Model diagramu vztahu entit (ER) s příkladem DBMS

Co je ER diagram?

Diagram entit a vztahů (ER) je výkonný vizuální nástroj pro návrh relačních databázových struktur. Poprvé jej navrhl Peter Chen v roce 1976 a poskytuje základ koncepčního modelování, který přesně definuje entity, atributy, vztahy a jejich kardinality. Tento tutoriál pokrývá vše od základních konceptů až po pokročilé techniky a pomáhá vám zvládnout návrh schémat databáze.

ER diagramy obsahují různé symboly, které používají obdélníky k reprezentaci entit, ovály k definování atributů a diamanty k reprezentaci vztahů.

Na první pohled vypadá ER diagram velmi podobně jako vývojový diagram. ER diagram však obsahuje mnoho specializovaných symbolů a jejich významy činí tento model jedinečným. Účelem ER diagramu je reprezentovat infrastrukturu Entity Framework.

Historie ER modelů

Peter Chen navrhl ER diagram v roce 1976 ve svém zásadním článku „Model entit a vztahů: Směrem k jednotnému pohledu na data“. Jeho cílem bylo vytvořit jednotnou konvenci, kterou by bylo možné použít jak pro relační databáze, tak pro sítě. Chen si ER model představoval jako koncepční modelovací přístup, který by překlenul propast mezi reálnými požadavky a technickou implementací databází.

Od té doby se ER model vyvíjel s různými notačními systémy, včetně Chen Notation (původní), Crow's Foot Notation (oblíbená v moderních nástrojích) a přístupů založených na UML. Navzdory těmto rozdílům zůstávají základní koncepty konzistentní ve všech implementacích.

Proč používat ER diagramy?

ER diagramy poskytují řadu výhod pro návrh a vývoj databází:

• Vizuální komunikace: Poskytují jasnou vizuální reprezentaci, které rozumí jak techničtí, tak i netechničtí aktéři.
• Plán pro rozvoj: Ukazují přesně, jak by se měly tabulky propojovat a jaká pole bude každá tabulka obsahovat.
• Připraveno k překladu: ER diagramy lze přímo převést do relačních tabulek, což vám umožňuje rychle vytvářet databáze.
• Prevence chyb: Pomáhají identifikovat nedostatky v návrhu a nadbytečnosti před implementací, což šetří čas a zdroje.
• Dokumentace: Slouží jako trvalá dokumentace, která pomáhá novým členům týmu porozumět architektuře systému.
• Analýza systému: Pomáhají identifikovat všechny entity, které v systému existují, a vztahy mezi nimi.

Komponenty ER diagramu

Každý ER diagram je sestaven ze tří základních komponent: entit, atributů a vztahů. Pochopení každé komponenty a její interakce je nezbytné pro vytváření efektivních návrhů databází.

Příklady ER diagramů

Například v univerzitní databázi můžeme mít entity pro studenty, kurzy a přednášející. Entita student může mít atributy jako číslo role, jméno a ID katedry. Mohou mít vztahy s kurzy a přednášejícími.

Subjekty

Entita představuje jakýkoli objekt reálného světa – živý nebo neživý – který lze jasně identifikovat a o kterém lze ukládat data. Může se jednat o fyzickou věc, fakt o podniku nebo událost, která se odehrává v reálném světě. Entity mohou zahrnovat osoby, místa, objekty, události nebo koncepty.

Příklady entit podle kategorie:

• Osoba: Zaměstnanec, Student, Pacient, Zákazník
• místo: Obchod, budova, kancelář, sklad
• Objekt: Stroj, Produkt, Auto, Kniha
• Událost: Prodej, registrace, obnovení, transakce
• Pojem: Účet, Kurz, Oddělení, Projekt

Sada entit

Sada entit je skupina podobných entit, které sdílejí společné atributy. Například všichni studenti na univerzitě tvoří sadu entit „Student“. Entity jsou v ER diagramech znázorněny pomocí obdélníků, přičemž uvnitř je napsán název entity.

Entity jsou reprezentovány svými vlastnostmi, které se také nazývají atributy. Všechny atributy mají své samostatné hodnoty. Například entita student může mít jako atributy jméno, věk a třídu.

Silné entity vs. slabé entity

Entity se klasifikují jako silné nebo slabé na základě jejich schopnosti existovat nezávisle. Pochopení tohoto rozdílu je klíčové pro správný návrh databáze.

Silná entita má svůj vlastní primární klíč a může existovat nezávisle. Například entita „Student“ může být jednoznačně identifikována pomocí Student_ID, aniž by závisela na jakékoli jiné entitě.

Slabá entita nemá vlastní primární klíč a pro svou identifikaci je závislá na silné entitě (nazývané entita vlastníka). Pro dosažení jedinečnosti používá částečný klíč (diskriminátor) v kombinaci s primárním klíčem vlastníka. Například v bankovním systému závisí entita „Transakce“ na entitě „Účet“ – samotné číslo transakce není v celé databázi jedinečné, ale v kombinaci s číslem účtu se jedinečným stává.

Silná entita	Slabá entita
Má svůj vlastní primární klíč	Nemá primární klíč; používá částečný klíč
Znázorněno jedním obdélníkem	Znázorněno dvojitým obdélníkem
Primární klíč je podtržen plnou čarou	Částečný klíč je podtržen přerušovanou čarou
Může existovat nezávisle	Existence závisí na vlastníkovi
Spojený s vztahem s jedním diamantem	Spojeno s dvojitým diamantem (identifikační vztah)
Příklad: Student, Zaměstnanec, Produkt	Příklad: Transakce, Závislá, Položka_objednávky

Vztah

Vztah představuje spojení mezi dvěma nebo více entitami. Vztahy se obvykle identifikují pomocí sloves nebo slovesných frází, které popisují, jak entity vzájemně interagují. V ER diagramech jsou vztahy znázorněny pomocí diamantových tvarů. Příklad: Tom pracuje na katedře chemie.

Subjekty se účastní vztahů. Vztahy můžeme často identifikovat se slovesy nebo slovesnými frázemi.

Příklady:

• Navštěvujete tuto přednášku
• Přednáším já
• Student navštěvuje přednášku
• Přednášející přednáší

Atributy

Atribut je vlastnost nebo charakteristika, která popisuje entitu nebo vztah. Atributy poskytují podrobné informace, díky nimž je každá instance entity jedinečná a smysluplná. V ER diagramech jsou atributy znázorněny pomocí oválů (elips) spojených s jejich nadřazenou entitou čarou.

Například entita Student může mít atributy jako ID_studenta, Jméno, Datum_narození, E-mail a Telefonní_číslo.

Typy atributů

Typ atributu	Description	Příklad
Jednoduché (Atomic)	Nelze dále rozdělit na menší komponenty	Telefonní číslo, rodné číslo, e-mail
Složený	Lze rozdělit na menší dílčí atributy	Celé jméno (křestní, prostřední, příjmení), adresa (ulice, město, PSČ)
Odvozený	Hodnota se vypočítává z jiných atributů; neukládá se přímo	Věk (odvozeno z data narození), Celková cena
Vícehodnotový	Může obsahovat více hodnot pro jednu entitu	Telefon Numbers, E-mailové adresy, Dovednosti
Klíčový atribut	Jednoznačně identifikuje každou instanci entity (primární klíč)	ID studenta, ID zaměstnance, ISBN

Tip tipu: V ER diagramech jsou klíčové atributy zobrazeny s podtrženými názvy. Odvozené atributy jsou zobrazeny přerušovanými ovály a vícehodnotové atributy jsou zobrazeny dvojitými ovály.

Kardinalita (typy vztahů)

Kardinalita definuje numerická omezení vztahu – konkrétně kolik instancí jedné entity lze asociovat s instancemi jiné entity. Pochopení kardinality je nezbytné pro návrh efektivních databázových struktur.

1. Individuální (1:1)

Jedna entita z množiny A může být asociována nejvýše s jednou entitou z množiny B a naopak.

Příklad: Jeden student má přiřazeno přesně jedno studentské ID a každé studentské ID patří přesně jednomu studentovi.

2. Jeden k mnoha (1:N)

Jedna entita z množiny A může být asociována s více entitami z množiny B, ale každá entita v B je asociována pouze s jednou entitou v A.

Příklad: Jedna třída se skládá z více studentů.

3. Mnoho k jedné (N:1)

Více entit z množiny A může být asociováno s jednou entitou z množiny B.

Například mnoho studentů patří do stejné třídy.

4. Mnoho k mnoha (M:N)

Více entit z množiny A může být asociováno s více entitami z množiny B a naopak.

Například studenti jako skupina jsou spojeni s více členy fakulty a členové fakulty mohou být spojeni s více studenty.

Symboly a notace v ER diagramu

ER diagramy používají standardizované symboly k reprezentaci různých komponent. Ačkoli existuje několik notačních systémů, dva nejpoužívanější jsou Chen Notation a Crow's Foot Notation.

Chenova notace

Chen Notation, vyvinutý Peterem Chen v roce 1976, používá geometrické tvary k reprezentaci různých prvků:

Symbol	Jméno	Představuje
Obdélník	bytost	Silná entita (např. Student, Produkt)
Double Obdélník	Slabá entita	Entita závislá na jiné (např. transakce)
Elipsa/Ovál	Atribut	Vlastnost entity (např. název, ID)
Double Elipsa	Vícehodnotový atribut	Atribut s více hodnotami (např. Telefon Numbers)
Čárkovaná elipsa	Odvozený atribut	Vypočítaná hodnota (např. věk od data narození)
diamant	Vztah	Asociace mezi entitami (např. zápisy)
Double diamant	Identifikace vztahu	Vztah se slabou entitou
Linka	Odkaz	Spojuje komponenty dohromady
Podtržený text	Primární klíč	Jedinečný identifikátor entity

Notace „Crow's Foot“

Notace Crow's Foot (také nazývaná IE Notation) se běžněji používá v moderních nástrojích pro návrh databází. Používá různé konce řádků k vyjádření mohutnosti a je obzvláště efektivní pro zobrazení stránky „many“ ve vztahu.

Symbol Description	Význam
Jedna svislá čára (|)	Povinný Jeden (přesně jeden)
Kruh s čarou (O|)	Volitelné Jeden (nula nebo jedna)
Vraní noha s linkou (>|)	Povinné Mnoho (jeden nebo více)
Vraní noha s kruhem (>O)	Volitelné Mnoho (nula nebo více)

Chenův zápis vs. Crow's Foot: Kdy použít který z nich

Vzhled	Chenova notace	Notace „Crow's Foot“
nejlepší	Konceptuální modelování, akademické využití	Fyzikální/logické modelování, průmyslové využití
Zobrazení atributů	Vizuálně zobrazuje všechny atributy	Vypíše atributy uvnitř rámečku entity
Kardinalita	Používá čísla (1, N, M)	Používá vizuální symboly
Komplexita	Může se stát přeplněným	Kompaktnější a čistší
Podpora nástrojů	Omezená podpora moderních nástrojů	Široce podporováno v nástrojích

Jak vytvořit diagram vztahu entit (ERD)

V tomto tutoriálu o ER diagramu (ERD) se naučíme, jak vytvořit ER diagram. Následují kroky k vytvoření ER diagramu:

Pojďme si je prostudovat na příkladu diagramu vztahu entit:

Na univerzitě se student zapisuje do kurzů. Student musí být přidělen alespoň k jednomu kurzu. Každý kurz vyučuje jeden profesor. Aby byla zachována kvalita výuky, může profesor přednášet pouze jeden kurz.

Krok 1) Identifikace entity

Máme tři subjekty:

• Student
• Kurz
• Profesor

Krok 2) Identifikace vztahu

Máme následující dva vztahy:

• Student je přiděleno kurz
• Profesor přináší kurz

Krok 3) Identifikace mohutnosti

Z popisu problému víme, že:

• Student může být přidělen násobek kurzy
• Profesor může dodávat pouze jedna kurs

Krok 4) Identifikujte atributy

Abyste identifikovali atributy, musíte prostudovat soubory, formuláře, zprávy a data, která organizace aktuálně uchovává. Můžete také provést rozhovory s různými zainteresovanými stranami, abyste identifikovali entity. Nejprve je důležité identifikovat atributy, aniž byste je mapovali na konkrétní entitu.

Jakmile máte seznam atributů, je třeba je namapovat na identifikované entity. Ujistěte se, že atribut je spárován přesně s jednou entitou. Pokud si myslíte, že by atribut měl patřit více než jedné entitě, použijte modifikátor, aby byl jedinečný.

Po dokončení mapování identifikujte primární klíče. Pokud jedinečný klíč není snadno dostupný, vytvořte jej.

bytost	Primární klíč	Atribut
Student	Student_ID	Jméno studenta
Profesor	Employee_ID	Jméno profesora
Kurz	Course_ID	Název kurzu

Pro entitu kurzu mohou být atributy Délka trvání, Kredity, Úkoly atd. Pro přehlednost jsme uvažovali pouze jeden atribut.

Krok 5) Vytvořte ERD

Modernější znázornění příkladu diagramu vztahů mezi entitami:

Nejlepší postupy pro efektivní ER diagramy

Pro vytvoření jasných, udržovatelných a efektivních ER diagramů dodržujte tyto pokyny:

• Odstranění redundance: Odstraňte duplicitní entity, atributy nebo vztahy.
• Používejte jasné konvence pojmenování: Používejte konzistentní a popisné názvy. Vyhýbejte se zkratkám.
• Ověření podle požadavků: Zajistěte, aby diagram podporoval všechny potřeby ukládání dat.
• Keep It Simple: Vytvořte více diagramů na různých úrovních, nikoli jeden přeplněný diagram.
• Používejte barvy střídmě: Používejte barvy konzistentně k zvýraznění kategorií.
• Předpoklady dokumentu: Uveďte poznámky vysvětlující předpoklady týkající se obchodních pravidel.
• Revnázor se zúčastněnými stranami: Nechte firemní uživatele a technický tým zkontrolovat diagram.
• Řízení verzí: Udržujte verze s vývojem návrhu.

ER diagramy vs. diagramy tříd UML

I když se pro modelování dat používají jak ER diagramy, tak i diagramy tříd UML, slouží různým účelům a kontextům. Pochopení, kdy který z nich použít, je důležité pro efektivní návrh systému.

Vzhled	ER diagram	Diagram tříd UML
Primární účel	Návrh databáze	Návrh softwaru/objektu
Soustředit	Data a vztahy	Objekty, metody a chování
Metody/Operace	Není podporováno	Plně podporováno
Dědictví	Omezené (pouze v EER)	Plná podpora
Průmyslové použití	Správci databází, analytici dat	Softwaroví vývojáři, architekti

Nejčastější dotazy