MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與應(yīng)用教程課件 第2章 關(guān)系模型和數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

第2章關(guān)系模型和數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握關(guān)系模型的組成和結(jié)構(gòu)，掌握關(guān)系代數(shù)基本運(yùn)算的方法，了解關(guān)系的完整性和約束，理解關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)，了解數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟。2.1關(guān)系模型2.1.1關(guān)系模型的組成1．關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2．關(guān)系操作集合3．關(guān)系完整性約束2.1關(guān)系模型2.1.2關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1．關(guān)系的數(shù)學(xué)定義（1）域的定義定義域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。例如，整數(shù)、正數(shù)、負(fù)數(shù)、{0，1}、{男，女}、{計(jì)算機(jī)專業(yè)，物理專業(yè)，外語專業(yè)}、計(jì)算機(jī)系所有學(xué)生的姓名等，都可以作為域。2.1關(guān)系模型（2）笛卡爾積的定義2.1關(guān)系模型2.1關(guān)系模型2.1關(guān)系模型（3）關(guān)系的定義2.1關(guān)系模型2.1關(guān)系模型2．關(guān)系中的基本名詞（1）元組關(guān)系表中的每一橫行稱作一個(gè)元組。（2）屬性關(guān)系中的每一列稱為一個(gè)屬性。（3）候選碼和主碼若關(guān)系中的某一屬性組（或單個(gè)屬性）的值能唯一地標(biāo)識一個(gè)元組，則稱該屬性組（或?qū)傩裕楹蜻x碼。2.1關(guān)系模型（4）全碼若關(guān)系的候選碼中只包含一個(gè)屬性，則稱它為單屬性碼；若候選碼是由多個(gè)屬性構(gòu)成的，則稱它為多屬性碼。若關(guān)系中只有一個(gè)候選碼，且這個(gè)候選碼中包括全部屬性，則這種候選碼為全碼。學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，年齡）借書（學(xué)號，書號，日期）學(xué)生選課（學(xué)號，課程）2.1關(guān)系模型（5）主屬性和非主屬性關(guān)系中，候選碼中的屬性稱為主屬性，不包含在任何候選碼中的屬性稱為非主屬性。2.1關(guān)系模型3.關(guān)系的性質(zhì)關(guān)系具有以下6個(gè)性質(zhì)：(1)列是同質(zhì)的。(2)不同的列可出自同一個(gè)域。(3)列的順序無所謂。(4)任意兩個(gè)元組不能完全相同。(5)行的順序無所謂。(6)行列的交集稱為分量，每個(gè)分量的取值必須是原子值，即每一個(gè)分量都必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，即每個(gè)屬性不能再分割。2.1關(guān)系模型2.2關(guān)系代數(shù)關(guān)系代數(shù)可分為傳統(tǒng)的集合運(yùn)算和專門的集合運(yùn)算兩類操作。（1）傳統(tǒng)的集合運(yùn)算將關(guān)系（二維表）看成是元組（記錄）的集合，其運(yùn)算是以關(guān)系的“水平”方向即行的角度來進(jìn)行運(yùn)算的。傳統(tǒng)的集合運(yùn)算符有：∪（并運(yùn)算），－（差運(yùn)算），∩（交運(yùn)算），×（廣義笛卡爾積）。2.2關(guān)系代數(shù)（2）專門的關(guān)系運(yùn)算將關(guān)系（二維表）看成是元組（記錄）或列（屬性）的集合。其運(yùn)算不僅可以從“水平”方向，還可以從“垂直”角度來進(jìn)行運(yùn)算。專門的關(guān)系運(yùn)算符有：σ（選擇）、Π（投影）、θ（，連接）、÷（除）。算術(shù)比較運(yùn)算符有：>（大于）、≥（大于等于）、<（小于）、≤（小于等于）、=（等于）、≠（不等于）。邏輯運(yùn)算符有：（非）、∧（與）、∨（或）。2.2關(guān)系代數(shù)2.2.1傳統(tǒng)的集合運(yùn)算1．并運(yùn)算2.2關(guān)系代數(shù)2.2關(guān)系代數(shù)2．差運(yùn)算【例2-5】Course1-Course2，結(jié)果見表2-8。2.2關(guān)系代數(shù)3．交運(yùn)算【例2-6】Course1∩Course2，結(jié)果見表2-9。2.2關(guān)系代數(shù)4．笛卡爾積運(yùn)算2.2關(guān)系代數(shù)2.2關(guān)系代數(shù)2.2.2專門的關(guān)系運(yùn)算1．選擇運(yùn)算2.2關(guān)系代數(shù)2.2關(guān)系代數(shù)2.2關(guān)系代數(shù)2.2關(guān)系代數(shù)2.投影運(yùn)算2.2關(guān)系代數(shù)2.2關(guān)系代數(shù)2.2關(guān)系代數(shù)3.連接運(yùn)算2.2關(guān)系代數(shù)2.2關(guān)系代數(shù)2.3關(guān)系的完整性和約束2.3.1關(guān)系的完整性1.實(shí)體完整性實(shí)體完整性規(guī)則規(guī)定基本關(guān)系的所有主碼對應(yīng)的主屬性都不能取空值。2.參照完整性參照完整性指被引用表中的主關(guān)鍵字和引用表中的外部主關(guān)鍵字之間的關(guān)系。3.域完整性域完整性是針對某一具體關(guān)系數(shù)據(jù)庫的約束條件，反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。2.3關(guān)系的完整性和約束2.3.2約束1.主鍵約束設(shè)置主鍵約束的字段稱為主鍵字段，主鍵約束可以保證數(shù)據(jù)的實(shí)體完整性。2.外鍵約束如果一個(gè)表中某個(gè)字段的數(shù)據(jù)只能取另一個(gè)表中某個(gè)字段值之一，則必須為該字段設(shè)置外鍵約束，外鍵約束可以保證數(shù)據(jù)的參照完整性和域完整性。2.3關(guān)系的完整性和約束3.唯一約束唯一約束可以指定一列數(shù)據(jù)或幾列數(shù)據(jù)的組合值在表中是唯一不能重復(fù)的。4.檢查約束檢查約束是用指定的條件（邏輯表達(dá)式）檢查限制輸入數(shù)據(jù)的取值范圍是否正確，用以保證數(shù)據(jù)的參照完整性和域完整性。2.3關(guān)系的完整性和約束5.默認(rèn)值約束（Default）默認(rèn)值約束是指給某個(gè)字段綁定一個(gè)默認(rèn)的初始值，輸入記錄時(shí)若沒有給出該字段的數(shù)據(jù)，則自動填入默認(rèn)值以保證數(shù)據(jù)的域完整性。6.空值約束（Null）空值約束是指不知道或不能確定的特殊數(shù)據(jù)。2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)2.4.1關(guān)系范式的種類和規(guī)范化過程1．關(guān)系范式的種類第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF），Boyce-Codd范式（BCNF），第四范式（4NF），第五范式（5NF）。2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)2．范式之間的關(guān)系及規(guī)范化過程1）1NF2）2NF3）3NF4）BCNF5）4NF1NF?2NF?3NF?BCNF?4NF?5NF。2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)2.4.2函數(shù)依賴1.函數(shù)依賴的定義2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)2.函數(shù)依賴中的術(shù)語和記號2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)3.其他依賴的定義2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)2.4.3范式1．第一范式（1NF）2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)【例2-13】職工表存儲了員工的基本信息，見表2-19。2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)2．第二范式（2NF）定義設(shè)有關(guān)系模式R是屬于1NF的關(guān)系模式，如果它的所有非主屬性都完全函數(shù)依賴碼，則稱R是2NF的關(guān)系模式，記為R∈2NF。2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)【例2-14】學(xué)生-課程表存儲了學(xué)生選修課程的信息，見表2-21。2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)3．第三范式（3NF）2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)【例2-15】圖書表存儲了圖書的信息，見表2-24。2.4關(guān)系規(guī)范化理論基礎(chǔ)可以將表2-24分解為兩個(gè)表，見表2-25和表2-26。2.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟2.5.1需求分析階段需求分析就是分析用戶對數(shù)據(jù)庫的具體要求，是整個(gè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的起點(diǎn)和基礎(chǔ)。2.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟2.5.2概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段1．概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是將需求分析得到的信息抽象化為概念模型。2.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟2．概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟（1）設(shè)計(jì)局部概念①確定數(shù)據(jù)庫需要的實(shí)體。②確定各個(gè)實(shí)體的屬性（包括每個(gè)實(shí)體的主屬性），以及與實(shí)體的聯(lián)系。③畫出局部E-R圖。2.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟2.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟（2）綜合成全局概念①確定各個(gè)實(shí)體之間的聯(lián)系。②畫出聯(lián)系，將局部E-R圖綜合起來。2.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟2.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟（3）評審評審需要根據(jù)用戶的整體需求來確定哪些數(shù)據(jù)或聯(lián)系是冗余的。2.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟2.5.3邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段1．邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)2．邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟2.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟（1）將E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型①一個(gè)一對一聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式。②一個(gè)一對多聯(lián)系可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式。③一個(gè)多對多聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式。【例2-18】將圖2-3的E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型：關(guān)系A(chǔ)（X，Y，Z）關(guān)系B（M，N）關(guān)系C（K，L）（2）數(shù)據(jù)模型優(yōu)化為了進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能，還應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用需求適當(dāng)?shù)匦薷?、調(diào)整數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)。這就是數(shù)據(jù)模型優(yōu)化。2.5數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟2.5.4物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段1．物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)2．物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟（1）