HTML網頁基礎語言.pptx

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1、第第9章章 關聯式資料庫關聯式資料庫Contents9-1 關聯式資料庫模型9-2 關聯式資料庫9-3 關聯式資料庫設計9-1 關聯式資料庫模型關聯式資料庫模型9-1-1 關聯式資料庫模型的資料結構9-1-2 關聯式資料庫模型的資料操作或運算9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制條件9-1 關聯式資料庫模型關聯式資料庫模型-說明說明關聯式資料庫模型（Relational Database Model）是1969年E.F.Codd博士在IBM公司的研究成果，不同於其它資料庫模型，關聯式資料庫模型是以數學集合論為理論基礎建立的資料庫模型。9-1 關聯式資料庫模型關聯式資料庫模型-元素元素資資料料

2、結結構構（Data Structures）：資料組成方式，以關聯式資料庫模型來說，就是欄和列組成表格的關聯表（Relations）。資資 料料 操操 作作 或或 運運 算算（Data Manipulation或或Operations）：資料相關操作新增、更新、刪除和查詢的關聯式代數（Relational Algebra）和關聯式計算（Relational Calculus）。完完整整性性限限制制條條件件（Integrity Constraints）：維護資料完整性條件，其目的是確保儲存的資料是合法資料。9-1 關聯式資料庫模型關聯式資料庫模型-名詞名詞關聯式資料庫模型的相關術語通常是用來說明資

3、料庫系統的相關理論，SQL Server或Access等資料庫管理系統使用的資料庫相關名詞另成一套術語，不過這些名詞或術語都代表相同意義，如下表所示：9-1-1 關聯式資料庫模型的資料結構關聯式資料庫模型的資料結構-說說明明關聯式資料庫是一組關聯表（Relations）的集合，關聯表是關聯式資料庫模型的資料結構（Data Structures），使用二維表格組織資料。每一個關聯表是由2部分組成，如下圖所示：9-1-1 關聯式資料庫模型的資料結構關聯式資料庫模型的資料結構-關關聯表綱要聯表綱要關聯表綱要（Relation Schema）關聯表綱要主要是指關聯表名稱、關聯表屬性（欄位）和定義域清單

4、（資料類型），多個關聯表綱要集合起來就是關聯式資料庫綱要（Relational Database Schema）。9-1-1 關聯式資料庫模型的資料結構關聯式資料庫模型的資料結構-關關聯表綱要語法聯表綱要語法關聯表Students擁有sid、name、address、tel和birthday屬性（欄位）集合，關聯表綱要表示法的語法，如下所示：relation_name(attribute1,attribute2,attribute3,attributeN)上述語法的說明，如下所示：relation_name：關聯表名稱。attribute1,attribute2,attribute3,.,at

5、tributeN：括號中是屬性清單，通常省略屬性的定義域，加上底線的屬性就是主鍵。9-1-1 關聯式資料庫模型的資料結構關聯式資料庫模型的資料結構-關關聯表實例聯表實例關聯表實例（Relation Instance）在定義好關聯表綱要後，就可以將資料儲存到關聯表，稱之為關聯表實例（Relation Instance），這是指某個時間點儲存在關聯表的資料（因為儲存的資料可能隨時改變），在這個二維表格中的每一筆記錄稱為值組（Tuples）。9-1-2 關聯式資料庫模型的資料操作或關聯式資料庫模型的資料操作或運算運算-代數說明代數說明關 聯 式 代 數 是 低 階 運 算 子 導 向 語 言（Ope

6、rator-oriented Language），用來描述如何得到查詢結果的步驟，如同程式語言一行一行的執行程式，這是一種程序式（Procedural）的查詢語言，一個關聯式代數運算式，如下所示：Result=Students.d_no=Departments.d_no(Students Departments)9-1-2 關聯式資料庫模型的資料操作或關聯式資料庫模型的資料操作或運算運算-代數運算子代數運算子1關聯式代數運算子中有些是源於傳統集合論的運算子和數學符號，如下所示：交集（Intersection）：聯集（Union）：差集（Difference）：卡笛生乘積（Cartesian P

7、roduct）：9-1-2 關聯式資料庫模型的資料操作或關聯式資料庫模型的資料操作或運算運算-代數運算子代數運算子2在關聯式代數運算子中屬於特殊關聯式運算子和其數學符號，如下所示：選取（Selection）：投影（Projection）：合併（Join）：除法（Division）：9-1-2 關聯式資料庫模型的資料操作或關聯式資料庫模型的資料操作或運算運算-計算計算關聯式計算（Relational Calculus）關聯式計算是高階宣告式語言（Declarative Language），屬 於 非 程 序 式（Non-procedural）查詢語言，並不用一步一步描述其過程，而是使用值組或定義

8、域變數建立查詢運算式（Query Expression）直接宣告和定義查詢結果的關聯表，如下所示：t|P(t)|P()9-1-2 關聯式資料庫模型的資料操作或關聯式資料庫模型的資料操作或運算運算-SQL語言與代數與計算語言與代數與計算1SQL結構化查詢語言的基礎就是關聯式代數和計算，SQL語言的語法可以視為一種關聯式計算的版本，關聯式資料庫管理系統內部的查詢處理模組（Query Processor）是將SQL指令轉換成關聯式代數運算式後，使用關聯式代數進行實際的資料查詢。9-1-2 關聯式資料庫模型的資料操作或關聯式資料庫模型的資料操作或運算運算-SQL語言與代數與計算語言與代數與計算2資料庫

9、管理系統執行SQL指令敘述的過程，當輸入SQL指令後，SQL指令會轉換成關聯式代數運算式，以便進行最佳化處理，最後產生程式碼來執行查詢。9-1-2 關聯式資料庫模型的資料操作或關聯式資料庫模型的資料操作或運算運算-SQL語言與代數與計算語言與代數與計算3關聯式代數運算式也可以反過來轉換成對應的SQL指令敘述。例如：在前述的關聯式代數運算式相當於執行SQL語言的SELECT指令、FROM和WHERE子句，如下所示：SELECT*FROM Students,Departments WHERE Students.d_no=Departments.d_no上述SQL語言的SELECT指令包含多種關聯式

10、代數運算子，WHERE子句是合併與選取運算，FROM子句屬於卡笛生乘積運算，再加上UNION、EXCEPT和INTERSECT指令，就可以寫出關聯式代數運算式對應的SQL指令敘述。9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-說明說明1關聯式資料庫模型的完整性限制條件（Integrity Constraints）是資料庫設計的一部分，其目的是檢查資料庫儲存的資料和保障資料的正確性，不但可以防止授權使用者將不合法的資料存入資料庫，還能夠避免關聯表之間的資料不一致。9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制條件關聯式資料庫模型的完整性限制條件-說明說明2關聯式資料庫模

11、型的完整性限制條件有很多種，其中適用在所有關聯式資料庫的完整性限制條件有四種，如下所示：鍵鍵限限制制條條件件（Key Constraints）：關聯表一定擁有一個唯一和最小的主鍵（Primary Key）。定定義義域域限限制制條條件件（Domain Constraints）：關聯表的屬性值一定是屬於定義域的值。實實體體完完整整性性（Entity Integrity）：關聯表的主鍵不可是空值，屬於關聯表內部的完整性條件。參參考考完完整整性性（Referential Integrity）：當關聯表存在外來鍵時，外來鍵的值一定是來自參考關聯表的主鍵值，或空值，此為關聯表與關聯表之間的完整性條件。9-

12、1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制條件關聯式資料庫模型的完整性限制條件-鍵限制條件鍵限制條件(說明說明)關聯式資料庫模型的鍵是一個重要觀念，關聯表的鍵（Keys）是指關聯表綱要中單一屬性或一組屬性的集合。鍵限制條件（Key Constraints）是指關聯表一定擁有一個唯一和最小的主鍵（Primary Key）。例如：Students關聯表的屬性有：sid、SSN、ename、cname、postcode、tel和age，分別是學號、身份證字號、英文姓名、中文姓名、郵遞區號、電話和年齡。在Students關聯表可以找出的鍵分為：超鍵、候選鍵、主鍵、替代鍵和外來鍵。9-1-3 關聯式資料庫模型

13、的完整性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-鍵限制條件鍵限制條件(超鍵超鍵)超鍵（Superkeys）超鍵是關聯表綱要的單一屬性或屬性值集合，超鍵需要滿足唯一性，如下所示：唯唯一一性性（Uniqueness）：在關聯表中絕不會有兩個值組擁有相同值。換句話說，透過超鍵識別，可以在關聯表存取指定的值組。例如：學號002的學生資料，而不是學號003。以Students關聯表為例，符合條件的超鍵有：(sid)、(SSN)、(sid,SSN)、(sid,ename)、(SSN,cname)、(SSN,postcode)、(sid,ename,cname)、(SSN,cname,postcode)等

14、。9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-鍵限制條件鍵限制條件(候選鍵候選鍵)候選鍵（Candidate Keys）候選鍵也是一種超鍵，在每一個關聯表至少擁有一個候選鍵，不只滿足超鍵的唯一性，還需要滿足最小性，如下所示：最最小小性性（Minimality）：最小屬性數的超鍵，在超鍵中沒有一個屬性可以刪除，否則將違反唯一性。換句話說，在關聯表的候選鍵需要同時滿足唯一性和最小性，也就是說，候選鍵是最小屬性數的超鍵，所以單一屬性的超鍵一定是候選鍵。以Students關聯表為例，在超鍵中符合條件的候選鍵有：(sid)、(SSN)。9-1-3 關聯式資料庫模型的完整

15、性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-鍵限制條件鍵限制條件(主鍵主鍵)主鍵（Primary Key）主鍵（Primary Key；PK）是關聯表各候選鍵的其中之一，而且只有一個。例如：Students關聯表的(sid)和(SSN)都是候選鍵，關聯表的主鍵就是這兩個候選鍵的其中之一，進一步的說明請參閱第5-1-2節：設定資料表的主索引鍵的說明。9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-鍵限制條件鍵限制條件(替代鍵替代鍵)替代鍵（Alternate Keys）在候選鍵中不是主鍵的其他候選鍵稱為替代鍵（Alternate Keys），因為這些是可以用來替代主

16、鍵的候選鍵。以Students關聯表來說，(sid)和(SSN)是兩個候選鍵，如果(sid)是主鍵，(SSN)就是替代鍵。9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-鍵限制條件鍵限制條件(外來鍵外來鍵)外來鍵（Foreign Keys）外來鍵（Foreign Keys；FK）是關聯表的單一或多個屬性的集合，其屬性值是參考其他關聯表的主鍵，當然也可能參考同一個關聯表的主鍵。9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-定義域限制條件定義域限制條件定義域限制條件（Domain Constraints）是指在關聯表屬性值一定是定義域的

17、單元值（Atomic）。例如：屬性age的定義域是int，屬性值可以為5，但不可以是4.5。單元值是指屬性值都是單一值，而不是一組值的集合。簡單的說，定義域限制條件就是指關聯表的屬性一定需要指派定義域，如此在新增或查詢資料庫時，資料庫管理系統就可以檢查屬性值是否屬於相同定義域，以便進行有意義的比較。9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-實體完整性實體完整性實體完整性（Entity Integrity）實體完整性是關聯表內部的完整性條件，主要是用來規範關聯表主鍵的使用規則。即在關聯表的主鍵不可以是空值（NULL)，主鍵（Primary Key）是一個可以代

18、表關聯表每一筆記錄的屬性或多個屬性的組合。9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-實體完整性實體完整性(更新規則更新規則)關聯式資料庫管理系統支援實體完整性，所以可用來定義主鍵的更新規則（Update Rule），如下所示：主主鍵鍵更更新新規規則則：更新規則是指在基底關聯表的一個值組更新主鍵或新增值組時，如果主鍵是空值就違反實體完整性，所以資料庫管理系統必須拒絕這項操作。9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-參考完整性參考完整性參考完整性（Referential Integrity）參考完整性是關聯表與關聯表間的完整

19、性條件，主要是規範外來鍵的使用規則，即關聯表中不可包含無法對應的外來鍵（Foreign Keys，簡稱FK）。9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-參考完整性參考完整性(範例範例)例如：Books關聯表的publisher和a_no是外來鍵，換句話說，這2個鍵值一定分別存在Publishers和Authors關聯表，如下圖所示：9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-參考完整性參考完整性(使用規則使用規則)外外來來鍵鍵的的更更新新規規則則（Update Rule）：如果一個值組擁有外來鍵，當合法使用者試圖在更新或新增

20、值組時，更改到外來鍵的值，資料庫管理系統會如何處理？外外來來鍵鍵的的刪刪除除規規則則（Delete Rule）：如果一個值組擁有外來鍵，當合法使用者試圖刪除參考的主鍵時，資料庫管理系統會怎麼處理？9-1-3 關聯式資料庫模型的完整性限制關聯式資料庫模型的完整性限制條件條件-參考完整性參考完整性(處理方式處理方式)資料庫管理系統可能有3種處理方式，如下所示：限制性限制性處理方式（處理方式（Restricted）：）：拒絕刪除或更新操作。連連鎖鎖性性處處理理方方式式（Cascades）：連鎖性處理方式是當更新或刪除時，需要作用在所有影響的外來鍵，否則拒絕此操作。例如：在刪除客戶時，所有外來鍵參考的

21、訂單資料也需一併刪除，當更改訂單項目編號，則所有訂單中擁有此項目的外來鍵也需一併更改。空空值值化化處處理理方方式式（Nullifies）：將所有可能的外來鍵都設為空值，否則拒絕此操作。例如：當刪除客戶時，就將Orders關聯表中參考此客戶主鍵的外來鍵，即客戶編號都設為空值。9-2 關聯式資料庫關聯式資料庫-說明說明關聯式資料庫（Relational Database）是一種使用關聯式資料庫模型的資料庫，它是由多個已正規化的關聯表所組成，在關聯表間使用外來鍵與參考主鍵的資料值來建立連接，以便實作一對一、一對多和多對多關聯性，如果只擁有一個關聯表，也屬於合法的關聯式資料庫。以Access資料庫系統

22、來說，關聯式資料庫是使用二維表格的資料表物件來儲存記錄資料，在各資料表間使用欄位值建立關聯性，然後透過關聯性來存取其他資料表的資料。9-2 關聯式資料庫關聯式資料庫-一對一圖例一對一圖例例如：【學生】資料表和【社團活動成員】資料表，如下圖所示：9-2 關聯式資料庫關聯式資料庫-一對多圖例一對多圖例為了避免欄位資料重複，可以將資料表分割成【學生】和【選課】資料表來建立關聯式資料庫，如下圖所示：9-3 關聯式資料庫設計關聯式資料庫設計9-3-1 資料庫系統開發的生命周期9-3-2 資料庫設計方法論9-3-3 資料庫設計原則和注意事項9-3 關聯式資料庫設計關聯式資料庫設計資料庫設計（Databas

23、e Design）是一項大工程，因為資料庫儲存的資料會牽涉到公司或組織的標標標標準準準準化化化化資資資資訊訊訊訊、資料處理和儲存方式，資料庫應用程式開發不能只會寫程式，還需要擁有資料庫相關的技術背景。關聯式資料庫設計（Relational Database Design）的目的就是在建立關聯式資料庫，更正確的說，這是建立關聯式資料庫綱要，也就是定義資料表欄位和主索引等資料。9-3-1 資料庫系統開發的生命周期資料庫系統開發的生命周期-說明說明資料庫系統開發的生命周期就是資料庫系統的開發流程，它和其他應用程式的開發過程並沒有什麼不同。資料庫系統開發的生命周期可以分成五個階段，其流程圖如右圖所示：

24、9-3-1 資料庫系統開發的生命周期資料庫系統開發的生命周期-完整完整資料庫設計資料庫設計事實上，完整資料庫設計分成兩個部分，如下所示：資資料料庫庫設設計計（Database Design）：依照一定程序、方法和技術，使用結構化方式將概念資料模型（詳見下一節的說明）轉換成資料庫的過程。應應用用程程式式設設計計（Application Design）：設計程式來建立使用者介面，並且將商業處理流程轉換成應用程式的執行流程，以便使用者能夠輕易存取所需的資訊，即所謂的資料庫程式設計（Database Programming）。9-3-2 資料庫設計方法論資料庫設計方法論-說明說明 資 料 庫 設 計

25、方 法 論 （Database Design Methodology）是使用特定程序、技術和工具的結構化設計方法，一種結構化的資料庫設計方法。簡單的說，這是一種計劃性、按部就班來進行資料庫設計，其優點如下所示：提供一步一步指引，可以幫助完成整個資料庫設計。減少或根本不會造成資料庫設計的錯誤。方便資料庫系統相關文件的整理，以便撰寫資料庫系統的規格書。當公司或組織的商業流程變更時，容易修改資料庫設計。9-3-2 資料庫設計方法論資料庫設計方法論-階段階段完整資料庫設計共分成三個階段：概念、邏輯和實體資料庫設計，如右圖所示：9-3-2 資料庫設計方法論資料庫設計方法論-概念資料庫設概念資料庫設計計概

26、 念 資 料 庫 設 計（Conceptual Database Design）概念資料庫設計是將資料庫需求轉換成概念資料模型的過程，並沒有針對特定資料庫管理系統或資料庫模型。簡單的說，概念資料模型是使用者可以了解的模型，用來描述真實世界的資料如何在資料庫中呈現。實體關聯圖是目前最廣泛使用的概念資料模型。9-3-2 資料庫設計方法論資料庫設計方法論-邏輯資料庫設邏輯資料庫設計計邏輯資料庫設計（Logical Database Design）邏輯資料庫設計是將概念資料模型轉換成邏輯資料模型的過程，邏輯資料庫設計是針對特定資料庫模型來建立邏輯資料模型，例如：關聯式資料庫模型。簡單的說，邏輯資料模型

27、是一種資料庫管理系統了解的資料模型，擁有完整資料庫綱要，可以使用第9-1-3節的外來鍵參考圖來建立邏輯資料模型。事實上，實體關聯圖不只可以建立概念資料模型，也可以建立邏輯資料模型，其最大差異在於邏輯資料模型是已經正規化的實體關聯圖。9-3-2 資料庫設計方法論資料庫設計方法論-實體資料庫設計實體資料庫設計實體資料庫設計（Physical Database Design）實體資料庫設計是將邏輯資料模型轉換成關聯式資料庫管理系統的SQL指令敘述，以便建立資料庫。實體資料模型是用來描述資料庫實際關聯表、檔案組織、索引設計和額外完整性限制條件。9-3-3 資料庫設計原則和注意事項資料庫設計原則和注意事

28、項-說明說明當在設計Access資料庫時，有相當多原則可以幫助建立資料庫，一個良好資料庫設計原則是先考慮資料庫需要輸出什麼？例如：在第10-3-2節筆者準備將選課報表來進行正規化分析，然後再從輸出決定需要將哪些資料儲存在資料庫的哪一個資料表。換句話說，資料庫設計的第一步是收集資料庫需要儲存的欄位資料，一種最簡單且最快速的方法是收集現成的報表或單據，因為這些報表和單據通常是資料庫系統的輸出結果，例如：在第四篇建立的銷售管理系統，其欄位來源主要就是一張客戶訂單的報表。9-3-3 資料庫設計原則和注意事項資料庫設計原則和注意事項-主鍵主鍵與外來鍵與外來鍵主鍵與外來鍵：定義資料表記錄的身份證字號Acc

29、ess的主索引鍵就是主鍵（Primary Key），這是用來識別資料表唯一記錄的欄位資料，可以將資料表一到多個欄位集合建立成主鍵。9-3-3 資料庫設計原則和注意事項資料庫設計原則和注意事項-正規正規化分析化分析(目的目的)正規化分析（Normalization）：將欄位置於正確資料表正規化（Normalization）是一個將資料有效組織成資料庫的過程，其目的如下所示：刪刪除除重重複複資資料料（Eliminating Redundancy）：資料表中的重複資料不只浪費儲存空間，而且可能產生資料維護問題。刪刪 除除 不不 一一 致致 的的 相相 依依 關關 係係（Eliminating Inc

30、onsistent Dependency）：資料相依是讓相關的資料都能儲存在同一個資料表。9-3-3 資料庫設計原則和注意事項資料庫設計原則和注意事項-正規正規化分析化分析(階段階段)正規化分析在處理資料時分為幾個階段，每個階段需要符合的條件，如下所示：第第一一階階正正規規化化型型式式（1NF）：資料表擁有主索引且一欄只有單一值。第第二二階階正正規規化化型型式式（2NF）：符合1NF且資料表沒有子集合記錄（不包括外來鍵欄位）的重複資料。第第三三階階正正規規化化型型式式（3NF）：符合1NF、2NF且資料表欄位都與主鍵相依。9-3-3 資料庫設計原則和注意事項資料庫設計原則和注意事項-關聯關聯性

31、性(說明說明)關聯性（Relationships）：定義資料查詢的方向關聯式資料庫的關聯性分為很多種，不過在說明前需要先了解【實體】的基本定義，如下所示：實實體體（Entity）：這是將單一資料表的資訊使用一個名稱來代表，例如：【學生資料表】是一個名為【學生】的實體屬屬性性（Attributes）：實體擁有的特性，例如：一位學生擁有學號、姓名、生日和電話等特性。9-3-3 資料庫設計原則和注意事項資料庫設計原則和注意事項-關聯關聯性性(種類種類)一一對對一一關關聯聯性性（1:1）：指一個實體記錄，或稱為實例（Instance）只關聯到另一個實體的一筆記錄，例如：學校目前只有一個社團，所以學生在

32、社團活動中只能擔任一個職位，同樣的，這個職位屬於一位指定學生。一一對對多多關關聯聯性性（1:N）：指一個實體的記錄關聯到另一個實體的一筆或多筆記錄，例如：學校的每門課程都只有一位教授開課，一位教授實體可以教授一門到多門課程。多多對對多多關關聯聯性性（M:N）：指一個實體的多筆記錄關聯到另一個實體的多筆記錄，例如：學生與課程實體，一位學生實體可以選修多門課程，一門課程實體可以允許多位學生實體來選修，通常多對多關聯性需要使用一個結合資料表來建立，以此例就是選課資料表的實體。9-3-3 資料庫設計原則和注意事項資料庫設計原則和注意事項-完整完整性限制條件性限制條件完整性限制條件（Integrity Constraints）：維護正確的關聯性完整性限制條件是一種規則，可以確保關聯資料表中記錄正確性，2個通用資料完整性規則，可以適用所有關聯式資料庫，如下所示：實實體體完完整整性性（Entity Integrity）：實體的主鍵不可以是空值（NULL），即主鍵一定擁有唯一值，如此才能代表資料表的記錄。參參考考完完整整性性（Referential Integrity）：資料庫中不可以包含無法對應的外來鍵值，換句話說，表示主鍵值的資料表中根本沒有此外來鍵值的記錄，這筆擁有外來鍵的記錄是從何而來。