《數(shù)據(jù)庫SQL ServeSQLite教程》 教案 第2章 關(guān)系數(shù)據(jù)模型與關(guān)系運算

數(shù)據(jù)庫SQLServeSQLite教程課程教案課程名稱：數(shù)據(jù)庫SQLServeSQLite教程課程號：課程學(xué)分：2參考學(xué)時：32課程性質(zhì)：專業(yè)必修課適用專業(yè)：計算機(jī)類專業(yè)上課時間：授課教師：負(fù)責(zé)人：審核單位：年月日-1-一、課程基本信息課程名稱數(shù)據(jù)庫SQLServeSQLite教程課程號課程性質(zhì)專業(yè)必修課開課部門課程負(fù)責(zé)人課程團(tuán)隊授課學(xué)期學(xué)分/學(xué)時2/32授課語言漢語先修課程數(shù)據(jù)庫SQLServeSQLite教程課程簡介從理論實踐一體化角度出發(fā)，介紹了數(shù)據(jù)庫的基本概念、理論、模型和方法，同時從知識技能的邏輯順序出發(fā)，深入淺出地介紹了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生可以快速掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的原理，應(yīng)用有關(guān)工具學(xué)習(xí)SQL，并在C#、Python等相關(guān)課程中應(yīng)用，在實際應(yīng)用中解決實際問題。授課班級

二、課程授課教案第2章，共11章講課主題關(guān)系數(shù)據(jù)模型與關(guān)系運算學(xué)時2學(xué)時教學(xué)目標(biāo)從理論實踐一體化角度出發(fā)，介紹了數(shù)據(jù)庫的基本概念、理論、模型和方法，同時從知識技能的邏輯順序出發(fā)，深入淺出地介紹了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生可以快速掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的原理，應(yīng)用有關(guān)工具學(xué)習(xí)SQL，并在C#、Python等相關(guān)課程中應(yīng)用，在實際應(yīng)用中解決實際問題。教學(xué)重點、難點數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的存儲方式，是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它描述了數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作以及語義約束。數(shù)據(jù)模型一般分為概念數(shù)據(jù)模型和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型兩類，它們從不同的層次對現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)特征進(jìn)行抽象，從而可以將現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)表達(dá)并存儲到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)庫歷史上迄今為止最流行的數(shù)據(jù)模型是關(guān)系數(shù)據(jù)模型。深入了解和理解關(guān)系數(shù)據(jù)模型是掌握數(shù)據(jù)庫技術(shù)的前提。教學(xué)設(shè)計授課提綱及重難點分析教學(xué)方法及課程思政設(shè)計教學(xué)時間2.1數(shù)據(jù)模型概述模型(Model)是對現(xiàn)實世界特征的抽象。數(shù)據(jù)模型也是一種模型，只不過它關(guān)心的是現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)特征。2.1.1數(shù)據(jù)模型的定義數(shù)據(jù)模型(DataModel)是對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象，如數(shù)據(jù)的組成、數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系等?，F(xiàn)實世界中的實體不僅具有數(shù)據(jù)特征，還具有其他特征，如行為特征等。但對于數(shù)據(jù)模型而言，只關(guān)心實體的數(shù)據(jù)特征。例如，“商品”是現(xiàn)實世界中的一個實體，數(shù)據(jù)模型關(guān)心的是“商品”這個實體由哪些屬性來描述(如品名、規(guī)格、計量單位、價格、重量和產(chǎn)地等)，它與其他實體之間有何聯(lián)系(如與“工廠”之間存在著制造關(guān)系等)等內(nèi)容。早期，一般把數(shù)據(jù)模型僅理解為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)代則認(rèn)為數(shù)據(jù)模型不僅提供數(shù)據(jù)表示的手段，還提供數(shù)據(jù)操作的類型和方法。綜上所述，數(shù)據(jù)模型是描述現(xiàn)實世界實體、實體之間的聯(lián)系以及語義約束的模型。2.1.2數(shù)據(jù)模型的分類根據(jù)對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)抽象層次的不同，可將數(shù)據(jù)模型分為概念數(shù)據(jù)模型和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型。概念數(shù)據(jù)模型又稱語義數(shù)據(jù)模型，強(qiáng)調(diào)從用戶的角度來描述現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)特征，著重于對實際數(shù)據(jù)需求的獲取和表達(dá)，應(yīng)該簡單、清晰、易于用戶理解。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型又稱邏輯數(shù)據(jù)模型，是用戶從數(shù)據(jù)庫看到的模型，強(qiáng)調(diào)從數(shù)據(jù)庫的角度來進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，具體表現(xiàn)為網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型、層次數(shù)據(jù)模型等。數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)約束三個要素。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型是DBMS的邏輯基礎(chǔ)，任何一個DBMS都是基于某種特定的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的，既要面向用戶，又要面向系統(tǒng)。2.1.3E-R模型當(dāng)今數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)來源繁多，數(shù)據(jù)增長速度快，經(jīng)常面臨數(shù)據(jù)需求的變化，如何高效快捷地從繁雜的數(shù)據(jù)中獲取信息，涉及數(shù)據(jù)建模的問題。在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域已經(jīng)提出了多種概念數(shù)據(jù)模型建模的方法，其中最著名和最流行的是E-R模型。R模型(Entity-RelationshipModel，實體-聯(lián)系模型)是由美國路易斯安那州立大學(xué)的華裔教授PeterP.Chen于1976年提出的。E-R模型提供不受任何DBMS約束的面向用戶的表達(dá)方法，建模思想簡單，語義表達(dá)能力強(qiáng)，一經(jīng)推出，立即受到了工業(yè)界的歡迎，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中被廣泛用作數(shù)據(jù)建模的工具。E-R模型的核心思想是將現(xiàn)實世界中的所有數(shù)據(jù)都表示為實體，然后在實體與實體之間建立相應(yīng)的聯(lián)系，并最終通過建立E-R圖來表示所有的數(shù)據(jù)語義。1.E-R模型的組成E-R模型的構(gòu)成要素，首先是實體和聯(lián)系。又因為實體和聯(lián)系都有其相應(yīng)的屬性，所以E-R模型的組成包括三個要素：實體、聯(lián)系和屬性。2.E-R模型的符號E-R模型通過建立由實體、聯(lián)系和屬性構(gòu)成的E-R圖來描述現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)需求，因此E-R模型也稱為E-R圖。3.E-R模型的集成與優(yōu)化完成了各個底層子系統(tǒng)的E-R模型后，下一步將進(jìn)行E-R模型的集成和優(yōu)化。方法是，首先找出公共實體，然后基于公共實體進(jìn)行合并，最后消除合并過程中出現(xiàn)的各種沖突。35min2.2關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型(RelationalDataModel，以下簡稱關(guān)系模型)于1970年由美國IBM公司的E.F.Codd提出，該模型奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)理論的基礎(chǔ)。2.2.1關(guān)系模型的相關(guān)概念在關(guān)系模型中，所有實體都表示在一個二維表格結(jié)構(gòu)中，每一個實體表示為表格中的一行，稱為一個元組(Tuple)。元組的數(shù)目稱為關(guān)系的基數(shù)。元組本質(zhì)上是數(shù)據(jù)，是一系列屬性值的集合。2.2.2關(guān)系的幾個性質(zhì)關(guān)系模型是以二維表格形式的關(guān)系為基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且必須滿足一定的規(guī)范，因此關(guān)系是規(guī)范化的二維表格，表現(xiàn)為以下幾個性質(zhì)：(1)屬性值不可分解：每個屬性值都是單一值，不能是一個值集。通俗地講，就是不允許關(guān)系出現(xiàn)“表中表”。(2)元組不可重復(fù)：任何關(guān)系中都不允許存在重復(fù)元組。(3)關(guān)系沒有行序：任何關(guān)系的元組之間沒有順序。(4)關(guān)系沒有列序：任何關(guān)系的屬性列之間沒有順序。2.2.3關(guān)系模型的完整性約束關(guān)系模型通過四類完整性約束來表達(dá)數(shù)據(jù)的語義約束，即實體完整性、參照完整性、域完整性和用戶自定義完整性。完整性約束(IntegralConstrait)也稱完整性規(guī)則(IntegralRule)，是關(guān)系模式必須滿足的一些謂詞條件，體現(xiàn)為具體領(lǐng)域中的語義約束。依據(jù)完整性約束，關(guān)系模型可以表達(dá)豐富的語義約束條件。1.實體完整性實體完整性(EntityIntegrity)也稱行完整性，是指關(guān)系模式的任一關(guān)系的主屬性值(候選碼)不可為空。2.參照完整性參照完整性(ReferentialIntegerity)也稱引用完整性，定義在兩個關(guān)系模式之上，涉及外碼概念，用于保證相關(guān)表中數(shù)據(jù)的一致性。關(guān)系模式R的外碼(ForeignKey)是指它的一個屬性集FK滿足兩個條件：存在帶有候選碼CK的關(guān)系模式S；R的任一非空FK值都在S的CK中有一個相同的值。我們把S稱為被參照關(guān)系(ReferencedRelation)，R稱為參照關(guān)系(ReferentialRelation)。3.域完整性實體完整性和參照完整性給出了針對主碼和外碼的語義約束，但實際應(yīng)用還常常要求對一些非碼屬性添加完整性約束，因此，在關(guān)系模型中引入了第三類完整性約束。4.用戶自定義完整性這是用戶根據(jù)實際應(yīng)用的需要而自行定義的數(shù)據(jù)完整性。所有完整性類別都支持用戶定義完整性，包括CreateTable中所有列級約束和表級約束、存儲過程及觸發(fā)器。例如，在訂單表中，發(fā)貨日期不能早于訂貨日期，因此，在使用Update或Insert操作創(chuàng)建觸發(fā)器時，定義發(fā)貨日期＞訂貨日期，否則會出錯并回滾事務(wù)。35min2.3關(guān)系運算關(guān)系運算是關(guān)系模型數(shù)據(jù)操作的主要實現(xiàn)方式，分為兩類：一類是傳統(tǒng)的集合運算(并、差、交、笛卡爾積)，另一類是專門的關(guān)系運算(選擇、投影、連接等)。任何關(guān)系運算的結(jié)果仍然是一個關(guān)系，有些查詢需