ER图绘制全攻略：从概念建模到数据库设计，一网打尽

# 1. ER图基础**

ER图（实体关系图）是一种图形化工具，用于描述真实世界中的实体及其之间的关系。它在数据库设计、数据建模和信息系统分析中发挥着至关重要的作用。

**1.1 实体和属性**

* **实体：**真实世界中可识别的对象，例如客户、产品或订单。
* **属性：**描述实体特征的属性，例如客户的姓名、产品的价格或订单的日期。

**1.2 关系**

实体之间可以建立各种关系：

* **一对一关系：**一个实体只能与一个其他实体相关联。
* **一对多关系：**一个实体可以与多个其他实体相关联。
* **多对多关系：**多个实体可以与多个其他实体相关联。

# 2. ER图概念建模

### 2.1 实体和属性

#### 2.1.1 实体

**定义：**实体是现实世界中可独立存在的、具有唯一标识的客观事物或概念。

**类型：**实体可以是具体的事物（如学生、课程），也可以是抽象的概念（如订单、发票）。

#### 2.1.2 属性

**定义：**属性是描述实体特征的特性。

**类型：**属性可以是基本属性（如姓名、年龄），也可以是派生属性（如总成绩，由其他属性计算得出）。

### 2.2 关系

**定义：**关系是两个或多个实体之间存在的关联。

#### 2.2.1 一对一关系

**定义：**一对一关系是指一个实体的一个实例只能与另一个实体的一个实例相关联。

**示例：**学生与身份证号。

#### 2.2.2 一对多关系

**定义：**一对多关系是指一个实体的一个实例可以与多个另一个实体的实例相关联。

**示例：**老师与学生。

#### 2.2.3 多对多关系

**定义：**多对多关系是指一个实体的多个实例可以与另一个实体的多个实例相关联。

**示例：**学生与课程。

### 2.3 ER图符号

#### 2.3.1 实体符号

**形状：**矩形

**属性：**实体名称、属性列表

#### 2.3.2 关系符号

**形状：**菱形

**属性：**关系名称、基数（一对一、一对多、多对多）

#### 2.3.3 属性符号

**形状：**椭圆形

**属性：**属性名称、数据类型、长度、是否允许空值

**示例 ER 图：**

erDiagram
    ENTITY Student {
        name: string
        age: integer
    }
    ENTITY Course {
        name: string
        credits: integer
    }
    RELATIONSHIP Enrolls {
        Student: 1
        Course: *
    }

**代码逻辑分析：**

* `ENTITY` 定义了两个实体：`Student` 和 `Course`。
* `RELATIONSHIP` 定义了两个实体之间的多对多关系 `Enrolls`。
* `1` 和 `*` 表示 `Student` 和 `Course` 实体在关系中的基数。

# 3. ER图绘制实践

### 3.1 绘制ER图的工具

#### 3.1.1 在线工具

- **Draw.io**：一款功能强大的在线绘图工具，支持ER图绘制。
- **Lucidchart**：另一款流行的在线绘图工具，提供专业的ER图模板。
- **Gliffy**：一个简单易用的在线绘图工具，适合快速绘制ER图。

#### 3.1.2 桌面软件

- **Visio**：微软开发的专业绘图软件，提供丰富的ER图模板和符号。
- **PowerDesigner**：一款专门用于数据库设计和ER图绘制的软件，功能强大。
- **Erwin Data Modeler**：另一款专业的数据库设计和ER图绘制软件，支持多种数据库平台。

### 3.2 绘制ER图的步骤

#### 3.2.1 确定实体和属性

- 识别业务领域中的主要实体，如客户、产品、订单等。
- 为每个实体定义属性，包括属性名称、数据类型、长度等。

#### 3.2.2 确定关系

- 分析实体之间的关系，如一对一、一对多、多对多等。
- 确定关系的基数（一对一、一对多）或关系类型（多对多）。

#### 3.2.3 绘制ER图

- 使用适当的符号（如矩形、菱形、线）绘制实体、属性和关系。
- 遵循ER图建模规则，如实体必须具有主键，关系必须具有外键。

**示例：绘制客户订单ER图**

erDiagram
    CUSTOMER ||--o{ORDER}
    ORDER ||--*o{ORDER_ITEM}

**代码逻辑分析：**

- `CUSTOMER`实体与`ORDER`实体之间是一对多关系，即一个客户可以有多个订单。
- `ORDER`实体与`ORDER_ITEM`实体之间是一对多关系，即一个订单可以包含多个订单项。
- 实体`CUSTOMER`和`ORDER`的主键分别是`CUSTOMER_ID`和`ORDER_ID`，而`ORDER_ITEM`的主键是`ORDER_ITEM_ID`。
- `ORDER`实体的外键`CUSTOMER_ID`指向`CUSTOMER`实体的主键`CUSTOMER_ID`，表示订单属于某个客户。
- `ORDER_ITEM`实体的外键`ORDER_ID`指向`ORDER`实体的主键`ORDER_ID`，表示订单项属于某个订单。

# 4. ER图到数据库设计

### 4.1 数据库表设计

#### 4.1.1 表的创建

数据库表是存储数据的基本单位，每个表对应ER图中的一个实体。创建表时，需要指定表名、字段名、数据类型、约束等信息。

CREATE TABLE 表名 (
  字段名 数据类型 约束,
  字段名 数据类型 约束,
  ...
);

**参数说明：**

* **表名：**表的名称，应遵循数据库命名规范。
* **字段名：**字段的名称，应遵循数据库命名规范。
* **数据类型：**字段的数据类型，如 `INT`、`VARCHAR`、`DATETIME` 等。
* **约束：**字段的约束条件，如 `NOT NULL`、`PRIMARY KEY`、`FOREIGN KEY` 等。

**逻辑分析：**

该语句用于创建一个新的数据库表，表名和字段名由用户指定。字段的数据类型和约束条件决定了字段存储的数据类型和约束条件。

#### 4.1.2 字段的定义

字段是表中存储数据的最小单位，每个字段对应ER图中实体的一个属性。定义字段时，需要指定字段名、数据类型、约束等信息。

ALTER TABLE 表名 ADD COLUMN 字段名 数据类型 约束;

**参数说明：**

* **表名：**要添加字段的表名。
* **字段名：**要添加的字段名。
* **数据类型：**字段的数据类型，如 `INT`、`VARCHAR`、`DATETIME` 等。
* **约束：**字段的约束条件，如 `NOT NULL`、`PRIMARY KEY`、`FOREIGN KEY` 等。

**逻辑分析：**

该语句用于向现有表中添加一个新的字段。字段名、数据类型和约束条件由用户指定。

#### 4.1.3 主键和外键

主键和外键是数据库表中用于维护数据完整性和一致性的约束。

* **主键：**每个表中唯一标识一条记录的字段或字段组合。
* **外键：**引用另一个表主键的字段，用于建立表之间的关系。

ALTER TABLE 表名 ADD PRIMARY KEY (字段名);
ALTER TABLE 表名 ADD FOREIGN KEY (字段名) REFERENCES 另一个表(字段名);

**参数说明：**

* **表名：**要添加主键或外键的表名。
* **字段名：**要添加主键或外键的字段名。
* **另一个表：**外键引用的另一个表的表名。

**逻辑分析：**

* 添加主键时，指定字段名即可。
* 添加外键时，需要指定外键字段名和引用的另一个表的表名和字段名。

### 4.2 数据库关系设计

#### 4.2.1 一对一关系

一对一关系表示一个实体中的每条记录与另一个实体中的最多一条记录相关联。在数据库中，一对一关系通常通过外键实现。

CREATE TABLE 表1 (
  字段名1 数据类型 PRIMARY KEY,
  字段名2 数据类型,
  ...
);

CREATE TABLE 表2 (
  字段名3 数据类型 PRIMARY KEY,
  字段名4 数据类型,
  字段名5 数据类型 REFERENCES 表1(字段名1),
  ...
);

**参数说明：**

* **表1：**第一个表。
* **表2：**第二个表。
* **字段名1：**表1的主键字段。
* **字段名3：**表2的主键字段。
* **字段名5：**表2的外键字段，引用表1的主键字段。

**逻辑分析：**

表1和表2之间建立了一对一关系，表2中的字段名5是外键，引用表1中的字段名1。这意味着表2中的每条记录都与表1中的一条唯一记录相关联。

#### 4.2.2 一对多关系

一对多关系表示一个实体中的每条记录与另一个实体中的多条记录相关联。在数据库中，一对多关系通常通过外键实现。

CREATE TABLE 表1 (
  字段名1 数据类型 PRIMARY KEY,
  字段名2 数据类型,
  ...
);

CREATE TABLE 表2 (
  字段名3 数据类型 PRIMARY KEY,
  字段名4 数据类型,
  字段名5 数据类型 REFERENCES 表1(字段名1),
  ...
);

**参数说明：**

* **表1：**第一个表。
* **表2：**第二个表。
* **字段名1：**表1的主键字段。
* **字段名3：**表2的主键字段。
* **字段名5：**表2的外键字段，引用表1的主键字段。

**逻辑分析：**

表1和表2之间建立了一对多关系，表2中的字段名5是外键，引用表1中的字段名1。这意味着表1中的每条记录都可以与表2中的多条记录相关联。

#### 4.2.3 多对多关系

多对多关系表示一个实体中的每条记录与另一个实体中的多条记录相关联，反之亦然。在数据库中，多对多关系通常通过中间表实现。

CREATE TABLE 表1 (
  字段名1 数据类型 PRIMARY KEY,
  字段名2 数据类型,
  ...
);

CREATE TABLE 表2 (
  字段名3 数据类型 PRIMARY KEY,
  字段名4 数据类型,
  ...
);

CREATE TABLE 中间表 (
  字段名5 数据类型 REFERENCES 表1(字段名1),
  字段名6 数据类型 REFERENCES 表2(字段名3),
  ...
);

**参数说明：**

* **表1：**第一个表。
* **表2：**第二个表。
* **中间表：**中间表，用于存储表1和表2之间的关系。
* **字段名5：**中间表的外键字段，引用表1的主键字段。
* **字段名6：**中间表的外键字段，引用表2的主键字段。

**逻辑分析：**

表1和表2之间建立了多对多关系，中间表用于存储表1和表2之间的关系。中间表中的字段名5和字段名6分别是外键，引用表1和表2的主键字段。这意味着表1中的每条记录都可以与表2中的多条记录相关联，反之亦然。

# 5.1 扩展实体关系模型

### 5.1.1 弱实体

**概念：**

弱实体是依赖于强实体存在的实体。它没有自己的主键，而是使用强实体的主键作为其部分主键。

**符号：**

弱实体用双线矩形表示，并用虚线连接到强实体。

**示例：**

* 订单实体是强实体，具有主键 `order_id`。
* 订单项实体是弱实体，依赖于订单实体。它使用 `order_id` 作为部分主键，并添加一个 `line_item_id` 字段作为其局部主键。

### 5.1.2 继承

**概念：**

继承允许一个实体继承另一个实体的属性和关系。子实体（继承实体）具有父实体（被继承实体）的所有属性和关系，还可以添加自己的属性和关系。

**符号：**

继承用三角形表示，子实体指向父实体。

**示例：**

* `Person` 实体是父实体，具有 `name` 和 `age` 属性。
* `Employee` 实体是子实体，继承了 `Person` 实体的属性，并添加了 `salary` 和 `department` 属性。

## 5.2 ER图在数据仓库设计中的应用

### 5.2.1 维度模型

**概念：**

维度模型是一种数据仓库模型，用于分析多维数据。它由维度表和事实表组成。

**维度表：**

* 包含描述性属性，例如时间、产品和客户。
* 通常是缓慢变化的维度（SCD）。

**事实表：**

* 包含度量值，例如销售额、数量和利润。
* 通常与多个维度表相关联。

### 5.2.2 事实表

**概念：**

事实表是维度模型的核心，它包含业务度量值。

**结构：**

* 主键：通常是复合主键，由维度表的键组成。
* 度量值：业务度量值，例如销售额、数量和利润。
* 外键：指向维度表的键。

**示例：**

CREATE TABLE FactSales (
  sale_id INT NOT NULL,
  product_id INT NOT NULL,
  customer_id INT NOT NULL,
  sale_date DATE NOT NULL,
  sales_amount DECIMAL(10, 2) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (sale_id),
  FOREIGN KEY (product_id) REFERENCES DimProduct (product_id),
  FOREIGN KEY (customer_id) REFERENCES DimCustomer (customer_id),
  FOREIGN KEY (sale_date) REFERENCES DimDate (sale_date)
);

# 6. ER图最佳实践

### 6.1 ER图的规范化

规范化是将ER图分解为多个较小的、更简单的表的过程，以消除数据冗余和提高数据完整性。有三种主要的规范化形式：

- **一范式（1NF）：**每个属性都是原子的，不能进一步分解。
- **二范式（2NF）：**每个非主键属性都完全依赖于主键。
- **三范式（3NF）：**每个非主键属性都仅依赖于主键，而不依赖于其他非主键属性。

### 6.1.1 一范式

一范式要求每个属性值都是不可分割的原子值。例如，以下表违反了一范式，因为“地址”属性包含多个值：

CREATE TABLE customers (
  id INT PRIMARY KEY,
  name VARCHAR(255),
  address VARCHAR(255)
);

INSERT INTO customers (id, name, address) VALUES
  (1, 'John Doe', '123 Main Street, Anytown, CA 12345'),
  (2, 'Jane Smith', '456 Elm Street, Anytown, CA 12345');

要将此表规范化到一范式，我们需要将“地址”属性分解为多个原子属性：

CREATE TABLE customers (
  id INT PRIMARY KEY,
  name VARCHAR(255),
  street_address VARCHAR(255),
  city VARCHAR(255),
  state VARCHAR(255),
  zip_code VARCHAR(255)
);

INSERT INTO customers (id, name, street_address, city, state, zip_code) VALUES
  (1, 'John Doe', '123 Main Street', 'Anytown', 'CA', '12345'),
  (2, 'Jane Smith', '456 Elm Street', 'Anytown', 'CA', '12345');

### 6.1.2 二范式

二范式要求每个非主键属性都完全依赖于主键。例如，以下表违反了二范式，因为“订单号”属性依赖于“客户号”和“产品号”：

CREATE TABLE orders (
  customer_id INT,
  product_id INT,
  order_number INT PRIMARY KEY,
  quantity INT
);

INSERT INTO orders (customer_id, product_id, order_number, quantity) VALUES
  (1, 1, 100, 5),
  (1, 2, 200, 10),
  (2, 1, 300, 15);

要将此表规范化到二范式，我们需要创建两个新表：

CREATE TABLE customers (
  id INT PRIMARY KEY,
  name VARCHAR(255)
);

CREATE TABLE products (
  id INT PRIMARY KEY,
  name VARCHAR(255)
);

CREATE TABLE orders (
  customer_id INT,
  product_id INT,
  order_number INT PRIMARY KEY,
  quantity INT,
  FOREIGN KEY (customer_id) REFERENCES customers (id),
  FOREIGN KEY (product_id) REFERENCES products (id)
);

### 6.1.3 三范式

三范式要求每个非主键属性都仅依赖于主键，而不依赖于其他非主键属性。例如，以下表违反了三范式，因为“部门号”属性依赖于“经理号”：

CREATE TABLE employees (
  employee_id INT PRIMARY KEY,
  name VARCHAR(255),
  department_id INT,
  manager_id INT,
  salary INT
);

INSERT INTO employees (employee_id, name, department_id, manager_id, salary) VALUES
  (1, 'John Doe', 10, 20, 50000),
  (2, 'Jane Smith', 20, 10, 60000),
  (3, 'Michael Jones', 10, 20, 40000);

要将此表规范化到三范式，我们需要创建三个新表：

CREATE TABLE employees (
  id INT PRIMARY KEY,
  name VARCHAR(255),
  salary INT
);

CREATE TABLE departments (
  id INT PRIMARY KEY,
  name VARCHAR(255)
);

CREATE TABLE managers (
  id INT PRIMARY KEY,
  name VARCHAR(255)
);

CREATE TABLE employee_departments (
  employee_id INT,
  department_id INT,
  PRIMARY KEY (employee_id, department_id),
  FOREIGN KEY (employee_id) REFERENCES employees (id),
  FOREIGN KEY (department_id) REFERENCES departments (id)
);

CREATE TABLE employee_managers (
  employee_id INT,
  manager_id INT,
  PRIMARY KEY (employee_id, manager_id),
  FOREIGN KEY (employee_id) REFERENCES employees (id),
  FOREIGN KEY (manager_id) REFERENCES managers (id)
);