關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1、關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 關(guān)系模型源于數(shù)學(xué)，它用二維表來(lái)組織數(shù)據(jù)，而這個(gè)二維表在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中稱為 關(guān)系。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是表的集合 用關(guān)系表示實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系的模型，稱為關(guān)系模型，下面我們來(lái)看看關(guān)系 模型中的基本術(shù)語(yǔ) 1.關(guān)系關(guān)系就是二維表，它滿足以下幾個(gè)條件1）關(guān)系表中的每一列都是不可再分的基本屬性。（有子屬性，分開(kāi)了，不是關(guān) 系表）2）表中的各屬性不能重名3）表中的行、列次序并不重要，即交換列的前后順序（比如將性別放在年齡前 面）不影響其表達(dá)的一個(gè)語(yǔ)義。2. 元組表中的每一行數(shù)據(jù)稱為一個(gè)元組，它相當(dāng)于一個(gè)記錄值3. 屬性表中的每一列是一個(gè)屬性值的集合，列可以命名，稱為屬性名，屬性與前面講到 的實(shí)體

2、屬性（特征）或記錄的字段意義相當(dāng)。關(guān)系表中的每一行數(shù)據(jù)不允許完全相同，因?yàn)榇鎯?chǔ)值完全相同的兩行或多行數(shù)據(jù) 并沒(méi)有實(shí)際意義4. 主鍵主鍵也稱主碼或主關(guān)鍵字，是表中用于唯一確定一個(gè)元組的一個(gè)屬性或最小屬性 組。主鍵可以由一個(gè)屬性組成，也可以由多個(gè)屬性共同組成。如表所示，學(xué)號(hào)就是此學(xué)生基本信息表的主鍵，因?yàn)樗梢晕ㄒ坏卮_定一個(gè)學(xué)生。 而表所示的關(guān)系的主鍵就由學(xué)號(hào)和課程號(hào)共同組成，因?yàn)橐粋€(gè)學(xué)生可以選修多門(mén) 課程，而且一門(mén)課程也可以有多個(gè)學(xué)生選修， 因此，只有將學(xué)號(hào)和課程號(hào)結(jié)合起 來(lái)才能共同的確定一行記錄。通常稱由多個(gè)屬性共同組成的主鍵為復(fù)合主鍵。 表的主鍵與其實(shí)際應(yīng)用語(yǔ)義有關(guān)，與表設(shè)計(jì)者的意圖有關(guān)，如

3、表，用（學(xué)號(hào)，課 程號(hào)）作為主鍵在一個(gè)學(xué)生對(duì)一門(mén)課程只能有一次考試的前提下是成立的，如果如果是如果能如果表設(shè)定一個(gè)學(xué)生對(duì)一門(mén)課程可以有多次考試，則用（學(xué)號(hào)，課程號(hào)）作主鍵就不夠 了，因?yàn)橐粋€(gè)學(xué)生對(duì)一門(mén)課程有多少次考試，則這個(gè)值就回重復(fù)多少遍， 這種情況，就必須為這個(gè)表添加一個(gè)“考試次數(shù)”列，同時(shí)作為主鍵 有時(shí)一個(gè)表中可能存在多個(gè)可以作主鍵的屬性，比如，對(duì)于學(xué)生信息表，夠保證姓名肯定不重復(fù)的話，那么姓名也可以作為學(xué)生基本信息的主鍵， 中存在多個(gè)可以作為主鍵的屬性，則稱這些屬性為候選鍵屬性，相應(yīng)的鍵稱為候 選鍵，從中選一個(gè)作為主鍵都是可以的。5. 域?qū)傩缘娜≈捣秶Q為域。例如，大學(xué)生的年齡假設(shè)在1

4、440歲范圍內(nèi)，則學(xué)生的 “年齡”屬性的域就是（1440）關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操作 增刪改查 關(guān)系模型的數(shù)據(jù)完整性約束數(shù)據(jù)完整性是指數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是有意義的，是正確的。主要包括三大類1）實(shí)體完整性 是指的是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中所有的表都必須有主鍵，而且表中不允許存在以下兩 種情況（1）無(wú)主鍵值的記錄（2）主鍵值相同的記錄因?yàn)槿粲涗洓](méi)有主鍵值，則此記錄在表中一定是無(wú)意義的。關(guān)系模型 中的每一行記錄都對(duì)應(yīng)客觀存在的一個(gè)實(shí)例或一個(gè)事實(shí)，比如，一個(gè) 學(xué)號(hào)唯一地確定了一個(gè)學(xué)生，如果表中存在沒(méi)有學(xué)號(hào)的學(xué)生記錄，則 此學(xué)生一定不屬于正常管理的學(xué)生。另外，如果表中存在主鍵值相等 的兩個(gè)或多個(gè)記錄，則這兩個(gè)或多個(gè)記錄會(huì)對(duì)

5、應(yīng)同一個(gè)實(shí)例，這會(huì)出 現(xiàn)兩種情況。第一，表中的其他值也完全相同，則這些記錄就是重復(fù) 記錄，存儲(chǔ)重復(fù)的記錄是沒(méi)有意義的，第二，如果其他值不完全相同, 則會(huì)出現(xiàn)語(yǔ)義矛盾，哪條記錄才是真實(shí)的實(shí)體中每個(gè)具體的記錄值（一行數(shù)據(jù)），比如學(xué)生實(shí)體中的每個(gè)具體的學(xué)生, 稱為實(shí)體的一個(gè)實(shí)例。2）參照完整性參照完整性有時(shí)也稱為引用完整性?，F(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體之間往往存在著某種聯(lián)系， 在關(guān)系模型中，實(shí)體以及實(shí)體之間的聯(lián)系都是用關(guān)系來(lái)表示的，這樣就自然存在著關(guān)系（表）與關(guān)系（表）之間的引用關(guān)系。參照完整性就是描述實(shí)體之間的聯(lián) 系的。參照完整性一般是指多個(gè)實(shí)體或表之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。比如表2-3中，學(xué)生選課信息表所描述的學(xué)生必

6、須受限于表 2-1學(xué)生基本信息表中已有的學(xué)生，不能在學(xué)生 選課信息表中描述一個(gè)根本就不存在的學(xué)生， 也就是學(xué)生選課信息表中學(xué)號(hào)的取 值必須在學(xué)生基本信息表中學(xué)號(hào)的取值范圍內(nèi)。 這種一個(gè)表中某列的取值受限于 另一個(gè)表的某列的取值范圍約東的特點(diǎn)就稱為參照完整性。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中用外鍵（foreignkey，有時(shí)也稱為外部關(guān)鍵字或外碼）來(lái)實(shí)現(xiàn)參照完整性。例如，只要將學(xué)生選課表中的“學(xué)號(hào)”定義為引用學(xué)生基本信息表的“學(xué)號(hào)”的外鍵， 就可以保證選課表中的“學(xué)號(hào)”的取值在學(xué)生基本信息表的已有“學(xué)號(hào)”范圍 內(nèi) 外鍵一般出現(xiàn)在聯(lián)系所對(duì)應(yīng)的關(guān)系中，用于表示兩個(gè)或多個(gè)實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。 外鍵實(shí)際上是表中的一個(gè)（或

7、多個(gè)）屬性，它引用某個(gè)其他表（特殊情況下，也可以是外鍵所在（2.4的表）的主鍵，當(dāng)然，也可以是候選鍵，但多數(shù)情況下是 主鍵。下面舉例說(shuō)明如何指定外鍵 例2-1】學(xué)生和專業(yè)可以用下面的關(guān)系表示，其中主鍵用下劃線標(biāo)識(shí)。 學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，出生日期）專業(yè)（專業(yè)號(hào)，專業(yè)名） 這兩個(gè)關(guān)系之間存在著屬性引用關(guān)系，即學(xué)生關(guān)系中的“專業(yè)號(hào)”引用了專業(yè)關(guān) 系中的“專業(yè)號(hào)”，顯然，學(xué)生關(guān)系中的“專業(yè)號(hào)”的值必須是確實(shí)存在的專業(yè) 的專業(yè)號(hào)。也就是說(shuō)，學(xué)生關(guān)系中的“專業(yè)號(hào)”引用了專業(yè)關(guān)系中的“專業(yè)號(hào)”， 是引用了專業(yè)關(guān)系中的“專業(yè)號(hào)”的外鍵【例2-2】學(xué)生、課程以及學(xué)生與課程之間的選課關(guān)系可以用以下 3

8、個(gè)關(guān)系表示, 其中主鍵用下劃線標(biāo)識(shí)。學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，出生日期）課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)分）選課（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）這3個(gè)關(guān)系中，選課關(guān)系中的“學(xué)號(hào)”必須是學(xué)生關(guān)系中已有的學(xué)生，因此選課關(guān)系中號(hào)”引用了學(xué)生關(guān)系中的“學(xué)號(hào)”。 同樣，選課關(guān)系中的“課程號(hào)”也必 須是課程關(guān)系中已有的課程，即選課關(guān)系中的“課程號(hào)”引用了課程關(guān)系中的“課程號(hào)”。因此，選課關(guān)系中的“學(xué)號(hào)”是引用了學(xué)生關(guān)系中的“學(xué)號(hào)”的外 鍵，而“課程號(hào)”是引用了課程關(guān)系中的“課程號(hào)”的外鍵。主鍵必須是非空且不重復(fù)的，但外鍵無(wú)此要求。外鍵可以有重復(fù)值，這點(diǎn)從表 2-3中可以看出。外鍵也可以取空值，例如，職工與其所在的部門(mén)

9、可以用以下兩 個(gè)關(guān)系表示。職工（職工號(hào)，職工名，部門(mén)號(hào)，工資級(jí)別） 部門(mén)（部門(mén)號(hào)，部門(mén)名） 其中，職工關(guān)系的“部門(mén)號(hào)”是引用部門(mén)關(guān)系的“部門(mén)號(hào)”的外鍵， 如果某新來(lái) 職工還沒(méi)有被分配到具體的部門(mén)，則其“部門(mén)號(hào)”就為空值；如果職工已經(jīng)被分 配到了某個(gè)部門(mén)，則其部門(mén)號(hào)就有了確定的值（非空值）。3）用戶定義完整性用戶定義的完整性也稱為域完整性或語(yǔ)義完整性。任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)都應(yīng) 該支持實(shí)體完整性和參照完整性， 除此之外，不同的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)其應(yīng)用 環(huán)境的不同，往往還需要一些特殊的約東條件，用戶定義的完整性就是針對(duì)某一 具體應(yīng)用領(lǐng)域定義的數(shù)據(jù)約束條件，它反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足 應(yīng)

10、用語(yǔ)義的要求。用戶定義的完整性實(shí)際上就是指明關(guān)系中屬性的取值范圍，也就是屬性的域，這樣可以限制關(guān)系中屬性的取值類型及取值范圍，防止屬性的值與應(yīng)用語(yǔ)義矛盾。例如，學(xué)生的考試成績(jī)的取值范圍為 0-100，人的性別的取值是男，女。關(guān)系規(guī)范化 為什么要關(guān)系規(guī)范化觀察這個(gè)表的數(shù)據(jù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)有以下幾個(gè)問(wèn)題 數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題：在這個(gè)關(guān)系中，有關(guān)學(xué)生所在系和其所對(duì)應(yīng)的宿舍樓的信息有 冗余，因?yàn)橐粋€(gè)系有多少個(gè)學(xué)生，這個(gè)系所對(duì)應(yīng)的宿舍樓的信息就要重復(fù)存儲(chǔ)多 少遍。而且學(xué)生基本信息（包括學(xué)生學(xué)號(hào)、姓名、性別、所在系）也有重復(fù)，一 個(gè)學(xué)生修了多少門(mén)課，他的基本信息就重復(fù)多少遍。 數(shù)據(jù)更新問(wèn)題：如果某一學(xué)生從數(shù)字媒體系轉(zhuǎn)到了

11、信息管理系，那么不但要修 改此學(xué)生的 Sdept列的值，還要修改其Sloe列的值，從而使修改復(fù)雜化。 數(shù)據(jù)插入問(wèn)題：如果新成立了某個(gè)系，并且也確定好了此系學(xué)生的宿舍樓，即 已經(jīng)有了 Sdept和Sloe信息，但也不能將這個(gè)信息插入到表 1中，因?yàn)檫@個(gè) 系還沒(méi)有招生，其Sno和Cno列的值均為空，而Sno和Cno是這個(gè)表的主屬性， 因此不能為空。數(shù)據(jù)刪除問(wèn)題：如果一個(gè)學(xué)生只選了一門(mén)課，而后來(lái)又不選了，則應(yīng)該刪除此 學(xué)生選此門(mén)課程的記錄。但由于這個(gè)學(xué)生只選了一門(mén)課，則刪掉此學(xué)生的選課記 錄的同時(shí)也刪掉了此學(xué)生的其他基本信息。這些都是操作異常，為什么會(huì)出現(xiàn)操作異常呢，就是關(guān)系模式?jīng)]有設(shè)計(jì)好。為了解決

12、這類似的問(wèn)題，我們就要按照關(guān)系規(guī)范化去進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.關(guān)系中的碼例1:有關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，身份證號(hào)，年齡，所在系） 候選碼為：學(xué)號(hào)，身份證號(hào) 主鍵可以為“學(xué)號(hào)”或者是“身份證號(hào)”。主屬性為：學(xué)號(hào)，身份證號(hào) 作主屬性為：姓名，性別，年齡，所在系。例2:有關(guān)系模式：選課（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，考試次數(shù)，成績(jī)） 設(shè)一個(gè)學(xué)生對(duì)一門(mén)課程可以有多次考試，每一次考試有一個(gè)考試成績(jī) 候選碼為：（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，考試次數(shù)），也為主鍵 主屬性為：學(xué)號(hào)，課程號(hào)，考試次數(shù) 非主屬性為：成績(jī)。例3:有關(guān)系模式：授課（教師號(hào)，課程號(hào)，學(xué)年） 其語(yǔ)義為：一個(gè)教師在一個(gè)學(xué)年可以講授多門(mén)不同的課程， 可以在不同學(xué)年對(duì)同 一

13、門(mén)課程講授多次，但不能在同一個(gè)學(xué)年對(duì)同一門(mén)課程講授多次。 一門(mén)課程在一 個(gè)學(xué)年可以由多個(gè)不同的教師講授，同一個(gè)學(xué)年可以開(kāi)設(shè)多門(mén)課程，同一門(mén)課程 可以在不同學(xué)年開(kāi)設(shè)多次。其候選碼為：（教師號(hào)，課程號(hào)，學(xué)年），因?yàn)橹挥校ń處熖?hào)，課程號(hào)，學(xué)年） 三者才能唯一的確定一個(gè)元組。這里的候選碼也是主鍵 主屬性為：教師號(hào)，課程號(hào)，學(xué)年。沒(méi)有非主屬性。稱這種候選碼為全部屬性的表為全碼表。2.范式1NF第一范式（1NF ）是指數(shù)據(jù)表中的每個(gè)字段必須是不可拆分的最小單元。2NF 第二范式（2NF ）是指滿足1NF后，要求表中的所有列，都必須依賴于主鍵, 而不能有任何一列與主鍵沒(méi)有關(guān)系，也就是說(shuō)一個(gè)表只描述一件事情。

14、這個(gè)是什么意思呢，意思就是說(shuō)，表中除了主鍵的其他列，不能和主鍵沒(méi)有關(guān)系, 但其實(shí)這句話又有點(diǎn)相互矛盾，既然沒(méi)關(guān)系，又怎么會(huì)放在同一列中呢，其實(shí)可 以這樣想，單獨(dú)把這一列和主鍵拿出來(lái)，如果他們之間沒(méi)有關(guān)系，那肯定是不滿 足第二范式的。這是一張成績(jī)表，包括學(xué)號(hào)、課程號(hào)、成績(jī)和學(xué)分，主鍵為學(xué)號(hào)，但是單獨(dú)將學(xué) 分和學(xué)號(hào)拿出來(lái)，兩個(gè)沒(méi)有關(guān)系，所以不滿足第二范式。第三范式（3NF）是指必須先滿足第二范式（2NF ），另外要求表中的每一列只 與主鍵直接相關(guān)而不是間接相關(guān)。這個(gè)又是什么意思呢，似乎和第二范式的描述差不多啊， 其實(shí)不然，還是有細(xì)微差別的，第三范式保證了表中的字段消除了傳遞依賴，比如C依賴于B，B

15、依賴 于A，那么C依賴于A，像這樣的情況不能讓 A、B、C出現(xiàn)在同一個(gè)表中?？梢钥闯?，學(xué)院地點(diǎn)與學(xué)號(hào)不是直接相關(guān)連， 學(xué)院地點(diǎn)和學(xué)院號(hào)直接相關(guān)連， 所 以不滿足數(shù)據(jù)庫(kù)第三范式。如何轉(zhuǎn)換呢?2NF函數(shù)依賴關(guān)系的分解過(guò)程有以下幾個(gè)步驟可以用模式分解的辦法將非2NF的關(guān)系模式分解為多個(gè)2NF的關(guān)系模式。步驟 用組成主鍵的屬性集合的每一個(gè)子集作為主鍵構(gòu)成一個(gè)關(guān)系模式。 將依賴于這些主鍵的屬性放置到相應(yīng)的關(guān)系模式中 最后去掉只由主鍵的子集構(gòu)成的關(guān)系模式例如，對(duì)S-L-C表，首先分解為如下的三個(gè)關(guān)系模式(下劃線部分表示主鍵)：S-l(S no,.)C(C no,.)S-c(S no,Cn o,.) 然后，將依賴于這些主鍵的屬性放置到相應(yīng)的關(guān)系模式中，形成如下三個(gè)關(guān)系模 式S-l(Sno,Sname, Ssex, Sdept, Sloc)C (Cnc)S-c(s no,con, grade)最后，去掉只由主鍵的子集構(gòu)成的關(guān)系模式，也就是去掉C(Cnc)關(guān)系模式。SLC關(guān)系模式最終被分解的形式為：s-l(S no,Sha ne, Ssex,