《从数据流图和数据字典到数据库：逻辑结构设计的关键起始》
一、数据流图与数据字典在数据库设计中的地位
在数据库设计过程中，数据流图（Data Flow Diagram，DFD）和数据字典（Data Dictionary，DD）是需求分析阶段的基本工具，需求分析是数据库设计的基石，它的主要目的是准确理解和分析用户的需求，确定系统必须做什么。
（一）数据流图
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1、概念与组成
- 数据流图是一种图形化工具，用于描绘系统中数据的流动和处理过程，它以直观的方式展示了数据的来源、去向、处理过程以及存储，在一个电商系统的数据流图中，顾客的订单信息从用户端（来源）流向订单处理模块（处理），在处理过程中可能会查询库存信息，最后订单数据被存储到订单数据库（存储），同时向用户反馈订单处理结果（去向）。
- 数据流图主要由外部实体、处理过程、数据存储和数据流组成，外部实体代表系统的外部参与者，如用户、供应商等；处理过程表示对数据进行的操作，如计算、验证等；数据存储是数据的保存场所，如数据库表；数据流则是数据在各元素之间的流动路径。
2、作用
- 有助于系统分析师与用户进行有效的沟通，由于其图形化的特点，非技术人员（如业务人员）也能较为容易地理解系统的数据流程，在企业资源规划（ERP）系统的需求分析中，通过数据流图可以清晰地向企业管理人员展示物料采购、生产计划、销售等环节的数据交互情况，从而确保需求的准确性。
- 为数据库的设计提供了整体的框架，它明确了系统中哪些数据是需要处理和存储的，以及数据之间的关系，在设计数据库时，我们可以根据数据流图中的数据存储部分初步确定数据库需要包含哪些实体，以及这些实体之间可能存在的关联。
（二）数据字典
1、概念与内容
- 数据字典是对数据流图中各个元素进行详细定义和描述的集合，它包含了数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程的定义，对于一个“学生”数据项，数据字典会定义其数据类型（如字符型）、长度（如20个字符）、取值范围（如合法的学生姓名）等。
- 对于数据结构，它会描述由哪些数据项组成，如“学生信息”数据结构可能由“学生姓名”“学号”“班级”等数据项组成，对于数据流，会说明其来源和去向以及包含的数据内容；对于数据存储，会详细列出存储的数据结构和相关约束条件；对于处理过程，会解释其功能、输入输出等。
2、作用
- 数据字典是数据库设计的详细文档支持，它确保了在数据库设计过程中对数据的理解是一致的，在一个大型项目中，不同的开发人员可能负责不同的模块，但通过数据字典，他们能够对数据有统一的认识。
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- 为数据库的完整性和一致性提供保障，通过明确数据的定义和约束条件，在数据库实现过程中可以更好地设置数据的完整性规则，如主键约束、外键约束等，如果数据字典中定义了“订单表”中的“订单编号”为主键，那么在数据库设计时就可以相应地设置该字段的唯一性约束。
二、从数据流图和数据字典到数据库逻辑结构的推导
从数据流图和数据字典出发首先得到的是数据库的逻辑结构。
（一）实体 - 关系模型（E - R模型）的构建
1、识别实体
- 根据数据流图中的数据存储和数据字典中对数据结构的定义，可以识别出数据库中的实体，在一个图书馆管理系统中，从数据流图中可以看到有“图书”“读者”等数据存储，结合数据字典中对这些数据结构的详细描述，我们可以确定“图书”和“读者”是系统中的两个实体。
2、确定实体的属性
- 数据字典为实体属性的确定提供了依据，以“图书”实体为例，数据字典中可能定义了“图书编号”“书名”“作者”“出版社”“出版日期”等数据项，这些就成为“图书”实体的属性。
3、建立实体间的关系
- 通过分析数据流图中数据的流动和处理过程，以及数据字典中对数据流的描述，可以确定实体之间的关系，在图书馆管理系统中，从借书和还书的数据流中可以发现“读者”和“图书”之间存在“借阅”关系，这种关系可能具有属性，如“借阅日期”“归还日期”等。
（二）关系模式的规范化
1、第一范式（1NF）
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- 在根据数据流图和数据字典确定了初步的关系模式后，首先要检查是否满足第一范式，即每个属性都是不可再分的原子值，如果在“读者”实体中，将“读者联系方式”定义为包含“电话”和“邮箱”的复合属性，就不符合1NF，需要将其拆分为“电话”和“邮箱”两个独立的属性。
2、更高范式（2NF、3NF等）
- 进一步根据数据依赖关系对关系模式进行规范化，以减少数据冗余和避免数据更新异常，如果存在部分函数依赖或传递函数依赖，就需要对关系模式进行分解，在一个包含“订单”“订单明细”“商品”的数据库中，如果将所有信息都放在一个关系模式中，可能会存在数据冗余和更新异常，通过规范化可以将其分解为符合3NF的关系模式，提高数据库的性能和数据完整性。
（三）逻辑结构的完整性和一致性检查
1、完整性检查
- 根据数据字典中的约束条件对逻辑结构进行完整性检查，检查实体的主键是否唯一，外键是否正确关联到相应的实体，如果在逻辑结构中定义了“订单表”中的“顾客编号”为外键关联到“顾客表”中的“顾客编号”，就需要确保这种关联的正确性。
2、一致性检查
- 确保逻辑结构中的数据定义和关系与数据流图和数据字典中的描述一致，如果数据流图中表明“订单金额”是通过“订单明细”中的商品价格和数量计算得出的，那么在逻辑结构中就需要体现这种计算关系，以保证数据的一致性。
数据流图和数据字典在数据库设计的需求分析阶段起着至关重要的作用，它们为数据库逻辑结构的构建提供了坚实的基础，通过一系列的推导和检查过程，可以得到一个合理、完整、一致的数据库逻辑结构，为后续的数据库物理设计和实现奠定良好的开端。
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