Co to jest diagram związków encji (ERD)?

Diagramy związków encji pokazują relacje między różnymi encjami w systemie. Są one szczególnie przydatne, ponieważ pozwalają szybko sprawdzić, jakie informacje znajdują się w systemie i jak się ze sobą łączą. Mogą również pomóc zespołom przeanalizować, jak użytkownicy, oprogramowanie i bazy danych wchodzą w interakcje w rzeczywistych scenariuszach.

Dowiedz się więcej o diagramach związków encji, w tym o ich genezie, zastosowaniach, przykładach, komponentach oraz o tym, jak je rysować za pomocą naszego narzędzia do diagramów ER.

Co to jest diagram ER?

Diagram związków encji (ER) to rodzaj schematu blokowego, który ilustruje, jak encje, takie jak ludzie, obiekty lub koncepcje, powiązane są ze sobą w ramach systemu. Diagramy ER są najczęściej używane do projektowania lub debugowania relacyjnych baz danych w takich dziedzinach jak inżynieria oprogramowania, biznesowe systemy informacyjne, edukacja i badania naukowe. Znane również jako diagramy ERD lub modele ER, wykorzystują zdefiniowany zestaw symboli, takich jak prostokąty, romby, owale i linie łączące, do przedstawienia wzajemnych powiązań między encjami, związkami i ich atrybutami. Odzwierciedlają one strukturę gramatyczną, w której encje są rzeczownikami, a związki czasownikami.

Diagramy ER są powiązane z diagramami struktury danych (DSD), które skupiają się na relacjach elementów wewnątrz encji, a nie na relacjach między samymi encjami. Diagramy ER są również używane w połączeniu z diagramami przepływu danych (DFD), które odwzorowują przepływ informacji w procesach lub systemach.

Historia modeli ER

Peter Chen, informatyk i matematyk stosowany, jest uznawany za twórcę modelowania ER na potrzeby projektowania baz danych w latach 70. XX wieku. Zanim w ogóle powstała informatyka, przedstawianie wzajemnych powiązań między rzeczami sięgało starożytnej Grecji i dzieł Arystotelesa, Sokratesa i Platona. W nowszych czasach można je dostrzec w XIX- i XX-wiecznych pracach filozofów-logików, takich jak Charles Sanders Peirce i Gottlob Frege.

 W latach 60. i 70. XX wieku Charles Bachman i A.P.G. Brown rozwijali rozwiązania będące poprzednikami podejścia Chena. Bachman opracował typ diagramu struktury danych zwany diagramem Bachmana. Brown publikował prace na temat modelowania systemów rzeczywistych. James Martin wprowadził ulepszenia do diagramów ERD. Prace Chena, Bachmana, Browna, Martina i innych przyczyniły się również do powstania języka UML (Unified Modeling Language), powszechnie stosowanego w projektowaniu oprogramowania.

Zastosowania diagramów związków encji

Projektowanie baz danych

Diagramy ER służą do modelowania i projektowania relacyjnych baz danych. Logiczny model danych jest wykorzystywany do określenia logiki i reguł biznesowych, a fizyczny model danych służy do wdrożenia technologicznego. W inżynierii oprogramowania diagram ER jest często pierwszym krokiem w ustalaniu wymagań dla projektu systemu informatycznego. Później służy również do modelowania konkretnej bazy danych lub baz danych. Relacyjna baza danych ma swój odpowiednik w postaci tabeli relacyjnej i w razie potrzeby może być w ten sposób wyrażona.

 Diagramy ERD are często używane na początku nowego projektu bazy danych w celu określenia wymagań i pomocy zespołowi w zbudowaniu modelu, który wyraża przepływ informacji między użytkownikiem, oprogramowaniem, bazą danych i innymi encjami. Ponieważ sprawiają, że założenia i zależności są visoczne na wczesnym etapie, diagramy ERD mogą usprawnić planowanie i podejmowanie decyzji przed rozpoczęciem wdrażania.

 Typowe korzyści na wczesnym etapie obejmują szybsze wyłapywanie problemów, eliminowanie nieporozumień związanych ze złożonymi systemami oraz ograniczanie ryzyka.

 Rozwiązywanie problemów z bazami danych

Diagramy ER są wykorzystywane do analizy istniejących baz danych w celu znalezienia i rozwiązania problemów logiki bądź wdrożenia. Sporządzenie diagramu pomaga ujawnić, co nie działa prawidłowo.

 Biznesowe systemy informacyjne

Diagramy te służą do projektowania lub analizowania relacyjnych baz danych na potrzeby procesów biznesowych. Każdy proces biznesowy wykorzystujący ustrukturyzowane dane, obejmujący encje, działania i interakcje, może potencjalnie zyskać dzięki relacyjnej bazie danych. Może ona usprawnić procesy, ułatwić wyszukiwanie informacji i poprawić wyniki.

 Reinżynieria procesów biznesowych (BPR)

Diagramy ER pomagają w analizie baz danych wykorzystywanych w reinżynierii procesów biznesowych oraz w modelowaniu nowej konfiguracji bazy danych.

 Edukacja

Bazy danych są współczesną metodą przechowywania informacji relacyjnych do celów edukacyjnych i ich późniejszego pobierania, dlatego diagramy ER mogą być pomocne w planowaniu tych struktur danych.

Badania naukowe

Ponieważ wiele badań naukowych skupia się na danych strukturalnych, diagramy ER mogą odgrywać kluczową rolę w tworzeniu użytecznych baz danych służących do analizy tych danych.

Komponenty i cechy diagramu ER

Diagramy ER składają się z encji, związków i atrybutów. Przedstawiają również liczność, która definiuje relacje w ujęciu liczbowym. Oto słowniczek:

Encja

Encja to dowolny rodzaj obiektu danych. Obiektami tymi mogą być komputery, drukarki, pracownicy, klienci, miejsca, wydarzenia, koncepcje itd.

Typ encji: Typ encji to grupa definiowalnych rzeczy, takich jak klienci lub produkty, podczas gdy encja to konkretny klient lub produkt.

Zbiór encji: Zbiór encji to to samo co typ encji, ale jest zdefiniowany w określonym momencie, na przykład jako klienci, którzy dokonali zakupu w zeszłym miesiącu. Powiązanym terminem jest wystąpienie (instancja) – w tym przypadku konkretny klient byłby wystąpieniem zbioru encji.

Kategorie encji: Kategorie encji obejmują encje mocne, słabe i asocjacyjne. Encja mocna może być zdefiniowana wyłącznie na podstawie własnych atrybutów, natomiast encja słaba nie. Encja asocjacyjna łączy encje (lub elementy) w ramach zbioru encji.

Klucze encji: Klucz encji to atrybut, który jednoznacznie definiuje encję w zbiorze encji. Klucze encji mogą być nadkluczami, kluczami kandydującymi lub głównymi. Nadklucz to zestaw atrybutów (jeden lub więcej), które razem definiują encję w zbiorze encji. Klucz kandydujący to minimalny nadklucz, co oznacza, że ma najmniejszą możliwą liczbę atrybutów, aby nadal być nadkluczem. Zbiór encji może mieć więcej niż jeden klucz kandydujący. Klucz główny to klucz kandydujący wybrany przez projektanta bazy danych w celu jednoznacznej identyfikacji zbioru encji.

Związek

Związki definiują, w jaki sposób encje oddziałują na siebie lub są ze sobą powiązane. Myśl o związkach jak o czasownikach. Na przykład konkretny klient może kupić produkt. Dwie encje to klient i produkt, a przedstawiony związek to czynność zakupu, łącząca te dwie encje. Związki są zazwyczaj przedstawiane jako romby lub etykiety bezpośrednio na liniach łączących.

Związek rekurencyjny: W związku rekurencyjnym ta sama encja uczestniczy w relacji więcej niż raz.

Atrybut

Atrybuty to elementy definiujące właściwości encji w bazie danych. Możesz mieć zbiór encji klientów posiadający różne wartości dla imienia i nazwiska, adresu, informacji o płatnościach itd.

Atrybut opisowy: Atrybut opisowy to właściwość lub cecha charakterystyczna związku (w przeciwieństwie do encji).

 Kategorie atrybutów: Kategorie atrybutów obejmują atrybuty proste, złożone, pochodne, a także jednowartościowe lub wielowartościowe. Atrybut prosty jest atomowy i nie można go dalej podzielić, na przykład numer telefonu. Atrybut złożony to pod-atrybut wywodzący się z innego atrybutu. Atrybut pochodny jest obliczany lub w inny sposób wyprowadzany z innego atrybutu, np. wiek na podstawie daty urodzenia. Atrybut wielowartościowy to wartość dla więcej niż jednego atrybutu, np. kilka numerów telefonów danej osoby. Atrybut jednowartościowy ma tylko jedną wartość atrybutu. Typy te można łączyć, tworząc np. proste atrybuty jednowartościowe lub złożone atrybuty wielowartościowe.

Liczność

Liczność definiuje liczbowe atrybuty związku między dwiema encjami lub zbiorami encji. Trzy główne relacje liczności to jeden do jednego, jeden do wielu i wiele do wielu. Przykładem relacji jeden do jednego może być jeden klient powiązany z jednym adresem korespondencyjnym. Przykładem relacji jeden do wielu (lub wiele do jednego, w zależności od kierunku relacji) byłby jeden klient kupujący wiele produktów, przy czym wszystkie te produkty mają pojedynczą linię prowadzącą z powrotem do tego jednego klienta. W przypadku relacji wiele do wielu klienci jako grupa są powiązani z wieloma produktami, a produkty z kolei są powiązane z wieloma klientami.

Widoki liczności: Widoki liczności mogą być pokazywane po przeciwnej stronie (look-across) lub po tej samej stronie (same-side), w zależności od miejsca wyświetlania symboli.

 Ograniczenia liczności: Ograniczenia liczności to minimalne lub maksymalne liczby mające zastosowanie do danego związku.

Odwzorowanie języka naturalnego

Komponenty ER można przyrównać do części mowy. Pokazuje to porównanie diagramu ER z diagramem gramatycznym:

• Rzeczownik pospolity – przykład typu encji: klient

• Rzeczownik własny – przykład encji: Sally Smith

• Czasownik – przykład typu związku: kupuje

• Przymiotnik – przykład atrybutu encji: nowy

• Przysłówek – przykład atrybutu związku: cyfrowo

Język zapytań bazodanowych ERROL faktycznie naśladuje konstrukcje języka naturalnego. ERROL opiera się na przekształconej algebrze relacyjnej (RRA) i współpracuje z modelami ER, odzwierciedlając ich aspekty lingwistyczne.

Symbole i notacje ERD

Poniższe obrazy przedstawiają kilka systemów notacji ERD. Więcej informacji znajdziesz na stronie poświęconej symbolom i notacji ERD.

Notacja Chena

Notacja „kurza stopka” / Martina / Information Engineering

Notacja Bachmana

Notacja IDEF1X

Notacja Barkera

Niektóre zespoły stosują również notację UML, gdy chcą wyrazić relacje w stylu ER za pomocą konwencji obiektowych. Nie oznacza to, że diagram ERD staje się rodzajem diagramu UML. Oznacza to jedynie, że notacja UML jest używana do opisu związków encji i liczności. W notacji UML związki są przedstawiane jako linia ciągła łącząca dwie encje. Liczności są wskazane na linii (na przykład 1..1 oznacza jeden do jednego, a 1..* oznacza jeden do wielu) i można dodać frazy czasownikowe (takie jak „utworzone przez” lub „zamówione przez”), aby zdefiniować związek między encjami.

Przykłady

Poniżej znajdują się przykłady diagramów ERD wykonanych w każdym systemie.

Koncepcyjne, logiczne i fizyczne modele danych

Modele ER i modele danych są zazwyczaj rysowane na maksymalnie trzech poziomach szczegółowości:

Koncepcyjny model danych

Ten model pokazuje widok na najwyższym poziomie, zawierający najmniej szczegółów. Jego zaletą jest uchwycenie ogólnego zakresu modelu i przedstawienie architektury systemu. W przypadku systemu o mniejszym zakresie można zacząć od modelu logicznego.

Logiczny model danych

Ten model pokazuje więcej szczegółów niż model koncepcyjny i definiuje encje operacyjne oraz transakcyjne. Model logiczny jest niezależny od technologii, w której zostanie wdrożony.

Fizyczny model danych

Z każdego modelu logicznego można opracować jeden lub więcej modeli fizycznych. Modele fizyczne muszą zawierać wystarczającą liczbę szczegółów technologicznych, aby umożliwić stworzenie i wdrożenie rzeczywistej bazy danych.

W miarę rozwoju systemów uchwycenie każdego szczegółu operacyjnego na jednym, czytelnym obrazie może być trudne. W razie potrzeby możesz użyć więcej niż jednego wykresu i utworzyć różne poziomy diagramów ERD. Z kolei mniejsze systemy można często łatwo przedstawić.

Ograniczenia diagramów i modeli ER

Diagramy i modele ER nie pasują idealnie do każdego typu bazy danych. Oto kilka powodów, dla których mogą nie być odpowiednim rozwiązaniem wizualnym w Twoim przypadku:

• Tylko dla danych relacyjnych: Jedynym celem diagramów ER jest pokazanie związków między encjami, dlatego nie są one właściwym wyborem do projektowania nierelacyjnych baz danych.

• Nie dla danych nieustrukturyzowanych: O ile dane nie są wyraźnie podzielone na różne pola, wiersze lub kolumny, diagramy ER będą prawdopodobnie miały ograniczone zastosowanie. To samo dotyczy danych częściowo ustrukturyzowanych, ponieważ tylko niektóre z nich będą użyteczne.

• Trudność w integracji z istniejącą bazą danych: Wykorzystanie modeli ER do integracji z istniejącą bazą danych może być wyzwaniem ze względu na różne architektury. 

Powiązaną kwestią jest to, że jeśli Twoja główna warstwa trwałości danych jest nierelacyjna, możesz potrzebować innego podejścia do modelowania niż klasyczny diagram ERD.

Jak utworzyć podstawowy diagram ER

1. Cel i zakres: Określ cel i zakres tego, co analizujesz lub modelujesz.

2. Encje: Zidentyfikuj powiązane encje. Gdy wszystko będzie gotowe, zacznij rysować je w prostokątach (lub innym kształcie wybranym w danym systemie) i oznaczaj jako rzeczowniki.

3. Związki: Ustal, jak wszystkie encje są ze sobą powiązane. Narysuj między nimi linie, aby oznaczyć związki, i nadaj im etykiety. Niektóre encje mogą nie być powiązane i jest to całkowicie naturalne. W różnych systemach notacji związek może być oznaczony w rombie, prostokącie lub bezpośrednio nad linią łączącą.

4. Atrybuty: Dodaj więcej szczegółów, wprowadzając kluczowe atrybuty encji. Atrybuty są często przedstawiane jako owale.

5. Liczność: Wskaż, czy relacja jest typu jeden do jednego, jeden do wielu czy wiele do wielu.

If tworzysz diagram dużego systemu, rozważ podzielenie pracy na wiele diagramów (na przykład jeden przegląd koncepcyjny plus jeden lub więcej modeli fizycznych), aby zachować czytelność każdego obrazu.

How utworzyć diagram ER w Lucidchart

1. Otwórz nowy dokument Lucidchart

Utwórz diagram od zera lub zaoszczędź czas, zaczynając od jednego z gotowych szablonów diagramów ER w Lucidchart. Ważne jest, aby pokazać poziom szczegółowości niezbędny do Twojego celu. Możesz narysować model koncepcyjny, logiczny lub fizyczny, w zależności od potrzebnych szczegółów. 

2. Włącz biblioteki kształtów ERD

Kliknij Więcej kształtów po lewej stronie edytora i upewnij się, że pole Związki encji jest zaznaczone na liście bibliotek kształtów. 

3. Przeciągaj i upuszczaj kształty

Zacznij dodawać kształty do obszaru roboczego, aby reprezentować wszystkie encje i związki – kliknij żądany kształt i upuść go w wybranym miejscu. Upewnij się, że wszystkie encje i związki są oznaczone etykietami oraz że diagram obsługuje wszystkie dane, które musisz przechować.

4. Połącz kształty

Kliknij dowolny kształt, a następnie przeciągaj linię z jednego z pojawiających się kółek, aby połączyć go z innym kształtem i pokazać związek między encjami. Zwracaj uwagę na nadmiarowe encje lub związki. Jeśli rozwiązujesz problem z bazą danych, szukaj luk w związkach bądź brakujących encji lub atrybutów.

5. Udostępnij swój diagram ER

Ponieważ diagramy ERD są wizualne i ustandaryzowane, mogą również służyć jako element współpracy, który zespoły wspólnie przeglądają i udoskonalają. Możesz łatwo udostępnić swój diagram innym osobom za pośrednictwem poczty e-mail, Slacka lub linku do udostępniania. Kliknij Udostępnij w prawym górnym rogu ekranu, aby wyświetlić wyskakujące okienko. Wybierz sposób udostępniania diagramu i ustaw odpowiedni poziom uprawnień.