Khoa học dữ liệu trong kinh tế và kinh doanh
Cơ sở dữ liệu
SQL dành cho Data Analytics
Bài 2: Giới thiệu về mô hình dữ liệu (Data Modeling)
Thiết kế cơ sở dữ liệu
Phần 1: Mô hình dữ liệu
(Data Modeling)
Mô hình dữ liệu
(Data Modeling)
Mô hình dữ liệu (Data Modeling) là xây dựng mô hình dữ liệu cho dữ liệu lưu trữ trong
CSDL
- Đặt trọng tâm vào các dữ liệu cần thiết và cách thức cần được lưu trữ
- Trực quan hóa việc trình bày dữ liệu và thực thi các quy tắc kinh doanh, tuân thủ và
chính sách trên dữ liệu.
- Đảm bảo tính nhất quán trong quy ước đặt tên, giá trị mặc định, ngữ nghĩa, bảo mật
mà vẫn đảm bảo chất lượng dữ liệu.
4
Mô hình dữ liệu
(Data Modeling)
Tại sao nên sử dụng Mô hình dữ liệu (Data Modeling)?
• Đảm bảo rằng tất cả các đối tượng dữ liệu theo yêu cầu của cơ sở dữ liệu được thể
hiện chính xác
• Giúp thiết kế cơ sở dữ liệu ở cấp độ khái niệm, logic và vật lý
• Giúp trình bày mối quan hệ giữa các bảng
• Cung cấp bức tranh rõ ràng về DB giúp Developer tạo DB vật lý
• Giúp xác định dữ liệu bị thiếu và dư thừa
• Giúp IT nâng cấp và duy trì DB nhanh hơn và rẻ hơn
5
Quy trình thiết kế cơ sở dữ liệu
Khảo sát nhu cầu
và các nguyên tắc
trong kinh doanh
Mô hình
khái niệm
Mô hình logic
Mô hình vật lý
Mô hình dữ liệu
Tài liệu tham khảo: "Fundamentals of Database Systems" by Ramez Elmasri, Shamkant B. Navathe
- Part 2-Chaper 3,4
6
Quy trình thiết kế cơ sở dữ liệu
Mô hình khái niệm
(Conceptual Model Design)
Mô hình logic
(Logical Model Design)
Mô hình vật lý
(Physical Model Design)
7
Thiết kế cơ sở dữ liệu
Phần 2: Hiểu nhu cầu của người dùng & Trích xuất các quy tắc kinh doanh
Quy trình thiết kế cơ sở dữ liệu
Khảo sát nhu cầu
và các nguyên tắc
trong kinh doanh
Mô hình
khái niệm
Mô hình logic
Mô hình vật lý
Mô hình dữ liệu
9
Quy tắc kinh doanh là gì?
Quy tắc kinh doanh mô tả các đối tượng, mối quan hệ và hành động mà một
doanh nghiệp thấy quan trọng.
Ví dụ:
▪ Nếu học sinh không đăng ký ít nhất một lớp học, trường Trạng thái được
thay đổi thành thành Không hoạt động.
▪ Nếu tổng giá trị đơn hàng lớn hơn $50 trước thuế và phí vận chuyển, đơn
hàng sẽ được vận chuyển miễn phí.
▪ Hồ sơ của khách hàng chỉ được tạo ra khi khách hàng thực hiện mua hàng có
bao gồm đơn đặt hàng.
Trên quan điểm cơ sở dữ liệu, quy tắc kinh doanh là những ràng buộc.
10
Xác định các quy tắc kinh doanh chính
Quy tắc kinh doanh không chỉ khó để xây dựng mà nguyên tắc kinh doanh còn có
thể thay đổi theo thời gian.
Ví dụ:
Đơn hàng chỉ được vận chuyển đến các tiểu bang có kho hàng bao gồm Colorado,
Kansas & Nebraska.
→ Quy tắc kinh doanh yêu cầu địa chỉ giao hàng của đơn hàng phải là CO, KS hoặc
NE.
Xác định các quy tắc kinh doanh chính và trích xuất chúng.
11
Xác định các quy tắc kinh doanh chính
Hãy tự hỏi mình hai câu hỏi:
- Thay đổi quy tắc có dễ dàng không?
- Quy tắc có khả năng thay đổi như thế nào?
Nếu một quy tắc có khả năng thay đổi thường xuyên, bạn cần tính toán các phương
án để thay đổi một cách dễ dàng.
12
Các loại quy tắc
Một số loại quy tắc cần được chú ý
▪ Danh sách giá trị
Ví dụ: các tiểu bang trong danh sách được phép vận chuyển.
▪ Thông số tính toán
Ví dụ: thời điểm hiện tại, những đơn hàng có giá trị trên $50 đô la sẽ được miễn
phí vận chuyển. Trong tương lại, liệu giá trị này có được tăng lên là $70, $100 đô
la hay không.
▪ Thông số hợp lệ
Ví dụ: sinh viên phải học từ 8 đến 16 tín chỉ. Liệu tương lai, số tín chỉ có nâng lên
12 đến 16 tín chỉ hay không?
13
Bài tập
Hãy xem xét danh sách các quy tắc kinh doanh này:
▪
▪
▪
▪
Tạo hồ sơ khách hàng khi khách hàng đặt đơn hàng đầu tiên.
Giảm giá 20% nếu khách hàng nữ đặt hàng trong ngày quốc tế phụ nữ.
Hồ sơ khách hàng phải bao gồm số điện thoại.
Giảm giá 10% nếu khách hàng thanh toán trước toàn bộ giá trị đơn hàng.
1. Xác định các quy tắc đơn giản hoặc dường như không thể thay đổi để chúng có
thể được tích hợp vào cơ sở dữ liệu.
2. Xác định các quy tắc có thể thay đổi hoặc phức tạp cần lưu ý.
14
Thiết kế cơ sở dữ liệu – Mô hình hóa dữ liệu
Phần 3: Mô hình khái niệm
(Conceptual Data Model)
Quy trình thiết kế cơ sở dữ liệu
Khảo sát nhu cầu
và các nguyên tắc
trong kinh doanh
Mô hình
khái niệm
Mô hình logic
Mô hình vật lý
Mô hình dữ liệu
16
Tại sao cần mô hình khái niệm?
▪
▪
Mô hình khái niệm tập trung vào nghiệp vụ kinh doanh, là phương thức giao tiếp
giữa đội ngũ IT và đội ngũ kinh doanh
Thông qua quy tắc kinh doanh và định nghĩa của các thực thể được trình bày
trong Bảng thuật ngữ dữ liệu (Data Glossary), mô hình khái niệm đảm bảo các
bên hiểu cùng một khái niệm, tránh hiểu sai báo cáo
17
Tại sao cần mô hình khái niệm?
Ví dụ cho các định nghĩa, khái niệm trong kinh doanh
o Khách hàng là một cá nhân hoặc tổ chức đã mua ít nhất một trong các sản
phẩm.
o Khách hàng tiềm năng là một cá nhân hoặc một tổ chức chưa sở hữu bất kỳ sản
phẩm nào. Nhưng họ có khả năng quan tâm đến việc mua một hoặc nhiều sản
phẩm.
Khách hàng tiềm năng
Mua hàng
Khách hàng
18
Mô hình thực thể quan hệ
▪
Mô hình thực thể quan hệ (E-R model): thể hiện một cách logic về dữ liệu cho tổ
chức hoặc một lĩnh vực kinh doanh.
▪
Sơ đồ thực thể quan hệ (E-R diagram): sơ đồ thể hiện mô hình thực thể quan hệ
19
Ví dụ của sơ đồ thực thể quan hệ
20
Ký hiệu E-R
Ký hiệu
thực thể
Ký hiệu
thuộc tính
Ký hiệu
mối quan hệ
21
Thực thể là gì?
Thực thể (Entity): một người, địa điểm, đối tượng, sự kiện hoặc khái niệm
trong môi trường người dùng mà tổ chức muốn duy trì dữ liệu.
Ví dụ:
▪ Người: nhân viên, sinh viên, bệnh nhân,...
▪ Địa điểm: cửa hàng, kho bãi,...
▪ Đối tượng: máy móc, ô tô,...
Kiểu thực thể: 3 loại mạnh, yếu, quan hệ
Ký hiệu: Hình chữ nhật
22
Thực thể là gì?
Kiểu thực thể
Ví dụ
23
Một thực thể nên là?
NÊN LÀ:
▪ Đối tượng sẽ có nhiều bản ghi (instance) trong cơ sở dữ liệu
▪ Đối tượng sẽ bao gồm nhiều thuộc tính (attribute)
▪ Đối tượng mà cần được mô hình hóa
KHÔNG NÊN:
▪ Là kết quả của hệ thống cơ sở dữ liệu (ví dụ: báo cáo)
▪ Là người dùng hệ thống cơ sở dữ liệu
24
Bài tập
Xác định một loại thực thể dạng STUDENT và liệt kê 2 bản ghi (instance) của
nó.
Gợi ý: Bạn có thể liệt kê những thuộc tính (attribute) mà một loại thực thể
dưới dạng STUDENT phải có.
25
Thuộc tính (Attribute)
Thuộc tính (Attributes) – là tính chất hoặc đặc điểm của một thực thể.
Phân loại thuộc tính
▪ Thuộc tính đơn (Simple attribute) hoặc thuộc tính phức hợp (Composite
attribute)
▪ Thuộc tính đơn trị (Single-valued) hoặc thuộc tính đa trị (Multi-valued
Attribute)
▪ Thuộc tính được lưu trữ (Stored attribute) vs thuộc tính dẫn xuất (Derived
attribute)
▪ Thuộc tính định danh (Identifier attribute)
Ký hiệu: Tên thuộc tính bên trong thực thể (hình chữ nhật)
26
Thuộc tính (Attribute)
Thuộc tính đơn và thuộc tính phức hợp
Thuộc tính phức hợp
(Composite Attribute)
Thuộc tính đơn
(Simple Attributes)
27
Thuộc tính (Attribute)
Thuộc tính đa trị
Employee_Name
Employee_ID
Payroll_
Address
Date_
Employed
Skill
Years_
employed
First
Last
Street
Zip
001
Jacky
TAN
Hill Street
100
164607
May 01, 1999
C/C++/Java
19
002
Susan
LIM
Stamford
178902
Road 80
Oct 14, 2000
Java/.Net
18
Thuộc tính đa trị
(Multi-valued
attributes)
28
Thuộc tính (Attribute)
Thuộc tính định danh/khóa (Identifier): Một thuộc tính (hoặc kết hợp các
thuộc tính) xác định duy nhất các trường hợp riêng lẻ của một loại thực thể.
Ký hiệu: gạch chân
Đặc điểm:
▪ Giá trị không thay đổi
▪ Giá trị không NULL
▪ Là giá trị đơn
Thuộc tính dự tuyển/không khóa (Candidate Identifier): thuộc tính có thể sử
dụng để định danh, miễn nó thỏa mãn các đặc điểm kể trên.
o Một thực thể có thể có nhiều thuộc tính dự tuyển (candidate identifier)
nhưng chỉ có thuộc tính định danh (identifier).
29
Bài tập
Loại thực thể (entity) STUDENT có các thuộc tính (attribute) sau: Id (duy
nhất), Name, Phone, Age, Activity, và No_of_Year
▪ Activity: đại diện cho một số hoạt động của sinh viên trong trường
▪ No_of_Year: số năm sinh viên đã tham gia vào hoạt động này
Giả định: Một học sinh nhất định có thể tham gia vào nhiều hơn một hoạt
động.
Tạo một mô hình thực thể (E-R Model) cho ngữ cảnh trên.
30
Mối quan hệ
▪ Kiểu quan hệ (Relationship type) với Bản ghi quan hệ (Instance
relationship)
o Kiểu quan hệ là sự liên kết có ý nghĩa giữa các loại thực thể với nhau.
o Kiểu quan hệ được mô hình hóa dưới dạng đường giữa các loại thực thể.
o Bản ghi quan hệ (Instance relationship) là tập hợp các bản ghi đơn lẻ
nằm trong cơ sở dữ liệu.
Thuộc tính của quan hệ: Mô tả các tính năng liên quan đến sự quan hệ giữa
các thực thể trong mối quan hệ.
Giữa hai thực thể (Entity) có thể có nhiều hơn một mối quan hệ
Ký hiệu: đường
31
Mối quan hệ với các thuộc tính
Khi thuộc tính thuộc một thực thể, mà thực thể đã xác định một quan hệ. Thuộc
tính sẽ phụ thuộc quan hệ đó.
32
Mối quan hệ với thuộc tính
Mỗi nhân viên cùng chung
Complete_Date và cùng chung Grade
cho tất cả các khóa học mà họ hoàn
thành
Tất cả nhân viên hoàn thành một khoá
học có cùng Grade và Complete_Date
Mỗi nhân viên có thể hoàn thành các
khoá học ở các Complete_Date khác
nhau
Mỗi khóa học có thể được học bởi
những nhân viên khác nhau ở các lớp và
Complete_Date khác nhau
33
Hai khái niệm quan trọng trong mối quan hệ
Thứ bậc quan hệ (Degree of relationship)
▪ Số lượng thực thể tham gia vào mối quan hệ
Thuộc tính của quan hệ (Cardinality of relationship)
▪ Mối quan hệ của các thực thể với nhau
34
Bậc của quan hệ
(Degree of Relationships)
Bậc của quan hệ (Degree of Relationships) là số lượng thực thể tham gia
vào mối quan hệ:
▪ Mối quan hệ đơn nhất (Unary relationship)
▪ Mối quan hệ nhị phân (Binary Relationship)
▪ Mối quan hệ bậc ba (Ternary Relationship)
▪ Có thể có các mối quan hệ nhiều ngôi hơn (Trường hợp hiếm gặp)
35
Bậc của quan hệ (Kí hiệu)
Đơn nhất
(Unary)
Một thực thể liên
quan đến một
thực thể khác
cùng loại
Nhị phân
(Binary)
Các thực thể
thuộc hai loại
khác nhau có
liên quan với
nhau
Bậc ba
(Ternary)
Các thực thể
thuộc ba loại
khác nhau có
liên quan với
nhau
36
Ví dụ
Mối quan hệ nhị phân giữa loại thực thể STUDENT và loại thực thể COURSE
STUDENT
StudentID
Name
Major
Campus_Address
COURSE
Đăng kí
CourseID
Title
37
Thuộc tính của quan hệ
(Cardinality of Relationships)
Thuộc tính của quan hệ (Cardinality of Relationships) là số bản ghi của một
thực thể có thể hoặc phải được liên kết với từng bản ghi của một thực thể khác.
Bao gồm:
Một – Một (1 – 1): mỗi thực thể trong mối quan hệ sẽ có chính xác một thực thể
liên quan.
Một – nhiều(1 – N): một thực thể ở một bên của mối quan hệ có thể có nhiều
thực thể liên quan, nhưng một thực thể ở phía bên kia sẽ có tối đa một thực thể
liên quan.
Nhiều - nhiều (N - N): các thực thể ở cả hai phía của mối quan hệ có thể có
nhiều thực thể liên quan ở phía bên kia.
38
Thuộc tính của quan hệ
(Cardinality of Relationships)
Mối quan hệ một – một (1 - 1)
Kết hôn
39
Thuộc tính của quan hệ
(Cardinality of Relationships)
Mối quan hệ một – nhiều (1 – N)
Quản lý
40
Thuộc tính của quan hệ
(Cardinality of Relationships)
Mối quan hệ nhiều – nhiều (N - N)
Tham gia
41
Thuộc tính của quan hệ (Ký hiệu)
Kết hợp giữa thuộc tính và thứ bậc của quan hệ: quan hệ nhị phân
Phụ trách
Bao gồm
Một – một
Một – nhiều
Đăng ký
Nhiều – nhiều
42
Thuộc tính của quan hệ (Ký hiệu)
Kết hợp giữa thuộc tính và thứ bậc của quan hệ: quan hệ đơn nhất
Kết hôn
Một – một
Đứng sau
Quản lý
Một – nhiều
Một – một
43
Bài tập
Xác định mối quan hệ giữa thực thể SINH VIÊN và thực thể KHÓA HỌC:
▪ Mỗi sinh viên có thể đăng ký nhiều khóa học
▪ Một khóa học có thể có nhiều sinh viên
STUDENT
StudentID
Name
Major
Campus_Address
COURSE
Registed_for
CourseID
Title
44
Thuộc tính ràng buộc
(Cardinality Constraints​)
Thuộc tính ràng buộc - số phiên bản của một thực thể có thể hoặc phải được quan hệ
với từng phiên bản của một thực thể khác.
Tối thiểu: một
Tối đa: một
Tối thiểu: không
Tối đa: một
Tối thiểu: một
Tối đa: nhiều
Tối thiểu: không
Tối đa: nhiều
Thuộc tính tối đa
Thuộc tính tối thiểu
45
Ví dụ
STUDENT
StudentID
Name
Major
Campus_Address
COURSE
Registed_for
CourseID
Title
Một sinh viên có thể đăng ký không hoặc nhiều khóa học
STUDENT
StudentID
Name
Major
Campus_Address
COURSE
Registed_for
CourseID
Title
Một khóa học phải được đăng ký bởi ít nhất một (hoặc nhiều) sinh viên
46
Bài tập
Thêm ký hiệu thuộc tính tối đa và tối thiểu cho hình dưới đây dựa trên các
ràng buộc đã được học.
1. Một nhân viên được quản lý bởi không/một
quản lý.
2. Một nhân viên quản lý không/một/nhiều nhân
viên khác
1. Một sản phẩm thuộc một dây chuyền sản
xuất
2. Một dây chuyền sản xuất chứa ít nhất
một sản phẩm
47
Thiết kế cơ sở dữ liệu
Phần 4: Ánh xạ thực thể quan hệ (ER) (1)
Quy trình thiết kế cơ sở dữ liệu
Khảo sát nhu cầu
và các nguyên tắc
trong kinh doanh
Mô hình
khái niệm
Mô hình logic
Mô hình vật lý
Mô hình dữ liệu
49
Thiết kế mô hình logic
Thiết kế mô hình khái niệm
▪ Hiểu yêu cầu lưu trữ và truy cập dữ liệu.
▪ Không có mối quan hệ trực tiếp với các cơ sở dữ liệu.
Thiết kế mô hình logic
▪ Ánh xạ mô hình khái niệm được yêu cầu vào mô hình dữ liệu (Data Modeling)
quan hệ với hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu.
▪ Tập trung vào mô hình hóa dữ liệu quan hệ.
50
Mô hình thực thể quan hệ (ER Model)
▪
▪
▪
▪
Quan hệ (bảng) tương ứng với các loại thực thể.
Các hàng tương ứng với các trường thực thể.
Các cột tương ứng với các thuộc tính.
GHI CHÚ: Relation – mối quan hệ (trong cơ sở dữ liệu quan hệ) KHÔNG giống với
Relation – quan hệ (trong mô hình ER)
51
Nhắc lại: Cơ sở dữ liệu quan hệ
Khóa chính (Primary Key): một thuộc tính (hoặc kết hợp các thuộc tính) chỉ có duy
nhất mỗi hàng trong một mối quan hệ.
• Khóa chính đơn (trường đơn)
• Khóa chính phức hợp (nhiều trường)
Khóa ngoại (Foreign Key): một thuộc tính (hoặc kết hợp các thuộc tính) trong một
mối quan hệ là khóa chính cho một mối quan hệ khác.
52
Ánh xạ sơ đồ ER vào các mối quan hệ
Ánh xạ ER tới các đối tượng cơ sở dữ liệu:
1. Ánh xạ thực thể quan hệ thông thường (Regular entities)
2. Ánh xạ thực thể quan hệ nhị phân (Binary relationships)
3. Ánh xạ thực thể kết hợp (Associative entities)
4. Ánh xạ thực thể quan hệ đơn nhất (Unary relationships)
5. Ánh xạ thực thể quan hệ bậc ba (Ternary relationships)
53
Ánh xạ các thực thể thông thường vào các mối quan hệ
(Mapping regular entities to relations)
Ánh xạ thực thể quan hệ thông thường
▪ Các thuộc tính đơn giản: Thuộc tính ER ánh xạ trực tiếp lên mối quan hệ
▪ Thuộc tính phức hợp: Chỉ sử dụng các thuộc tính thành phần đơn giản của chúng
▪ Thuộc tính đa giá trị: mỗi thuộc tính trở thành một mối quan hệ riêng biệt với khóa
ngoại được lấy từ thực thể cấp trên
54
Ánh xạ các thực thể thông thường vào các mối quan hệ
(Mapping regular entities to relations)
Thực thể CUSTOMER với các thuộc tính đơn giản → quan hệ CUSTOMER
Thực thể CUSTOMER có thuộc tính phức hợp
Thuộc tính
phức hợp
55
Ánh xạ các thực thể thông thường vào các mối quan hệ
(Mapping regular entities to relations)
Thực thể CUSTOMER với các thuộc tính đa giá trị
Thuộc tính đa giá trị
▪ Thuộc tính đa giá trị trở thành một mối quan hệ
riêng biệt với khóa ngoại
▪ quan hệ một - nhiều giữa EMPLOYEE và
EMPLOYEE_SKILL
56
Ánh xạ thực thể quan hệ nhị phân
(Mapping binary relationships)
▪ Một – Nhiều: khóa chính ở một bên trở thành khóa ngoại ở nhiều bên
▪ Nhiều – Nhiều: tạo mối quan hệ mới với các khóa chính của hai thực thể
làm khóa chính của nó.
▪ Một – Một: khóa chính ở phía bắt buộc trở thành khóa ngoại ở phía tùy
chọn
57
Ánh xạ thực thể quan hệ nhị phân
(Mapping binary relationships)
Một – Nhiều
Khóa ngoại
58
Ánh xạ thực thể quan hệ nhị phân
(Mapping binary relationships)
Một – Một
Khóa ngoại
khóa ngoại là cơ sở thứ 2 để xdd vị trí của 1 giá trị
59
Ánh xạ thực thể quan hệ nhị phân
(Mapping binary relationships)
Nhiều - Nhiều
tạo thêm 1 bảng phụ nữa vs 2 khóa chính của 2 bảng trước và mqh giữa 2 bảng
Composite primary key
Foreign key
Foreign key
60
Bài tập
Ánh xạ thực thể quan hệ nhị phân
61
Tóm tắt lại kiến thức buổi học
Các khái niệm chính
•
•
•
•
•
Quy tắc kinh doanh
Thực thể
Loại thực thể/Phiên bản thực thể
Thuộc tính
Giá trị nhận dạng (thuộc tính
chính)
• Mối quan hệ
• Loại quan hệ
• Thuộc tính của quan hệ
Mô hình thực thể quan hệ
• Sử dụng mô hình thực thể
quan hệ để để đại diện cho
dữ liệu
• Các thực thể trong môi
trường kinh doanh
• Mối quan hệ giữa các thực
thể
• Thuộc tính của thực thể và
mối quan hệ
62
Tài liệu tham khảo
• Chapter 4,5,6 – "Beginning Database Design solutions" by Wrox Programmer
• Part 2 - Conceptual Data Modeling and Database Design - "Fundamentals of
Database Systems" by Ramez Elmasri, Shamkant B. Navathe
• Chapter 7 - Part 2 - Database Design and the E-R Model - "Database System
Concepts" by Abraham Silberschatz, Henry F. Korth, and S. Sudarshan
63
Thiết kế cơ sở dữ liệu
Giải đáp thắc mắc
XIN CẢM ƠN !