【软考备考】 数据模型：E-R模型、关系模型详解
一、E-R模型（实体-联系模型）
E-R模型是一种用于描述现实世界概念结构的图形化工具。它不关心计算机如何实现，只关注数据间的关系，是数据库设计人员进行概念结构设计的利器。
1. 核心三要素
E-R模型由三个基本元素构成：
实体：客观存在并可以相互区别的事物。
表示：矩形框。
举例：学生、课程、部门、订单。
属性：实体所具有的某一特性。
表示：椭圆形。
举例：学生的学号、姓名；课程的课程号、课程名。
键：
主键：能唯一标识一个实体的属性集（如学号）。
外键：...（外键更多在关系模型中讨论）。
联系：实体与实体之间的关系。
表示：菱形框。
举例：学生 选修 课程。
2. 联系的度数（类型）
这是E-R模型的重点和考点，指参与联系的实体型的数目。
一对一联系
定义：对于实体集A中的每个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然。
表示：1:1
举例：一个公司只有一个CEO，一个CEO只在一个公司任职。（“任职”联系是1:1）
一对多联系
定义：对于实体集A中的每个实体，实体集B中可以有多个实体与之联系；而对于B中的每个实体，A中至多有一个实体与之联系。
表示：1:n
举例：一个部门有多个员工，一个员工只属于一个部门。（“属于”联系是1:n）
多对多联系
定义：对于实体集A中的每个实体，实体集B中可以有多个实体与之联系，反之亦然。
表示：m:n
举例：一个学生可以选修多门课程，一门课程可以被多个学生选修。（“选修”联系是m:n）
3. E-R图示例
下图展示了一个简单的教学管理系统E-R图：
说明：
实体：
STUDENT,COURSE,DEPARTMENT。联系：
Selects(m:n)，Belongs_to(1:n)。每个实体都有自己的属性（主键已标出）。
二、关系模型
关系模型是数据库的逻辑实现模型。它将数据组织成一张二维表格（关系），我们现在使用的大多数数据库（如MySQL, Oracle）都是关系型数据库。
1. 核心概念
关系：对应一张二维表。
元组：表中的一行，也称为记录。
属性：表中的一列，也称为字段。
主键：能唯一标识一个元组的属性或属性组。
外键：一个关系R中的某个属性或属性组，它不是R的主键，但它是另一个关系S的主键。这个属性或属性组称为R的外键。用于建立表与表之间的联系。
2. 从E-R图向关系模型的转换
这是数据库设计的关键步骤，也是软考的核心考点。
实体的转换
规则：一个实体转换为一个关系模式。
实体的属性就是关系的属性，实体的主键就是关系的主键。
举例：
STUDENT实体 ->学生(学号, 姓名, ...)关系模式。COURSE实体 ->课程(课程号, 课程名, ...)关系模式。
联系的转换
1:1 联系的转换
可以在任意一端的关系中加入另一端关系的主键作为外键。
举例：
公司(公司ID, 名称, ...)和CEO(CEO_ID, 姓名, ...)。可以在公司表中加入CEO_ID作为外键，或者在CEO表中加入公司ID作为外键。
1:n 联系的转换
在“n”端（多方）的关系中加入“1”端（一方）关系的主键作为外键。
举例：
部门(部门号, 名称, ...)和员工(工号, 姓名, 部门号, ...)。在“员工”表中加入“部门号”作为外键。
m:n 联系的转换
必须将“联系”也转换为一个独立的关系模式。
新关系模式的属性： 包括与该联系相连的各实体集的主键，以及联系本身的属性（如果有）。
新关系模式的主键： 由各实体集的主键组合而成。
举例：
学生(学号, 姓名, ...)和课程(课程号, 课程名, ...)之间的“选修”联系是m:n。需要转换为三个关系模式：
学生(学号, 姓名, ...)主键：学号课程(课程号, 课程名, ...)主键：课程号选修(学号, 课程号, 成绩)主键：(学号, 课程号)，外键：学号参照学生表，课程号参照课程表。成绩是该联系本身的属性。
三、核心对比与联系
| 特性 | E-R模型 | 关系模型 |
|---|---|---|
| 目的 | 概念模型，描述现实世界，与DBMS无关 | 逻辑模型，用于数据库实现 |
| 表示形式 | 图形化（矩形、菱形、椭圆） | 二维表格 |
| 核心元素 | 实体、属性、联系 | 关系、元组、属性 |
| 焦点 | 数据间语义和联系 | 数据的结构和约束（主键、外键） |
| 转换关系 | 设计基础，先有E-R图 | 实现结果，根据E-R图转换而来 |
关系：数据库设计通常遵循 现实世界 -> E-R模型 -> 关系模型 -> 物理数据库 的流程。E-R模型是沟通现实世界与关系数据库的桥梁。
四、软考常见考点与例题
概念选择题
题目：在E-R模型中，表示实体之间联系的图形符号是（ ）。
A. 矩形
B. 椭圆形
C. 菱形
D. 三角形答案：C
联系类型判断题
题目：一个病房可以住多个病人，一个病人只能住在一个病房。病房与病人之间的联系是（ ）。
A. 一对一
B. 一对多
C. 多对多
D. 多对一答案：B （“一”方是病房，“多”方是病人）
E-R图转关系模式题（综合大题）
题目：设有如下E-R图：实体“供应商”（属性：供应商编号，名称）、实体“项目”（属性：项目编号，预算）、联系“供应”（属性：供应量）。已知一个供应商可以为多个项目供应零件，一个项目可以由多个供应商供应零件。
(1) 判断“供应”联系的类型。
(2) 将该E-R图转换为关系模式集，并指出每个关系模式的主键和外键。解答：
(1) 多对多联系。
(2) 转换后的关系模式为：
*供应商(供应商编号, 名称)主键：供应商编号
*项目(项目编号, 预算)主键：项目编号
*供应(供应商编号, 项目编号, 供应量)主键：(供应商编号, 项目编号)；外键：供应商编号 参照 供应商(供应商编号)，项目编号 参照 项目(项目编号)。
