数据库关系模型及完整性

设计理论关系 型与完整性制作人：赵颗 1、数据和信息 2、数据描述 3、实体一联系模型（ER Entity-Relationship 4、数据模型 5、关系数据模型与完整性K数据和信息矗信息4-信息是关于现实世界事物存在的方式或运动状态反映的综合。（-信息是一种资源，它与能源、材料一起构成客观世界的三大因素。寸 -人类有意识的对信息进行采集并加工，传递，从而形成各种消息，情 报，指令，数据等。/ V1数据-数据是描述客观事物的文字，数字和符号，是客观事物的反映和记录-数据是信息的表现形式或载体，信息是数据的内涵和对数据的解释。：/数据“2000,“30%”被赋予了特定的语义，他们就具有了传递信息的功能。*比如：“ 2000年硕士研究生将扩招30%”，“2000年的销售额减少了30%” :数据处理-将数据转换成信息的过程，包括对数据的收集、存储、加工、 传输等一系列活动叫做数据处理，为了产生信息而处理数据。-信息、数据与数据处理的关系：信息（输出）二数据（原料）检索和+处理LV-在数据处理中，通常计算比较简单，而管理较复杂。数据库技术正是 瞄准这一目标研究、发展并完善起来的专门技术。2.数据描述数据的3种描述形式-在数据处理中首先要正确的描述数据-从事物的特性到计算机中的具体表示，数据实际上经历了三个现实世界-存在于人们头脑之外的客观世界，称为现实世界 -现实世界中的数据是原始数据，是数据库设计者的原材料 7：信息世界I I*-信息世界是现实世界在人们头脑中的反映，并用文字和符号记载下来I 机器世界（或计算机世界）/ :-信息世界的信息在机器世界中以数据形式存储订 J A制作人：赵颗制作人：赵颗现实世界收集、分类-信息世界(E.R表示)加工转换数III制作人：赵颗信息世界的数据描述术语实体勰霹东瞰器鶴实規黠警塩也可以是皿葩例如F生,实体集性质相同的同类实体的集合，称为实体集。例如所有的男学生，全足球锦标赛的所有比赛等属性实体有很多特性，每一个特性称为属性。每个属性有一个值域，其类型可以是整数型、 字符串型。例如学生有学号、姓名、年龄等属性，相应值域为字符串、字符串、实体键能唯一标识每个实体的属性或属性集，称为实体的键。例如学生的学号可以作关机器世界的数据描述术语字段标记实体属性的命名单位称为字段或数据项。它是可以命名的最小信息单位，所以又叫数据刀 或初等项。字段的命名往往和属性名相同。例如学生有学号、姓名、年龄、性别暫字段。记录襪蕭華緜为驢驟課謐府鐸所瞬覩淮隸靄黠針文件翳鹦驕豔魏融制鸚所以它又有可以定义为碎个实峥爾记录键4 能唯一标识文件中每个记录的字段或字段集，称为文件的键（或记录的键）。这个概念与实体集的键概念相对应。例如学生的学号可以作为学生记录的键。制作人：赵颗制作人：赵颗实体 属性 实体集 实体键实体内部的联系寸同一记录内部各字段间的联系实体与实体之间的联系记录之间的联系机器世界和信息世界的术语对应关系信息世界机器世界记录 字段（或数据项） 文件 记录键数据之间的联系-现实世界中事物是相互联系的。-这种联系必然要在信息世界中有所反映-联系又包括实体内部的联系（学生的年龄和生日相关）和实体之间的I 4 联系（学生和老师之间的联系）h r i L* ：实体的联系反映在数据上转换概念模型 E-R模型DBMS支持 申数据结巒 机器世界公.小信息世界人的认 识抽象 建模从现实世界到机器世界的过程3、实体-联系横31 （ER Entity-Relationship,信息模型H /-毎冬迄廻!愿设可码賞弐矍建立信屋単黑舸嬰率尊犁型塹遁关心的I问题进行模拟，叫做信息模型，用来在数据库中反映客观事实-信息模型有很多种，其中最为流行的一种是实体联系模型r矗实体联系模型由美籍华人陈平山于1976年提出-三要素（三个基本语义）：实体、属性、联系-刻划工具：实体联系图（ER图）用来形象的描述问题。-方法：ER方法，根据ER模型来设计数据库的方法制作人：赵颗A ir34.配R模型的概念及术语实体与实体类型-实体：可以相互区别客观事物和概念统一抽象，如：学生，打折，医疗f -实体类型：将具有共性的一类实体抽象为实体类型属性、域、实体键-属性：对实体特征的描述，属性又有类型和值-域：属性的取值范围/同一实体类型所有实体都有相同的属性类型及对应域I-实体键（实体标识符）:能唯一标识实体的属性或极小属性组属性分类：M性分类标准分类情况性质举例按组成分类生性别、颜色组合属性属性可以再出生日期、籍贯按取值分类单值属性对应域中的元素为单个值一个人的性别多值属性对应域中的元素为多不值一个人的学位实体与属性、原子属性与组合属性的划分存在一定的相对性，无绝对界线（这是由于描述事物彳、 的抽象层次不同或观察研究问题的角度不同而引起的）：颜色：R+G+B;H+S+B;C+M+Y+K 比;制作人:联系：实体之间的关系抽象为联系，分为3种1:1（一对一联系）l：n（对多联系）LOm：n（多对多联系）A中任意实体至多对应B中的一个实体反之E中的任意实体至多对应A中的一个实体B ；A: 口 A中至少有一个实体对应B中的多个实体，反之B中的任意实体至多对应A中的一个实体B / A；口A中任慧实体至有 个实体对应才中的多个实体，反之B中的任意实体至少对应A中的多个实体；A.；口观众与座位. 乘客与车票.学生与课程、 工厂与产品.商店与顾客城市与街道.宿舍与学生、 父亲与子女.班级与学生病人与病床. 学校与校长、灯泡与灯座3.2、ER图E-R图提供了表示实体表、属性和联系的方法，规定如下: 实体集：属性：联系:课程 A *用矩形框表示，框内写明实体名。用椭圆框表示，框内写明属性名，用一条无向线与 实体连接起来。用菱形框表示，框内写明联系名，并用无向线分别 关实体连接起来，同时在无向纟 图描述了三种联系类型的例子。班级班级学生11n班长学生在建立ER图的时候，应根据实际应用首先确定哪些是实体集，有多少个实体集， 其次确定实体集的属性，然后再确定这些实体集之间存在什么联系及联系的属性。制作人：赵颗例：现在我们完整地考虑一下学校教学管理中的教学情况。教学过程可由/ 学生、班级、课程、教师、讲授、选修、组成等方面构成。其中，幕生、八 班级、课程、厲师门实林，而讲授、选修、组成是实体集间的联系。Imr假设各属性如下:学生学号、姓名、性别、出生年月、入学成绩1班级班级号、班级名称、所属专业、组成时间、系别课程课程号、课程名称、学分教师职工号、姓名、性别、出生日期、职称选修成绩! JV学生对课程存在多对多的“选修”联系；教师对课程也是多对多的“讲授”联系；班级对学生是一对多的“组成”联系。 * I C下图给出了教学情况实体联系模型图，即教学情况ER图（班级号I班级名初所属专业I组成时间系别J班级课程号课程名粗-学分成绩课程学生职工号姓名性别虫生日期国教师职工号姓名性别出生日期职称实体联系方法是抽象和描述现实世界的有力工具，用ER图表示的概念Jl模型独立于具体的DBMS所支持的数据模型，它是各种数据模型的共同基础， 因而比数据模型更一般、更抽象、更接近于现实世界。制作人：赵颗属性的更详细的画法/-ER图中：带下划线的属性为实体键或实体键的一部分。组合属性用一 个树型表示。多值属性用虚线椭圆表示或标出。厂J关系型数据库系统丕能处理组合属性和多值属性的情况，实际操作时 要转化成原子属性和单值属性的情况。h i学生m选课n课程m任课n靱师学号10 60课程号52教:师号姓名成绩噪程名教师名年龄学分年龄性别职称籍贯劉1.2.2简化教学管理的买体联系蟆羽ER图-司机：驾驶证编号，名字，地址-汽车：车牌号，型号，出产日期-交通事故：事故编号，地点，日期-拥有：司机可以拥有汽车多对多关系-参与：一个交通事故中可有多个司机和汽车，另外还有事故损失制作人:例子-部门有部门职能的描述属性-职员有年龄、性别-项目有项目的描述属性-职员只能从属于一个部门 -职员可以参加项目-某些职员可以主管项目，一个项目只能有一个主管，某个 同时间主管了不同的项目-先不考虑部门和项目的关系制作人：赵颗4、数据模型数据模型-前面的ER模型用来表示信息世界-在计算机世界中，我们得采用数据模型来表示信息世界的东西ftJ *f K |-数据模型是对客观事物及其联系的数据描述，是实体联系模型的数据 化。它是数据库系统的核心。打V号-数据库管理系统是建立在一定的数据模型之上，根据数据模型实现在/) 计算机上存储、处理、表示、组织数据，不同的数据模型对应不同类I 型的数据库管理系统。现实世界收集、分类-信息世界(E.R表示)加工转换HI第机世界(DBMS支持的数据模型)MTt -kbb JCrl数据模型等于：数据的组织方法+数据操作集合+数据完整性集合-四种数据的组织方法和数据模型四种类型数据结构数据操作集合、完整性规则集合数据组织方亘(1)层次方法有序树或森林基于树结构的数据操作集含“完整性规则集合(2)网络方法图基于图结构的数据操作集合、完整性规则集合(3)关系方法二维表(关系)基于二维表的数据操作集合、完整性规则集合面向对象方法对象基于对象的数据操作集合、完整性规则集合四种类型数据组织方法特点数据模型层次数据模型层次方法适于描述层次结构的数据网络数据模型网络方法速度快、不易掌握关系数据模型关系方法易于理解和使用、有严格的理论基础面向对象数据模型面向对象方法适于模拟实体的行为5.关系数据模型 51、关系数据模型简介 5.2、关系数据模型基本概念 5.3、关系数据模型完整性约束规则5.4、关系数据模型的数据操作5.5、将实体联系模型转化为关系数据模型54.关系数据模型简介背景-关系数据模型的思想由IBM公司的E.F.Codd于1970年在他的一系列论文中提出, 以后的几年里陆续出现了以关系数据模型为基础的数据库管理系统，称为关系、 数据库系统（RDBMS）。-现代广泛使用的RDBMS有：Oracle. Sybase Informix. DB2、Access Foxpro系列数据命等。瘠理论基础及数据结构-理论基础:关系理论（关系代数）。-数据结构:二维表（关系）。定义-实体和联系均用二维表来表示的数据模型称之为关系数据模型。-基本构成：二维表（关系）。鸟优点-建立在严格的数学概念的基础上-数据结构简单、清晰，用户易懂易用。-实体和联系都用关系描述，保证了数据操作语言的一致性；SQLServer.L-存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性，更好的安全保密性，也简 化了程序员和数据库开发的工作。关系数据模型基本概念/概念术语一关系模式（Relation Scheme）-二维表的表头那一行称为关系模式，又称表的框架或记录类型。 q-关系模式可表示为：关系模式名（属性名1,属性名1, 属性名n） 的形式。关系模式名不允许相同。关系模式决定二维内表的内容。A-数据库的关系数据模型是若干关系模式的集合。元组 行关系名表名学号姓名年鈴性别籍贯850027胡伟22男湖南850652张春明24男河北851091程会军23男山西850668王翌22女四川850576贺正生23男湖南J关系模式学生属性 列域EDCH;T-XIUZIu关系） 表r-示例：学生（学号，姓名，年龄，性别，籍贯）制作人：总临概念术语一关系（Relation）:/ j-对应于关系模式的一个具体的表称为关系，又称表（Tabb）。/-关系数据库是若干表（关系）的集合。/ A-关系模式决定其对应关系的内容。& n -每一个关系都必须命名（通常取对应的关系模式名），且同一疾系数 据模型中关系名互不相同。/ in 1域学号年龄性别籍贯850027胡伟22男湖南850652张春明24男河北851091程会军23券山西850668王翌22女四川850576贺正生23男湖南关系模式学生Q4- IU/I属性列元组行JfF JFM *概念术语一元组(Tuple)：k-关系中的每一行称为关系的一个元组，又称行(Row)或记录。/彳-一个关系可由多个元组构成、一个关系中元组互不相同。概念术语一属性(Attributes)-关系中的每一列称为关系的一个属性，又称列(Column) o-一个由n个属性的关系称为n元关系。-关系的属性名就是对应关系模式的对应属性名。橹概念术语_变域(Domain)-关系中的每一属性所对应的取值范围叫属性的变域，简称域上关系衣表名G生I学号年龄850027胡伟22男湖南85065224河北851091译呈会军23男山西850668王翌22女四川850576贺正生23男湖南-关系模式属性 歹u元组 行-域是值的集合，关系中所有属性的实际值均来自它所对应的域。概念术语一关键字(key)%-如果关系模式中的某个或某几个属性组成的属性Ail，Ai2，Ain(n=l)/ 能唯一地标识对应于该关系模式的关系中的任何一个元组，我们就称 这样的属性组为该关系模式及其对应关系的关键字(Key)of L J勺概念术语一候选关键字(Candidate Key)或候选码：-如果在一个关系中，存在多个属性或属性组合都能用来唯一表乐该关 系的元组，这些属性或属性组合都称为该关系的候选关键字或候选码.概念术语一主关键字(Primary Key)或主码：-若干个侯选关键字中指定作为关键字的属性或属性组合(学号，考试日期，考试科目)和(准考证号，考试R期,考试科目)是该关系的两个侯选採键在这个表中，可以任意选一个作为主关键字概念术语一外部关键字(Foreign Key)或外键-当关系中的某个属性或属性组合随不是该关系的关键字或只是关键字 的一部分，但却是另一个关系的关键字时，称该属性或属性组合为这个关 系的外部关键字或外键.7 c:;-主表与从表:主表和从表是指以外键相关连的两个表，以外键作为主键的 表称另主表汐卜键所右的表称为从表例如，学生关系，系号不是关键字，但系号是系关系的关键字，所以系号是学生关系的外部关键字?53.关系数据模型完整性约束规则/ ,完整性约束是关系数据库模型的重要组成部分/ /-数据库管理系统通过对单个属性的取值范围、主关键字的属性以及属 性之间的关系加以制约（约束），以及提供对违反约束的处理过程,1 实现保证数据库的数据与现实世界的一致性。域完整性/-属性取值必须取自于值域；-属性是否能取空值由其语义决定。域完整性是最基本的约束。实体完整性-主关键字值必须是唯一的且任何组成成份都不能是空值。引用/参考完整性-用来保证表之间的关系的完整用户自定义完整性。-创建业务规则来确保值的有效性，从而使之落在需要范围之内。勺作人5A关系数据模型的数据操作关系数据模型的操作必须满足关系的完整性约束条件。数据查询:/V 7f-查询关系数据库内的数据，包括对一个关系内数据的查询和多个关系间数据的LIn查询。-查询包括三个基本操作：一个关系内属性的指定。一个关系内元组的选择。两个关系的联合查询。数据插入：在关系内插入一些新的元组。*数据删除：在关系内删除一些元组。数据修改：在关系内修改一些元组的内容。：操作对象是关系，操作结果也是关系。数据操作语言-是数据库管理系统提供的用户接口，是用户操作数据库的手段。 -分为两类：查询语句:描述用户要进行的各种查询操作；M Offf.v a. j 非查询语句:描述用户要进行的插入、删除、修改等操作。键）转化为该关系模式的关键5.5,将实体联系模型转化为关系数据模规则1-每个实体类型转化为一个关系模式，实体类型中实体的属性转化为该关 系模式的属性；实体标识符（实体键）转化为该关系模式的关键字冷4 每一个实体转化为该关系模式对应关系的一个元组。|规则2/Mil*（项目编号、职员编号）制作人：赵颗制作人：赵癞制作人：赵癞司机（驾驶证、车牌号、姓名、地址） 汽车（车牌号、驾驶证、型号、出产日期） 事故（事故代号、地点、日期）参与（事故代号、驾驶证、车牌号、损失）司机（驾驶证、姓名、地址）仁 汽车（车牌号、型号、出产日期$ 拥有（驾驶证、车牌号）事故（事故代号、地点、日期） 参与（事故代号、驾驶证、车牌号、制作人：赵癞