1 (B003, SG37), r2 และ r3

28

Degree of a relationship

Number of participating entities in relationship.

Relationship of degree :

two is binary

three is ternary four is quaternary.

29

สญัลักษณท์ีใ่ช ้

หากเป็นการเชือ่มโยงใน entity เดยีวหรอืระหวา่ง 2 entity ใช ้เสน้ตรง ทีเ่ป็นเสน้ทบึ

หากม ีentity ตัง้แต ่3 ขึน้ไปจะเพิม่สีเ่หลีย่มขนมเปียกปนู

student course enroll

doctor medicine

patient

prescribe

30

1. พจิารณาตามจํานวนของสมาชกิของ entity ทีเ่กีย่วขอ้งกนั

1:1 relationship

1:N และ N:1 relationship

N:N relationship

2. พจิารณาตามจํานวนของ entity ทีเ่กีย่วขอ้ง

Binary relationship

Unary relationship

Ternary relationship

N-ary relationship

Connection Relationship และ การจัดประเภทของ Relationship

31

3. พจิารณาตามเงือ่นไขการมสีว่นรว่มของความสมัพันธ ์

Mandatory participation

Optional participation

4. พจิารณาจากประเภทของ entity ทีนํ่ามาเชือ่มโยงกรณีม ีweak entity type มาเกีย่วขอ้ง

Existence dependency

Identifier dependency

32

Binary relationship called POwns

student course enroll

lecturer course teach

33

Ternary relationship called Registers

doctor medicine

patient

prescribe

Doctor prescribes some medicine for his patient

34

Quaternary relationship called “Arranges” 35

Recursive Relationship

Relationship type where same entity type participates more than once in different roles.

Relationships may be given role names to indicate purpose that each participating entity type plays in a relationship.

ความสมัพันธใ์น entity เดยีว 36

Recursive relationship called Supervises with role names

37

Recursive relationship

subject subject is prerequisite of

เชน่ MIT-532 เป็นวชิาบงัคบัเรยีนกอ่นของวชิา MIT-533

subject

is prerequisite of

38

Entities associated through two distinct relationships with role names

39

Attributes

Property of an entity or a relationship type.

เพลง

ชือ่เพลง

ผูแ้ตง่เนือ้เพลง

ผูแ้ตง่ทํานอง

ผูร้อ้ง

ความยาวของเพลง

40

Attributes ของ relationship 41

ตวัอยา่ง

teach

term year percent-resps

Lecturer ID {pk} Title Name Phone office

Course ID {pk} Title Credit

42

Entity and attribute

หากสงัเกตใหด้จีะเห็นวา่เมือ่กลา่วถงึ นักศกึษา ยานพาหนะ หรอื สนิคา้ เป็นการกลา่วถงึ นักศกึษาโดยรวม ยานพาหนะโดยรวม และ สนิคา้โดยรวม

มรีายละเอยีดตามทีร่ะบโุดย Attribute

ไมไ่ดเ้จาะจงเป็นนักศกึษาเฉพาะคน สนิคา้เฉพาะรายการ หรอืยานพาหนะเฉพาะคนั

43

entity/attribute ไมใ่ช ่Data value

อาหาร

ชือ่อาหาร (เชน่กว๋ยเตีย๋วหมสูบั ซปุขา้วโพด ซา่หริม่ ขา้วซอย ขนมปังหนา้กุง้)

ประเภท (เชน่ของคาว ของหวาน ของวา่ง)

จํานวนแคลอร ี

ราคาอาหาร

44

Domain ของ Attribute

Set of allowable values for one or more attributes.

ทกุแอทรบิวิทจ์ะตอ้งมโีดเมน

แอทรบิวิทม์ากกวา่ 1 แอทรบิวิท ์สามารถใชโ้ดเมนเดยีวกนั

วนัที ่(คอื dd/mm/yy) เป็นโดเมนของ

วนัเกดิ

วนัเริม่งาน

วนัยืน่ใบสมคัร

วนัทีล่าออก

45

โดเมนสามารถระบเุป็นชว่ง (Range) ได ้เชน่ คา่ของระดบัชัน้ของขา้ราชการหรอื C ตัง้แต ่1 ถงึ 11

โดเมนสามารถกําหนดเป็นคา่จําเพาะได ้เชน่ คา่ของ gender หรอืเพศ ม ี2 คา่คอื “ช” หรอื “ญ” เทา่นัน้

46

โดเมนอาจประกอบดว้ยโดเมนยอ่ย เชน่ วนัทีป่ระกอบดว้ย วนั เดอืน และ ปี หากพจิารณาแตล่ะสว่น

วนัมคีา่ทีใ่ชไ้ดอ้ยูใ่นชว่ง 1 ถงึ 31 หรอื เดอืนมคีา่ทีใ่ชไ้ดอ้ยู่ระหวา่ง 1 ถงึ 12 เป็นตน้

Date day

month

year

47

ในการกําหนดโดเมนใหก้บัแอทรบิวิทบ์างแอทรบิวิท ์อาจมีเกณฑใ์หเ้ลอืกใชห้ลายแบบ

เชน่ สว่นสงูของคนอาจมหีน่วยเป็นเซนตเิมตร หรอื เป็นฟตุก็ได ้

จงึตอ้งเลอืกวา่จะเก็บแบบไหน เพราะคา่ทีเ่ก็บจะตา่งกนั

48

ประโยชนข์องโดเมน

ใชเ้พือ่กําหนดวา่การทํางานใดจะใชก้บัขอ้มลูนัน้ได ้เชน่ถา้ขอ้มลูเป็นตวัเลขจงึจะบวกกนัได ้

ใชเ้พือ่กําหนดวา่สามารถนําแอทรบิวิทใ์ดมาเปรยีบเทยีบกนัไดบ้า้ง

ใชเ้พือ่ตรวจสอบวา่คา่ทีเ่ป็นไปไดข้องแอทรบิวิทน์ีเ้ป็นคา่ใด

ใชเ้พือ่กําหนดเนือ้ทีแ่ละรปูแบบทีใ่ชไ้ดก้บัขอ้มลูนัน้ๆเมือ่จะสรา้งตารางจรงิๆ

49

ประเภทของ Attributes

Simple Attribute

เป็นแอทรบิวิทท์ีไ่มส่ามารถแบง่ยอ่ยออกเป็นแอทรบิวิทไ์ด ้อกี

เชน่ เพศ ชือ่ภาควชิา ถนน เงนิเดอืน รหสันักศกึษา รหสัวชิา จํานวนหน่วยกติ ยีห่อ้สนิคา้ จํานวนทีส่ัง่ซือ้

50

Composite Attribute

Attribute composed of multiple components, each with an independent existence.

เกดิจากแอทรบิวิทย์อ่ยๆมารวมกนั หรอืสามารถทีจ่ะแบง่ออกมาเป็นสว่นยอ่ยได ้

โดยทัว่ไปมกัใชใ้นระดบัการออกแบบเพือ่ใหเ้ห็นภาพรวมเสยีกอ่นจากนัน้จงึพจิารณาวา่ตอ้งการเรยีกใชเ้ฉพาะสว่นใดสว่นหนึง่ของขอ้มลูหรอืไม ่

เชน่ทีอ่ยูป่ระกอบดว้ย บา้นเลขที ่ถนน หมูท่ี ่อําเภอ จังหวดั รหสัไปรษณีย ์

51

Single-valued Attribute

Attribute that holds a single value for each occurrence of an entity type.

โดยทัว่ไปแลว้แอทรบิวิทม์กัเป็นประเภทนี ้

กลุม่เลอืด (เชน่มคีา่เป็น A, B, AB หรอื O เพยีงคา่เดยีว)

จํานวนหน่วยกติของรายวชิา (เชน่มคีา่เป็น 1, 2, 3 หรอื 6 เพยีงคา่เดยีว)

ชือ่นักศกึษา

หมายเลขหอ้งเรยีน

52

Multi-valued Attribute

Attribute that holds multiple values for each occurrence of an entity type.

ในบางกรณีการเก็บขอ้มลูอาจพบวา่คา่ทีต่อ้งการเก็บของแอทรบิวิทนั์น้มคีา่มากกวา่ 1 คา่ เชน่ หมายเลขโทรศพัท์ของลกูคา้อาจมมีากกวา่ 1 หมายเลข หรอื e-mail ทีใ่ช ้ตดิตอ่อาจมมีากกวา่ 1

กรณีนีใ้นการออกแบบใหใ้ชส้ญัลกัษณ์พเิศษเพือ่เป็นการเตอืนผูอ้อกแบบวา่จะตอ้งดําเนนิการแกไ้ขใหเ้หลอืเพยีงคา่เดยีวในขัน้ตอนตอ่ๆไป

53

Derived Attribute

Attribute that represents a value that is derivable from value of a related attribute, or set of attributes, not necessarily in the same entity type.

คา่ของ attribute สามารถหามา หรอื คํานวณไดจ้าก attribute อืน่โดยไมต่อ้งใสค่า่ลงไปเองโดยผูใ้ช ้

ในการเก็บคา่บางประเภทเชน่ อาย ุจัดไดว้า่เป็นคา่ทีแ่ปรไปตามวนัเวลาทีเ่ปลีย่นไป (เพิม่ขึน้ตามกาลเวลา) ดงันัน้เมือ่เรยีกใชแ้ตล่ะครัง้อายจุงึตอ้งมกีารคํานวณเพือ่แสดงอายทุี่ถกูตอ้ง

54

ตวัอยา่งและสญัลักษณท์ีใ่ช ้

55

Keys

Candidate Key

Minimal set of attributes that uniquely identifies each occurrence of an entity type.

Primary Key

Candidate key selected to uniquely identify each occurrence of an entity type.

Composite Key

A candidate key that consists of two or more attributes.

56

Main type of constraint on relationships is called multiplicity.

Multiplicity - number (or range) of possible occurrences of an entity type that may relate to a single occurrence of an associated entity type through a particular relationship.

Represents policies (called business rules) established by user or company.

Structural Constraints 57

The most common degree for relationships is binary.

Binary relationships are generally referred to as being:

one-to-one (1:1)

one-to-many (1:*)

many-to-many (*:*)

58

เงือ่นไขการระบคุวามสมัพันธ ์

เงือ่นไขของการเขยีน (min, max)

student ใช ้(1..*) และ course ใช ้(0..*)

ความหมายคอื นักศกึษาแตล่ะคนสามารถลงทะเบยีนไดห้ลายวชิา และตอ้งเรยีนอยา่งนอ้ย 1 วชิา ในขณะทีว่ชิาหนึง่ๆอาจมนัีกศกึษาเรยีนมากกวา่ 1 คน แตบ่างวชิาอาจไมม่นัีกศกึษาเรยีนเลย

student course enroll 1..* 0..1

59

Semantic net of Staff Manages Branch relationship type

60

Multiplicity of Staff Manages Branch (1:1) relationship

61

Semantic net of Staff Oversees PropertyForRent relationship type

62

Multiplicity of Staff Oversees PropertyForRent (1:*) relationship type

63

Semantic net of Newspaper Advertises PropertyForRent relationship type

64

Multiplicity of Newspaper Advertises PropertyForRent (*:*) relationship

65

Structural Constraints

Multiplicity for Complex Relationships

Number (or range) of possible occurrences of an entity type in an n-ary relationship when other (n-1) values are fixed.

66

Semantic net of ternary Registers relationship with values for Staff and Branch entities fixed

67

Multiplicity of ternary Registers relationship 68

Summary of multiplicity constraints

69

Structural Constraints

Multiplicity is made up of two types of restrictions on

relationships:

Cardinality

Describes maximum number of possible relationship occurrences for an entity participating in a given relationship type.

Participation

Determines whether all or only some entity occurrences participate in a relationship.

70

Multiplicity as cardinality and participation constraints

71

Problems with ER Models

Problems may arise when designing a conceptual data model called connection traps.

Often due to a misinterpretation of the meaning of certain relationships.

Two main types of connection traps are called fan traps and chasm traps.

72

Problems with ER Models

Fan Trap

Where a model represents a relationship between entity types, but pathway between certain entity occurrences is ambiguous.

Chasm Trap

Where a model suggests the existence of a relationship between entity types, but pathway does not exist between certain entity occurrences.

73

An Example of a Fan Trap 74

Semantic Net of ER Model with Fan Trap

At which branch office does staff number SG37 work?

75

Restructuring ER model to remove Fan Trap 76

Semantic Net of Restructured ER Model with Fan Trap Removed

SG37 works at branch B003.

77

An Example of a Chasm Trap 78

Semantic Net of ER Model with Chasm Trap

At which branch office is property PA14 available?

79

ER Model restructured to remove Chasm Trap 80

Semantic Net of Restructured ER Model with Chasm Trap Removed

81

82

Enhanced entity-relationship modeling

Objectives

Limitations of basic concepts of the ER model and requirements to represent more complex applications using additional data modeling concepts.

Most useful additional data modeling concept of Enhanced ER (EER) model is called specialization/generalization.

A diagrammatic technique for displaying specialization/generalization in an EER diagram using UML.

83

Enhanced Entity-Relationship Model

Since 1980s there has been an increase in emergence of new database applications with more demanding requirements.

Basic concepts of ER modeling are not sufficient to represent requirements of newer, more complex applications.

Response is development of additional ‘semantic’ modeling concepts.

84

The Enhanced Entity-Relationship Model

Semantic concepts are incorporated into the original ER model and called the EER model.

Examples of additional concept of EER model is called specialization / generalization.

85

Specialization / Generalization

Superclass

An entity type that includes one or more distinct subgroupings of its occurrences.

Subclass

A distinct subgrouping of occurrences of an entity type.

86

Specialization / Generalization

Superclass/subclass relationship is one-to-one (1:1).

Superclass may contain overlapping or distinct subclasses.

Not all members of a superclass need be a member of a subclass.

87

Specialization / Generalization

Attribute Inheritance

An entity in a subclass represents same ‘real world’ object as in superclass, and may possess subclass-specific attributes, as well as those associated with the superclass.

88

Specialization / Generalization

Specialization

Process of maximizing differences between members of an entity by identifying their distinguishing characteristics.

Generalization

Process of minimizing differences between entities by identifying their common characteristics.

89

AllStaff relation holding details of all staff

90

Specialization/generalization

91

Specialization/generalization

92

Shared subclass and subclass with its own subclass

93

Constraints on Specialization / Generalization

Two constraints that may apply to a specialization/generalization:

participation constraints

disjoint constraints.

Participation constraint

Determines whether every member in superclass must participate as a member of a subclass.

May be mandatory or optional.

94

Constraints on Specialization / Generalization

Disjoint constraint

Describes relationship between members of the subclasses and indicates whether member of a superclass can be a member of one, or more than one, subclass.

May be disjoint or nondisjoint.

95

Constraints on Specialization / Generalization

There are four categories of constraints of specialization and generalization:

mandatory and disjoint

optional and disjoint

mandatory and nondisjoint

optional and nondisjoint.

96

Staff Superclass with subclasses

97

Owner Superclass with subclasses

98

Person superclass with subclasses

99