第3章关系数据模型(基本概念和ER转换)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,返回,2,关系模型,1,三种,主要的数据模型：,层次模型,网状模型,关系模型,其中,关系模型,简单灵活，并有着坚实的理论基础，已成为当前,最流行,的数据模型。,本章主要讲述,:,关系数据库的基本概念,关系的定义和性质,E/R,到关系的转换,2.1,引子,2,层次模型,用,树型（层次）,结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为层次模型（,hierarchical model,）。,层次模型的特点是：记录之间的联系通过,指针,来实现，查询效率较高。,与文件系统的数据管理方式相比，层次模型是一个飞跃，用户和设计者面对的是逻辑数据而不是物理数据，用户不必花费大量的精力考虑数据的物理细节。逻辑数据与物理数据之间的转换由,DBMS,完成。,层次模型有两个缺点：,一是只能表示,1:N,联系，虽然系统有多种辅助手段实现,M:N,联系但较复杂，用户不易掌握；,二是由于层次顺序的严格和复杂，引起数据的查询和更新操作很复杂，因此应用程序的编写也比较复杂。,3,网状模型,用,有向图结构,表示实体类型及实体间联系的数据模型称为网状模型（,network model,）。,网状模型的特点是：记录之间联系通过,指针,实现，,M:N,联系也容易实现（一个,M:N,联系可拆成两个,1:N,联系），查询效率较高。,网状模型的缺点是：数据结构复杂和编程复杂。,4,2.2,关系模型由来,关系模型是发展较晚的一种模型，,1970,年美国,IBM,公司的研究员,E.F.Codd,首次提出了数据库系统的关系模型。,他发表了题为“大型共享数据银行数据的关系模型”（,A Relation Model of Data for Large Shared Data Banks,）,在文中解释了关系模型，定义了某些关系代数运算，研究了数据的函数相关性，定义了关系的第三范式，从而开创了数据库的关系方法和数据规范化理论的研究，,他为此获得了,1981,年的图灵奖。,此后许多人把研究方向转到关系方法上，陆续出现了关系数据库系统。,1977,年,IBM,公司研制的关系数据库的代表,System R,开始运行，其后又进行了不断的改进和扩充，出现了基于,System R,的数据库系统,SQL/DB,。,5,20,世纪,80,年代以来，计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型，非关系系统的产品也都加上了关系接口。,数据库领域当前的研究工作也都是以关系方法为基础。,关系数据库,已成为目前,应用最广泛,的数据库系统，如现在广泛使用的小型数据库系统,Foxpro,、,Acess,，大型数据库系统,Oracle,、,Informix,、,Sybase,、,SQL Server,等都是关系数据库系统。,6,1.,关系模型的基本概念,关系模型的数据结构是一个“二维表框架”组成的集合，每个二维表又可称为,关系,，所以关系模型是“关系框架”的集合。,关系模型与层次模型、网状模型不同，它是建立在,严格的数学概念,之上的。,表？熟悉，是不是很简单啊？,7,提问,【,要求,】,：构建一用来描述在校学生的数据库，要求记录的学生如下属性：学号、姓名、年龄、系别。,此设计很好的将学号、姓名、年龄、系别属性记录了下来，并且支持检索、插入、删除、更新操作。然而这是不是一个完美的设计呢？,8,再提问,问题,1,：学校有几个系？（答：,3,个）,问题,2,：经管系有几个学生？（答：,2,个）,问题你是怎么知道的？数出来的？！,问题,1,的答案是通过去掉系别列中的重复行后，数一数剩余的行数得到的。问题,2,的答案是通过数一数系别为经管系的行数得到的。,9,新要求,如下几个要求：,1,、学校开设一个新的系,艺术系,，然而艺术系的学生要等到两个月后才能招进来。,2,、李四毕业了，不再是,在校学生,了，将其删除。,3,、经管系现要更名成,经济管理学院,。,如何插入一个没有学生的系呢？这是一个两难的问题。由于学校有艺术系，为了能够在检索,学校有几个系,时检索到,4,，我们不得不插入一行，该行的系别字段记录上,艺术系,，而艺术系没有学生，所以我们还得让学号、姓名、年龄字段空着,10,插入艺术系,问,“,艺术系有几个学生,”,？数？不行。解题逻辑发生变化：如果人数为,1,，判断学号、姓名、年龄是否为空，如果为空则为,0,人，否则为,1,人。,删除操作：如果把李四一行删除,机械系没有了！所以也不得不修改删除逻辑，如果某系只剩下最后一条记录，就不能删除了，而起清空学号、姓名、年龄字段的内容，这么做好吗？,更新操作：经管系更名需要修改两行数据，假设刚刚修改完第一行，正要修改下一行，停电死机，当你下次开机后：经管系、经济管理学院各一个,11,解决问题,拆分成两个实体：学生、院系,规范化：将大表分解为小表的过程，目的是消除冗余和重复数据，并避免插入、修改和删除时出现问题,用范式进行规范化，范式有第一范式、第二范式、第三范式、第四范式、第五范式等,12,关系数据库基本概念实例,教学数据库的关系模型及其实例，包含五个关系：教师关系,T,、学生关系,S,、课程关系,C,、选课关系,SC,和授课关系,TC,，分别对应五张表。,下面以其为例，介绍关系模型中所涉及的一些基本概念。,13,T,（教师表）,TNO,教师号,TN,姓名,SEX,性别,AGE,年龄,PROF,职称,SAL,工资,COMM,岗位津贴,DEPT,系别,T1,李力,男,47,教授,1500,3000,计算机,T2,王平,女,28,讲师,800,1200,信息,T3,刘伟,男,30,讲师,900,1200,计算机,T4,张雪,女,51,教授,1600,3000,自动化,T5,张兰,女,39,副教授,1300,2000,信息,14,S,（,学生表）,SNO,学号,SN,姓名,SEX,性别,AGE,年龄,DEPT,系别,S1,赵亦,女,17,计算机,S2,钱尔,男,18,信息,S3,孙珊,女,20,信息,S4,李思,男,21,自动化,S5,周武,男,19,计算机,S6,吴丽,女,20,自动化,15,C,（,课程表）,CNO,课程号,CN,课程名,CT,课时,C1,程序设计,60,C2,微机原理,80,C3,数字逻辑,60,C4,数据结构,80,C5,数据库,60,C6,编译原理,60,C7,操作系统,60,16,SC,（,选课表）,TC,（,授课表）,SNO,学号,CNO,课程号,SCORE,成绩,TNO,教师号,CNO,课程号,S1,C1,90,T1,C1,S1,C2,85,T1,C4,S2,C5,57,T2,C5,S2,C6,80,T3,C1,S2,C7,T3,C5,S2,C5,70,T4,C2,S3,C1,0,T4,C3,S3,C2,70,T5,C5,S3,C4,85,T5,C7,S4,C1,93,S4,C2,85,S4,C3,83,S5,C2,89,17,（,1,）关系（,Relation,）,一个关系对应一张二维表，如图的五张表对应五个关系。,（,2,）元组（,Tuple,）,表格中的一行，如,S,表中的一个学生记录即为一个元组。,（,3,）属性（,Attribute,）,表格中的一列，相当于记录中的一个,字段,，如,S,表中有五个属性（学号，姓名，性别，年龄，系别）。,（,4,）关键字（,Key,）,可唯一标识元组的属性或属性集，也称为,关系键,或,码,，,如,S,表中学号可以唯一确定一个学生，为学生关系的主码,/,主关键字,。,18,（,5,）域（,Domain,）,属性的取值范围，如年龄的域是（,1440,）,性别的域是（男，女）。,（,6,）分量,每一行对应的列的属性值，即元组中的一个属性值，如学号、姓名、年龄等均是一个分量。,（,7,）关系模式,对关系的描述，一般表示为：关系名（属性,1,，属性,2,，,属性,n,），,如：学生（学号，姓名，性别，年龄，系别）。,19,在关系模型中，实体是用关系来表示的，如：,学生（学号，姓名，性别，年龄，系别）,课程（课程号，课程名，课时）,实体间的关系也是用关系来表示的，如,:,学生和课程之间的关系,选课关系（学号，课程号，成绩）,20,2.,关系模型的数据操纵,数据操纵,主要包括查询、插入、删除和修改数据，这些操作必须满足关系的完整性约束条件，即实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。,用户只要指出“干什么”，而不必详细说明“怎么干”，从而大大地提高了数据的独立性，提高了用户的生产率。,21,3,、关系模型的优缺点,关系模型的,优点,主要有：,（,1,）,与非关系模型不同，它有较强的数学理论根据。,（,2,）,数据结构简单、清晰，用户,易懂易用,，不仅用关系描述实体，而且用关系描述实体间的联系。,关系模型的,缺点,主要有：,查询效率往往不如非关系模型，因此，为了提高性能，必须对用户的查询表示进行优化，增加了开发数据库管理系统的负担。,22,1.,关系中属性的顺序是无关紧要的，即列的顺序可以任意交换。,交换时，应连同属性名一起交换，否则将得到不同的关系。,例如：关系,T1,作如下交换时，无任何影响，如下表所示：,性别,姓名,男,李力,女,王平,男,刘伟,2.3,关系的重要性质,23,而作如下交换时，不交换属性名，只交换,属性列,中的值，则,得到不同的关系,，如下表,:,姓名,性别,男,李力,女,王平,男,刘伟,24,2.,同一属性名下的各个属性值必须来自同一个域，是同一类型的数据,(,职业属性下面就应该是教师工人等,不能是男人女人,),。,3.,关系中各个属性必须有不同的名字，不同的属性可来自同一个域，即它们的分量可以取自同一个域。,例如，有如下表中关系，职业与兼职是两个不同的属性，但它们取自同一个域职业教师，工人，辅导员。,姓名,职业,兼职,张强,教师,辅导员,王丽,工人,教师,刘宁,教师,辅导员,25,4.,关系中每一分量必须是不可分的数据项,，或者说所有属性值都是原子的，即是一个确定的值，而不是值的集合。属性值可以为空值，表示“未知”或“不可使用”，即不可“表中有表”。满足此条件的关系称为,规范化关系,，否则称为,非规范化关系,。,例如，在表,2.8,中，籍贯含有省、市县两项，出现了“表中有表”的现象，则为非规范化关系，而把籍贯分成省、市县两列，将其规范化，如表,2.9,所示。,表,2.8,表,2.9,姓名,籍贯,姓名,省,市县,省,市县,张强,吉林,长春,张强,吉林,长春,王丽,山西,大同,王丽,山西,大同,26,E/R,到关系,实体集,Entity set-,关系,relation.,属性,Attributes-,属性,attributes.,关系,Relationships-,关系,例子：影星、电影、制造商（,30,页,/73,页）,实体集,:,影星、电影、制造商,属性：名字、年代、长度、地址、种类等等,关系：,stars,in,、,owns,。,实体集对应的转换结果：电影（练习）、影星（,3.11,）,关系转换的结果：,owns,（,3.12,）、,stars,in,（,3.13),注意：,73,页,3.2.2 R,的属性也是关系的属性,/R,涉及的键码也是,R,的属性,/,改名,27,课堂练习,62,页,3.1.1,28,2.4.1,候选键与关系键,能唯一标识关系中元组的属性或属性集，则称该属性或属性集为,候选键,(Candidate Key),，,也称,候选关键字,或,候选码,。如：,“学生关系”中的学号能唯一标识每一个学生，则属性,学号,是学生关系的候选键。,在“选课关系”中，只有属性的组合“学号,+,课程号”才能唯一地区分每一条选课记录，则属性集,“学号,+,课程号”,是选课关系的候选键。,2.4,关系的键,29,下面给出候选键的形式化定义：,设关系,R,有属性,A1,，,A2,，,An,，,其属性集,K=,（,Ai,，,Aj,，,Ak,），,当且仅当满足下列条件时，,K,被称为候选键：,1.,唯一性,（,U