Diagramy ER

Diagramy ER = diagramy związków-encji = entity-relationship diagrams

Elementy podstawowe

Diagramy związków-encji pozwalają w sposób graficzny opisywać model konceptualny. Do podstawowych elementów diagramów ER należą:

	zbiory encji reprezentowane przez prostokąty, które w środku zawierają nazwę zbioru
	atrybuty reprezentowane przez elipsy, które w środku zawierają nazwę atrybutu
	związki reprezentowane przez równoległoboki, które w środku zawierają nazwę związku

Zbiory encji opisywane są za pomocą atrybutów, które łączy się z nimi za pomocą pojedynczej linii prostej:

Uwaga: wewnątrz elipsy wprowadzana jest nazwa atrybutu, a nie jego wartość. Zatem niepoprawnym atrybutem jest np. czerwony, gdyż jest to wartość atrybutu, który powinien nazywać się kolor.

Związki zachodzące pomiędzy zbiorami encji przedstawia się w postaci równoległoboku, z którego wychodzą linie proste do wszystkich zbiorów encji, należących do danego związku:

Związki zachodzące pomiędzy zbiorami encji mogą być więcej niż dwuargumentowe, mogą również posiadać atrybuty:

Związki mogą zachodzić pomiędzy encjami należącymi do jednego zbioru. Taka sytuacja wymaga jednak opisania ról w jakich występują poszczególne encje:

Krotność związków

Krotność związków zbiorów encji jest cechą, która opisuje z iloma encjami należącymi do jednego zbioru encji może być połączona jedna encja należąca do drugiego zbioru encji.

Jak wskazaliśmy wcześniej (w odniesieniu do obiektów i klas), istnieją trzy główne typy związków:

• 1 do 1
• 1 do n
• n do n

Tym niemniej wykorzystując tylko te trzy typu, nie jesteśmy w stanie wystarczająco precyzyjnie opisać przypadków z jakimi spotykamy się w rzeczywistości. Np. często zachodzi potrzeba odróżnienia sytuacji, w której jedna encja jednego zbioru może być związana z jedną encją drugiego zbioru, od sytuacji, w której relacja ta jest obligatoryjna (tzn. jedna encja pierwszego zbioru musi być związana z jedna encją drugiego zbioru).

W literaturze poświęconej modelowaniu baz danych można spotkać się z symboliką, która oparta jest na modelu, w którym rozróżnia się tylko trzy podstawowe przypadki. Tym niemniej w praktyce wykorzystywane są notacje, które pozwalają precyzyjnie opisywać te zależności. Niestety w odniesieniu do diagramów ERD nie wypracowano jednego standardu oznaczania krotności (jak ma to miejsce w przypadku standardu modelowania obiektowego UML), aczkolwiek najczęściej można spotkać się z następującą notacją (rozpowszechnioną m.in. w dokumentacji Oracle):

• – powiązanie jednokrotne, obowiązkowe (tylko jeden)
• – powiązanie jednokrotne, opcjonalne (jeden lub zero)
• – pozwiązanie wielokrotne, obowiązkowe (co najmniej jeden)
• – powiązanie wielokrotne, opcjonalne (zero lub więcej)

Poniżej zaś przedstawiamy przykład, który dobrze ilustruje różne kombinacje krotności:

Uwaga: symbole krotności interpretowane są zawsze w ten sposób, że jedna encja z jednego zbioru encji może być powiązana z taką liczbą encji należących do drugiego zbioru, na jaką wskazuje symbol leżący bezpośrednio przy drugim zbiorze encji.
W powyższym przykładzie – jeden organizm może posiadać jedne lub więcej organów, natomiast jeden organ musi należeć do dokładnie jednego organizmu.

Typy atrybutów

W modelu ER wyróżnić można trzy specjalne typy atrybutów:

• kluczowe
• pochodne
• częściowe kluczowe

Jednym z ważniejszych etapów projektowania modelu konceptualnego, jest zidentyfikowanie atrybutów kluczowych, które tworzą klucz encji. Atrybuty kluczowe to atrybuty, które w sposób jednoznaczny identyfikują encję, która je posiada. Znaczy to, że nie mogą występować dwie encje, które posiadają taką samą wartość atrybutów kluczowych.

Klucz może być pojedynczym atrybutem lub zbiorem atrybutów. W drugim przypadku wymóg jednoznaczności odnosi się do zbioru jako całości, a nie poszczególnych atrybutów, tzn. wymóg jednoznaczności odnosi się do kombinacji wartości, a nie każdej wartości z osobna. Np. klucze (1, 2) oraz (1, 3) będą identyfikowały odmienne encje, pomimo tego, że wartość pierwszego atrybutu jest w obu przypadkach taka sama.

Encja może posiadać wiele kluczy. W takiej sytuacji jeden z nich jest wyróżniony i nazywa się go kluczem głównym. Pozostałe klucze, to klucze alternatywne. Ponadto każdy zbiór encji musi posiadać przynajmniej jeden klucz.

Atrybuty kluczowe wyróżnia się poprzez podkreślenie ich nazwy:

Innym ważnym typem atrybutów, są atrybuty pochodne. Ten typ atrybutów wykorzystywany jest do reprezentowania informacji, które zawsze mogą być obliczone na podstawie danych zgromadzonych w bazie, ale zachodzi potrzeba reprezentowanie ich w modelu. Przykładem atrybutu tego rodzaju może być np. średnia ocena publikowanego materiału, wyliczana na podstawie głosów oddanych przez czytelników.

Atrybuty pochodne reprezentowane są za pomocą owalu, którego brzeg rysowany jest linią przerywaną:

W diagramach ERD wykorzystuje się również klucze częściowe. Klucze częściowe pełnią tę samą rolę, co zwykłe kluczowe, z tą różnicą, że samodzielnie nie identyfikują encji. Partycypują w kluczach, które tworzone są z atrybutów innych encji i występują wyłącznie w słabych encjach, które zosały omówione w punkcie następnym.

Klucze częściowe wyróżniane są za pomocą podkreślenia linią przerywaną:

Słabe encje

Słabe encje to szczególny typ encji, których klucze składają się (przynajmniej częściowo) z atrybutów kluczowych innych encji. Jeśli encja jest słaba, to pomiędzy zbiorem encji, których klucze wykorzystywane są w jej kluczu, a zbiorem do którego on należy, musi zachodzić związek, którego krotność po stronie przeciwnej słabej encji, wynosi dokładnie jeden. W przeciwnym bowiem razie, mogłaby wystąpić sytuacja, w której słaba encja nie posiadałaby jednoznacznego identyfikatora.

Słabe encje reprezentowane są za pomocą prostokątów z podwójną ramką:

Związki identyfikujące, które wskazują zbiory encji, których klucze wykorzystywane są przez zbiory słabych encji, reprezentowane są za pomocą podwójnego równoległoboku:

Słabe encje wykorzystywane są zwykle wtedy, gdy mamy do czynienia z kompozycją lub związkiem wiele do wiele przekształconym w zbiór encji, tzn. słabe encje zawsze występują jako elementy pewnej struktury wyższego rzędu.

Jako przykład można podać zamówienie, które posiada swój unikalny identyfikator oraz pozycje, których porządek jest ustalony przez użytkownika. Zamiast przypisywać każdej pozycji odrębny identyfikator (klucz) i dodatkowo numer porządkowy na zamówieniu, prościej jest opisać pozycję, za pomocą klucza składającego się z identyfikatora zamówienia i numeru pozycji.

Sytuacja ta przedstawiona jest na poniższym diagramie:

Relacja “isa”

Relacja isa (“X is a Y”), występuje pomiędzy zbiorami encji, spośród których jeden może być określony jako specjalizacja drugiego. Tzn. każda encja należąca do pierwszego zbioru posiada wszystkie cechy encji należących do zbioru drugiego, ale ponadto posiada pewne cechy specyficzne. Przez cechy rozumie się tutaj nie tylko atrybuty, ale również wszystkie związki w jakie wchodzi dany zbiór encji.

Na diagramach ERD relacja isa oznaczana jest za pomocą trójkąta, wewnątrz którego znajduje się napis “Isa”:

Relacja isa jest jedną z podstawowych relacji występujących pomiędzy pojęciami. Typowy zwrot, który służy do jej wyrażania, to “X jest rodzajem Y” lub “X jest Y”, gdzie X i Y są pewnymi pojęciami ogólnymi (np. wilk jest zwierzęciem, lazur jest rodzajem niebieskiego, van jest rodzajem samochodu).

Klasyczna definicja arystotelesowska składała się z dwóch elementów: genus proximum (rodzaj najbliższy) i differentia specifica (różnica gatunkowa). Jest ona jednym z podstawowych sposobów definiowania słów, a w konsekwencji organizowania wiedzy. Widać wyraźnie, że jest ona oparta o relację “isa” - aby zdefiniować słowo należy wskazać inne, którego znaczenie jest bardziej ogólne od słowa definiownego.

Poniżej przedstawiony jest przykład wykorzystujący relacji “isa”. Został w nim wyabstrahowany jeden zbiór encji: ciała niebieskie. Wszystkie ciała niebieskie posiadają masę, temperaturę i promień (można przyjąć dla uproszczenia, że zajmujemy się tylko ciałami kulistymi). Niektóre spośród nich posiadają jednak cechy specyficzne – gwiazdom i planetom możemy przypisać jasność, a planetom i księżycom – promień orbity, po której się poruszają. Ponadto istotny jest również fakt, że księżyce krążą wokół planet, a planety wokół gwiazd. Wszystkie te informacje zostały uwzględnione na diagramie.