实体关系图：如何表示层级结构？（自引用/连接表）

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2025-01-07 09:58:23

实体关系图中如何表示层级结构

数据库设计中，层级结构的表示是一个常见的需求。以超市商品为例，商品分为不同的类别，类别又可细分为子类别。这些类别和子类别构成一个层级关系。如何准确、有效地在实体关系图（ER 图）中体现这种层级结构？我们来探讨几种可行方案。

自引用外键

一个直接且常见的办法是利用自引用外键。在一个类别（Category）表中，增加一个外键 parent_category_id ，这个外键引用本表的主键 category_id。

核心思想

每个类别，除了顶级类别，都关联一个父类别。这样就构成了一个树状结构，可以清晰表示类别间的层级关系。顶级的类别，则将 parent_category_id 置空即可。

优势

这种方法相对简洁、实现成本低、易于理解。不需要额外的表或特殊的数据库技术。对于大多数层级结构简单的场景都适用。

代码示例 (SQL)

CREATE TABLE Category (
    category_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    category_name VARCHAR(255) NOT NULL,
    parent_category_id INT,
    FOREIGN KEY (parent_category_id) REFERENCES Category(category_id)
);

CREATE TABLE Product (
    product_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    product_name VARCHAR(255) NOT NULL,
    category_id INT NOT NULL,
    FOREIGN KEY (category_id) REFERENCES Category(category_id)
);

操作步骤

创建 Category 表，包含 category_id, category_name 和 parent_category_id 列。
设置 parent_category_id 外键，引用自身的 category_id。
创建 Product 表，通过 category_id 关联到 Category 表。
在 Category 表中插入数据时，子类别记录的 parent_category_id 列应设置为对应的父类别id，根节点 parent_category_id 设置为 null。

安全建议

为了保证数据完整性，应设置 parent_category_id 列的非空约束，以便明确类别必须属于一个父类别，从而更精细的表达数据的完整性。对于 Product 表的 category_id 外键，推荐设置 ON DELETE RESTRICT 或 ON DELETE CASCADE，避免出现外键关联问题，例如：当 category 表里的记录被删除后，Product 表里依然有这个被删除的类别 id.

使用连接表

有时为了满足更多的关系属性或者避免过度自引用，可以使用一个连接表（junction table）来表示层级关系。连接表 CategoryHierarchy 存储父类别ID super_category_id 和子类别ID sub_category_id 之间的关联关系。

核心思想

此方法在自引用外键的基础上做了拓展。当除了维护层级结构本身之外，还需要维护额外的属性（例如子类的权重、排列顺序）等属性，可以考虑使用连接表。

优势

相较于单一的自引用外键，此方法提供了更大的灵活性和扩展性，易于调整结构和记录关系属性。

代码示例 (SQL)

CREATE TABLE Category (
    category_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    category_name VARCHAR(255) NOT NULL
);


CREATE TABLE CategoryHierarchy (
  super_category_id INT NOT NULL,
  sub_category_id INT NOT NULL,
  PRIMARY KEY (super_category_id, sub_category_id),
  FOREIGN KEY (super_category_id) REFERENCES Category(category_id),
  FOREIGN KEY (sub_category_id) REFERENCES Category(category_id)
);


CREATE TABLE Product (
    product_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    product_name VARCHAR(255) NOT NULL,
    category_id INT NOT NULL,
    FOREIGN KEY (category_id) REFERENCES Category(category_id)
);

操作步骤

创建 Category 表，存储类别基本信息（不包含层级关系信息）。
创建 CategoryHierarchy 表，包含 super_category_id 和 sub_category_id 两列，并且设置为主键。并建立相应的外键，分别指向 Category 表的 category_id。
创建 Product 表，通过 category_id 关联到 Category 表。
往 CategoryHierarchy 表插入数据，维护层级结构。

安全建议

为避免 CategoryHierarchy 中出现重复记录，可以设置复合主键；为了避免子类别不能加入到自身父类别，建议使用触发器来防止该种情况的发生。

IS-A 关系与层级关系

“IS-A” 关系通常用于表示面向对象编程中的继承关系。直接将 "IS-A" 应用于数据库建模的层级结构可能并非最自然、最简洁的方式，例如帖子中贴出来的关系图，反而会使得设计复杂，不够灵活，不利于扩展维护。使用上面的方案，更符合数据建模的最佳实践。

如何确定子类别数量

确定每个父类别下子类别数量可通过以下 SQL 查询实现。无论哪种模型（自引用外键、连接表），基本逻辑一致。这里以自引用外键为例：

SELECT c1.category_name AS SuperCategory, COUNT(c2.category_id) AS SubCategoryCount
FROM Category c1
LEFT JOIN Category c2 ON c2.parent_category_id = c1.category_id
WHERE c1.parent_category_id IS NULL
GROUP BY c1.category_id, c1.category_name;