Was ist ein Entity-Relationship-Diagramm? Ein vollständiger Leitfaden

Beim Entwerfen einer relationalen Datenbank erstellen Ingenieure ein Entity-Relationship-Diagramm, um darzustellen, wie verschiedene Datenstücke miteinander in Beziehung stehen. Diese Diagramme bieten eine klare Visualisierung der Datenbeziehungen und erleichtern das Verständnis der Gesamtstruktur.

ERD ermöglicht es den Beteiligten, zu überprüfen, ob das Design eines Informationssystems mit den Geschäftsanforderungen übereinstimmt, bevor es in die Entwicklung geht. Es ermöglicht Entwicklern auch, relationale Datenbanken zu erstellen, die den Anforderungen an die Datenspeicherung entsprechen.

Die Entitäten können Personen, Objekte oder Ursachen sein. Sie werden in einem ERD mit verschiedenen Formen dargestellt, wie Ovale, Rechtecke oder Rauten, und Verbindungslinien, die verschiedene Beziehungen und ihre Schlüsselattribute veranschaulichen.

Ingenieure und Datenbank-Architekten kombinieren oft ERD mit Datenstrukturdiagrammen (DSD). Während sich ERDs auf die Beziehungen zwischen Entitäten konzentrieren, heben DSDs die Beziehungen zwischen verschiedenen Elementen von Entitäten hervor und helfen, den Informationsfluss zu beschreiben.

Der Bedarf an ERDs in DBMS

Stellen Sie sich vor, Sie bauen eine komplexe E-Commerce-Plattform, auf der Kunden Produkte durchsuchen, in einen Warenkorb legen und Einkäufe tätigen können.

Im Hintergrund sorgt eine gut strukturierte Datenbanktabelle dafür, dass alle Daten – von Kundendetails bis hin zu Produktbeständen – organisiert und leicht zugänglich sind. ERD visualisiert die Beziehungen zwischen verschiedenen Datenentitäten und macht das Datenbankdesign reibungsloser und effizienter.

• Datenbeziehungen klären: Ein Entity-Relationship-Modell zeigt, wie verschiedene Datenentitäten miteinander in Beziehung stehen, hilft Teams, die komplexen Interaktionen zwischen Tabellen zu verstehen und reduziert Fehler im Datenbankdesign.
• Datenintegrität sicherstellen: ERDs helfen, die Datenkonsistenz aufrechtzuerhalten und Probleme wie verwaiste Datensätze oder redundante Daten zu verhindern, indem sie Einschränkungen wie Primär- und Fremdschlüssel darstellen.
• Kommunikation erleichtern: ERDs bieten eine visuelle Darstellung der Datenbank, die es erleichtert, die Datenbankstruktur an nicht-technische Beteiligte wie Business-Analysten oder Produktmanager zu kommunizieren.
• Skalierbarkeit und Wartung verbessern: Mit ERDs können Entwickler potenzielle Datenbankprobleme vorhersehen, wenn das System skaliert wird, und sicherstellen, dass Beziehungen und Datenfluss klar bleiben, auch wenn neue Funktionen oder Entitäten hinzugefügt werden.

Komponenten eines Entity-Relationship-Diagramms

Entitäten, Beziehungen, Attribute und Kardinalität sind die Hauptkomponenten eines ERD-Datenflussdiagramms.

Entität

Eine Entität ist alles, worüber Daten gespeichert werden können. Einfach ausgedrückt, es ist das, was Sie definieren können – zum Beispiel ein Objekt, eine Person oder ein Konzept. Es ist ein Substantiv, das in einer rechteckigen Form dargestellt wird.

┌────────────┐  
│  Entität                                           │  
└────────────┘  

Ein Entitätstyp ist eine Gruppe von definierbaren Dingen. Ebenso ist eine Entitätsmenge dasselbe wie ein Entitätstyp, jedoch zu einem bestimmten Zeitpunkt definiert. Zum Beispiel ist „Kunden“ ein Entitätstyp und „Kunden, die sich gestern angemeldet haben“ eine Entitätsmenge.

Entitäten können in drei Haupttypen kategorisiert werden:

• Starke Entität: Kann mit ihren Attributen definiert werden.
• Schwache Entität: Kann nicht mit ihren Attributen definiert werden.
• Assoziative Entität: Sie assoziieren Entitäten innerhalb einer Entitätsmenge.

Wenn ein Attribut eine Entität innerhalb einer Entitätsmenge eindeutig definiert, wird es als Entitätsschlüssel bezeichnet. Es gibt drei Arten davon. Wenn ein oder mehrere Attribute eine Entität in einer Entitätsmenge definieren, ist es ein Superschlüssel. Wenn ein Datenbankdesigner einen Schlüssel eindeutig auswählt, um eine Entität innerhalb einer Menge zu repräsentieren, ist es der Primärschlüssel. Schließlich identifizieren Fremdschlüssel Beziehungen zwischen verschiedenen Entitäten.

Beziehungen

Beziehungen sind Verben, die darstellen, wie Entitäten verbunden sind. Zum Beispiel in dem Satz „Sarah wird über ihr Telefon bezahlen“, sind die Entitäten „Sarah“ und „Telefon“ durch den Akt des Bezahlens verbunden.

   ________
  /                  \
/                      \
|     REL            |
 \                     /
  \_______/

In einem ERD werden Beziehungen oft als Rauten oder Beschriftungen auf Verbindungslinien dargestellt. Manchmal kann man auf eine rekursive Beziehung stoßen, bei der dieselbe Entität mehr als einmal an einer Beziehung beteiligt ist.

Attribut

Attribute werden oft in einem Oval oder einem Kreis dargestellt. Sie können eine Qualität, Eigenschaft oder ein Merkmal einer Entität sein. Wenn ein Attribut die Eigenschaft oder Merkmale einer Beziehung beschreibt, wird es als beschreibendes Attribut bezeichnet.

   ________
 /                    \
|   Attribut  |
 \________/

Es gibt verschiedene Kategorien von Attributen:

• Einfach: Ihr Wert kann nicht weiter unterteilt werden – zum Beispiel eine Kreditkartennummer.
• Abgeleitet: Der Wert dieser Attribute wird aus verschiedenen Attributen abgeleitet, wie Alter, das aus einem Geburtsdatum abgeleitet wird.
• Zusammengesetzt: Dies sind Unterattribute eines Attributs. Zum Beispiel umfasst die Adresse eines Studenten eine Hausnummer.
• Einzelwert: Sie haben nur einen Wert, wie Alter.
• Mehrwertig: Diese Attribute können mehrere Werte haben, wie eine Person, die zwei Handynummern hat.

Kardinalität

Kardinalität beschreibt die Anzahl der Beziehungen oder Instanzen zwischen Entitäten. Sie wird normalerweise als Verhältnis in Symbolen ausgedrückt, die als Krähenfuß bezeichnet werden und eins-zu-eins oder eins-zu-viele sein können.

Eine eins-zu-eins-Beziehung besteht zwischen einem Lehrer und seiner Postadresse. Ebenso sehen Sie eine eins-zu-viele-Beziehung zwischen Schülern und ihren Fächern, die auch als viele-zu-eins-Beziehung betrachtet werden kann, da Fächer eine einzelne Linie zurück zum Schüler haben.

Schließlich können viele-zu-viele-Beziehungen Schüler sein, die von mehreren Lehrern lernen. Die Gruppe der Lehrer ist wiederum mit vielen Schülern verbunden.

Darstellung von ER-Komponenten als Wortarten

Sie können Wortarten verwenden, um ER-Komponenten darzustellen, zum Beispiel:

• Ein Eigenname wie Sarah wäre eine Entität.
• Ein Gattungsname wird ein Entitätstyp sein, wie Lehrer.
• Ein Verb entspricht dem Beziehungstyp.
• Adjektive sind Attribute einer Entität.
• Adverbien sind beschreibende Attribute, die die Eigenschaften einer Beziehung vermitteln.

Wie man ein einfaches Entity-Relationship-Diagramm erstellt

Bevor wir tiefer in die Erstellung eines Entity-Relationship-Diagramms eintauchen, ist es wichtig zu verstehen, wie sie dargestellt werden.

Ein ERD kann mit drei Arten von Datenmodellen dargestellt werden:

• Konzeptionelles Datenmodell: Fehlt spezifische Details, gibt aber einen Überblick über den Projektumfang der Datenbank und beschreibt, wie Datensätze miteinander in Beziehung stehen.
• Logisches Datenmodell: Beschreibt bestimmte Attribute und Beziehungen zwischen Datenpunkten. Es ist detaillierter als ein konzeptionelles Datenmodell und dient als Grundlage für ein physisches Datenmodell.
• Physisches Datenmodell: Bietet einen Bauplan der relationalen Datenbank.

Mit diesem Verständnis gehen wir die Schritte durch, die Ihnen helfen, ein relationales Datenmodell zu erstellen.

1. Entscheiden Sie über den Zweck und den Umfang des Informationssystemprojekts, an dem Sie arbeiten. Verstehen Sie, was Sie modellieren.
2. Finden Sie die beteiligten Entitäten und zeichnen Sie sie mit abgerundeten Rechtecken und entsprechenden Beschriftungen.
3. Bestimmen Sie, wie Entitäten miteinander verbunden sind und zeichnen Sie Linien, um diese Beziehungen darzustellen. Diese Beziehungen würden mit der Rautenform beschriftet.
4. Fügen Sie Details hinzu, indem Sie Entitätsattribute einbeziehen und die ovale Form verwenden.
5. Stellen Sie die Beziehungen dar als eins-zu-eins, eins-zu-viele oder viele-zu-viele, wie erforderlich.

Hier ist ein Beispiel für ein ERD, das Sie als Referenz verwenden können.

Quelle: Research Gate

Verwendungsfälle von Entity-Relationship-Diagrammen

Nachfolgend sind einige bemerkenswerte Anwendungsfälle von Entity-Relationship-Diagrammen aufgeführt.

Entwerfen von relationalen Datenbanken

ERDs helfen, eine Datenbank mit Logik und relevanten Geschäftsregeln zu modellieren. Diese Diagramme helfen Projekt-Beteiligten, die Anforderungen an ein Informationssystem zu verstehen und später dem Team zu helfen, das Design in eine Datenbank zu transformieren.

Stellen Sie sich zum Beispiel vor, eine Fluggesellschaft möchte ihr Buchungssystem modellieren. Die Entitäten könnten Flug, Passagier und Ticket umfassen, und die Beziehungen könnten beschreiben, wie Passagiere Flugtickets buchen. Ein ERD hilft dem Entwicklungsteam zu verstehen, wie diese Beziehungen strukturiert werden sollen, bevor die eigentliche Datenbank erstellt wird.

Fehlerbehebung in einer Datenbank

Entity-Relationship-Diagramme helfen Ingenieuren, eine bestehende Datenbank zu analysieren und die Beziehungen zwischen Entitäten und ihren Attributen zu verstehen. Wenn Probleme auftreten, helfen diese Diagramme Ingenieuren, die Ursache zu finden und eine schnelle Lösung zu erleichtern.

Zum Beispiel, wenn eine E-Commerce-Website Probleme mit der Bestandsverwaltung hat, hilft ein ERD Ingenieuren, die Beziehungen zwischen Produkten, Bestellungen und Lieferanten zu verfolgen, um zu identifizieren, wo der Datenfluss unterbrochen wird. Entwickler können das Problem schnell isolieren und lösen, indem sie die Entitäten und Beziehungen identifizieren.

Diese beiden sind die primären Anwendungsfälle des ERD. Zusätzlich kann ERD verwendet werden, um Geschäftsinformationssysteme zu entwerfen oder im Business Process Reengineering (BPR), wo ERDs den Prozess des Modellierens oder Reengineerings eines bestehenden Geschäftsinformationssystems vereinfachen.

Insgesamt sind ERDs für Ingenieure beim Entwerfen relationaler Datenbanken von entscheidender Bedeutung.

Herausforderungen des Entity-Relationship-Diagramms

Es ist wichtig, die folgenden Herausforderungen im Auge zu behalten, wenn man mit einem Entity-Relationship-Diagramm arbeitet.

• Obwohl Entity-Relationship-Diagramme beim Entwerfen einer Datenbank oder beim Beheben von Fehlern von unschätzbarem Wert sind, sind sie schwierig zu verwenden, wenn man mit unstrukturierten oder semi-strukturierten Daten arbeitet. Es sei denn, die Daten sind in verschiedene Felder, Zeilen und Spalten organisiert, werden ERDs nicht hilfreich sein.
• Entity-Relationship-Diagramme funktionieren nur für relationale Daten, bei denen sie die relationale Struktur darstellen.
• Andererseits kann die Verwendung von ER-Modellen herausfordernd sein, wenn Sie planen, sie in eine bestehende Datenbank zu integrieren, insbesondere wenn die Datenbank eine andere Architektur hat. In solchen Fällen wäre es schwierig, Entitätsbeziehungen richtig darzustellen.

Best Practices für die Erstellung von ERDs

Wenn Sie mit ERDs arbeiten, ist es am besten, sich an diese Praktiken zu halten, um Nacharbeit oder unnötiges Hin und Her mit dem Team zu vermeiden.

• Einigen Sie sich auf das Datenmodell, das Sie zeichnen möchten. Entscheiden Sie, was für Ihren Zweck notwendig ist. Sie können sich für eines der konzeptionellen, logischen oder physischen Datenmodelle entscheiden.
• Seien Sie konsistent mit der Notation, die Sie verwenden, um Entitäten, ihre Beziehungen, Attribute und Kardinalität darzustellen.
• Beteiligen Sie die Stakeholder beim Modellieren der Datenbank, um sicherzustellen, dass alle mit den Geschäftsanforderungen übereinstimmen.
• Achten Sie auf Inkonsistenzen, wie fehlende Entitäten, Beziehungsinformationen oder Attribute, wenn Sie ein Problem mit einer relationalen Datenbank beheben.
• Stellen Sie die Beschriftung der Entitäten und Beziehungen sicher, aber überkomplizieren Sie sie nicht mit unnötigen Details.
• Lassen Sie das ERD Ihre Anforderungen an die Datenspeicherung unterstützen und aktualisieren, während sich das System weiterentwickelt.

Effizienz durch Planung steigern

ERDs bieten eine klare Möglichkeit, Daten zu visualisieren. Sie erleichtern es, zu zeigen, wie das Datenbanksystem in Bezug auf seine Architektur aussehen würde, und Feedback vom Team zu erhalten. Dies hilft, Fehler zu vermeiden, die später aufgrund von Missverständnissen der Stakeholder oder Scope Creep auftreten könnten.

Darüber hinaus hilft die visuelle Planung der Datenbankstruktur, Engpässe zu beseitigen, die während der Entwicklung auftreten könnten. Es ermöglicht dem Entwicklungsteam effizienter zu arbeiten, wenn keine ständige Brandbekämpfung erforderlich ist.

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