關(guān)系模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

關(guān)系模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)第一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是一種用來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù)的工具。在計(jì)算機(jī)中表示數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型應(yīng)該能夠精確地描述數(shù)據(jù)的靜態(tài)特性、數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)特性和數(shù)據(jù)完整性約束條件。因此數(shù)據(jù)模型通常是由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)完整性規(guī)則和數(shù)據(jù)操作三部分內(nèi)容構(gòu)成。第二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日層次數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)模型（hierarchicaldatamodel）的基本結(jié)構(gòu)是一種倒掛樹狀結(jié)構(gòu)。樹結(jié)構(gòu)具有如下的特征（或限制條件）：有且僅有一個(gè)根結(jié)點(diǎn)，它是一個(gè)無(wú)父結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)。除根結(jié)點(diǎn)以外的所有其他結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)。第三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀模型（NetworkModel）是層次模型的擴(kuò)展，它表示多個(gè)從屬關(guān)系的層次結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)一種交叉關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀模型是有向“圖”結(jié)構(gòu)。其主要特征如下：允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無(wú)父結(jié)點(diǎn)。一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的父結(jié)點(diǎn)。第四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型是一個(gè)滿足一定條件的二維表格。滿足關(guān)系模型的二維表格是個(gè)規(guī)則的二維表格，它的每一行是惟一的，每一列也是惟一的。在關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，這樣一個(gè)二維表格稱為關(guān)系，表格的第一行是屬性名，后續(xù)的每一行稱為元組。每一列是一個(gè)屬性，同一屬性的取值范圍相同。第五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系（relation）：一個(gè)二維表格。屬性（attribute）：表（關(guān)系）的每一列必須有一個(gè)名字稱為屬性。元組（tuple）：表（關(guān)系）的每一行稱為一個(gè)元組。域（domain）：表（關(guān)系）的每一屬性有一個(gè)取值范圍，稱為域。域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。第六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵字（key）：又稱主屬性，可以惟一地標(biāo)識(shí)一個(gè)元組（一行）的一個(gè)屬性或多個(gè)屬性的組合?？梢云鸬竭@樣作用的關(guān)鍵字有兩類：候選關(guān)鍵字和主關(guān)鍵字。候選關(guān)鍵字（candidatekey）：一個(gè)關(guān)系中可以惟一地標(biāo)識(shí)一個(gè)元組（一行）的一個(gè)屬性或多個(gè)屬性的組合。一個(gè)關(guān)系中可以有多個(gè)候選關(guān)鍵字。主關(guān)鍵字（primarykey）：把關(guān)系中的一個(gè)候選關(guān)鍵字定義為主關(guān)鍵字。一個(gè)關(guān)系中只能有一個(gè)主關(guān)鍵字，用以惟一地標(biāo)識(shí)元組，簡(jiǎn)稱為關(guān)鍵字。第七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)外部鍵（foreignkey）：如果某個(gè)關(guān)系中的一個(gè)屬性或?qū)傩越M合不是所在關(guān)系的主關(guān)鍵字，但卻是其他關(guān)系的主關(guān)鍵字，對(duì)這個(gè)關(guān)系而言，稱其為外部關(guān)鍵字。關(guān)系模式（relationalschema）：關(guān)系模式是對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述。簡(jiǎn)記為：關(guān)系名（屬性1，屬性2，屬性3，……屬性n）。第八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)系模型一個(gè)關(guān)系是一個(gè)二維表格。二維表格的每一列是一個(gè)屬性。每一列有惟一的屬性名。屬性在表中的順序無(wú)關(guān)緊要。二維表格的每一列數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型相同，數(shù)據(jù)來(lái)自同一個(gè)值域。不同列的數(shù)據(jù)也可以來(lái)自同一個(gè)值域。二維表格中每一行（除屬性名行）是一個(gè)元組，表中不能有重復(fù)的元組（元組是惟一的），用關(guān)鍵字（主關(guān)鍵字和候選關(guān)鍵字）來(lái)保證元組的惟一性。元組在表中的順序無(wú)關(guān)緊要。Shuiwu-2011002-20第九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是以關(guān)系模型為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)，它利用關(guān)系描述現(xiàn)實(shí)世界中的對(duì)象。一個(gè)關(guān)系既可用來(lái)描述一個(gè)實(shí)體及其屬性，也可用來(lái)描述實(shí)體間的聯(lián)系。第十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化函數(shù)依賴及其對(duì)關(guān)系的影響函數(shù)依賴是屬性之間的一種聯(lián)系例如：STUDENT(學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生日期，專業(yè)，學(xué)院，院長(zhǎng))函數(shù)依賴關(guān)系是：學(xué)號(hào)→學(xué)院、學(xué)院→院長(zhǎng)第十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)系模式經(jīng)常存在的問題數(shù)據(jù)冗余大，數(shù)據(jù)在多個(gè)元組中不必要地重復(fù)更新異常，由于數(shù)據(jù)冗余，更新數(shù)據(jù)庫(kù)代價(jià).插入異常。刪除異常，如果刪除一組屬性，帶來(lái)的副作用可能是丟失了一些其他信息。第十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日規(guī)范化范式每個(gè)規(guī)范化的關(guān)系只有一個(gè)主題。規(guī)范化的過(guò)程就是不斷分解關(guān)系的過(guò)程。關(guān)系規(guī)范化理論認(rèn)為，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的每一個(gè)關(guān)系都要滿足一定的規(guī)范。根據(jù)滿足規(guī)范的條件不同，可以化分為6個(gè)等級(jí)5個(gè)范式，分別稱為第一范式（1NF），第二范式（2NF），第三范式（3NF），修正的第三范式（BCNF），第四范式（4NF），第五范式（5NF），NF是（NormalForm）的縮寫。第十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第一范式（1NF）列的取值只能是原子數(shù)據(jù)；每一列的數(shù)據(jù)類型相同，每一列有惟一的列名（屬性）；列的先后順序無(wú)關(guān)緊要，行的先后順序無(wú)關(guān)緊要。關(guān)系模式都滿足第一范式，即符合關(guān)系定義的二維表格（關(guān)系）都滿足第一范式。第十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第二范式（2NF）

關(guān)系的每一個(gè)非關(guān)鍵字屬性都完全函數(shù)依賴于關(guān)鍵字屬性，則關(guān)系滿足第二范式。第二范式要求每個(gè)關(guān)系只包含一個(gè)實(shí)體集的信息，所有非關(guān)鍵字屬性依賴關(guān)鍵字屬性。每個(gè)以單個(gè)屬性作為主鍵的關(guān)系自動(dòng)滿足第二范式。第十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第三范式（3NF）

關(guān)系的所有非關(guān)鍵字屬性相互獨(dú)立，任何屬性其屬性值的改變不應(yīng)影響其他屬性，則該關(guān)系滿足第三范式。一個(gè)關(guān)系滿足第二范式，同時(shí)沒有傳遞依賴，則該關(guān)系滿足第三范式。第十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)體模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式為每個(gè)實(shí)體定義一個(gè)關(guān)系，實(shí)體的名字就是關(guān)系的名字；實(shí)體的屬性就是關(guān)系的屬性；實(shí)體的鍵是關(guān)系的主關(guān)鍵字；實(shí)體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系之間的聯(lián)系，關(guān)系之間的聯(lián)系是通過(guò)外部關(guān)鍵字來(lái)體現(xiàn)的。第十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日一對(duì)一聯(lián)系的轉(zhuǎn)換兩個(gè)實(shí)體之間的聯(lián)系最簡(jiǎn)單的形式是一對(duì)一（1∶1）聯(lián)系。1∶1聯(lián)系的E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型時(shí)，每個(gè)實(shí)體用一個(gè)關(guān)系表示，然后將其中一個(gè)關(guān)系的關(guān)鍵字置于另一個(gè)關(guān)系中，使之成為另一個(gè)關(guān)系的外部關(guān)鍵字。關(guān)系模式中帶有下劃線的屬性是關(guān)系的主關(guān)鍵字。第十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日一對(duì)多聯(lián)系的轉(zhuǎn)換一對(duì)多（1∶n）聯(lián)系的E-R模型中，通常把“1”方（一方）實(shí)體稱為“父”方，“n”方（多方）實(shí)體稱為“子”方。1∶n聯(lián)系的表示簡(jiǎn)單而且直觀。一個(gè)實(shí)體用一個(gè)關(guān)系表示，然后把父實(shí)體關(guān)系中的關(guān)鍵字置于子實(shí)體關(guān)系中，使其成為子實(shí)體關(guān)系中的外部關(guān)鍵字。第十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日多對(duì)多聯(lián)系的轉(zhuǎn)換多對(duì)多（m∶n）聯(lián)系的E-R數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換策略是把一個(gè)m∶n聯(lián)系分解為兩個(gè)1∶n聯(lián)系，分解的方法是建立第三個(gè)關(guān)系（稱為“紐帶”關(guān)系）。原來(lái)的兩個(gè)多對(duì)多實(shí)體分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)父關(guān)系，新建立第三個(gè)關(guān)系，作為兩個(gè)父關(guān)系的子關(guān)系，子關(guān)系中的必有屬性是兩個(gè)父關(guān)系的關(guān)鍵字。第二十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系數(shù)據(jù)模型的方法聯(lián)系類型方法1∶1一個(gè)關(guān)系的主關(guān)鍵字置于另一個(gè)關(guān)系中1∶n父關(guān)系（一方）的主關(guān)鍵字置于子關(guān)系（多方）中m∶n分解成兩個(gè)1∶n關(guān)系。建立“紐帶關(guān)系”，兩個(gè)父關(guān)系的關(guān)鍵字置于紐帶關(guān)系中，紐帶關(guān)系是兩個(gè)父關(guān)系的子關(guān)系第二十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)系運(yùn)算—集合運(yùn)算傳統(tǒng)的集合運(yùn)算包括并、差、交、廣義笛卡爾積四種運(yùn)算。第二十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日并運(yùn)算兩個(gè)已知關(guān)系R和S的并將產(chǎn)生一個(gè)包含R、S中所有不同元組的新關(guān)系。記作：R∪S。第二十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日差運(yùn)算兩個(gè)已知關(guān)系R和S的差，是所有屬于R但不屬于S的元組組成的新關(guān)系。記作：R-S。第二十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日交運(yùn)算兩個(gè)已知關(guān)系R和S的交，是屬于R而且也屬于S的元組組成的新關(guān)系。記作：R∩S。第二十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日積運(yùn)算兩個(gè)已知關(guān)系R和S的積，是R中每個(gè)元組與S中每個(gè)元組連接組成的新關(guān)系。記作：R×S。如果關(guān)系R有m個(gè)元組，關(guān)系S有n個(gè)元組，關(guān)系R與關(guān)系S的積運(yùn)算是指一個(gè)關(guān)系中的每個(gè)元組與另一個(gè)關(guān)系中的每個(gè)元組相聯(lián)接形成新的關(guān)系C。關(guān)系C中有m×n個(gè)元組。關(guān)系R和關(guān)系S積運(yùn)算記作R×S。第二十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)系運(yùn)算專門的關(guān)系操作包括投影、選擇和聯(lián)接。第二十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日投影投影操作是指從一個(gè)或多個(gè)關(guān)系中選擇若干個(gè)屬性組成新的關(guān)系。投影操作取得垂直方向上關(guān)系的子集（列），即投影是從關(guān)系中選擇列。投影可用于變換一個(gè)關(guān)系中屬性的順序。第二十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日選擇選擇操作是指從關(guān)系中選擇滿足一定條件的元組。選擇操作取得的是水平方向上關(guān)系的子集（行）。第二十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日連接運(yùn)算連接操作是兩個(gè)關(guān)系的積、選擇和投影的組合。常用的連接有等值聯(lián)接和自然聯(lián)接。條件連接：從兩個(gè)關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組。等值連接：從關(guān)系R與S的笛卡爾積中選取滿足等值條件的元組。自然連接：也是等值連接，從兩個(gè)關(guān)系的笛卡爾積中，選