資料庫設計流程

^{以下為自學筆記，參考網路多項資源，若有錯誤請不吝指正~}

首先了解資料庫到底是什麼，到底設計資料庫會有哪些流程，再介紹關聯資料庫的基本組成、五大常見的 Key 和限制。下一篇會跟著 YouTube 影片將 ER 圖轉成關聯的 Schema 表格。

資料結構的 Flat file 和 Database

我們先來看 Flat-file 跟 Database 差在哪？

Flat-file 和 Database 是兩種儲存資料的方式，但它們在結構、功能和用途上有明顯差異。以下是兩者的主要差別：

資料庫的設計大致流程

了解使用者的需求：

• 瞭解客戶的工作流程、各部門資料串連的關係、需要倒出什麼樣的報表

畫出 ER圖 （概念設計）

• 此階段還是圖像，尚未轉算成連接的表格。
• 下文會詳細介紹 ER 圖含有的原素

轉換為邏輯資料模型（Logical Data Model）

• 產生邏輯 Schema (模式)　（如下圖，已確定用資料表所需的欄位，以及資料表之間如何串聯成資料庫）
• 根據 ER 圖先轉換為資料表（Tables）、欄位（Columns）、資料類型（Data Types）、主鍵（Primary Keys）和外鍵（Foreign Keys）等細節
• 再把每個有相關的資料，用key連結，形成關聯式資料模型 (Relational Model)
• 關聯式資料庫（Relational Database）會有 5 種限制，後文也會提到。

實際實作模型（Physical Data Model and Implementation）

• 將邏輯模型轉換為物理模型（可以實際使用的資料庫）
• 使用實際的資料庫系統（如 MySQL、PostgreSQL）上實際建立資料庫
• 需考慮使用者習慣和存取效能

ER 圖 Entity-Relationship Model 介紹

這是一個公司的資料庫設計，以下內容截圖自 YouTube 影片，看起來不算複雜

這個圖主要會有以下這些元素：

圖片來源：Geeksforgeeks

Entity 實體

• Srong Entity：不需要依靠別的主體存在，例如員工這個實體。
• Ｗeak Entity: 需要依靠別的主體存在，例如員工的家人，如果沒有員工，就不會有員工的家人存在。「員工的家人」需要透過「員工」來識別。這類實體沒有自己的主鍵，而是通過「依賴實體」的主鍵加上自己的**部分鍵（Partial Key）**來識別。

Attribute 屬性

在表格中，通常是 column header (欄的標頭)，每列(row)資料則是 tuple

描述實體的方式

• Key Attribute: 獨一無二的判斷值，例如員工ID。
• Composite Attribute: 可拆的屬性，例如地址可以再往下拆成 縣市、區、門牌號碼...
• Multivalued Attribute: 可能會有很多值，例如一個人會有多個手機號碼。
• Derieved Arribute: 靠別的值計算出來，例如年齡，只要有出生年就可以推斷。

Relationship 關係

• One-to-One, 1:1
  一對一，例如一個主管職只能對一個員工
• One-to-Many
  例如，一個部門可以有多個員工，但每個員工只能屬於一個部門。
• Many-to-Many, M
  例如，學生和課程之間的關係：一個學生可以選修多門課程，而一門課程也可以被多個學生選修。這類關係通常需要中間表來實現關聯。
• 自身關係（Recursive Relationship）Recursive 也有遞迴的意思
  同一實體中的實例之間的關係。例如，員工和其直屬主管的關係，兩者都是員工實體的一部分。

1:N 的關係

這個圖怎麼看呢?

Employee 對 Department 的關係是 1 個 employee 只能隸屬一個部門，但一個部門可以有很多員工。

兩個 Entity 的關係限制

• Partcial participant: 員工 跟 管理的關係，不是每個員工都會有管理的關係，所以是partcial, 因為有人落單。用一條線表示
• Total particiapant: 每個department 一定都會有manges 一個員工，用兩條線表示

另一種呈現方式，呈現 Entity 和關係的最大最小值。

(Min,Max)

• 第一列的 (0,1) 一位員工最少會管理 0 個部門，最多管理 1個部門。
• 第二列的 (1,N) 一個部門最少有一位員工為他工作，最多有 N 位員工為他工作

資料庫的五大 key

資料庫中的各種 Key 是用來確保資料的唯一性和完整性。以下是主要的 Key 類型、解釋與簡單的例子：

關聯式資料庫的五種限制

Domain Constraints （定義域限制） :

• 每個屬性的性質都需要符合該屬性的定義，例如薪水只能是數字，姓名是字串。
• 在geeksforgeeks 提到，各屬性必須是最小單位（原子值）（atomic values），如下圖電話號碼有多值，就會違反這個限制。

Key Constraints （關聯鍵限制）：

• 資料庫的關聯中要有關聯鍵的定義，也就是我上面提到的Super key、Candidate Key、Primary Key、Alternate Key、Foreign Key。
• Primary Key不可以跟別人重複。下圖，有兩個 01 當Primary Key

Entity Intergrity Constraints （實體完整限制）：

• Primary Key，不能為空 (NULL)，不然找不到。

Referential Integerity Constraints（參考完整限制）:

• 如果有 Foreign Key 為非空值，必須有可以參考的 Primary Key 。因為如果 Foreign Key 存在，而無法關連到其他表格的Primary Key，這個關聯存在就沒有意義。
• DNO 是左表的Foreign Key，必須有連接到右表的 Primary Key。

主要參考資料與圖片來源：

Basic Concepts of Entity-Relationship Model（這個頻道的影片）

Constraints on Relational Database Model（GeeksforGeeks）