Modello di diagramma di relazione tra entità (ER) con esempio di DBMS

Che cos'è un diagramma ER?

Il diagramma Entità-Relazione (ER) è un potente strumento visivo per la progettazione di strutture di database relazionali. Proposto per la prima volta da Peter Chen nel 1976, fornisce una base di modellazione concettuale che definisce con precisione entità, attributi, relazioni e le loro cardinalità. Questo tutorial copre tutto, dai concetti di base alle tecniche avanzate, aiutandovi a padroneggiare la progettazione di schemi di database.

I diagrammi ER contengono simboli diversi che utilizzano rettangoli per rappresentare entità, ovali per definire attributi e forme a rombo per rappresentare relazioni.

A prima vista, un diagramma ER sembra molto simile a un diagramma di flusso. Tuttavia, un diagramma ER include molti simboli specializzati e i suoi significati rendono questo modello unico. Lo scopo di un diagramma ER è rappresentare l'infrastruttura dell'Entity Framework.

Storia dei modelli ER

Peter Chen propose il diagramma ER nel 1976 nel suo fondamentale articolo "The Entity-Relationship Model: Toward a Unified View of Data". Il suo obiettivo era creare una convenzione uniforme che potesse essere utilizzata sia per i database relazionali che per le reti. Chen concepì il modello ER come un approccio di modellazione concettuale che avrebbe colmato il divario tra i requisiti del mondo reale e l'implementazione tecnica dei database.

Da allora, il modello ER si è evoluto con vari sistemi di notazione, tra cui la notazione Chen (l'originale), la notazione Crow's Foot (diffusa negli strumenti moderni) e approcci basati su UML. Nonostante queste variazioni, i concetti fondamentali rimangono coerenti in tutte le implementazioni.

Perché utilizzare i diagrammi ER?

I diagrammi ER offrono numerosi vantaggi per la progettazione e lo sviluppo di database:

• Comunicazione visiva: Forniscono una rappresentazione visiva chiara, comprensibile sia per gli stakeholder tecnici che per quelli non tecnici.
• Progetto per lo sviluppo: Mostrano esattamente come le tabelle devono essere collegate e quali campi conterrà ciascuna tabella.
• Traduzione pronta: I diagrammi ER possono essere tradotti direttamente in tabelle relazionali, consentendo di creare rapidamente database.
• Prevenzione degli errori: Aiutano a individuare difetti di progettazione e ridondanze prima dell'implementazione, risparmiando tempo e risorse.
• Documentazione: Costituiscono una documentazione duratura che aiuta i nuovi membri del team a comprendere l'architettura del sistema.
• Analisi del sistema: Aiutano a identificare tutte le entità presenti in un sistema e le relazioni tra di esse.

Componenti del diagramma ER

Ogni diagramma ER è costituito da tre componenti principali: entità, attributi e relazioni. Comprendere ogni componente e le sue interazioni è essenziale per creare progetti di database efficaci.

Esempi di diagrammi ER

Ad esempio, in un database universitario, potremmo avere entità per Studenti, Corsi e Docenti. Un'entità Studente può avere attributi come Numero di matricola, Nome e ID Dipartimento. Potrebbero avere relazioni con Corsi e Docenti.

Entità

Un'entità rappresenta qualsiasi oggetto del mondo reale, vivente o non vivente, che possa essere chiaramente identificato e di cui sia possibile archiviare dati. Può trattarsi di un oggetto fisico, di un fatto aziendale o di un evento che si verifica nel mondo reale. Le entità possono includere persone, luoghi, oggetti, eventi o concetti.

Esempi di entità per categoria:

• Persona: Dipendente, Studente, Paziente, Cliente
• Luogo: Negozio, edificio, ufficio, magazzino
• Oggetto: Macchina, Prodotto, Auto, Libro
• Evento: Vendita, Registrazione, Rinnovo, Transazione
• Concept: Account, Corso, Dipartimento, Progetto

Insieme di entità

Un insieme di entità è un gruppo di entità simili che condividono attributi comuni. Ad esempio, tutti gli studenti di un'università formano un insieme di entità denominato "Studente". Le entità sono rappresentate nei diagrammi ER tramite rettangoli, con il nome dell'entità scritto all'interno.

Le entità sono rappresentate dalle loro proprietà, chiamate anche attributi. Ogni attributo ha i propri valori distinti. Ad esempio, un'entità studente può avere come attributi nome, età e classe.

Entità forti contro entità deboli

Le entità vengono classificate come forti o deboli in base alla loro capacità di esistere in modo indipendente. Comprendere questa distinzione è fondamentale per una corretta progettazione del database.

Un'entità forte ha una propria chiave primaria e può esistere in modo indipendente. Ad esempio, un'entità "Studente" può essere identificata in modo univoco da Student_ID senza dipendere da altre entità.

Un'entità debole non ha una chiave primaria propria e dipende da un'entità forte (chiamata entità proprietaria) per la sua identificazione. Utilizza una chiave parziale (discriminatore) combinata con la chiave primaria del proprietario per ottenere l'univocità. Ad esempio, in un sistema bancario, un'entità "Transazione" dipende da un'entità "Conto": il numero di transazione da solo non è univoco nell'intero database, ma combinato con il numero di conto, diventa univoco.

Entità forte	Entità debole
Ha la sua chiave primaria	Non ha una chiave primaria; utilizza una chiave parziale
Rappresentato da un singolo rettangolo	Rappresentato da un doppio rettangolo
La chiave primaria è sottolineata con una linea continua	La chiave parziale è sottolineata con una linea tratteggiata
Può esistere indipendentemente	Dipende dall'entità proprietaria per l'esistenza
Collegato con una relazione di diamante singolo	Collegato con doppio diamante (relazione identificativa)
Esempio: Studente, Dipendente, Prodotto	Esempio: Transazione, Dipendente, Articolo_Ordine

Rapporto

Una relazione rappresenta un'associazione tra due o più entità. Le relazioni sono in genere identificate utilizzando verbi o sintagmi verbali che descrivono come le entità interagiscono tra loro. Nei diagrammi ER, le relazioni sono rappresentate utilizzando forme a rombo. Esempio: Tom lavora nel dipartimento di Chimica.

Le entità prendono parte alle relazioni. Spesso possiamo identificare le relazioni con verbi o frasi verbali.

Esempi:

• Stai partecipando a questa conferenza
• Sto tenendo la conferenza
• Uno studente assiste ad una lezione
• Un docente sta tenendo una lezione

Attributi

Un attributo è una proprietà o caratteristica che descrive un'entità o una relazione. Gli attributi forniscono le informazioni dettagliate che rendono ogni istanza di entità unica e significativa. Nei diagrammi ER, gli attributi sono rappresentati tramite ovali (ellissi) collegati all'entità padre da una linea.

Ad esempio, un'entità Studente potrebbe avere attributi quali Student_ID, Name_of_Birth, Email e Phone_Number.

Tipi di attributi

Tipo di attributo	Descrizione	Esempio
Semplice (Atomcircuito integrato)	Non può essere ulteriormente suddiviso in componenti più piccoli	Numero di telefono, codice fiscale, e-mail
Composito	Può essere suddiviso in sotto-attributi più piccoli	Nome completo (nome, secondo nome, cognome), indirizzo (via, città, CAP)
derivato	Il valore viene calcolato da altri attributi; non viene memorizzato direttamente	Età (derivata dalla data di nascita), prezzo totale
Multivalore	Può contenere più valori per una singola entità	Telefono Numbers, Indirizzi email, Competenze
Attributo chiave	Identifica in modo univoco ogni istanza dell'entità (chiave primaria)	ID studente, ID dipendente, ISBN

Suggerimento chiave: Nei diagrammi ER, gli attributi chiave sono mostrati con i loro nomi sottolineati. Gli attributi derivati ​​sono mostrati con ovali tratteggiati e gli attributi multivalore sono mostrati con ovali doppi.

Cardinalità (tipi di relazione)

La cardinalità definisce i vincoli numerici di una relazione, in particolare quante istanze di un'entità possono essere associate a istanze di un'altra entità. Comprendere la cardinalità è essenziale per progettare strutture di database efficienti.

1. Uno a uno (1:1)

Un'entità dell'insieme A può essere associata al massimo a un'entità dell'insieme B e viceversa.

Esempio: a uno studente viene assegnato esattamente un ID studente e ogni ID studente appartiene esattamente a uno studente.

2. Uno-a-Molti (1:N)

Un'entità dell'insieme A può essere associata a più entità dell'insieme B, ma ogni entità in B è associata a una sola entità in A.

Esempio: una classe è composta da più studenti.

3. Molti a uno (N:1)

Più entità del set A possono essere associate a un'entità del set B.

Ad esempio, molti studenti appartengono alla stessa classe.

4. Molti-a-Molti (M:N)

Più entità dell'insieme A possono essere associate a più entità dell'insieme B e viceversa.

Ad esempio, gli studenti come gruppo sono associati a più membri della facoltà e i membri della facoltà possono essere associati a più studenti.

Simboli e notazioni del diagramma ER

I diagrammi ER utilizzano simboli standardizzati per rappresentare le diverse componenti. Sebbene esistano diversi sistemi di notazione, i due più utilizzati sono la notazione Chen e la notazione a zampa di gallina.

Notazione Chen

La notazione Chen, sviluppata da Peter Chen nel 1976, utilizza forme geometriche per rappresentare diversi elementi:

Simbolo	Nome	Rappresenta
Rettangolo	Entità	Entità forte (ad esempio, studente, prodotto)
Double Rettangolo	Entità debole	Entità dipendente da un'altra (ad esempio, Transazione)
Ellisse/Ovale	Attributo	Proprietà di un'entità (ad esempio, nome, ID)
Double Ellisse	Attributo multivalore	Attributo con più valori (ad esempio, Telefono Numbers)
Ellisse tratteggiata	Attributo derivato	Valore calcolato (ad esempio, età dalla data di nascita)
Diamante	Rapporto	Associazione tra entità (ad esempio, iscrizioni)
Double Diamante	Identificazione della relazione	Relazione con entità debole
Line	Link	Collega i componenti insieme
Testo sottolineato	Chiave primaria	Identificatore univoco per l'entità

Notazione a zampa di corvo

La notazione a zampa di corvo (detta anche notazione IE) è quella più comunemente utilizzata nei moderni strumenti di progettazione di database. Utilizza diverse terminazioni di riga per rappresentare la cardinalità ed è particolarmente efficace per mostrare il lato "moltiplicato" delle relazioni.

Simbolo Descriptione	Significato
Linea verticale singola (|)	Obbligatorio Uno (esattamente uno)
Cerchio con linea (O|)	Facoltativo Uno (zero o uno)
Zampa di gallina con linea (>|)	Obbligatorio Molti (uno o più)
Zampa di gallina con cerchio (>O)	Facoltativo Molti (zero o più)

Notazione Chen vs. Zampa di Corvo: quando usare ciascuna

Aspetto	Notazione Chen	Notazione a zampa di corvo
migliori Per	Modellazione concettuale, uso accademico	Modellazione fisica/logica, uso industriale
Visualizzazione degli attributi	Mostra tutti gli attributi visivamente	Elenca gli attributi all'interno della casella dell'entità
Cardinalità	Utilizza i numeri (1, N, M)	Utilizza simboli visivi
Complessità	Può diventare disordinato	Più compatto e pulito
Strumento di supporto	Supporto limitato per gli strumenti moderni	Ampiamente supportato negli strumenti

Come creare un diagramma delle relazioni tra entità (ERD)

In questo tutorial sul diagramma ER (ERD), impareremo come crearne uno. Ecco i passaggi per crearne uno:

Studiamoli con un esempio di diagramma di relazione tra entità:

In un'università, uno studente si iscrive ai corsi. A uno studente deve essere assegnato almeno un corso. Ogni corso è tenuto da un singolo professore. Per mantenere la qualità dell'insegnamento, un professore può tenere un solo corso.

Passaggio 1) Identificazione dell'entità

Abbiamo tre entità:

• studente
• Portata
• Insegnante

Passaggio 2) Identificazione della relazione

Abbiamo le seguenti due relazioni:

• Lo studente è addetto un corso
• Il professore fornisce un monitoraggio un corso

Passaggio 3) Identificazione della cardinalità

Dall'enunciato del problema sappiamo che:

• È possibile assegnare uno studente multiplo i corsi
• Un Professore può solo consegnare prima corso

Passaggio 4) Identificare gli attributi

È necessario analizzare i file, i moduli, i report e i dati attualmente gestiti dall'organizzazione per identificare gli attributi. È anche possibile condurre interviste con diversi stakeholder per identificare le entità. Inizialmente, è importante identificare gli attributi senza associarli a un'entità specifica.

Una volta ottenuto un elenco di attributi, è necessario associarli alle entità identificate. Assicurarsi che un attributo sia associato a una sola entità. Se si ritiene che un attributo debba appartenere a più di un'entità, utilizzare un modificatore per renderlo univoco.

Una volta completata la mappatura, identificare le Chiavi primarie. Se una chiave univoca non è immediatamente disponibile, creane una.

Entità	Chiave primaria	Attributo
studente	ID_studente	Nome dello studente
Insegnante	Numero Identità dell'impiegato	ProfessorNome
Portata	ID_corso	Nome del corso

Per l'entità del corso, gli attributi potrebbero essere Durata, Crediti, Compiti, ecc. Per semplicità, abbiamo preso in considerazione solo un attributo.

Passaggio 5) Creare l'ERD

Una rappresentazione più moderna di un esempio di diagramma entità-relazione:

migliori pratiche per diagrammi ER efficaci

Segui queste linee guida per creare diagrammi ER chiari, gestibili ed efficaci:

• Eliminare la ridondanza: Rimuovi entità, attributi o relazioni duplicati.
• Utilizzare convenzioni di denominazione chiare: Utilizza nomi coerenti e descrittivi. Evita le abbreviazioni.
• Convalida in base ai requisiti: Assicurarsi che il diagramma supporti tutte le esigenze di archiviazione dei dati.
• Mantienilo semplice: Crea più diagrammi a livelli diversi anziché un unico diagramma disordinato.
• Usa il colore con parsimonia: Utilizza i colori in modo coerente per evidenziare le categorie.
• Presupposti del documento: Includere note che spiegano le ipotesi sulle regole aziendali.
• Revvista con le parti interessate: Chiedere agli utenti aziendali e al team tecnico di esaminare il diagramma.
• Controllo della versione: Mantenere le versioni man mano che il progetto evolve.

Diagrammi ER vs. diagrammi di classe UML

Sebbene sia i diagrammi ER che i diagrammi di classe UML vengano utilizzati per la modellazione dei dati, servono a scopi e contesti diversi. Capire quando utilizzare ciascuno di essi è importante per una progettazione efficace del sistema.

Aspetto	Diagramma ER	Diagramma delle classi UML
Scopo principale	Progettazione del database	Progettazione di software/oggetti
Focus	Dati e relazioni	Oggetti, metodi e comportamenti
Metodi/Operazioni	Non supportato	Completamente supportato
Eredità	Limitato (solo in EER)	Supporto totale
Uso dell'industria	Amministratori di database, analisti di dati	Sviluppatori di software, architetti

Domande Frequenti