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openGauss开源数据库实战二十八

news 2024/12/16 15:23:44

文章目录

  • 任务二十八 基于PowerDesigner的openGauss数据库设计
    • 任务目标
      • 实施步骤
        • 一、在Win11上安装 PowerDesigner16
        • 二、PowerDesigner快速入门
          • 1.启动和配置E-R概念建模
          • 2.创建数据项
          • 3.创建域
          • 4.创建实体
          • 5.创建两个实体之间的联系
        • 三、PowerDesigner上的E-R建模
          • 1.只有单值属性的简单实体建模
          • 2.联系无属性的二元联系建模
          • 3.联系有属性的二元联系建模
          • 4.具有复合属性的实体建模
          • 5.弱实体及其依赖的强实体建模
          • 6.具有多值属性的实体建模
          • 7.建模实体的属性约束
          • 8.递归联系建模
            • (1)建模多对多的递归联系(网状建模)
            • (2)建模一对多的递归联系(层次建模)
          • 9.多元联系建模
          • 10.时态属性建模
          • 11.分类联系建模
          • 12.聚集建模
        • 四、PowerDesigner 正向数据库工程
        • 五、事务设计
        • 六、部署数据库脚本
        • 七、反向数据库工程

任务二十八 基于PowerDesigner的openGauss数据库设计

任务目标

掌握计算机辅助软件工程(CASE)工具PowerDesigner的用法,会使用PowerDesigner设计和部署openGauss数据库应用。

实施步骤

一、在Win11上安装 PowerDesigner16

可以从大佬提供的PowerDesigner16.6测试版的安装文件PowerDesigner16.6x64_Evaluation的百度网盘链接（有效期一年）下载包装包,然后在Win11上安装,具体的安装步骤下图所示。
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这里需要注意一点的是，有些朋友在下载完PowerDesigner后发现没有快捷方式，这是因为你已经把这个软件安装到Windows的Start Menu中了，迷惑性的是这里的英文Accessibility对应着中文的辅助功能。

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到这里就安装成功了。

二、PowerDesigner快速入门
1.启动和配置E-R概念建模

在Win11中启动PowerDesigner16.6,按下图所示进行操作,配置E-R建模：

创建一个模型
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创建E-R概念模型
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配置E-R+Merise模型的选项
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E-R模型的选项
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现在我们就可以开始E-R建模了。

2.创建数据项

数据项可以被多个实体共用,例如创建一个名为name的数据项,实体INSTRUCTOR和实体STUDENT都可以有一个属性叫name。在创建数据项name时,已经给该数据项赋予了数据类型,然后就可以直接将数据项name赋给实体INSTRUCTOR和实体STUDENT作为属性。按下图进行操作,创建一个名为name的数据项。
创建数据项页面1
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创建数据项页面2
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创建数据项画面3
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创建数据项画面4
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创建数据项画面5
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当我们创建完成后发现有部分错误也不用担心，我们可以直接在左侧的Object Browser栏中双击需要修改的数据项进行修改：
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3.创建域

域具有数据类型和格式,在创建属性的时候可以直接将域赋予属性,这样就不需要来定义属性的数据类型和格式了。
按照下图所示进行操作,创建一个域telephone_number
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4.创建实体

一个实体代表客观世界中的一类事物或者联系,是E-R模型中的基本元素。按照下图所示进行操作,在PowerDesigner中创建一个实体INSTRUCTOR。
创建实体画面1
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创建实体画面2
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双击我们新创建的实体Entity_1添加属性：
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然后将我们新创建的Data Item加入到Entity_1
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最终会得到如下的显示情况：
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按照下图所示进行操作,在PowerDesigner中为实体INSTRUCTOR创建主标识符。创建实体INSTRUCTOR时指定属性id是主键,因此不需要为实体的主标识符添加属性。
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可以为实体创建多个辅助标识符,并为每个辅助标识符添加一个或者多个属性。辅助标识符也可以用于区分实体实例,只是它们没有被选为主标识符而已,在将来会被转化为一个唯一约束(可以为NULL)。

在现实世界中,为教师实体创建辅助标识符inst_ak,并添加属性name,意味着每个教师都不能重名。创建过程如下图所示。在实体INSTRUCTOR的图形中,用鼠标左键单击选中最下面一层的“inst_ak”,然后再双击鼠标左键,出现配置inst_ak的画面。为辅助标识符inst_ak添加属性name后,单击“确定”按钮。
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5.创建两个实体之间的联系

首先在PowerDesigner中创建两个实体——实体INSTRUCTOR(见图29-42)和实体STUDENT(如下)。

实体INSTRUCTOR和STUDENT
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然后,在PowerDesigner中开始创建实体INSTRUCTOR和实体STUDENT之间的联系advise。先拖拽PowerDesigner的联系图标至画布中,如果要建模从教师到学生的联系advise,先单击实体INSTUCTOR,再单击实体STUDENT,如下图所示。
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和之前添加Data Item和Entity一样，在Model中找到Realations，从中添加两个Entity的关系。
==注意：==这里有一个BUG，如果初始创建的时候没有确定Entity1和Entity2，而选择之后再确定Entity，则会导致工作窗口无法显示两个关系的链接关系的线。
添加完成后如下图所示：
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双击4工作区中的文字“Relationship-1”。命名联系有两种方法:如果两个实体间只有一种联系,可以使用两个实体的名字缩写inst_stu来命名，如果两个实体间有多个联系,使用实体名字缩写的方法就不行了,可以直接使用联系的名称advise(一般是动词)来命名,如下图所示。
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在PowerDesigner中,创建联系基数的方法如下图所示。
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在上图中,首先创建从实体INSTRUCTOR到实体STUDENT方向的联系基数,因为一个教师可以指导0个或者多个学生,所以基数是“0,n”;然后创建从实体STUDENT到实体INSTRUCTOR方向的联系基数,因为一个学生有且只能有一个指导老师,所以基数是“1,1”。然后可以查看图中间部分的文字,如果和需求一致,就证明这个建模是正确的。最后，单击“确定”按钮,就完成了实体INSTRUCTOR和实体STUDENT之间联系advise的建模。

按照上面的方法,建模另外一对实体之间的联系——教师和系之间的工作联系。按前述方法,创建一个新的E-R模型。首先建模DEPARTMENT,然后将实体INSTRUCTOR和DEPARTMENT建立联系,如下图所示。
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三、PowerDesigner上的E-R建模
1.只有单值属性的简单实体建模

只有单值属性的简单实体在PowerDesigner上的建模方法,参看前面的例子。这里以建模教师实体INSTEUCTOR为例,该实体具有教师工号id、姓名name、年龄age、性别sex、工资salary等单值属性,并有主标识符inst_pk(pi)和辅助标识符inst_ak(ai)这里假设所有的教师都不重名(如果有两个李明、则在名字后面添加自然数数字加以区别)。建模结束后,我们会得到下图所示的实体INSTRUCTOR：

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2.联系无属性的二元联系建模

假如只需要记录教师与学生之间,教师是否指导过某个学生这个事实,除此以外不记录其他的信息,则可以在教师和学生之间创建一个二元联系advise,该二元联系没有使用任何联系属性来对联系进行描述。可以按照前文所述的建模步骤来完成这个任务。建模结束后,得到实体INSTRUCTOR和实体STUDENT之间的联系advise,如下图所示。
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3.联系有属性的二元联系建模

假如需要记录教师多次指导某个学生的详细事实(时间、地点及指导内容)。很显然,这些详细事实信息无论是记录在教师实体中,还是记录在学生实体中,都不合适,而是应该记录在教师和学生之间的联系advise上。换句话说,教师和学生的联系包含这些属性:adviseTime(时间截数据类型)、adviseLocation、adviseDescription。建模有属性联系的一个方法就是把教师每次指导学生这个动作(advise)转化为一个实体(指导事件),相当于将动词(advise)名词化(advising)。可以把每次的指导事件赋予一个人工码(advisingld)来进行标识。每个指导事件都会有教师和学生参与。当然,我们可以详细地描述这个指导事件的更为详细的信息。

首先创建一个新的实体ADVISING,如下图所示。然后把之前已经创建的实体INSTRUCTOR和实体STUDENT也放在PowerDesigner的画布中：
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接下来将事件ADVISING与参与方联系起来。注意,事件实体ADVISING会依赖于事件的参与方。先创建实体ADVISING和实体INSTRUCTOR之间的联系基数,因为每次指导活动有且只有一名教师参加,所以基数是“1,1”;然后再创建实体INSTRUCTOR和实体ADVISING之间的联系基数,因为每个教师可以多次参与指导活动,也可以不参与任何指导活动,所以基数是“0,n”。同样要关注图29-62中中部的文字部分,确认与需求是一致的。最后单击“确定”按钮,完成实体ADVISING和实体INSTRUCTOR之间联系的建模,在PowerDesigner的画布上就会出现下图所示的E-R图。
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重复上面的步骤,完成实体ADVISING和实体STUDENT之间的依赖联系建模,最后在PowerDesigner的画布上就会出现下图所示的E-R图。
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然后可以将之前创建的advise实体删除，再把此E-R模型转发为数据库代码进行检验，具体的操作图下图所示：
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生成的SQL代码如下：

/*==============================================================*/
/* DBMS name:      PostgreSQL 9.x                               */
/* Created on:     2024/12/15 20:59:35                          */
/*==============================================================*/drop index Advising_Student_FK;drop index Advising_Inst_FK;drop index ADVISING_PK;drop table ADVISING;drop index INSTRUCTOR_PK;drop table INSTRUCTOR;drop index STUDENT_PK;drop table STUDENT;drop domain telephone_number;/*==============================================================*/
/* Domain: telephone_number                                     */
/*==============================================================*/
create domain telephone_number as INT8;/*==============================================================*/
/* Table: ADVISING                                              */
/*==============================================================*/
create table ADVISING (id                   INT8                 not null,stuid                INT8                 not null,AdvisingID           INT8                 not null,AdvisingLocation     VARCHAR(40)          null,AdvisingTIme         DATE                 null,constraint PK_ADVISING primary key (id, stuid, AdvisingID)
);/*==============================================================*/
/* Index: ADVISING_PK                                           */
/*==============================================================*/
create unique index ADVISING_PK on ADVISING (
id,
stuid,
AdvisingID
);/*==============================================================*/
/* Index: Advising_Inst_FK                                      */
/*==============================================================*/
create  index Advising_Inst_FK on ADVISING (
id
);/*==============================================================*/
/* Index: Advising_Student_FK                                   */
/*==============================================================*/
create  index Advising_Student_FK on ADVISING (
stuid
);/*==============================================================*/
/* Table: INSTRUCTOR                                            */
/*==============================================================*/
create table INSTRUCTOR (id                   INT8                 not null,age                  INT2                 null,name                 VARCHAR(40)          null,salary               NUMERIC(7,2)         null,sex                  BOOL                 null,constraint PK_INSTRUCTOR primary key (id),constraint AK_INST_AK_INSTRUCT unique (name)
);/*==============================================================*/
/* Index: INSTRUCTOR_PK                                         */
/*==============================================================*/
create unique index INSTRUCTOR_PK on INSTRUCTOR (
id
);/*==============================================================*/
/* Table: STUDENT                                               */
/*==============================================================*/
create table STUDENT (age                  INT2                 null,name                 VARCHAR(40)          null,sex                  BOOL                 null,stuid                INT8                 not null,total_credit         INT2                 null,constraint PK_STUDENT primary key (stuid),constraint AK_STUDENT_AK_STUDENT unique (name)
);/*==============================================================*/
/* Index: STUDENT_PK                                            */
/*==============================================================*/
create unique index STUDENT_PK on STUDENT (
stuid
);alter table ADVISINGadd constraint FK_ADVISING_ADVISING__INSTRUCT foreign key (id)references INSTRUCTOR (id)on delete restrict on update restrict;alter table ADVISINGadd constraint FK_ADVISING_ADVISING__STUDENT foreign key (stuid)references STUDENT (stuid)on delete restrict on update restrict;

我们对教师每次指导学生的事件都赋予了一个人工键来标识。表ADVISING的主键是(id,stuid,AdvisingID),所以表ADVISING可以记录每次指导活动有多少个教师和学生参与。当然,表ADVISING还记录了关于某次指导活动的详细细节——指导时间和地点以及描述。

建模有属性联系的另外一种方法是使用关联。关联没有主键,它依赖参与关联的实体来标识,因此一对实体之间的关联只能记录一次事件的信息(因为这对实体的主键联合在一起,故只能有一个取值)。例如,记录教师何时成为学生的导师。
首先创建实体INSTRUCTOR和实体STUDENT，然后在右侧栏选中PowerDesigner中的关联图标,拖拽到PowerDesigner的画布中,会出现如下所示的画面。
在这里插入图片描述
在上图中用鼠标左键单击表示关联的图块,再双击鼠标左键打开关联的配置窗口,如下图所示。将关联命名为BeAdvisorOf后,单击标签“Attributes”,出现下图所示的画面：
在这里插入图片描述
按上图所示为关联添加属性,可以看到无法为关联创建主标识符。关联依赖于参与的实体,由参与关联的实体的主标识符联合确定关联的主标识符。单击“确定”按钮后,出现下图所示的画面：
在这里插入图片描述
在上图右侧单击选中表示关联联系的工具小图标,然后单击实体INSTRUCTOR,再单击关联BeAdvisorOf;重复一次操作,单击选中表示关联联系的工具小图标,然后单击实体STUDENT,再单击关联 BeAdvisorOf。PowerDesigner的画布中最后显示的画面如下图所示：

在这里插入图片描述
可以双击关联线,然后修改关联线上的基数。上图的语义是:一个教师可以成为0个或者多个学生的导师,一个学生只能有一个导师。

4.具有复合属性的实体建模

具有复合属性的实体,可以先将其复合属性的子属性建模为实体的单值属性。例如使用复合属性address记录教师的联系地址,address可能包含province、city、street、buildingNo等多个子属性。可以把这些子属性单独建模为实体集INSTRUCTOR的一个单独属性。建模过程如下图所示：

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5.弱实体及其依赖的强实体建模

弱实体不能单独存在,必须依赖于强实体。在大学里,像高等数学这样的课程(course),会分成两个课程部分(section),分别在一年级的第一学期和第二学期来讲授。因此,可以把course建模成为强实体,把section建模成为弱实体。

弱实体及其所依赖的强实体的建模过程如下：
1)按建模普通实体的方法建模强实体COURSE,如下图所示。
在这里插入图片描述

2)按建模普通实体的方法建模弱实体SECTION,如下图所示。
在这里插入图片描述
3)按建模普通实体的方法建模弱实体SECTIONCLASS,如下图所示。
在这里插入图片描述

4)建模强实体和弱实体之间的依赖联系,如下图所示。弱实体具有自己的分辨标识符,这个分辨标识符和该弱实体所依赖的强实体的主键一起,构成了弱实体的主键。
在这里插入图片描述

6.具有多值属性的实体建模

具有多值属性的实体,可以将每一个多值属性都建模为一个弱实体,它们依赖于拥有该多值属性的强实体集。例如要记录教师的多个联系电话(telnum),这是一个多值属性,因此可以建一个弱实体集instructor_telnum,具有属性telnum,依赖于强实体集INSTRUCTOR。这种建模方法也称为高表建模。

还有一种称为宽表的方法也可用来建模多值属性。该方法规定每个实体实例最多有几个这样的值。例如建模教师的电话,可以规定教师最多有三个电话,于是为教师实体添加三个属性:telnum1、telnum2、telnum3。

7.建模实体的属性约束

假设我们要限制弱实体SECTIONCLASS的属性sectClassSemester只能取三个值:Spring、Summer、Autumn。在PowerDesigner的画布中,先单击选中弱实体SECTIONCLASS的属性sectClassSemester,如下图所示。
在这里插入图片描述
单击“StandardChecks”标签,出现上图所示的窗口,在右边的列表值栏里填上该属性可能的取值Spring、Summer和Autumn,单击“确定”按钮,完成实体属性约束的建模。

8.递归联系建模
(1)建模多对多的递归联系(网状建模)

一门课程可以有多门课程作为先修课程,一门课程还可以作为多门课程的先修课程。因为先修课程和后修课程都是课程,因此课程和先修课程之间是一个多对多的递归联系。
使用PowerDesigner建模递归联系，具体步骤如下：
1)创建实体COURSE,如下图所示。在这里插入图片描述
2)创建递归联系precouse(注意不是precourse。联系名和角色名不能同名，此处将联系名定义为precouse,而将角色名定义为precourse和latercourse。precourse在后面被用作角色名,联系名precouse会被转化为表名,角色名会被转化为一个外键约束)。按图29-88所示进行操作,先选中PowerDesigner工具箱中用于建模联系的小图标,然后单击实体COURSE,再单击画布中白色的位置,最后再单击实体COURSE。
在这里插入图片描述

双击联系线上的文字“Relationship_1”,出现下图所示的窗口,填人联系的名字precouse,然后单击“cardinalities”标签,出现下图所示的窗口。首先定义实体的角色为latercourse和precourse;然后定义从latercourse到precourse的基数为0,n,表示一门后修课可以有0门或者多门先修课;接着定义从precourse到latercourse的基数为0,n,表示一门先修课可以有0门或者多门后修课。单击“确定”按钮,完成先修课与后修课之间的递归多对多联系建模。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
3)将第2步创建的E-R模型转换为物理数据库模型(PostgreSQL数据库),如下图所示。
在这里插入图片描述
注意到precouse中的一个列名COU_cid不是很规范,直接双击该列名进行修改。
按照从下图所示进行操作,将属性COU_cid的名字修改为preCourseID。修改后的物理数据库模型如下图所示。
在这里插入图片描述
4)按照下图所示进行操作,用物理数据库模型自动生成SQL代码

代码如下：

/*==============================================================*/
/* DBMS name:      PostgreSQL 9.x                               */
/* Created on:     2024/12/15 22:54:50                          */
/*==============================================================*/drop index COURSE_PK;drop table COURSE;drop index latercourse_FK;drop index precourse_FK;drop index Precouse_PK;drop table Precouse;drop domain telephone_number;/*==============================================================*/
/* Domain: telephone_number                                     */
/*==============================================================*/
create domain telephone_number as INT8;/*==============================================================*/
/* Table: COURSE                                                */
/*==============================================================*/
create table COURSE (cDescription         VARCHAR(400)         null,chours               INT4                 null,cid                  INT8                 not null,cname                VARCHAR(60)          null,constraint PK_COURSE primary key (cid)
);/*==============================================================*/
/* Index: COURSE_PK                                             */
/*==============================================================*/
create unique index COURSE_PK on COURSE (
cid
);/*==============================================================*/
/* Table: Precouse                                              */
/*==============================================================*/
create table Precouse (preCourseID          INT8                 not null,cid                  INT8                 not null,constraint PK_PRECOUSE primary key (preCourseID, cid)
);/*==============================================================*/
/* Index: Precouse_PK                                           */
/*==============================================================*/
create unique index Precouse_PK on Precouse (
preCourseID,
cid
);/*==============================================================*/
/* Index: precourse_FK                                          */
/*==============================================================*/
create  index precourse_FK on Precouse (
preCourseID
);/*==============================================================*/
/* Index: latercourse_FK                                        */
/*==============================================================*/
create  index latercourse_FK on Precouse (
cid
);alter table Precouseadd constraint FK_PRECOUSE_LATERCOUR_COURSE foreign key (cid)references COURSE (cid)on delete restrict on update restrict;alter table Precouseadd constraint FK_PRECOUSE_PRECOURSE_COURSE foreign key (preCourseID)references COURSE (cid)on delete restrict on update restrict;
(2)建模一对多的递归联系(层次建模)

下面是另外一个递归联系的例子。公司的顾客由其他顾客介绍而来,一个顾客可以介绍许多新的顾客(也可能没有介绍任何一个新顾客),但一个新的顾客必须且只能由一个老顾客介绍而来。新顾客和老顾客都是顾客,这是一个一对多的递归联系。
在PowerDesigner中建模这个一对多的递归联系,过程和建模多对多的递归联系一样,差别只是在创建联系的基数上。建模完成后,其E-R图如下图所示。为这个物理数据库模型生成SQL代码时,不选中进行模型检查选项,如下所示。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

/*==============================================================*/
/* DBMS name:      PostgreSQL 9.x                               */
/* Created on:     2024/12/15 23:26:27                          */
/*==============================================================*/drop index Relationship_1_FK;drop index CUSTOMER_PK;drop table CUSTOMER;drop domain telephone_number;/*==============================================================*/
/* Domain: telephone_number                                     */
/*==============================================================*/
create domain telephone_number as INT8;/*==============================================================*/
/* Table: CUSTOMER                                              */
/*==============================================================*/
create table CUSTOMER (customerDescription  VARCHAR(400)         null,customerID           INT8                 not null,CUS_customerID       INT8                 not null,customerName         VARCHAR(40)          null,oldCustomerID        INT8                 null,constraint PK_CUSTOMER primary key (customerID)
);/*==============================================================*/
/* Index: CUSTOMER_PK                                           */
/*==============================================================*/
create unique index CUSTOMER_PK on CUSTOMER (
customerID
);/*==============================================================*/
/* Index: Relationship_1_FK                                     */
/*==============================================================*/
create  index Relationship_1_FK on CUSTOMER (
CUS_customerID
);alter table CUSTOMERadd constraint FK_CUSTOMER_RELATIONS_CUSTOMER foreign key (CUS_customerID)references CUSTOMER (customerID)on delete restrict on update restrict;
9.多元联系建模

下面以三元联系为例,学习如何对多元联系进行建模。三元联系的一个例子是教师指导学生做项目,其中有3个实体名词和1个联系动词。建模方法可以参照前文内容。把动词advise动名词化为advising,使其成为一个事件,并赋予该事件人工键。该事件依赖于三个参方：INSTRUCTOR、STUDENT、PROJECT。建模完成后的E-R图如下图所示。
在这里插入图片描述

10.时态属性建模

这里以员工在公司工作时的薪水变化情况为例进行建模,可以将其建模为一个弱实体employee_salary(见下图):过去的工资具有开始时间和结束时间;当前的工资有开始时间,结束时间可以用日期的最大值(如9999年12月31日)来表示。还可以把员工当前的工资作为一个属性,记录在实体employee中。
在这里插入图片描述
其他的例子还有:员工在不同的时期在不同的部门工作;一个部门在不同的时期有不同的管理人员。其建模方法同不同时期员工的工资。读者可在自己在PowerDesigner上实验一下。

11.分类联系建模

可以通过概化和特化的方法来对实体进行分类,二者之间的区别在于:特化是自顶向下,高层实体不断地寻找不同的特点进行分类,形成不同层次的低层实体;概化是自底向上,多个不同的低层实体不断地寻找相互之间的共同点,进行归类。

场景1(部分-相交):大学中的人可以是员工或者学生,还可以是访问学者(既不是员工也不是学生)。另外,员工也可能是学生(教师是员工,比如某教师的学历目前是硕士研究生,正在攻读博士学位,因此他同时也是一个学生)。

场景2(部分-不相交):员工可以是教师、秘书,也可以是后勤人员(目前我们的系统不关心后勤人员,但是会把后勤人员记录在员工表中);但是教师不可能是秘书,秘书不可能是教师

场景3(完全-不相交):高层实体学生,要么是一个本科生,要么是一个研究生,不会同时属于本科生和研究生。

12.聚集建模

这里以三元联系——教师指导学生做项目为例。学院要对教师指导学生做项目的情况进行评估,以此为据给学生和教师发补贴。这本质上为联系与实体之间的联系的建模(联系的联系)。

四、PowerDesigner 正向数据库工程

正向数据库工程从E-R图开始,通过E-R图生成物理数据库模型,就是基于E-R图生成了一个特定数据库管理系统(如openGaussDBMS)的数据库模式图,然后基于此模式图生成数据库部署脚本。在前文中,我们已经多次实践了通过E-R图生成数据库脚本的过程。

五、事务设计

验证之前的设计是否可以满足事务操作的需要,如果不能满足要求,需要返回重新设计,直到数据库模式的设计满足事务的要求。一旦数据库模式满足了事务操作的要求,可以根据事务中的查询设计相应的索引、约束。

六、部署数据库脚本

在数据库中执行数据库脚本,将应用的数据库模式部署到数据库管理系统中。此时可以开始开发应用程序了。

七、反向数据库工程

由于目前PowerDesigner不支持openGauss,因此反向数据库工程需要借助PostgreSQL来实现。可以将部署在openGauss上的数据库恢复到PostgreSQL上,然后使用PowerDesigner连接到PostgreSOL进行反向数据库工程。


http://www.mrgr.cn/news/80304.html

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