关系模型和关系数据库.ppt

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1、关系模型和关系数据库现在学习的是第1页，共31页数据模型 数据模型是一种用来表达数据的工具。在数据模型是一种用来表达数据的工具。在计算机中表示数据的数据模型应该能够精确计算机中表示数据的数据模型应该能够精确地描述数据的静态特性、数据的动态特性和地描述数据的静态特性、数据的动态特性和数据完整性约束条件。数据完整性约束条件。因此数据模型通常是由数据结构、数据完因此数据模型通常是由数据结构、数据完整性规则和数据操作三部分内容构成。整性规则和数据操作三部分内容构成。现在学习的是第2页，共31页层次数据模型 层次数据模型（层次数据模型（hierarchical data model）的）的基本结构是一种

2、倒挂树状结构。基本结构是一种倒挂树状结构。树结构具有如下的特征（或限制条件）：树结构具有如下的特征（或限制条件）：l有且仅有一个根结点，它是一个无父结点的结有且仅有一个根结点，它是一个无父结点的结点。点。l除根结点以外的所有其他结点有且仅有一个父除根结点以外的所有其他结点有且仅有一个父结点。结点。现在学习的是第3页，共31页网状数据模型网状模型（网状模型（Network Model）是层次模型的）是层次模型的扩展，它表示多个从属关系的层次结构，扩展，它表示多个从属关系的层次结构，呈现一种交叉关系的网络结构，网状模型呈现一种交叉关系的网络结构，网状模型是有向是有向“图图”结构。结构。其主要特征如

3、下：其主要特征如下：l允许一个以上的结点无父结点。允许一个以上的结点无父结点。l一个结点可以有多于一个的父结点。一个结点可以有多于一个的父结点。现在学习的是第4页，共31页关系数据模型 关系数据模型是一个满足一定条件的二维关系数据模型是一个满足一定条件的二维表格。表格。满足关系模型的二维表格是个规则的二维满足关系模型的二维表格是个规则的二维表格，它的每一行是惟一的，每一列也是表格，它的每一行是惟一的，每一列也是惟一的。在关系数据模型中，这样一个二惟一的。在关系数据模型中，这样一个二维表格称为维表格称为关系关系，表格的第一行是属性名，表格的第一行是属性名，后续的每一行称为元组。每一列是一个属后续

4、的每一行称为元组。每一列是一个属性，同一属性的取值范围相同。性，同一属性的取值范围相同。现在学习的是第5页，共31页关系模型的数据结构 关系（关系（relation）：一个二维表格。）：一个二维表格。属性（属性（attribute）：表（关系）的每一列必）：表（关系）的每一列必须有一个名字称为属性。须有一个名字称为属性。元组（元组（tuple）：表（关系）的每一行称为）：表（关系）的每一行称为一个元组。一个元组。域（域（domain）：表（关系）的每一属性有）：表（关系）的每一属性有一个取值范围，称为域。域是一组具有相一个取值范围，称为域。域是一组具有相同数据类型的值的集合。同数据类型的值的集

5、合。现在学习的是第6页，共31页关系模型的数据结构关键字（关键字（key）：又称主属性，可以惟一地标识一个）：又称主属性，可以惟一地标识一个元组（一行）的一个属性或多个属性的组合。可以元组（一行）的一个属性或多个属性的组合。可以起到这样作用的关键字有两类：候选关键字和主关起到这样作用的关键字有两类：候选关键字和主关键字。键字。l候选关键字候选关键字（candidate key）：一个关系中可以惟一地标）：一个关系中可以惟一地标识一个元组（一行）的一个属性或多个属性的组合。一个识一个元组（一行）的一个属性或多个属性的组合。一个关系中可以有多个候选关键字。关系中可以有多个候选关键字。l主关键字（主

6、关键字（primary key）：把关系中的一个候选关键字定义为主）：把关系中的一个候选关键字定义为主关键字。一个关系中关键字。一个关系中只能有一个主关键字只能有一个主关键字，用以惟一地标识元，用以惟一地标识元组，简称为关键字。组，简称为关键字。现在学习的是第7页，共31页关系模型的数据结构外部键（外部键（foreign key）：如果某个关系中的）：如果某个关系中的一个属性或属性组合不是所在关系的主关一个属性或属性组合不是所在关系的主关键字，但却是键字，但却是其他关系的主关键字其他关系的主关键字，对这，对这个关系而言，称其为外部关键字。个关系而言，称其为外部关键字。关系模式（关系模式（rel

7、ational schema）：关系模式）：关系模式是对关系数据结构的描述。简记为：关系是对关系数据结构的描述。简记为：关系名（属性名（属性1，属性，属性2，属性，属性3，属性属性n）。）。现在学习的是第8页，共31页关系模型一个关系是一个二维表格。一个关系是一个二维表格。二维表格的每一列是一个属性。每一列有惟一的属性名。二维表格的每一列是一个属性。每一列有惟一的属性名。属性在表中的顺序无关紧要。属性在表中的顺序无关紧要。二维表格的每一列数据的数据类型相同，数据来自同一二维表格的每一列数据的数据类型相同，数据来自同一个值域。不同列的数据也可以来自同一个值域。个值域。不同列的数据也可以来自同一个

8、值域。二维表格中每一行（除属性名行）是一个元组，表中不能二维表格中每一行（除属性名行）是一个元组，表中不能有重复的元组（元组是惟一的），用关键字（主关键字和有重复的元组（元组是惟一的），用关键字（主关键字和候选关键字）来保证元组的惟一性。元组在表中的顺序无候选关键字）来保证元组的惟一性。元组在表中的顺序无关紧要。关紧要。Shuiwu-2011002-20现在学习的是第9页，共31页关系数据库和关系数据库规范化 关系数据库是以关系模型为基础的数据库，关系数据库是以关系模型为基础的数据库，它利用关系描述现实世界中的对象。它利用关系描述现实世界中的对象。一个关系既可用来描述一个实体及其属性，一个关系

9、既可用来描述一个实体及其属性，也可用来描述实体间的联系。也可用来描述实体间的联系。现在学习的是第10页，共31页关系数据库规范化 函数依赖及其对关系的影响函数依赖及其对关系的影响l函数依赖是属性之间的一种联系函数依赖是属性之间的一种联系l例如：例如：STUDENT(学号，姓名，性别，出生日期，专业，学院，院长学号，姓名，性别，出生日期，专业，学院，院长)函数依赖关系是：学号函数依赖关系是：学号学院、学院学院、学院院长院长现在学习的是第11页，共31页关系模式经常存在的问题l数据冗余大，数据在多个元组中不必要地重复数据冗余大，数据在多个元组中不必要地重复 l更新异常，由于数据冗余，更新数据库代价

10、更新异常，由于数据冗余，更新数据库代价.l插入异常。插入异常。l删除异常，如果删除一组属性，带来的副作用可删除异常，如果删除一组属性，带来的副作用可能是丢失了一些其他信息。能是丢失了一些其他信息。现在学习的是第12页，共31页规范化范式 每个规范化的关系只有一个主题。每个规范化的关系只有一个主题。规范化的过程就是不断分解关系的过程。规范化的过程就是不断分解关系的过程。关系规范化理论认为，关系数据库中的每一个关系都要关系规范化理论认为，关系数据库中的每一个关系都要满足一定的规范。满足一定的规范。根据满足规范的条件不同，可以化分为根据满足规范的条件不同，可以化分为6个等级个等级5个个范式，分别称为

11、第一范式（范式，分别称为第一范式（1NF），第二范式（），第二范式（2NF），），第三范式（第三范式（3NF），修正的第三范式（），修正的第三范式（BCNF），第四），第四范式（范式（4NF），第五范式（），第五范式（5NF），），NF是（是（Normal Form）的缩写。）的缩写。现在学习的是第13页，共31页第一范式（1NF）列的取值只能是原子数据；每一列的数据类列的取值只能是原子数据；每一列的数据类型相同，每一列有惟一的列名（属性）；列型相同，每一列有惟一的列名（属性）；列的先后顺序无关紧要，行的先后顺序无关紧的先后顺序无关紧要，行的先后顺序无关紧要。要。关系模式都满足第一范式，即符合

12、关系定义关系模式都满足第一范式，即符合关系定义 的二维表格（关系）都满足第一范式。的二维表格（关系）都满足第一范式。现在学习的是第14页，共31页第二范式（2NF）关系的每一个非关键字属性都完全函数依关系的每一个非关键字属性都完全函数依赖于关键字属性，赖于关键字属性，则关系满足第二范式。则关系满足第二范式。第二范式要求每个关系只包含一个实体集第二范式要求每个关系只包含一个实体集的信息，所有非关键字属性依赖关键字属性。的信息，所有非关键字属性依赖关键字属性。每个以单个属性作为主键的关系自动满足第每个以单个属性作为主键的关系自动满足第二范式。二范式。现在学习的是第15页，共31页第三范式（3NF）

13、关系的所有非关键字属性相互独立关系的所有非关键字属性相互独立，任何，任何属性其属性值的改变不应影响其他属性，则属性其属性值的改变不应影响其他属性，则该关系满足第三范式。该关系满足第三范式。一个关系满足第二范式，同时一个关系满足第二范式，同时没有传递依没有传递依赖赖，则该关系满足第三范式。，则该关系满足第三范式。现在学习的是第16页，共31页实体模型转换为关系模式 为每个实体定义一个关系，实体的名字就为每个实体定义一个关系，实体的名字就是关系的名字；是关系的名字；实体的属性就是关系的属性；实体的属性就是关系的属性；实体的键是关系的主关键字；实体的键是关系的主关键字；实体之间的联系转换为关系之间的

14、联系，实体之间的联系转换为关系之间的联系，关系之间的联系是通过外部关键字来体现关系之间的联系是通过外部关键字来体现的的。现在学习的是第17页，共31页一对一联系的转换 两个实体之间的联系最简单的形式是一对两个实体之间的联系最简单的形式是一对一（一（1 1）联系。）联系。1 1联系的联系的E-R模型转换模型转换为关系模型时，每个实体用一个关系表示，为关系模型时，每个实体用一个关系表示，然后然后将其中一个关系的关键字置于另一个将其中一个关系的关键字置于另一个关系中关系中，使之成为另一个关系的外部关键，使之成为另一个关系的外部关键字。关系模式中带有下划线的属性是关系字。关系模式中带有下划线的属性是关

15、系的主关键字。的主关键字。现在学习的是第18页，共31页一对多联系的转换 一对多（一对多（1 n）联系的）联系的E-R模型中，通常把模型中，通常把“1”方（一方）实体称为方（一方）实体称为“父父”方，方，“n”方（多方）实体称为方（多方）实体称为“子子”方。方。1 n联系的表示简单而且直观。联系的表示简单而且直观。一个实体用一个关系表示，然后一个实体用一个关系表示，然后把父实体把父实体关系中的关键字置于子实体关系中关系中的关键字置于子实体关系中，使其，使其成为子实体关系中的外部关键字。成为子实体关系中的外部关键字。现在学习的是第19页，共31页多对多联系的转换 多对多（多对多（m n）联系的）

16、联系的E-R数据模型转换为数据模型转换为关系数据模型的转换策略是把一个关系数据模型的转换策略是把一个m n联联系分解为两个系分解为两个1 n联系，联系，分解的方法是建立第三个关系（称为分解的方法是建立第三个关系（称为“纽纽带带”关系）。原来的两个多对多实体分别关系）。原来的两个多对多实体分别对应两个父关系，新建立第三个关系，作对应两个父关系，新建立第三个关系，作为两个父关系的子关系，子关系中的必有为两个父关系的子关系，子关系中的必有属性是两个父关系的关键字。属性是两个父关系的关键字。现在学习的是第20页，共31页E-R 模型转换为关系数据模型的方法 联系类型联系类型方方 法法1111一个关系的

17、主关键字置于另一个关一个关系的主关键字置于另一个关系中系中1n1n父关系（一方）的主关键字置于子父关系（一方）的主关键字置于子关系（多方）中关系（多方）中mnmn分解成两个分解成两个1 n关系。建立关系。建立“纽带纽带关系关系”，两个父关系的关键字置于，两个父关系的关键字置于纽带关系中，纽带关系是两个父关纽带关系中，纽带关系是两个父关系的子关系系的子关系现在学习的是第21页，共31页关系运算集合运算 传统的集合运算包括并、差、交、广义笛传统的集合运算包括并、差、交、广义笛卡尔积四种运算。卡尔积四种运算。现在学习的是第22页，共31页并运算两个已知关系两个已知关系R和和S的并将产生一个包含的并将

18、产生一个包含R、S中所有不同中所有不同元组的新关系。记作：元组的新关系。记作：RS。现在学习的是第23页，共31页差运算两个已知关系两个已知关系R和和S的差，是所有属于的差，是所有属于R但不属于但不属于S的元的元组组成的新关系。记作：组组成的新关系。记作：R-S。现在学习的是第24页，共31页交运算两个已知关系两个已知关系R和和S的交，是属于的交，是属于R而且也属于而且也属于S的元组的元组组成的新关系。记作：组成的新关系。记作：RS。现在学习的是第25页，共31页积运算两个已知关系两个已知关系R和和S的积，是的积，是R中每个元组中每个元组与与S中每个元组连接组成的新关系。记作：中每个元组连接组

19、成的新关系。记作：RS。如果关系如果关系R有有m个元组，关系个元组，关系S有有n个元组，个元组，关系关系R与关系与关系S的积运算是指一个关系中的的积运算是指一个关系中的每个元组与另一个关系中的每个元组相联每个元组与另一个关系中的每个元组相联接形成新的关系接形成新的关系C。关系。关系C中有中有mn个元组。个元组。关系关系R和关系和关系S积运算记作积运算记作RS。现在学习的是第26页，共31页关系运算 专门的关系操作包括投影、选择和联接。专门的关系操作包括投影、选择和联接。现在学习的是第27页，共31页投影 投影操作是指从一个或多个关系中选择若干个属性组投影操作是指从一个或多个关系中选择若干个属性

20、组成新的关系。投影操作取得垂直方向上关系的子集成新的关系。投影操作取得垂直方向上关系的子集（列），即（列），即投影是从关系中选择列投影是从关系中选择列。投影可用于变换。投影可用于变换一个关系中属性的顺序。一个关系中属性的顺序。现在学习的是第28页，共31页选择 选择操作是指从关系中选择满足一定条件的元组。选择操作是指从关系中选择满足一定条件的元组。选择操作取得的是选择操作取得的是水平方向上关系的子集水平方向上关系的子集（行）。（行）。现在学习的是第29页，共31页连接运算连接操作是两个关系的积、选择和投影的连接操作是两个关系的积、选择和投影的组合。常用的连接有等值联接和自然联接。组合。常用的连

21、接有等值联接和自然联接。条件连接：从两个关系的笛卡尔积中选取条件连接：从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。属性间满足一定条件的元组。等值连接：从关系等值连接：从关系R与与S的笛卡尔积中选取的笛卡尔积中选取满足等值条件的元组。满足等值条件的元组。自然连接自然连接：也是等值连接，从两个关系的：也是等值连接，从两个关系的笛卡尔积中，选取公共属性满足等值条件笛卡尔积中，选取公共属性满足等值条件的元组，但新关系不包含重复的属性。的元组，但新关系不包含重复的属性。现在学习的是第30页，共31页连接运算左连接：以左关系为连接标准，如果右关左连接：以左关系为连接标准，如果右关系中没有与左关系匹配的元组，则在右关系中没有与左关系匹配的元组，则在右关系对应属性置系对应属性置“空值空值”右连接：以右关系为连接标准，如果左关右连接：以右关系为连接标准，如果左关系中没有与右关系匹配的元组，则右关系系中没有与右关系匹配的元组，则右关系对应属性置对应属性置“空值空值”全连接全连接：左右关系的元组均出现在连接结：左右关系的元组均出现在连接结果中，如果存在不匹配元组，对应属性置果中，如果存在不匹配元组，对应属性置“空值空值”。现在学习的是第31页，共31页