引言：數據庫設計 Step by Step (2)在園子里發表之后，收到了一些郵件，還有朋友直接電話我詢問為什么不包含數據庫物理設計方面的內容。我在這里解釋一下，數據庫物理設計與數據庫產品是密切相關的，本系列的專注點是較為通用的數據庫設計理念與方法，這也是國內軟件項目中容易被忽視的一塊。今天我們將學習實體關系（ER）模型構件及其語義，這是數據庫邏輯設計的基礎。內容可能有些枯燥，但卻非常重要和有用。

　　由于內容比較多，我們將分兩講來學習實體關系模型構件。

　　今天我們先來學習基本實體關系模型。

　　實體關系（ER）模型的目標是捕獲現實世界的數據需求，并以簡單、易理解的方式表現出來。ER模型可用于項目組內部交流或用于與用戶討論系統數據需求。

　　ER模型中的基本元素

　　基本的ER模型包含三類元素：實體、關系、屬性

圖1 實體、關系、屬性的ER構圖

　　實體（Entities）：實體是首要的數據對象，常用于表示一個人、地方、某樣事物或某個事件。一個特定的實體被稱為實體實例（entity instance或entity occurrence）。實體用長方形框表示，實體的名稱標識在框內。一般名稱單詞的首字母大寫。

　　關系（Relationships）：關系表示一個或多個實體之間的聯系。關系依賴于實體，一般沒有物理概念上的存在。關系最常用來表示實體之間，一對一，一對多，多對多的對應。關系的構圖是一個菱形，關系的名稱一般為動詞。關系的端點聯系著角色（role）。一般情況下角色名可以省略，因為實體名和關系名已經能清楚的反應角色的概念，但有些情況下我們需標出角色名來避免歧義。

　　屬性（Attributes）：屬性為實體提供詳細的描述信息。一個特定實體的某個屬性被稱為屬性值。Employee實體的屬性可能有：emp-id, emp-name, emp-address, phone-no……。屬性一般以橢圓形表示，并與描述的實體連接。屬性可被分為兩類：標識符（identifiers），描述符（descriptors）。Identifiers可以唯一標識實體的一個實例（key），可以由多個屬性組成。ER圖中通過在屬性名下加上下劃線來標識。多值屬性（multivalued attributes）用兩條線與實體連接，eg：hobbies屬性（一個人可能有多個hobby，如reading，movies…）。復合屬性（Complex attributes）本身還有其它屬性。

　　辨別強實體與弱實體：強實體內部有唯一的標識符。弱實體（weak entities）的標識符來自于一個或多個其它強實體。弱實體用雙線長方形框表示，依賴于強實體而存在。

　　深入理解關系

　　關系在ER模型中扮演了非常重要的角色。通過ER圖可以描述實體間關系的度、連通數、存在性信息。

　　我們一一來解釋這些概念。首先我們來看一下關系在ER圖中的各種語義。

圖2 關系的度、連通數、存在性

　　關系的度（Degree of a Relationship）

表示關系所關聯的實體數量。二元關系與三元關系的度分別為2和3，以此可以類推至n元。二元關系是最常見的關系。

一個Employee與另一個Employee之間的領導關系稱為二元回歸關系。如圖2中所示，Employee實體通過關系manages與自身連接。由于Employee在這一關系中扮演兩個角色，故標出了角色名（manager和subordinate）。

三元關系聯系三個實體。當二元關系無法準確描述關聯的語義時，就需要使用三元關系。我們來看下面這個例子，下圖（1）能反映出一個Employee在某個Project中使用了什么Skill。下圖（2）只能看出Employee有什么Skill，參與了哪些Project，但無法知道在某個Project中使用的特定Skill。

圖3 三元關系蘊含的語義

需要注意的是有些情況下會錯誤的定義三元關系。這些三元關系可分解為2個或3個二元關系，來達到化簡與語義的純凈。以后的博文中會進一步詳細討論三元關系。

一個實體可以參與到任意多個關系中。每個關系可以聯系任意多個元（實體），而且兩個實體之間也能有任意多個二元關系。

　　關系的連通數（Connectivity of a Relationship）

表示關系所關聯的實例數量的約束。

連通數的值可以是“一”或“多”。“一”這一端，在ER圖中通過在實體與關系間標記“1”表示。“多”一端標記“N”表示。如圖2中關系連通數部分，“一”對“一”：Department is managed by Employee；“一”對“多”：Department has Employees；“多”對“多”：Employee may work on many Projects and each Project may have many Employees。

有些情況下最大連通數是確定的，可以用數值代替N。如：田徑隊隊員有12人。

　　關系的屬性

關系也能有屬性。如下圖4所示，某員工參與某項目的起始日期，某員工在某項目中被分配的任務只有放在關系works-on上才有意義。

圖4 關系的屬性

需要注意的是關系的屬性一般出現在“多”對“多”的二元關系或三元關系上。一般“一”對“一”或“一”對“多”關系上不會放屬性（會引起歧義）。而且這些屬性可以移至一端的實體中。如下圖5所示，如果部門與員工（經理）之間是“一”對“一”關系，在建模中可能把start-date作為關系is managed by的屬性（表示被接管的時間），這個屬性可以移至Department或Employee實體中。

圖5 部門與經理之間的一對一管理關系

大家可以思考一下如果部門和經理之間是“多”對“多”關系，即交叉管理，那又會怎樣？

　　關系中實體的存在性（Existence of an Entity in a Relationship）

關系中實體的存在性可以是強制的或可選的。當關系中的某一邊實體（無論是“一”或“多”端）必須總是存在，則該實體為強制的。反之，該實體為可選的。

在實體與關系之間的連接線上標識“0”來表示可選存在性。含義是最小連通數為0。

強制存在性表示最小連通數為1。在存在性不確定或不可知的情況下，默認最小連通數為1。

在ER圖中最大連通數顯式地標識在實體旁邊。如圖6所示，其蘊含的語義為一個Department有且只有一個Employee來當經理，一個Employee可能是一個Department的經理，也可能不是。

圖6 關系中實體的存在性

　　其他概念數據模型標記法

　　前文中使用的ER構圖方法是Peter Chen 1976年提出的。在現代數據庫設計領域，還有其他多種ER模型標記法。

　　我們來看一下另一種使用較多的標記法，“crow’s-foot”（魚尾紋）標記法，并與前面介紹的標記法進行一個簡單對比。

　　學習每一種標記法沒有意義。在你的組織中推廣應用一種標記法，使其成為大家共通的“語言”。

圖7 Chen式標記法與crow’s-foot標記法對照

　　主要內容回顧

　　1. 組成ER模型的基本元素包括：實體、關系、屬性

　　2. 深入理解關系中包含的語義：關系的度、關系的連通數、關系的存在性

　　3. 了解ER模型的不同標記法，掌握其中一種標記法，并在你的項目中推廣使用

　　實體關系模型參考

　　1. Entity-relationship model（http://en.wikipedia.org/wiki/Entity-relationship_model）

　　2.  Entity-relationship modelling（http://www.inf.unibz.it/~franconi/teaching/2000/ct481/er-modelling/）