數(shù)據(jù)模型關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)模型關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六一、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點

數(shù)據(jù)結構化：在描述數(shù)據(jù)時，不但要描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的關系。數(shù)據(jù)獨立性高：數(shù)據(jù)與程序獨立，數(shù)據(jù)的存取由DBMS負責。

數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制：DBMS提供安全控制，完整性檢查，并發(fā)控制，數(shù)據(jù)庫恢復等。第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六二、數(shù)據(jù)模型模型的作用：反映現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征、DBMS實現(xiàn)的依據(jù)?，F(xiàn)實世界認識抽象概念模型

數(shù)據(jù)模型(機器世界)數(shù)據(jù)模型的要求：可以比較真實地模擬現(xiàn)實；易于被人理解；便于實現(xiàn)。數(shù)據(jù)模型的組成：數(shù)據(jù)結構+數(shù)據(jù)操作+約束常用的數(shù)據(jù)模型：層次模型，網(wǎng)狀模型，關系模型。

面向?qū)ο竽Ｐ褪悄壳鞍l(fā)展的方向之一第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)庫設計過程需求分析概念數(shù)據(jù)庫設計邏輯數(shù)據(jù)庫設計確定存儲哪些數(shù)據(jù)，建立哪些應用，常用的操作及對象有哪些等。對需求分析所得到數(shù)據(jù)的更高層的抽象描述。將概念模型所描述的數(shù)據(jù)映射為某個特定的DBMS模式數(shù)據(jù)。E-R模型ODL第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六1、概念模型的表示1976年，P.P.S.Chen提出Ｅ-Ｒ模型（Entity-RelationshipModel），用Ｅ-Ｒ圖來描述概念模型。觀點：世界是由一組稱作實體的基本對象和這些對象之間的聯(lián)系構成的。第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六實體(Entity)：客觀存在并可相互區(qū)分的事物叫實體。如學生張三、工人李四、計算機系、數(shù)據(jù)庫概論。屬性(Attribute)：實體所具有的某一特性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。例如，學生可由學號、姓名、年齡、系、年級等組成。域(Domain)：屬性的取值范圍。例如，性別的域為（男、女），月份的域為１到１２的整數(shù)。第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六實體型(EntityType)：實體名與其屬性名集合共同構成實體型。例，學生（學號、姓名、年齡、性別、系、年級）。注意實體型與實體（值）之間的區(qū)別，后者是前者的一個特例。如(9808100，王平，21，男，計算機系，2)是一個實體。實體集(EntitySet)：同型實體的集合稱為實體集。如全體學生。第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六聯(lián)系(Relationship)：實體之間的相互關聯(lián)。如學生與老師間的授課關系，學生與學生間有班長關系。聯(lián)系也可以有屬性，如學生與課程之間有選課聯(lián)系，每個選課聯(lián)系都有一個成績作為其屬性。同類聯(lián)系的集合稱為聯(lián)系集。元或度（Degree）：參與聯(lián)系的實體集的個數(shù)稱為聯(lián)系的元。如學生選修課程是二元聯(lián)系，供應商向工程供應零件則是三元聯(lián)系。第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六學生課程選修學號姓名系別課程名先修課主講老師用矩形表示實體集，在框內(nèi)寫上實體名用橢圓表示實體的屬性用無向邊把實體與其屬性連接起來用菱形表示實體間的聯(lián)系將參與聯(lián)系的實體用線段連接例：學生選修課程成績第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六碼(Key)：能唯一標識實體的屬性或?qū)傩越M稱作超碼。其任意真子集都不能成為超碼的最小超碼稱為候選碼。從所有候選碼中選定一個用來區(qū)別同一實體集中的不同實體，稱作主碼。一個實體集中任意兩個實體在主碼上的取值不能相同。如學號是學生實體的碼。通訊錄（姓名，郵編，地址，電話，Email，BP）第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六表示要點：實體集屬性中作為主碼的一部分的屬性用下劃線來標明。學生課程選修學號姓名系別課程名先修課主講老師第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六E-R模型設計舉例職工電話姓名職工電話聯(lián)系電話姓名號碼地址適于一個員工只有一部電話的情況適于多個員工共有一部電話，一個員工多個電話，電話本身具有多個屬性的情況。第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六2、數(shù)據(jù)模型層次模型用樹形結構(Tree)來表示各類實體及實體之間的關系。網(wǎng)狀模型用圖結構(Graph)來表示各類實體及實體之間的關系。舉例：有一購銷關系由三個實體組成，客戶(張、王、李)，付款方式(現(xiàn)金、支票、信用卡)，購買商品(c1,c2,c3,c4,c5)第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六c1c2c1c2c1c3c4c3c5c4c5李張王李王張現(xiàn)金支票信用卡第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六c1c2c3c4c5李張王現(xiàn)金支票信用卡第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六姓名C1C2C3C4C5李11220張11033王10202代碼付款方式0未購1現(xiàn)金2支票3信用卡第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六層次模型數(shù)據(jù)操作：查詢、插入、刪除和修改。特點：沒有父結點時不能插入子結點；刪除父結點時則相應刪除子結點；修改時要考慮一致性問題。存儲結構：鄰接法，鏈接法。網(wǎng)狀模型與層次模型基本相似。第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六三、關系模型關系數(shù)據(jù)庫理論建立在嚴格的數(shù)學理論基礎之上。其理論奠基人為IBM的高級研究員E.F.Codd?，F(xiàn)在流行的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品大都是關系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。主要產(chǎn)品有Oracle、DB2、Sybase、Informix、SQLServer等。第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六關系理論是建立在集合代數(shù)理論基礎上的，有著堅實的數(shù)學基礎。E.F.Codd于70年代初提出關系數(shù)據(jù)理論，他因此獲得1981年的ACM圖靈獎。早期代表系統(tǒng)SystemＲ：由IBM研制。INGRES：由加州Berkeley分校研制。第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六

關系模型的組成：數(shù)據(jù)結構+關系操作+完整性約束表結構8個運算三類完整性關系代數(shù)語言關系演算語言SQL語言實體完整性參照完整性自定義完整性第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六概念：關系(Relation)，元組(Tuple)，屬性(Attribute)，主碼(Key同義詞：唯一標識符)，域(Domain屬性的取值范圍)關系的數(shù)據(jù)結構(數(shù)學定義)：表(笛卡爾乘積的子集)。關系操作：選擇Select、投影Project、連接Join、除Divide、并Union、交Intersection、差Difference表示方法：關系代數(shù)、關系演算、SQL第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六關系笛卡爾積D1×D2×…×Dn的子集叫做在域D1,D2,…,Dn上的關系，用R(D1,D2,…,Dn)表示。R是關系的名字，n是關系的度或目。關系是笛卡爾積中有意義的子集。關系也可以表示為二維表。關系TEACH(T,S,C)TSCt1s1c1t1s1c2t1s2c1t2s3c2元組屬性第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六關系的性質(zhì)列是同質(zhì)的。即每一列中的分量來自同一域，是同一類型的數(shù)據(jù)。如TEACH(T,S,C)={(t1,s1,c1),(t1,t2,c1)}是錯誤的。不同的列可來自同一域，每列必須有不同的屬性名。如P={t1，t2，

s1，s2，s3}，C={c1，c2}，則TEACH不能寫成TEACH(P,P,C)，還應寫成TEACH(T,S,C)。行列的順序無關緊要。第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六任意兩個元組不能完全相同。

●集合內(nèi)不能有相同的兩個元素。每一分量必須是不可再分的數(shù)據(jù)。

●滿足這一條件的關系稱作滿足第一范式（1NF）的。第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六數(shù)據(jù)結構單一的數(shù)據(jù)結構——關系實體集、聯(lián)系都表示成關系。學生課程選修屬于系教師講授工作DEPT(系編號,名稱,主任)S(學號,姓名,性別,系編號)C(課程編號,名稱,學分)SC(學號,課程編號,成績)PROF(教師編號,姓名,系編號,職稱)TEACH(教師編號,課程編號)第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六候選碼（CandidateKey）關系中的一個屬性組，其值能唯一標識一個元組。若從該屬性組中去掉任何一個屬性，它就不具有這一性質(zhì)了，這樣的屬性組稱作候選碼。任何一個候選碼中的屬性稱作主屬性。如SC中的S#，C#。主碼（PrimaryKey）進行數(shù)據(jù)庫設計時，從一個關系的多個候選碼中選定一個作為主碼。第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六外部碼（ForeignKey）關系R中的一個屬性組，它不是R的碼，但它與另一個關系S的碼相對應，則稱這個屬性組為R的外部碼。第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六編號姓名年齡職稱醫(yī)生記錄病員記錄編號姓名主治醫(yī)生姓名外鍵唯一性約束第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六關系操作關系操作是集合操作，操作的對象及結果都是集合，是一次一集合（Set-at-a-time）的方式。而非關系型的數(shù)據(jù)操作方式是一次一記錄（Record-at-a-time）。關系操作可以用關系代數(shù)和關系演算兩種方式來表示，它們是相互等價的。如用關系代數(shù)來表示關系的操作，可以有選擇、投影、連接、除、交、差、并等。第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六關系模式的完整性實體完整性關系的主碼中的屬性值不能為空值。參照完整性用戶定義的完整性用戶針對具體的應用環(huán)境定義的完整性約束條件。系統(tǒng)支持實體完整性和參照完整性由系統(tǒng)自動支持。系統(tǒng)應提供定義和檢驗用戶定義的完整性的機制。第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六抽象的查詢語言關系代數(shù)：用對關系的運算來表達查詢，需要指明所用操作。關系演算：用謂詞來表達查詢，只需描述所需信息的特性。元組關系演算：謂詞變元的基本對象是元組變量。域關系演算：謂詞變元的基本對象是域變量。第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六具體系統(tǒng)中的實際語言SQL：介于關系代數(shù)和關系演算之間，由IBM公司在研制SystemR時提出的。QUEL：基于Codd提出的元組關系演算語言ALPHA，在INGRES上實現(xiàn)。QBE：基于域關系演算，由IBM公司研制。第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六關系數(shù)據(jù)語言的特點一體化一般關系系統(tǒng)的數(shù)據(jù)語言都同時具有數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱和數(shù)據(jù)控制語言，而不是分為幾個語言。非過程化用戶只需提出“做什么”，無須說明“怎么做”，存取路徑的選擇和操作過程由系統(tǒng)自動完成。面向集合的存取方式操作對象是一個或多個關系，結果是一個新的關系（一次一關系）。非關系系統(tǒng)是一次一記錄的方式。第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結構模式：數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結構和特征的描述。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式數(shù)據(jù)內(nèi)模式模式外模式第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六五、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成硬件：網(wǎng)絡平臺+服務器軟件：操作系統(tǒng)+DBMSDBA（數(shù)據(jù)庫管理員）100MSwitch工作站W(wǎng)in98/me/2000/XP數(shù)據(jù)庫服務器Win2000ServerOracle/SQLServer2000第35頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六完全關系系統(tǒng)的12條準則：

DBMS應該遵循Codd提出的十二條法則，才能被分類到完全關系系統(tǒng)。

1)信息法則。關系型DBMS的所有信息都應在邏輯一級上用一種方法即表中的值顯式地表示。

2)授權存取法則。每一個數(shù)據(jù)項必須通過一個“表名+主鍵+列名”的組合形式訪問。例如，如果你能用數(shù)組或指針訪問一個列，就違反這條規(guī)則。第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六

3)必須以一致的方式使用空值。如果由于缺少數(shù)字值，空值(Nul1)被當作0來處理，或者由于缺少字符值而被當作一個空格處理，那么它就違反了這條規(guī)則。空值僅僅是指缺少數(shù)據(jù)而且沒有任何數(shù)值。如果缺少的數(shù)據(jù)需要值，軟件提供商通常提供使用缺省值的能力滿足這一目的。

4)一個活躍的、在線數(shù)據(jù)字典應作為關系型表被存儲，并且該字典應該可以通過常規(guī)的數(shù)據(jù)存取語言訪問。如果數(shù)據(jù)字典的任何部分貯存在操作系統(tǒng)文件里，就違反了這條規(guī)則。第37頁，共41頁，2023年，2月20日，星期六

5)除了可能的低級存取例程外，數(shù)據(jù)存取語言必須提供所有的存取方式，并且是存取的僅有方式。如果你能通過一個實用程序而不是一個SQL接口來存取支持一個表的文件，就有可能違反了本規(guī)則。參見規(guī)則12。

6)所有能被更新的視圖應當是可更新的。例如，如果你能將三個表連結起來，