Иерархическая рекурсия Сетевая рекурсия
Лабораторная работа №2. Наложение связей.
Связи
Связь является логическим соотношением между сущностями. Каждая связь должна именоваться глаголом или глагольной фразой (Relationship Verb Phrases) (рис. 1). Имя связи выражает некоторое ограничение или бизнес-правило и облегчает чтение диаграммы, например:
Каждый КЛИЕНТ <размещает> ЗАКАЗы;
Каждый ЗАКАЗ <выполняется> СОТРУДНИКом.
Рис.1 Имя связи - Relationship Verb Phrases
Связь показывает, какие именно заказы разместил клиент и какой именно сотрудник выполняет заказ. По умолчанию имя связи на диаграмме не показывается. Для отображения имени следует в контекстном меню, которое появляется, если щелкнуть левой кнопкой мыши по любому месту диаграммы, не занятому объектами модели, выбрать пункт Display Options/Relationship и затем включить опцию Verb Phrase.
На логическом уровне можно установить идентифицирующую связь один-ко-многим, связь многие-ко-многим и неидентифицирующую связь один-ко-многим (соответственно это кнопки слева направо в палитре инструментов).
В IDEF1X различают зависимые и независимые сущности. Тип сущности определяется ее связью с другими сущностями. Идентифицирующая связь устанавливается между независимой (родительский конец связи) и зависимой (дочерний конец связи) сущностями. Когда рисуется идентифицирующая связь, ERwin автоматически преобразует дочернюю сущность в зависимую. Зависимая сущность изображается прямоугольником со скругленными углами (сущность Заказ на рис. 2). Экземпляр зависимой сущности определяется только через отношение к родительской сущности, т. е. в структуре на рис. 2 информация о заказе не может быть внесена и не имеет смысла без информации о клиенте, который его размещает. При установлении идентифицирующей связи атрибуты первичного ключа родительской сущности автоматически переносятся в состав первичного ключа дочерней сущности. Эта операция дополнения атрибутов дочерней сущности при создании связи называется миграцией атрибутов. В дочерней сущности новые атрибуты помечаются как внешний ключ - (FK).
Рис. 2. Идентифицирующая связь между независимой и зависимой таблицей
В дальнейшем, при генерации схемы БД, атрибуты первичного ключа получат признак NOT NULL, что означает невозможность внесения записи в таблицу заказов без информации о номере клиента.
При установлении неидентифицирующей связи (рис. 3) дочерняя сущность остается независимой, а атрибуты первичного ключа родительской сущности мигрируют в состав неключевых компонентов родительской сущности. Неидентифицирующая связь служит для связывания независимых сущностей.
Рис. 3. Неидентифицирующая связь
Экземпляр сущности Сотрудник может существовать безотносительно к какому-либо экземпляру сущности Отдел, т. е. сотрудник может работать в организации, не числясь в каком-либо отделе.
Идентифицирующая связь показывается на диаграмме сплошной линией с жирной точкой на дочернем конце связи (см. рис. 2), неидентифицирующая - пунктирной (рис. 3).
Для создания новой связи следует:
установить курсор на нужной кнопке в палитре инструментов (идентифицирующая или неидентифицирующая связь) и нажать левую кнопку мыши;
щелкнуть сначала по родительской, а затем по дочерней сущности.
Форму линии связи можно изменить. Для этого нужно захватывать мышью нужную линию связи и переносить ее с места на место, пока линия не начнет выглядеть лучше.
В палитре инструментов кнопка 
соответствует идентифицирующей связи, кнопка 
связи многие-ко-многим и кнопка 
соответствуют неидентифицирующей связи.
Для редактирования свойств связи следует "кликнуть" правой кнопкой мыши по связи и выбрать на контекстном меню пункт Relationship Editor.
В закладке General появившегося диалога можно задать мощность, имя и тип связи (рис. 4).
Мощность связи (Cardinality) - служит для обозначения отношения числа экземпляров родительской сущности к числу экземпляров дочерней.
Различают четыре типа мощности (рис. 5):
общий случай, когда одному экземпляру родительской сущности соответствуют 0, 1 или много экземпляров дочерней сущности не помечается каким-либо символом;
символом Р помечается случай, когда одному экземпляру родительской сущности соответствуют 1 или много экземпляров дочерней сущности (исключено нулевое значение);
символом Z помечается случай, когда одному экземпляру родительской сущности соответствуют 0 или 1 экземпляр дочерней сущности (исключены множественные значения);
цифрой помечается случай точного соответствия, когда одному экземпляру родительской сущности соответствует заранее заданное число экземпляров дочерней сущности.
Рис. 4. Диалог Relationship Editor
По умолчанию символ, обозначающий мощность связи, не показывается на диаграмме. Для отображения имени следует в контекстном меню, которое появляется, если щелкнуть левой кнопкой мыши по любому месту диаграммы, не занятому объектами модели, выбрать пункт Display Options/Relationship и затем включить опцию Cardinality.
Имя связи (Verb Phrase) - фраза, характеризующая отношение между родительской и дочерней сущностями. Для связи один-ко-многим идентифицирующей или неидентифицирующей достаточно указать имя, характеризующее отношение от родительской к дочерней сущности (Parent-to-Child). Для связи многие-ко-многим следует указывать имена как Parent-to-Child так и Child-to-Parent.
Рис. 5. Обозначения мощности
Тип связи (идентифицирующая/неидентифицирующая). Для неидентифицирующей связи можно указать обязательность (Nulls). В случае обязательной связи (No Nulls) при генерации схемы БД атрибут внешнего ключа получит признак NOT NULL, несмотря на то что внешний ключ не войдет в состав первичного ключа дочерней сущности. В случае необязательной связи (Nulls Allowed) внешний ключ может принимать значение NULL. Необязательная неидентифицирующая связь помечается прозрачным ромбом со стороны родительской сущности (см. рис. 3).
Рис. 6. Закладка Rolename/RI Actions диалога Relationship Editor
В закладке Definition можно дать более полное определение связи для того, чтобы в дальнейшем иметь возможность на него ссылаться.
В закладке Rolename/RI Actions можно задать имя роли и правила ссылочной целостности.
Имя роли (функциональное имя) - это синоним атрибута внешнего ключа, который показывает, какую роль играет атрибут в дочерней сущности.
Рис. 7. Имена ролей внешних ключей
В примере, приведенном на рис. 7, в сущности Сотрудник внешний ключ Номер отдела имеет функциональное имя "Где работает", которое показывает, какую роль играет этот атрибут в сущности. По умолчанию в списке атрибутов показывается только имя роли. Для отображения полного имени атрибута (как функционального имени, так и имени роли) следует в контекстном меню, которое появляется, если щелкнуть левой кнопкой мыши по любому месту диаграммы, не занятому объектами модели, выбрать пункт Display Options/Entities и затем включить опцию Rolename/Attribute (рис. 6). Полное имя показывается как функциональное имя и базовое имя, разделенные точкой (см. рис. 7).
Обязательным является применение имен ролей в том случае, когда два или более атрибутов одной сущности определены по одной и той же области, т. е. они имеют одинаковую область значений, но разный смысл. На рис. 8 сущность Продажа валюты содержит информацию об акте обмена валюты, в котором участвуют две валюты - проданная и купленная. Информация о валютах содержится в сущности Валюта. Следовательно, сущности Продажа валюты и Валюта должны быть связаны дважды и первичный ключ - Номер валюты должен дважды мигрировать в сущность Валюта в качестве внешнего ключа. Необходимо различать эти атрибуты, которые содержат информацию о номере проданной и купленной валюты (имеют разный смысл), но ссылаются на одну и ту же сущность Валюта (имеют общую область значений). В примере на рис. 8 атрибуты получили имена ролей Проданная и Купленная.
Рис. 8. Случай обязательности имен ролей
Другим примером обязательности присвоения имен ролей являются рекурсивные связи (иногда их называют "рыболовный крючок" - fish hook), когда одна и та же сущность является и родительской и дочерней одновременно. При задании рекурсивной связи атрибут должен мигрировать в качестве внешнего ключа в состав неключевых атрибутов той же сущности. Атрибут не может появиться дважды в одной сущности под одним именем, поэтому обязательно должен получить имя роли. На рис. 7 сущность Сотрудник содержит атрибут первичного ключа Табельный номер. Информация о руководителе сотрудника содержится в той же сущности, поскольку руководитель работает в той же организации. Чтобы сослаться на руководителя сотрудника следует создать рекурсивную связь (на рис. 7 связь руководит/подчиняется) и присвоить имя роли ("Руководитель"). Заметим, что рекурсивная связь может быть только неидентифицирующей. В противном случае внешний ключ должен был бы войти в состав первичного ключа и получить при генерации схемы признак NOT NULL. Это сделало бы невозможным построение иерархии - у дерева подчиненности должен быть корень - сотрудник, который никому не подчиняется в рамках данной организации.
Связь руководит/подчиняется на рис. 7 позволяет хранить древовидную иерархию подчиненности сотрудников. Такой вид рекурсивной связи называется иерархической рекурсией (hierarchical recursion) и задает связь, когда руководитель (экземпляр родительской сущности) может иметь множество подчиненных (экземпляров дочерней сущности), но подчиненный имеет только одного руководителя (рис. 9).
Иерархическая рекурсия Сетевая рекурсия
Рис. 9. Подчиненность экземпляров сущности в иерархической и сетевой рекурсии
Другим видом рекурсии является сетевая рекурсия (network recursion), когда руководитель может иметь множество подчиненных и, наоборот, подчиненный может иметь множество руководителей. Сетевая рекурсия задает паутину отношений между экземплярами родительской и дочерней сущностей. Это случай, когда сущность находится сама с собой в связи многие-ко-многим. Для разрешения связи многие-ко-многим необходимо создать новую сущность (подробно связь многие-ко-многим будет рассмотрена ниже).
Рис. 10. Пример реализации сетевой рекурсии
На рис. 10 рассмотрен пример реализации сетевой рекурсии. Структура моделирует родственные отношения между членами семьи любой сложности. Атрибут Тип отношения может принимать значения "отец-сын", "мать-дочь", "дед-внук", "свекровь-невестка", "тесть-зять" и т. д. Поскольку родственное отношение связывает всегда двух людей, от сущности Родственник к. сущности Родственное отношение установлены две идентифицирующие связи с именами ролей "Старший" и "Младший". Каждый член семьи может быть в родственных отношениях с любым другим членом семьи, более того, одну и ту же пару родственников могут связывать разные типы родственных отношений.
Если атрибут мигрирует в качестве внешнего ключа более чем на один уровень, то на первом уровне отображается полное имя внешнего ключа (имя роли + базовое имя атрибута), на втором и более - только имя роли. На рис. 11 изображена структура данных, которая содержит сущность Команда, сущность Игрок, в которой хранится информация об игроках каждой команды, и сущность Гол, содержащая информацию и голах, которые забивает каждый игрок. Атрибут внешнего ключа Номер команды сущности Игрок имеет имя роли "В какой команде играет".
Рис. 11. Миграция имен ролей
На следующем уровне, в сущности Гол, отображается только имя роли соответствующего атрибута внешнего ключа (В какой команде играет).
Правила ссылочной целостности (referential integrity, RI) - логические конструкции, которые выражают бизнес-правила использования данных и представляют собой правила вставки, замены и удаления. При генерации схемы БД на основе опций логической модели, задаваемых в закладке Rolename/RI Actions, будут сгенерированы правила декларативной ссылочной целостности, которые должны быть предписаны для каждой связи, и триггеры, обеспечивающие ссылочную целостность. Триггеры представляют собой программы, выполняемые всякий раз при выполнении команд вставки, замены или удаления (INSERT, UPDATE или DELETE). На рис. 11 существует идентифицирующая связь между сущностями Команда и Игрок. Что будет, если удалить команду? Экземпляр сущности Игрок не может существовать без команды (атрибут первичного ключа В какой команде играет. Номер команды не может принимать значение NULL), следовательно, нужно либо запретить удаление команды, пока в ней числится хотя бы один игрок (для удаления команды сначала нужно удалить всех игроков), либо сразу удалять вместе с командой всех ее игроков. Такие правила удаления называются "ограничение" и "каскад" (Parent RESTRICT и Parent CASCADE, см. рис. 6). Заметим, что сущности Игрок и Гол, в свою очередь, тоже связаны идентифицирующей связью и в случае удаления каскадом команды будут удалены все игроки команды и все голы, которые они забивали. Выполнение команды на удаление одной строки реально может привести к удалению тысячи строк в БД, поэтому использовать правило удаления каскадом следует с осторожностью. В том случае, если установлено правило ограничения удаления, при попытке выполнить удаление команды, в которой есть хотя бы один игрок, сервер реляционной СУБД возвратит ошибку.
На рис. 7 установлена необязательная неидентифицирующая связь между сущностями Отдел и Сотрудник. Экземпляр сущности Сотрудник может существовать без ссылки на отдел (атрибут внешнего ключа Где работает. Номер отдела может принимать значение NULL). В этом случае возможно установление правила установки в нуль - SET NULL. При удалении отдела атрибут внешнего ключа сущности Сотрудник - Где работает. Номер отдела примет значение NULL. Это означает, что при удалении отдела сотрудник остается работать в организации не будучи приписан к какому-либо отделу и информация о нем сохраняется.
Возможна установка еще двух правил удаления (если таковые поддерживаются СУБД):
SET DEFAULT - при удалении атрибуту внешнего ключа присваивается значение по умолчанию. Например, при удалении команды игроки могут быть переведены в другую команду.
NONE - при удалении значение атрибута внешнего ключа не меняется. Запись об игроке "повисает в воздухе", т. е. ссылается на несуществующую уже команду. Такая ситуация характерна для "плоских" таблиц. Например, если информация об игроках и командах хранится в dbf-файлах, можно удалить запись о команде, при этом файл игроков "ничего не будет знать" о том, что соответствующей команды не существует. Поэтому в настольных или файл-серверных системах функциональность, обеспечивающая правила ссылочной целостности, реализуется в клиентском приложении.
Правила удаления управляют тем, что будет происходить в БД при удалении строки. Аналогично правила вставки и обновления управляют тем, что будет происходить с БД, если строки изменяются или добавляются. Например, можно установить правило, которое разрешает вносить новую команду только в том случае, когда в нее зачислен хотя бы один игрок. Желаемое поведение может быть достигнуто следующими действиями:
Задать мощность связи между сущностями Команда и Игрок, равную "One or more" - 1 или более (тип Р). Предполагается, что установлена идентифицирующая связь.
Присвоить действие RI-триггера "Parent Insert-CASCADE" для того, чтобы при создании новой строки в таблице Команда автоматически создавалась хотя бы одна строка в дочерней таблице Игрок.
Присвоить связи действие RI-триггера "Parent Delete-CASCADE" для того, чтобы при удалении строки из таблицы Команда соответствующая строка или строки из таблицы Игрок тоже удалялись.
ERwin автоматически присваивает каждой связи значение ссылочной целостности, устанавливаемой по умолчанию, прежде чем добавить ее в диаграмму. Режимы RI, присваиваемые ERwin по умолчанию, могут быть изменены в редакторе Referential Integrity Default, который вызывается, если щелкнуть по кнопке RI Defaults диалога Target Server (меню Server/Target Server).
Связь многие-ко-многим возможна только на уровне логической модели данных. На рис. 12 вверху показан пример связи многие-ко-многим. Врач может принимать много пациентов, пациент может лечиться у нескольких врачей. Такая связь обозначается сплошной линией с двумя точками на концах.
Рис. 12. Связь многие-ко-многим
Для внесения связи следует установить курсор на кнопке в палитре инструментов, щелкнуть сначала по одной, а затем по другой сущности.
Связь многие-ко-многим должна именоваться двумя фразами - в обе стороны (в примере "принимает/лечится"). Это облегчает чтение диаграммы. Связь на рис. 12 следует читать Вран <принимает> Пациент"а, Пациент <лечится> у Врач"а.
При переходе к физическому уровню ERwin автоматически преобразует связь многие-ко-многим, добавляя новую таблицу и устанавливая две новые связи один-ко-многим от старых к новой таблице (рис. 13, сверху). При 'этом имя новой таблице присваивается автоматически как “Имя1 Имя2".
Рис. 13. Иллюстрация автоматического разрешения связи многие-ко-многим на уровне физической модели
Автоматического решения проблемы связи многие-ко-многим не всегда оказывается достаточно. В примере таблица Doctor_Patient имеет смысл визита к врачу, поэтому ее следует переименовать согласно бизнес-логике в Visit. Один и тот же пациент может много раз посещать врача, поэтому для того, чтобы идентифицировать визит, необходимо в состав первичного ключа таблицы Visit добавить дополнительную колонку, например дату-время посещения (VisitDatetime, рис. 14).
Рис. 14. Дополнение модели при разрешении связи многие-ко-многим на уровне физической модели
Следует заметить, что после внесения дополнительной колонки на физическом уровне на логическом уровне представление модели не изменится, диаграмма будет выглядеть так, как на рис. 12.