第四章數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

第四章數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

4-1數(shù)據(jù)庫(kù)基本概念

4-2關(guān)系代數(shù)

4-3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

4-4關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言（SQL）

4-5數(shù)據(jù)庫(kù)的保護(hù)本章主要介紹：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念，關(guān)系代數(shù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念及設(shè)計(jì)方法。學(xué)會(huì)將一個(gè)具體問(wèn)題抽象出實(shí)體、屬性，找到關(guān)鍵字及它們之間的聯(lián)系，能畫出E-R圖、初步E-R圖和基本E-R圖，并能將一個(gè)E-R圖轉(zhuǎn)化為具體的關(guān)系模式，能用關(guān)系代數(shù)和SQL語(yǔ)言對(duì)關(guān)系進(jìn)行操作，找到所需信息。重點(diǎn)：

理解數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念，掌握關(guān)系代數(shù)的基本運(yùn)算和SQL語(yǔ)言，掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念及設(shè)計(jì)方法。難點(diǎn)：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念及設(shè)計(jì)方法，使用SQL語(yǔ)言正確完成復(fù)雜查詢。4.1數(shù)據(jù)庫(kù)基本概念4.1.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述一、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1、信息現(xiàn)實(shí)世界中各種事物的存在方式、運(yùn)動(dòng)形態(tài)以及它們之間的相互聯(lián)系等諸要素在人腦中的反映，通過(guò)人腦的抽象后形成概念。2、數(shù)據(jù)信息的一種符號(hào)化表示方法。數(shù)據(jù)的概念包括兩個(gè)方面含義：數(shù)據(jù)的內(nèi)容是信息（語(yǔ)義），數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式是符號(hào)。

數(shù)據(jù)在大多數(shù)人頭腦里的第一反應(yīng)就是數(shù)字，其實(shí)數(shù)字只是最簡(jiǎn)單的一種數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)的一種傳統(tǒng)和狹義的理解。廣義地，數(shù)據(jù)可以是文字、圖形、圖象、聲音、學(xué)生檔案記錄、貨物的運(yùn)輸情況等。數(shù)據(jù)有多種表現(xiàn)形式，它們都可以經(jīng)數(shù)字化后存入計(jì)算機(jī)。3．信息與數(shù)據(jù)的關(guān)系數(shù)據(jù)是承載信息的物理符號(hào)（載體），信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵二者的區(qū)別：

數(shù)據(jù)可以表示信息，但不是任何數(shù)據(jù)都能表示信息，同一數(shù)據(jù)可以有不同的解釋。信息是抽象的，同一信息可以有不同的數(shù)據(jù)表示方式。4、數(shù)據(jù)處理將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息的過(guò)程。例：在學(xué)生檔案中一個(gè)學(xué)生的數(shù)據(jù)可以這樣描述 （李明，男，21，1972，江蘇，物理系，2000）經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換我們可得到如下信息：李明是一個(gè)大學(xué)生，1972年出生，男，江蘇人，2000年考入物理系。如不將上述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息，你也許就不能理解其數(shù)據(jù)的含義。

信息=數(shù)據(jù)+處理為提高數(shù)據(jù)處理后得到信息的價(jià)值，必須用科學(xué)的方法來(lái)管理數(shù)據(jù)，這種科學(xué)方法就是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。二、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)

人工管理

→文件系統(tǒng)

→數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)人工管理:1．背景

20世紀(jì)50年代中期以前2．特點(diǎn)

數(shù)據(jù)面向應(yīng)用程序，應(yīng)用程序與其處理數(shù)據(jù)包含在程序中，用戶必須考慮存儲(chǔ)、使用數(shù)據(jù)的一切工作,3．程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系存在問(wèn)題：（1）數(shù)據(jù)不保存（2）應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)（3）數(shù)據(jù)不能共享（4）數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性文件系統(tǒng)階段1．背景

20世紀(jì)50年代后期至60年代中期2．特點(diǎn)依靠操作系統(tǒng)的文系統(tǒng)將一大堆雜亂的數(shù)據(jù)按一定的規(guī)律組成文件，有獨(dú)立的文件名。程序通過(guò)文件系統(tǒng)這個(gè)接口與數(shù)據(jù)文件發(fā)生聯(lián)系。一個(gè)應(yīng)用程序可用多個(gè)數(shù)據(jù)文件，而不同的應(yīng)用程序也可使用同一個(gè)數(shù)據(jù)文件（1）數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)期保存（2）文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)3．程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系存在問(wèn)題：①數(shù)據(jù)冗余度大數(shù)據(jù)冗余度是指不必要的重復(fù)存儲(chǔ)。文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)文件基本上對(duì)應(yīng)于一個(gè)應(yīng)用程序，即文件是面向應(yīng)用的，數(shù)據(jù)文件之間彼此孤立，不能反映數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，當(dāng)不同的應(yīng)用程序具有相同的數(shù)據(jù)時(shí)，也必須建立各自的文件，同一數(shù)據(jù)可能重復(fù)出現(xiàn)在多個(gè)數(shù)據(jù)文件中，數(shù)據(jù)不能共享。例：學(xué)生成績(jī)數(shù)據(jù)文件、學(xué)生團(tuán)員數(shù)據(jù)文件、學(xué)生數(shù)據(jù)文件，這三個(gè)文件中可能有很多重復(fù)數(shù)據(jù)。②缺乏數(shù)據(jù)獨(dú)立性文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)文件是為滿足特定的需要而設(shè)置的，服務(wù)于某一特定的應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)和程序間相互依賴，修改數(shù)據(jù)必須修改程序，修改程序也必須要修改數(shù)據(jù)。③數(shù)據(jù)無(wú)集中管理除對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)的存取由系統(tǒng)承擔(dān)以外，對(duì)數(shù)據(jù)文件的其它管理（例如修改、增刪）必須由應(yīng)用程序承擔(dān)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)是結(jié)構(gòu)化的相關(guān)數(shù)據(jù)集合，它不僅包含數(shù)據(jù)本身，而且還包含關(guān)于數(shù)據(jù)間的一切聯(lián)系，數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)不只面向某一項(xiàng)特殊的應(yīng)用，而是面向多種應(yīng)用，可以被多個(gè)用戶、多個(gè)應(yīng)用程序所共享（例如某個(gè)學(xué)校所涉及的全部數(shù)據(jù)的匯集）。其數(shù)據(jù)獨(dú)立于使用數(shù)據(jù)的程序，有專門的軟件對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)行專門管理，對(duì)數(shù)據(jù)的修改、增刪、檢索等操作均由這個(gè)軟件統(tǒng)一控制。1．背景20世紀(jì)60年代后期2．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系3．特點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。（2）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，減少冗余因數(shù)據(jù)是面向整個(gè)系統(tǒng)，而不是某個(gè)特定的應(yīng)用程序，故數(shù)據(jù)可被多個(gè)用戶所共享，共享可減少冗余度。（3）具有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性

物理數(shù)據(jù)獨(dú)立性：用戶應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤上數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)相互獨(dú)立。數(shù)據(jù)在磁盤上的存儲(chǔ)由DBMS管理，用戶不需要了解，應(yīng)用程序要處理的只是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，當(dāng)數(shù)據(jù)物理(存儲(chǔ))結(jié)構(gòu)改變時(shí)，應(yīng)用程序不必改變。邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性：用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的。（4）數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制保證了數(shù)據(jù)安全性(無(wú)關(guān)人員不能隨意讀取)、完整性(未授權(quán)人員不能修改)、并發(fā)性(多個(gè)用戶同時(shí)使用數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)時(shí)，由DBMS統(tǒng)一分配管理，不會(huì)出現(xiàn)程序之間互相干擾)。三、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)成①

數(shù)據(jù)庫(kù)存貯在計(jì)算機(jī)內(nèi)有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集合（存放數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，它里面的數(shù)據(jù)按一定的格式存放）。②數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）以統(tǒng)一的方式管理和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)接口的軟件（介于用戶應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的一個(gè)接口）其主要功能：定義數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)、管理數(shù)據(jù)庫(kù)、建立和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)、與操作系統(tǒng)的通信。③數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)指引進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)后的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一般由支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行的軟硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員和用戶等部分組成的。數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、使用和維護(hù)工作只靠一個(gè)DBMS遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還要有專門的人員來(lái)完成，這些人稱為數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的出現(xiàn)使信息系統(tǒng)從以加工數(shù)據(jù)的程序?yàn)橹行霓D(zhuǎn)向圍繞共享的數(shù)據(jù)庫(kù)為中心的新階段。這樣既便于數(shù)據(jù)集中管理，又有利于應(yīng)用程序的研制和維護(hù)，提高了數(shù)據(jù)的利用率和相容性，提高了決策的可靠性。4.1.2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的角度：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從數(shù)據(jù)庫(kù)最終用戶的角度：數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)分為集中式、分布式、客戶/服務(wù)器和并行結(jié)構(gòu)，這是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)外部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式概念模式是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)并提供兩級(jí)映像功能，保證數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。

1、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三級(jí)模式結(jié)構(gòu)①．模式（邏輯模式或概念模式）是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。它是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層，既不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境，也與具體的應(yīng)用程序，與所使用的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具及高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言無(wú)關(guān)。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)模式。數(shù)據(jù)庫(kù)模式以某一種數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，統(tǒng)一綜合考慮了所有用戶的需求，并將這些需求有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)邏輯整體。定義模式時(shí)不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（例數(shù)據(jù)記錄由那些數(shù)據(jù)項(xiàng)構(gòu)成，數(shù)據(jù)項(xiàng)的名字、類型、取值范圍等，還要定義數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，定于與數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求。

DBMS提供模式描述語(yǔ)言（模式DDL）定義模式②．外模式（子模式或用戶模式）是數(shù)據(jù)庫(kù)用戶能夠看見(jiàn)和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫(kù)用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。外模式一般是模式的子集。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以有多個(gè)外模式，由于它是各個(gè)用戶的數(shù)據(jù)視圖，如果不同的用戶在應(yīng)用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對(duì)數(shù)據(jù)保密的要求等方面存在差異，其外模式描述就不同。即使對(duì)模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長(zhǎng)度、保密級(jí)別等都可以不同。同一個(gè)外模式也可以為某一個(gè)用戶的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)所使用，但一個(gè)應(yīng)用程序只能使用一個(gè)外模式。外模式是保證數(shù)據(jù)庫(kù)安全性的一個(gè)有力措施。每個(gè)用戶只能看見(jiàn)和訪問(wèn)所對(duì)應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的其余數(shù)據(jù)是不可見(jiàn)的。

DBMS提供子模式描述語(yǔ)言（子模式DDL）定義子模式③．內(nèi)模式（存儲(chǔ)模式）是數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的表示方式。（例記錄的存儲(chǔ)方式是順序存儲(chǔ)還是hash方式存儲(chǔ)；索引按照什么方式組織；數(shù)據(jù)是否壓縮存儲(chǔ)，是否加密；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)有何規(guī)定等）。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)內(nèi)模式。DBMS提供內(nèi)模式描述語(yǔ)言（內(nèi)模式DDL）定義內(nèi)模式二、數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映象功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式是對(duì)數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級(jí)別，它把數(shù)據(jù)的具體組織留給DBMS管理，使用戶能邏輯地抽象地處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的具體表示方法與存儲(chǔ)方式。為了能夠在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)在這三級(jí)模式之間提供了兩層映象。（1）“外模式/模式”之間的映象模式描述的是數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)，外模式描述的是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)。對(duì)應(yīng)同一個(gè)模式可以有任意多個(gè)外模式。對(duì)于每一個(gè)外模式，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)都有一個(gè)外模式/模式映象，它定義了該外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)模式改變時(shí)由DBA對(duì)各個(gè)外模式/模式的映象作相應(yīng)修改，可使外模式保持不變。應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。（2）“模式/內(nèi)模式”之間的映象數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)模式，也只有一個(gè)內(nèi)模式，模式/內(nèi)模式映象是唯一的，它定義了數(shù)據(jù)庫(kù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變時(shí)，由DBA對(duì)各個(gè)模式/內(nèi)模式的映象作相應(yīng)修改，可使模式保持不變，從而應(yīng)用程序也不用修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。

在數(shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫(kù)模式(全局邏輯結(jié)構(gòu))是數(shù)據(jù)庫(kù)的中心和關(guān)鍵，它獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)的其他層次。因此設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)模式結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)首先確定數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯模式。

數(shù)據(jù)庫(kù)外模式面向具體應(yīng)用程序，它定義在邏輯結(jié)構(gòu)之上，但獨(dú)立于存儲(chǔ)模式和存儲(chǔ)設(shè)備。當(dāng)應(yīng)用需求發(fā)生較大變化，相應(yīng)外模式不能滿足需要，該外模式就應(yīng)做相應(yīng)修改，所以設(shè)計(jì)外模式時(shí)應(yīng)充分考慮到應(yīng)用的擴(kuò)充性。

特定的應(yīng)用程序是在外模式描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上編制的，它依賴于特定的外模式，與數(shù)據(jù)的模式和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)獨(dú)立。不同的應(yīng)用程序可以共用同一個(gè)外模式。

數(shù)據(jù)庫(kù)二級(jí)映象保證了數(shù)據(jù)庫(kù)外模式的穩(wěn)定性，從而從底層保證了應(yīng)用程序的穩(wěn)定性，除非應(yīng)用需求本身發(fā)生變化，否則應(yīng)用程序一般不需要修改。

數(shù)據(jù)與程序之間的獨(dú)立性，使數(shù)據(jù)的定義和描述可以從應(yīng)用程序中分離出去。另外，由于數(shù)據(jù)存取有DBMS管理，用戶不必考慮存取路徑等細(xì)節(jié)，從而簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序的編制，大大減少了應(yīng)用程序的維護(hù)和修改。4.1.3數(shù)據(jù)描述與數(shù)據(jù)模型模型是現(xiàn)實(shí)世界特殊的模擬和抽象。數(shù)據(jù)模型也是一種模型，它是現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。在數(shù)據(jù)庫(kù)中用數(shù)據(jù)模型這個(gè)工具來(lái)抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息。通俗地講，數(shù)據(jù)模型就是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模擬。現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)均是基于某種數(shù)據(jù)模型的，因而了解數(shù)據(jù)模型的基本概念是學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三個(gè)方面的要求：①能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界；②容易為人們所理解；便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)模型實(shí)際上是提供給我們模型化數(shù)據(jù)和信息的不同工具。根據(jù)模型應(yīng)用的不同目的，可將它們劃分為兩類，它們分屬兩個(gè)不同層次。①概念模型（信息模型）：按用戶觀點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模，主要用于數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。②數(shù)據(jù)模型：按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)觀點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)建模，主要用于DBMS

的實(shí)現(xiàn)，分為網(wǎng)絡(luò)模型、層次模型和關(guān)系模型等。一、觀念世界中名詞術(shù)語(yǔ)（1）實(shí)體：客觀存在并可相互區(qū)別的事物。它是客觀存在的事物在人頭腦中的反映。實(shí)體既可以是實(shí)際的事物，也可以是抽象的概念或聯(lián)系。例：具體的人（如一個(gè)教師、一個(gè)學(xué)生等）、物（一本書、一門課）；抽象的事物（一次借書）；事物與事物之間的聯(lián)系（某個(gè)教師在某系工作，某個(gè)學(xué)生選某門課）等。（2）屬性：實(shí)體所具有的特性，一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性描述例：學(xué)生實(shí)體可由（學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生年份，系，入學(xué)時(shí)間）而（94002，張三，男，1976，物理，1994）張三這個(gè)學(xué)生。

即實(shí)體是若干屬性的屬性值的集合。（3）碼(鍵、關(guān)鍵字)：惟一標(biāo)識(shí)實(shí)體屬性或?qū)傩越M合。例：學(xué)號(hào)是學(xué)生實(shí)體的關(guān)鍵字（碼）（4）域：屬性的取值范圍稱為該屬性的域。例：學(xué)號(hào)的域?yàn)?位整數(shù)，姓名域?yàn)樽址?，年齡域?yàn)樾∮?0歲，性別域?yàn)椋?、女）?）實(shí)體型：表征某一類實(shí)體的屬性（名）的集合。實(shí)體是若干屬性的集合，具有相同屬性的實(shí)體必然具有共同的特征和性質(zhì)，用表征某一類實(shí)體的屬性的集合來(lái)抽象刻畫同一類實(shí)體，稱為實(shí)體型。例：學(xué)生實(shí)體型:(學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生年份，系，入學(xué)時(shí)間)→描述該類實(shí)體的特征（學(xué)生實(shí)體特征）學(xué)生實(shí)體：（94002，張三，男，1976，物理，1994）

→描述某個(gè)具體的實(shí)體（某個(gè)學(xué)生信息）分清屬性名（姓名）與屬性值（張三）；

屬性名集合→實(shí)體型，屬性值集合→實(shí)體。（6）實(shí)體集：同類（具有相同屬性）實(shí)體（值）的集合。例：同一個(gè)班的學(xué)生具有共同的屬性，每個(gè)學(xué)生為一個(gè)實(shí)體，全班學(xué)生的集合稱為實(shí)體集。實(shí)體值集合→實(shí)體集

（7）聯(lián)系：聯(lián)系分為兩種：一種是實(shí)體內(nèi)部各屬性之間的聯(lián)系，另一種是實(shí)體之間的聯(lián)系。實(shí)體間的各種聯(lián)系可以歸結(jié)為三類：①一對(duì)一聯(lián)系（1:1）：如果對(duì)于實(shí)體集E1中的每個(gè)實(shí)體，實(shí)體集E2中至多有一個(gè)(可以沒(méi)有)與之相對(duì)應(yīng)，反之亦然，則稱實(shí)體集E1與實(shí)體集E2具有一對(duì)一聯(lián)系。②一對(duì)多聯(lián)系（1:n）：如果對(duì)于實(shí)體集E1中的每個(gè)實(shí)體，實(shí)體集E2中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之相對(duì)應(yīng)，反過(guò)來(lái)，實(shí)體集E2中的每個(gè)實(shí)體，實(shí)體集E1中至多只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集E1與實(shí)體集E2具有一對(duì)多聯(lián)系。③多對(duì)多聯(lián)系（m:n）：如果對(duì)于實(shí)體集E1中的每個(gè)實(shí)體，實(shí)體集E2中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之相對(duì)應(yīng)，反過(guò)來(lái)，實(shí)體集E2中的每個(gè)實(shí)體，實(shí)體集E1中也有m個(gè)實(shí)體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集E1與實(shí)體集E2具有多對(duì)多聯(lián)系。

可看出1:1是1:n的特例，1:n又是m:n的特例?？梢苑謩e用圖形表示兩個(gè)實(shí)體之間的聯(lián)系。

當(dāng)涉及到三個(gè)及以上的實(shí)體集同時(shí)聯(lián)系時(shí)，應(yīng)認(rèn)真分析，使之能真實(shí)地反映現(xiàn)實(shí)世界。例：如有三個(gè)實(shí)體集：教師、學(xué)生和課程，它們之間有如下關(guān)系：一門課可由若干學(xué)生選修，每個(gè)學(xué)生可選修多門課程，每門課程由不同的教師講授。

同一實(shí)體集內(nèi)部各實(shí)體之間也可以存在一對(duì)一、一對(duì)多和多對(duì)多的聯(lián)系。例：職工實(shí)體集內(nèi)部具有領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)系，即一個(gè)職工（干部）領(lǐng)導(dǎo)若干名職工，而一個(gè)職工僅被另一個(gè)職工直接領(lǐng)導(dǎo)，故為一對(duì)多聯(lián)系。

用上面概念可將現(xiàn)實(shí)世界中的事物及其聯(lián)系在觀念世界中描述出來(lái)。事物——實(shí)體事物特征——實(shí)體屬性 不同事物之間聯(lián)系——實(shí)體集之間聯(lián)系事物內(nèi)部聯(lián)系——實(shí)體集中實(shí)體之間聯(lián)系二、概念模型的表示方法

前面已介紹，我們用概念模型表示觀念世界中的數(shù)據(jù)和信息，所以概念模型應(yīng)該能夠方便、準(zhǔn)確地表示出上述觀念世界中的常用概念。概念模型有很多種，其中最為流行的一種是由美籍華人陳平山于1976年提出的實(shí)體聯(lián)系模型(Entity-RelationshipModel，簡(jiǎn)稱E-R模型），這種圖稱為實(shí)體-聯(lián)系圖，簡(jiǎn)稱E-R圖，E-R圖提供了表示實(shí)體集、屬性和聯(lián)系的方法

E―R圖有三個(gè)要素：①用矩形框表示實(shí)體，框內(nèi)標(biāo)明實(shí)體名。②用橢圓框表示實(shí)體的屬性，框內(nèi)標(biāo)明屬性名，用連線與實(shí)體連接起來(lái)。③用菱形表示實(shí)體間的聯(lián)系，框內(nèi)標(biāo)明聯(lián)系名，用連線將菱形框分別與相關(guān)實(shí)體相連，并在連線上標(biāo)明聯(lián)系類型（1:1,1:n或m:n）。如這些聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也用連線與聯(lián)系相連。例1：mn例2：用E-R圖來(lái)表示某個(gè)工廠物資管理的概念模型，物資管理涉及的實(shí)體集有：倉(cāng)庫(kù)：倉(cāng)庫(kù)號(hào)、面積、電話號(hào)零件：零件號(hào)、名稱、規(guī)格、單價(jià)、描述供應(yīng)商：供應(yīng)商號(hào)、姓名、地址、電話號(hào)、帳號(hào)項(xiàng)目：項(xiàng)目號(hào)、預(yù)算、開(kāi)工日期職工：職工號(hào)、姓名、年齡、職稱這些實(shí)體集之間的聯(lián)系如下：①一個(gè)倉(cāng)庫(kù)可存放多種零件，一個(gè)零件可存放在多個(gè)倉(cāng)庫(kù)，用庫(kù)存量表示某個(gè)零件在某個(gè)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)量②一個(gè)倉(cāng)庫(kù)有多個(gè)職工當(dāng)倉(cāng)庫(kù)保管員，一個(gè)職工只能在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)工作職工之間有領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)系④一個(gè)供應(yīng)商可以供給若干項(xiàng)目多個(gè)零件，每個(gè)項(xiàng)目可使用不同供應(yīng)商供應(yīng)的零件，每種零件可由不同供應(yīng)商供給。倉(cāng)庫(kù)：倉(cāng)庫(kù)號(hào)、面積、電話號(hào)零件：零件號(hào)、名稱、規(guī)格、單價(jià)、描述供應(yīng)商：供應(yīng)商號(hào)、姓名、地址、電話號(hào)、帳號(hào)項(xiàng)目：項(xiàng)目號(hào)、預(yù)算、開(kāi)工日期職工：職工號(hào)、姓名、年齡、職稱實(shí)體-聯(lián)系圖（E-R圖）一個(gè)倉(cāng)庫(kù)可存放多種零件，一個(gè)零件可存放在多個(gè)倉(cāng)庫(kù)，用庫(kù)存量表示某個(gè)零件在某個(gè)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)量；一個(gè)倉(cāng)庫(kù)有多個(gè)職工當(dāng)倉(cāng)庫(kù)保管員，一個(gè)職工只能在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)工作職工之間有領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)系；一個(gè)供應(yīng)商可以供給若干項(xiàng)目多個(gè)零件，每個(gè)項(xiàng)目可使用不同供應(yīng)商供應(yīng)的零件，每種零件可由不同供應(yīng)商供給。例3、一個(gè)簡(jiǎn)單的工廠管理系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)地調(diào)查分析，該工廠管理的實(shí)體集類型有：雇員、部門、項(xiàng)目、零件、供應(yīng)商和倉(cāng)庫(kù)。雇員：雇員號(hào)、姓名、年齡、職稱部門：部門號(hào)、名稱、電話號(hào)項(xiàng)目：項(xiàng)目號(hào)、預(yù)算、開(kāi)工日期零件：零件號(hào)、名稱、規(guī)格、單價(jià)、描述供應(yīng)商：供應(yīng)商號(hào)、姓名、地址、電話號(hào)、帳號(hào)倉(cāng)庫(kù)：倉(cāng)庫(kù)號(hào)、面積、電話號(hào)這些實(shí)體集之間的聯(lián)系如下：①一個(gè)雇員只能在一個(gè)部門工作，一個(gè)部門可以有多個(gè)雇員②一個(gè)雇員可參加一個(gè)以上項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目需多個(gè)人參加③每個(gè)項(xiàng)目必須確定一個(gè)負(fù)責(zé)人，一個(gè)人可負(fù)責(zé)多個(gè)項(xiàng)目一個(gè)供應(yīng)商可以為多個(gè)項(xiàng)目提供零件，每個(gè)項(xiàng)目可從不同供應(yīng)商那里采購(gòu)零件，每個(gè)項(xiàng)目需多個(gè)零件⑤系統(tǒng)還保存多個(gè)供應(yīng)商可以提供零件的種類和數(shù)量⑥一種零件可以由其它幾種零件組裝而成⑦購(gòu)買的零件存放在倉(cāng)庫(kù)中，一個(gè)倉(cāng)庫(kù)可存放多種零件，一個(gè)零件也可以存放在不同的倉(cāng)庫(kù)中雇員：雇員號(hào)、姓名、年齡、職稱部門：部門號(hào)、名稱、電話號(hào)項(xiàng)目：項(xiàng)目號(hào)、預(yù)算、開(kāi)工日期零件：零件號(hào)、名稱、規(guī)格、單價(jià)、描述供應(yīng)商：供應(yīng)商號(hào)、姓名、地址、電話號(hào)、帳號(hào)倉(cāng)庫(kù)：倉(cāng)庫(kù)號(hào)、面積、電話號(hào)實(shí)體-聯(lián)系圖（E-R圖）或參加零件

零件號(hào)

規(guī)格

描

述

名稱

單價(jià)

雇

員

雇員號(hào)

姓

名

年

齡

職

稱

部

門

部門號(hào)

名稱

電話號(hào)

項(xiàng)

目

項(xiàng)目號(hào)

預(yù)

算

開(kāi)工日期

倉(cāng)

庫(kù)

倉(cāng)庫(kù)號(hào)

面積

電話號(hào)

工

作

職

務(wù)

供應(yīng)商

供應(yīng)商號(hào)

地址

電話號(hào)

姓名

帳號(hào)

供應(yīng)

可供應(yīng)

零件類型

零件數(shù)

存放

庫(kù)存量

供應(yīng)量

裝配

數(shù)量

1

n

mnm

n

p

m

n

m

n

m

n

三、數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型是將觀念世界中實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系進(jìn)一步抽象成便于計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)模型，一般分為三類（層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型），現(xiàn)在又提出一種“面向?qū)ο竽Ｐ汀?。任何一個(gè)DBMS都是基于某種數(shù)據(jù)模型的。一個(gè)數(shù)據(jù)模型由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)）、數(shù)據(jù)操作和完整性約束條件三個(gè)方面描述。

在非關(guān)系模型中：實(shí)體——記錄實(shí)體屬性——記錄數(shù)據(jù)項(xiàng)（字段）

實(shí)體型——記錄型實(shí)體集——文件實(shí)體間聯(lián)系在非關(guān)系模型中轉(zhuǎn)換為記錄之間的聯(lián)系。注意：這里講的數(shù)據(jù)模型都是邏輯上的，即用戶眼中看到的數(shù)據(jù)范圍。同時(shí)它們又都是能用某種語(yǔ)言描述，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠理解，被數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)視圖。這些數(shù)據(jù)模型將以一定的方式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，是DBMS中的存儲(chǔ)模型。1、層次模型

用樹(shù)型結(jié)構(gòu)來(lái)表示記錄及記錄之間的聯(lián)系，層次模型按樹(shù)型結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)，它是以記錄型為結(jié)點(diǎn)，以結(jié)點(diǎn)間聯(lián)系為邊的有序樹(shù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為有序樹(shù)或森林。

層次模型容易表示1:n聯(lián)系，但是它不能直接表示m:n的聯(lián)系，必須分成幾個(gè)1:n來(lái)實(shí)現(xiàn)，比較麻煩。2、網(wǎng)狀模型以記錄型為結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（圖），以記錄型為結(jié)點(diǎn)，連線表示它們之間的關(guān)系，網(wǎng)中結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系不受層次限制，可以任意發(fā)生聯(lián)系。容易實(shí)現(xiàn)m:n

學(xué)院

網(wǎng)狀模型和層次模型都屬性格式化模型，即在建立數(shù)據(jù)模型時(shí)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需要，事先把數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系固定下來(lái)(必須先畫出它們之間的聯(lián)系圖)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于擴(kuò)充、維護(hù)。

20世紀(jì)70年代網(wǎng)狀模型和層次模型數(shù)據(jù)庫(kù)在商業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，但現(xiàn)在已退出歷史舞臺(tái)，取而代之的是關(guān)系模型，即關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。3、關(guān)系模型⑴、關(guān)系模型邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型是由IBM公司的E.F.Codd于1970年首次提出，以關(guān)系數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(RDBMS)，目前廣泛使用。它是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上。在用戶觀念下，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。例：

關(guān)系模型中，數(shù)據(jù)為一個(gè)二維表，每個(gè)二維表稱為一個(gè)“關(guān)系（表）”。幾個(gè)術(shù)語(yǔ)：關(guān)系（表）、元組（記錄）、屬性（字段）、關(guān)系模式、值域（域）、主鍵（關(guān)鍵字）、外鍵①關(guān)系（表）關(guān)系模型中一個(gè)具體的二維表稱為關(guān)系。②關(guān)系模式

二維表表頭稱為關(guān)系模式，是對(duì)關(guān)系的描述。關(guān)系模式表示為：關(guān)系模式名(屬性名1,屬性名2,...,屬性名n)例：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生日期，所在系）關(guān)系是關(guān)系模式在某一時(shí)刻的狀態(tài)或內(nèi)容。關(guān)系模式是靜態(tài)的、穩(wěn)定的，而關(guān)系是動(dòng)態(tài)的、隨時(shí)間不斷變化的，因?yàn)殛P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中內(nèi)容不斷變化。主鍵

關(guān)系

表

關(guān)系模式

元組

行

屬性

列

屬性名

列名

jbqk

關(guān)系名

表名

③元組（記錄）關(guān)系中的每一行稱為關(guān)系的一個(gè)元組。④屬性（字段）表中每一列稱為一個(gè)屬性，對(duì)屬性的命名稱為屬性名，取值稱為屬性值⑤值域（域）每個(gè)屬性的取值范圍稱為該屬性的值域。如人年齡值域一般在{0~150}歲之間，性別的值域?yàn)閧男、女}，所在系的值域?yàn)橐粋€(gè)學(xué)校所有系名的集合。⑥主鍵（關(guān)鍵字）能夠惟一標(biāo)識(shí)一個(gè)元組的屬性集。⑦外鍵設(shè)F是關(guān)系R的一個(gè)或一組屬性，但不是關(guān)系R的主鍵，如果F與另一關(guān)系S的主鍵K相對(duì)應(yīng)，則稱F是關(guān)系R的外鍵。例1：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，年齡）專業(yè)（專業(yè)號(hào)，專業(yè)名）

學(xué)生關(guān)系“專業(yè)號(hào)”屬性與專業(yè)關(guān)系的主鍵“專業(yè)號(hào)”相對(duì)應(yīng)，因此“專業(yè)號(hào)”屬性是學(xué)生關(guān)系外鍵。對(duì)于表示關(guān)系的二維表，最基本的要求：表中每一個(gè)元組的每一個(gè)分量，必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，即不允許表中再有表。12212212122

在關(guān)系模型中，實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都用關(guān)系來(lái)表示例：學(xué)生與課程間多對(duì)多的聯(lián)系在關(guān)系模型中可表示為三個(gè)關(guān)系學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，籍貫）課程（課程號(hào)，課程名，上課地點(diǎn)）選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）通過(guò)選修中外鍵字段：學(xué)號(hào)、課程號(hào)，將學(xué)生與課程聯(lián)系起來(lái)實(shí)體聯(lián)系

在一個(gè)給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有實(shí)體及實(shí)體間聯(lián)系的關(guān)系的集合構(gòu)成一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。⑵、關(guān)系模型物理結(jié)構(gòu)

關(guān)系模型中，實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都用關(guān)系（二維表）來(lái)表示。在數(shù)據(jù)庫(kù)的物理組織中，關(guān)系表以文件形式存儲(chǔ)。一個(gè)表或幾個(gè)表對(duì)應(yīng)一個(gè)操作系統(tǒng)文件。⑶、關(guān)系模型中數(shù)據(jù)進(jìn)行操作關(guān)系模型中數(shù)據(jù)進(jìn)行主要操作：查詢、插入、刪除、修改數(shù)據(jù)、投影、連接。⑷、關(guān)系模型的完整性約束條件在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)系模式是型，關(guān)系是值。關(guān)系模式是對(duì)關(guān)系的描述，現(xiàn)實(shí)世界隨時(shí)間在不斷變化，因而在不同時(shí)刻，關(guān)系模式的關(guān)系也會(huì)有所變化。但現(xiàn)實(shí)世界的許多已有事實(shí)限定了關(guān)系模式所有可能的關(guān)系必須滿足一定的約束條件。這些約束條件或者通過(guò)對(duì)屬性取值范圍的限定（例大學(xué)生入學(xué)年齡小于30歲），或者通過(guò)屬性值間的相互關(guān)連（屬性間存在函數(shù)關(guān)系）反映，關(guān)系模式應(yīng)當(dāng)能刻劃這些約束條件。完整性約束條件是一組完整性規(guī)則集合，完整性規(guī)則用于限定符合數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)及狀態(tài)變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。關(guān)系模型完整性約束條件有三類：實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。其中實(shí)體完整性和參照完整性是關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件。①實(shí)體完整性規(guī)則

基本關(guān)系的所有主屬性（主鍵中屬性）都不能取空值關(guān)系模型中關(guān)系對(duì)應(yīng)于現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)實(shí)體集，現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體是可區(qū)分的，即它們具有某種唯一性標(biāo)識(shí)，在關(guān)系模型中用主鍵作為唯一標(biāo)識(shí)，主鍵的屬性值不能取空值。所謂空值就是“不知道”或“無(wú)意義”的值。如果主屬性取空值，就說(shuō)明存在某個(gè)不可識(shí)別的實(shí)體，即存在不可區(qū)別的實(shí)體，與現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體是可區(qū)分的相矛盾，因此這個(gè)規(guī)則稱為實(shí)體完整性。例：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，年齡）

課程（課程號(hào)，課程名，上課地點(diǎn)）選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）②參照完整性規(guī)則

現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體之間往往存在某種聯(lián)系，在關(guān)系模型中實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來(lái)描述的。這就存在關(guān)系與關(guān)系間的引用。例1：學(xué)生實(shí)體和專業(yè)實(shí)體用下列關(guān)系表示，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)，年齡）專業(yè)（專業(yè)號(hào)，專業(yè)名）這兩個(gè)關(guān)系間存在屬性的引用，學(xué)生關(guān)系引用了專業(yè)關(guān)系的主鍵“專業(yè)號(hào)”。顯然，學(xué)生關(guān)系中的“專業(yè)號(hào)”值必須是確實(shí)存在的專業(yè)的專業(yè)號(hào)，即專業(yè)關(guān)系中有該專業(yè)的記錄。學(xué)生關(guān)系中的某個(gè)屬性的取值需要參照專業(yè)關(guān)系的屬性取值。例2：學(xué)生、課程學(xué)生與課程間多對(duì)多聯(lián)系可表示為三個(gè)關(guān)系學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，年齡）課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)分）選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）

這三個(gè)關(guān)系間也存在屬性的引用，選修關(guān)系中某些屬性取值需要參照其他關(guān)系的屬性取值。例3：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，年齡，班長(zhǎng)）同一個(gè)關(guān)系內(nèi)部屬性間存在屬性的引用。參照完整性規(guī)則就是定義外鍵與主鍵之間的引用規(guī)則。其規(guī)則為：

若屬性（或?qū)傩越M）F是關(guān)系R的外鍵，它與關(guān)系S的主鍵K相對(duì)應(yīng)，則對(duì)于R中每個(gè)元組F上的值必須為：空值（F中每個(gè)屬性值均為空值）；或等于S中某個(gè)元組的主鍵值。例：根據(jù)參照完整性規(guī)則：對(duì)于例1，學(xué)生關(guān)系中每個(gè)元組的“專業(yè)號(hào)”屬性只能取下面兩類值：空值（表示尚未給該學(xué)生分配專業(yè)）；非空值，這時(shí)該值必須是專業(yè)關(guān)系中某個(gè)元組的“專業(yè)號(hào)”值，表示該學(xué)生不可能分配到一個(gè)不存在的專業(yè)中。對(duì)于例2，選修關(guān)系中“學(xué)號(hào)”和“課程號(hào)”屬性只能取在學(xué)生和課程關(guān)系中已經(jīng)存在的值(因“學(xué)號(hào)”和“課程號(hào)”為選修主鍵）對(duì)于例3，“班長(zhǎng)”屬性只能取空值（表示該學(xué)生所在班尚未選出班長(zhǎng)）或“學(xué)號(hào)”屬性中已經(jīng)存在的學(xué)號(hào)值。③用戶定義的完整性

任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)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，不同的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境不同，還需要一些特殊的約束條件，用戶定義的完整性就是針對(duì)某一具體關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的約束條件。它反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須遵循的特定語(yǔ)義約束條件。例如，在學(xué)校數(shù)據(jù)庫(kù)中規(guī)定大學(xué)生入學(xué)年齡不得超過(guò)30歲，碩士研究生入學(xué)年齡不得超過(guò)38歲，學(xué)生累計(jì)成績(jī)不得有三門以上不及格，分?jǐn)?shù)屬性取值范圍在0~100等。

關(guān)系模型提供了定義和檢驗(yàn)這類完整性的機(jī)制，以便用統(tǒng)一的系統(tǒng)方法處理它們，而不需應(yīng)用程序承擔(dān)這一功能。4、關(guān)系模型優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由于實(shí)體和聯(lián)系都用關(guān)系描述，因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單直觀、用戶易理解②具有很高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性。在關(guān)系模型中，用戶不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)，只與數(shù)據(jù)本身的特性發(fā)生關(guān)系，因此數(shù)據(jù)的獨(dú)立性很高。③可以直接處理多對(duì)多的聯(lián)系。在關(guān)系模型中，由于使用表格數(shù)據(jù)來(lái)表示實(shí)體之間的聯(lián)系，因此，可以直接描述多對(duì)多的聯(lián)系④有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)理論（關(guān)系代數(shù)）⑤存取路徑對(duì)用戶透明，從而具有更高的獨(dú)立性、更好的安全保密性，也簡(jiǎn)化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)建立的工作量。主要缺點(diǎn)：由于存取路徑對(duì)用戶透明，造成查詢速度慢，效率低于非關(guān)系型數(shù)據(jù)模型。

現(xiàn)實(shí)世界 觀念世界 關(guān)系模型事物 實(shí)體 元組事物特性 屬性 屬性同類事物特征 實(shí)體型 關(guān)系模式同類事物集合 實(shí)體集 關(guān)系事物之間聯(lián)系實(shí)體間聯(lián)系關(guān)系在關(guān)系模型中，不需要事先構(gòu)造數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系，只需將數(shù)據(jù)按照一定的關(guān)系存入計(jì)算機(jī)（即將數(shù)據(jù)放在不同的關(guān)系表中），當(dāng)需要用到這些數(shù)據(jù)時(shí)，就可將這些關(guān)系歸結(jié)為集合的運(yùn)算，如：并、交、差、投影等，從而在許多數(shù)據(jù)中選取所需的數(shù)據(jù)。

4.2關(guān)系代數(shù) 1．域定義1域：一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值集合。例如：整數(shù)、實(shí)數(shù)、字符串、{男，女}，{0，1}等都可以是域基數(shù)：域中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)稱為域的基數(shù)M。域被命名后用如下方法表示：D1={白亞春，陳韜，王雪蓮}，表示姓名的集合，基數(shù)是3；D2={計(jì)算機(jī)系，電子系}2．笛卡爾積定義2給定一組域Dl，D2，…，Dn，則Dl，D2，…，Dn的笛卡爾積為：Dl×D2×…×Dn＝{(d1,d2,…dn)|di∈Di,i=1,2,…n}其中每一個(gè)元素(d1,d2,…,dn)叫作一個(gè)元組，元組中的每一個(gè)值di叫作一個(gè)分量，di必須是Di中的一個(gè)值。顯然，笛卡爾積的基數(shù)就是構(gòu)成該積所有域的基數(shù)累乘積，若Di（i=1，2，…，n）為有限集合，其基數(shù)為mi(i=1，2，…，n)，則D1×D2×…×Di×…×Dn笛卡爾積的基數(shù)M為：例如，我們給出三個(gè)域：

Dl＝導(dǎo)師集合supervisor＝{張清梅,劉逸}D2＝專業(yè)集合speciality＝{計(jì)算機(jī),信息}D3＝研究生集合postgraduate＝{李勇,劉晨,王敏}Dl×D2×D3＝{(張清梅,計(jì)算機(jī),李勇),(張清梅,計(jì)算機(jī),劉晨),(張清梅,計(jì)算機(jī),王敏),(張清梅,信息,李勇),(張清梅,信息,劉晨),(張清梅,信息,王敏),(劉逸,計(jì)算機(jī),李勇),(劉逸,計(jì)算機(jī),劉晨),(劉逸,計(jì)算機(jī),王敏),(劉逸,信息,李勇),(劉逸,信息,劉晨),(劉逸,信息,王敏)}這2×2×3=12個(gè)元組可列成一張二維表：

supervisorspecialitypostgraduate張清梅計(jì)算機(jī)李勇張清梅計(jì)算機(jī)劉晨張清梅計(jì)算機(jī)王敏張清梅信息李勇張清梅信息劉晨張清梅信息王敏劉

逸計(jì)算機(jī)李勇劉

逸計(jì)算機(jī)劉晨劉

逸計(jì)算機(jī)王敏劉

逸信息李勇劉

逸信息劉晨劉

逸信息王敏3．關(guān)系定義3笛卡爾積D1×D2×…×Di×…×Dn的子集R稱作在域D1,D2,…,Dn上的關(guān)系，記作：R（D1,D2,…,Di,…,Dn）其中：R為關(guān)系名，n為關(guān)系的度或目（Degree），Di是域組中的第i個(gè)域名.當(dāng)n=1時(shí)，稱該關(guān)系為單元關(guān)系；當(dāng)n=2時(shí)，稱該關(guān)系為二元關(guān)系；以此類推，關(guān)系中有n個(gè)域，稱該關(guān)系為n元關(guān)系。關(guān)系是笛卡爾積的有限子集，所以關(guān)系也是一個(gè)二維表，表中每行對(duì)應(yīng)一個(gè)元組，每列對(duì)應(yīng)一個(gè)域。由于域可以相同，為區(qū)分，必須對(duì)每列起一個(gè)名字，稱為屬性。n目關(guān)系必有n個(gè)屬性。

從上例的笛卡爾積中取出一個(gè)子集來(lái)構(gòu)造一個(gè)關(guān)系。由于一個(gè)導(dǎo)師只有一個(gè)專業(yè)，一個(gè)研究生只能師從于一個(gè)導(dǎo)師，學(xué)習(xí)某一個(gè)專業(yè)，所以笛卡爾積中許多元組是無(wú)意義的，從中取出有意義的元組來(lái)構(gòu)造關(guān)系，該關(guān)系為：SPA(supervisor,speciality,postgraduate)關(guān)系可以分為三種類型：基本關(guān)系（又稱基本表）：是實(shí)際存在的表，它是實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的邏輯表示；查詢表：是對(duì)基本表進(jìn)行查詢后得到的結(jié)果表；視圖表：是由基本表或其它視圖導(dǎo)出的表，是一個(gè)虛表，不對(duì)應(yīng)實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)supervisorspecialitypostgraduate張清梅信息劉晨張清梅信息李勇劉

逸信息王敏傳統(tǒng)的集合運(yùn)算傳統(tǒng)的集合運(yùn)算是二目運(yùn)算，包括并、交、差、廣義笛卡爾積四種運(yùn)算。1、并運(yùn)算∪R∪S

R-S

R∩S

3、差運(yùn)算-2、交運(yùn)算∩

并、交、差運(yùn)算要求關(guān)系R與S具有相同的關(guān)系模式，且它們的值域相同，經(jīng)過(guò)這些運(yùn)算后，它們?nèi)詾橐粋€(gè)與R、S相同元的關(guān)系。如R、S為n元，則R∪S也為n元。關(guān)系R關(guān)系S并R∪S交R∩SABCabcdefxyzABCxyzabcmnpABCabcdefxyzmnpABCabcxyz差R-SABCdef4．廣義笛卡爾積兩個(gè)分別為n目和m目的關(guān)系R和S的廣義笛卡爾積是一個(gè)(n+m)列的元組的集合。元組的前n列是關(guān)系R的一個(gè)元組，后m列是關(guān)系S的一個(gè)元組。若R有k1個(gè)元組，S有k2個(gè)元組，則關(guān)系R和關(guān)系S的廣義笛卡爾積有kl×k2個(gè)元組。記作R×S={tr

ts

|tr∈R且ts∈S}。ABC123456789ABCabcdefhij關(guān)系R

關(guān)系SABCABC123abc123def123hij456abc456def456hij789abc789def789hijR×S

3+3=6元關(guān)系前3個(gè)來(lái)自R后3個(gè)來(lái)自SR×S元組數(shù)為：3×3例：專門的關(guān)系運(yùn)算專門的關(guān)系運(yùn)算包括：選擇、投影和連接，用于數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。5、選擇運(yùn)算在給定的關(guān)系中選擇滿足條件的元組，構(gòu)成一個(gè)新關(guān)系，而這個(gè)關(guān)系是原關(guān)系的一個(gè)子集。選擇運(yùn)算結(jié)果是一個(gè)表行的子集，關(guān)系模式不變，元組數(shù)改變。記作：R關(guān)系名；g邏輯表達(dá)式(指定條件)，取值為“真”或“假”。由關(guān)系運(yùn)算符：＝、≠、＞、≥、＜、≤和邏輯運(yùn)算符：∧(與)、∨(或)、﹁(非)組成

或例：關(guān)系R如圖所示，現(xiàn)選擇所在系為“COM”、且所選課程為

C1的元組。S#(系編號(hào))

SN(學(xué)生名)SD(系名)C#(課程名)S1MAELEC3S2HUCOMC1S3LIMATHC2S4CHENPHSYC1運(yùn)算為：或：運(yùn)算結(jié)果：S#(系編號(hào))

SN(學(xué)生名)SD(系名)C#(課程名)S2HUCOMC1相當(dāng)于數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言中的查找記錄命令。6、投影從指定的關(guān)系中挑選出所需屬性構(gòu)成新的關(guān)系。這個(gè)操作對(duì)關(guān)系進(jìn)行垂直分解，消去關(guān)系中某些列，并可重新排列屬性次序，關(guān)系模式改變。選擇運(yùn)算的結(jié)果是一個(gè)表列的子集。記作：或

功能：從關(guān)系R中選擇出若干屬性列(字段)組成新關(guān)系。R為關(guān)系名；t(A)為選中屬性列的名稱；A為R的屬性列(名稱或列稱)例：

一個(gè)學(xué)生關(guān)系(學(xué)生)如圖所示，現(xiàn)需查詢學(xué)生的姓名、學(xué)號(hào)和成績(jī)，并將查詢結(jié)果放入一個(gè)新關(guān)系SNM中CLS(班級(jí))S#(學(xué)號(hào))SN(姓名)SD(所屬系）SA(年齡)MAR(成績(jī))W1S1MAPHSY1992W4S2ZHUMATH2087W2S5HUELE2083W3S6QICOM1991W1S3ZHOUELE1995學(xué)生運(yùn)算為：或運(yùn)算結(jié)果為：S#SNMARS1MA92S2ZHU87S5HU83S6QI91S3ZHOU95投影可在關(guān)系列的方向進(jìn)行選擇，當(dāng)需取出表中某些列的值時(shí)，用投影運(yùn)算很方便。投影后不僅取消了原關(guān)系中的某些列，而且還可能取消某些元組(行)。因取消列屬性后，就可能出現(xiàn)重復(fù)行，應(yīng)取消這些完全相同的行。7、連接運(yùn)算對(duì)兩個(gè)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，從兩個(gè)關(guān)系的廣義笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組。設(shè)有k1元關(guān)系R和k2元關(guān)系S，則R與S兩個(gè)關(guān)系的連接運(yùn)算為：

連接運(yùn)算符；

i、j表示關(guān)系R中第i個(gè)屬性的屬性名和S中第j個(gè)屬性的屬性名，它們之間具有可比性；

關(guān)系運(yùn)算符。功能：找出關(guān)系R和S的笛卡爾積中屬性i的值和屬性j的值之間滿足

關(guān)系的所有元組。比較符

為“=”時(shí)，稱等值連接

為“<”時(shí)，稱小于連接

為“>”時(shí)，稱大于連接連接后是一個(gè)k1+k2元關(guān)系[i]

[j]例：關(guān)系R和關(guān)系S如圖所示銷往城市銷售員產(chǎn)品號(hào)銷售量C1M1D12000C2M2D22500C3M3D11500C4M4D23000產(chǎn)品號(hào)生產(chǎn)量訂購(gòu)數(shù)D137003000D255005000D340003500RS連接運(yùn)算[3]=[1]銷往城市銷售員產(chǎn)品號(hào)銷售量產(chǎn)品號(hào)生產(chǎn)量訂購(gòu)數(shù)C1M1D12000D137003000C2M2D22500D255005000C3M3D11500D137003000C4M4D23000D255005000

連接運(yùn)算將兩個(gè)關(guān)系通過(guò)屬性間的關(guān)系連接起來(lái)，變成一個(gè)新關(guān)系。8、自然連接一種特殊的等值連接自然連接是對(duì)兩個(gè)具有公共屬性(屬性名相同)的關(guān)系所進(jìn)行的運(yùn)算。如關(guān)系R和關(guān)系S具有公共屬性，則R和S的自然連接是從它們的笛卡爾積R×S中選出公共屬性值相同的那些元組，記為：

設(shè)關(guān)系R和關(guān)系S具有相同的屬性名A1,A2,…,AK，則R與S的自然連接為：①計(jì)算R×S②挑選R×S中同時(shí)滿足

R.A1=S.A1、R.A2=S.A2、…、R.AK=S.AK的那些元組③去掉S.A1、S.A2、…、S.AK這些重復(fù)屬性例、關(guān)系R與S如圖所示銷往城市銷售員產(chǎn)品號(hào)銷售量C1M1D12000C2M2D22500C3M3D11500C4M4D23000產(chǎn)品號(hào)生產(chǎn)量訂購(gòu)數(shù)D137003000D255005000D340003500RS自然連接運(yùn)算銷往城市銷售員產(chǎn)品號(hào)銷售量生產(chǎn)量訂購(gòu)數(shù)C1M1D1200037003000C2M2D2250055005000C3M3D1150037003000C4M4D2300055005000

用關(guān)系運(yùn)算可方便地對(duì)一個(gè)或多個(gè)關(guān)系進(jìn)行各種拆分和組裝操作。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，正是通過(guò)這些運(yùn)算完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取、修改、檢索等操作。例1設(shè)有一個(gè)關(guān)系R，找出平均成績(jī)?cè)?5分及以上的學(xué)生的姓名和學(xué)號(hào)。S#(學(xué)號(hào))SN(姓名)SD(所屬系)AVER(平均成績(jī))

SUM(總成績(jī))

S1MACS185425S2BICS181406S3FANCS291455S4WANGCS287437分兩步：①找出平均成績(jī)≥85分的元組——選擇：②選擇學(xué)號(hào)、姓名兩個(gè)字段——投影：綜合為：結(jié)果為：S#(學(xué)號(hào))SN(姓名)S1MAS3FANS4WANG例2設(shè)有關(guān)系T和P，現(xiàn)找出講授課程G1的教師姓名、所在系和該教師的職稱。TN(姓名)TD(所屬系)TA(年齡)TS(性別)T(職稱)LIPHSY51男副教授WUCHEN42男講師HECOM54男副教授LUELE35男講師TN(姓名)TG(所任課程)LIPHSYWUCHENHECOMLUELETP①TP結(jié)果為：TN(姓名)TD(所屬系)TA(年齡)TS(性別)T(職稱)TG(所任課程)LIPHSY51男副教授PHSYWUCHEN42男講師CHENHECOM54男副教授COMLUELE35男講師ELE②選取講授G1課程的教師(TP)

③選取姓名、系、職稱字段(TP))

連接運(yùn)算比較費(fèi)時(shí)，尤其是在包含許多元組的關(guān)系之間進(jìn)行的連接運(yùn)算更是如此。設(shè)關(guān)系R和S分別有m和n個(gè)元組，R與S之間的連接過(guò)程要訪問(wèn)m×n個(gè)元組。從R第一個(gè)元組開(kāi)始依次與S中各元組比較，符合條件首尾相接去掉重復(fù)的字段納入新關(guān)系，一輪共比較n次，再用R第二個(gè)元組與S第1~n個(gè)元組進(jìn)行比較。因此查詢時(shí)，為提高效率，如有可能應(yīng)先進(jìn)行選擇運(yùn)算，使關(guān)系中元組盡量少，能投影的先投影，使關(guān)系中字段盡量少，然后再進(jìn)行連接運(yùn)算。根據(jù)這個(gè)思路，上題可改為：①

T()T②③例3設(shè)有一關(guān)系W，在W中增加(插入)一個(gè)元組(a,b,c,d,e,f,g)。ABCDEFGa1b1c1d1e1f1g1a2b2c2d2e2f2g2a3b3c3d3e3f3g3

W=W∪(a,b,c,d,e,f,g)

刪除W中(a2,b2,c2,d2,e2,f2,g2)元組：

W=W-(a2,b2,c2,d2,e2,f2,g2)

從上面例子可看出，關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算結(jié)果仍是一個(gè)關(guān)系，我們可以用關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算表示我們所需進(jìn)行的各種庫(kù)查詢和更新處理要求。例4：在關(guān)系W中查找字段A為a1的元組：將字段B為b2的元組從W中刪除：W-4.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)一、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是指按照用戶要求，結(jié)合某一數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，為被設(shè)計(jì)的對(duì)象建立數(shù)據(jù)模型，并編制相應(yīng)應(yīng)用程序的過(guò)程。從本質(zhì)上講，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是將數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用對(duì)象緊密結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體的過(guò)程。因此要求數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)者對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和實(shí)際應(yīng)用對(duì)象兩方面都必須了解。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是一個(gè)應(yīng)用課題，由于它涉及面較廣，至今尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方法，但一般都是從局部到全局，從邏輯設(shè)計(jì)到物理設(shè)計(jì)，即對(duì)客觀世界的事物進(jìn)行抽象，轉(zhuǎn)換成某一個(gè)DBMS的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)包含兩方面的內(nèi)容：①結(jié)構(gòu)特性設(shè)計(jì)即數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(數(shù)據(jù)庫(kù)框架)，它應(yīng)該是具有最小冗余的、能滿足不同用戶數(shù)據(jù)需求的、能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)特性是靜態(tài)的，應(yīng)留有擴(kuò)充余地，使系統(tǒng)容易改變。②

行為特性設(shè)計(jì)即應(yīng)用程序、事物處理等的設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，直接影響到系統(tǒng)中各個(gè)處理過(guò)程的性能和質(zhì)量。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性技術(shù)。“三分技術(shù)，七分管理，十二分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”是數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的基本規(guī)律。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)有相同的地方，但在做法上側(cè)重不同，它的主要精力首先是在結(jié)構(gòu)特性的設(shè)計(jì)上，即要匯總各用戶的要求，盡量減少冗余，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，設(shè)計(jì)出滿足各用戶的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。二、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的過(guò)程1、需求分析

需求分析就是確定所要開(kāi)發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)，收集和分析用戶對(duì)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理的需求，了解用戶需要什么樣的、做什么用的數(shù)據(jù)庫(kù)。主要考慮“做什么”問(wèn)題，而不是考慮“怎么做”問(wèn)題需求分析的工作成果是產(chǎn)生用戶和設(shè)計(jì)者都能接受的需求說(shuō)明書，這是數(shù)據(jù)庫(kù)概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。需求分析是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的起點(diǎn)，需求分析的結(jié)果是否準(zhǔn)確地反映了用戶的實(shí)際要求，將直接影響到后面各個(gè)階段的設(shè)計(jì)，并影響到設(shè)計(jì)結(jié)果是否合理和實(shí)用

需求分析的重點(diǎn)是“數(shù)據(jù)”和“處理”，通過(guò)調(diào)查、分析，獲得用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息和處理要求。信息要求指用戶從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得信息的內(nèi)容與性質(zhì)。處理要求知用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)在處理功能、響應(yīng)時(shí)間、處理方式等方面的要求。信息需求處理需求

需求分析

需求說(shuō)明書⑴了解用戶環(huán)境和要求了解用戶環(huán)境就是了解用戶的業(yè)務(wù)活動(dòng)，了解人工管理系統(tǒng)是如何進(jìn)行工作的，為什么要這樣做。在工作過(guò)程中，要了解用戶的環(huán)境和要求，即需要哪些數(shù)據(jù)、如何發(fā)送、數(shù)據(jù)的格式是什么、需要保留哪些數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)量及數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)率有多少等。繪制現(xiàn)行人工管理系統(tǒng)的工作流程圖，并描繪出各項(xiàng)工作的功能、數(shù)據(jù)的傳輸格式、類型、長(zhǎng)度及時(shí)間性和完整性要求，從而對(duì)人工管理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)做出正確地評(píng)價(jià)。在此階段，要盡量讓用戶多提要求，使各方面的要求盡量詳細(xì)、全面。例：某公司決定建立一個(gè)以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的管理信息系統(tǒng)，以取代單一的人工管理。目標(biāo)系統(tǒng)取名為“工資管理系統(tǒng)”。通過(guò)用戶調(diào)查，初步整理出以下結(jié)果。

①當(dāng)前系統(tǒng)工作狀況該公司工資管理中使用三種源數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)報(bào)表。三種數(shù)據(jù)表：人員基本情況表姓名性別年齡學(xué)歷受聘日期部門職稱婚否扣款表姓名水電費(fèi)煤氣費(fèi)其他扣款效益工資表姓名效益工資兩種數(shù)據(jù)報(bào)表：工資表姓名部門基本工資崗位津貼效益工資扣款應(yīng)發(fā)工資部門工資表部門名稱部門工資匯總

表一為該公司人員基本情況表，根據(jù)表中的學(xué)歷、職稱及受聘日期長(zhǎng)短，決定工資表中基本工資和崗位津貼的具體數(shù)值；表二為公司扣款表，每月由各部門上報(bào)，根據(jù)扣款表的內(nèi)容決定工資表中扣款項(xiàng)的金額；表三為效益工資表，每月由各部門根據(jù)當(dāng)月效益及員工的表現(xiàn)申報(bào)，由財(cái)務(wù)部門審批。表四為每月的工資表；表五為每月部門工資匯總表。②對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的總體需求

通過(guò)對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的調(diào)查和與用戶的共同討論，對(duì)將要開(kāi)發(fā)的目標(biāo)系統(tǒng)提出以下總體需求：用數(shù)據(jù)文件代替現(xiàn)有的全部帳表具有對(duì)各種數(shù)據(jù)的錄入和維護(hù)功能能根據(jù)人員的基本情況表、扣款表和效益工資表自動(dòng)計(jì)算工作表各項(xiàng)內(nèi)容

能夠靈活修改工資項(xiàng)目按月打印公司工作表及工資匯總表有多種查詢和統(tǒng)計(jì)功能...。

⑵軟件需求說(shuō)明書數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)中一項(xiàng)十分重要的任務(wù)是確定系統(tǒng)中使用的全部數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)分析)和系統(tǒng)(功能分析)的處理功能，并為它們?nèi)∶投x，產(chǎn)生軟件需求說(shuō)明書軟件需求說(shuō)明書是用戶需求分析的規(guī)范化和形式化。制作軟件需求說(shuō)明書目的是為軟件開(kāi)發(fā)提出總體要求，并作為用戶和開(kāi)發(fā)人員之間相互了解和共同開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。由數(shù)據(jù)流程圖和數(shù)據(jù)字典組成。⑶軟件需求分析方法和工具

數(shù)據(jù)流程圖(描述數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理過(guò)程關(guān)系)和數(shù)據(jù)字典(系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)描述的集合)

數(shù)據(jù)流程圖描述從輸入到輸出過(guò)程中數(shù)據(jù)和處理的關(guān)系。

人員基本情況數(shù)據(jù)表

扣款數(shù)據(jù)表

效益工資數(shù)據(jù)表工資項(xiàng)目計(jì)算

工資數(shù)據(jù)表錄入

圓圈表示某種處理和加工；方框表示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)符號(hào)，包括數(shù)據(jù)庫(kù)文件和其他形式文件；箭頭表示數(shù)據(jù)傳遞或讀寫方向。

數(shù)據(jù)字典用于記載系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)元素以及它們的名字、性質(zhì)、意義及各類約束條件，記錄系統(tǒng)中用到的常量、變量、數(shù)組及其他數(shù)據(jù)單位，是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與維護(hù)中不可缺少的重要文件。數(shù)據(jù)字典是關(guān)于數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的一種描述，而不是數(shù)據(jù)本身。數(shù)據(jù)字典是在需求分析階段建立，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷修改、充實(shí)、完善的。數(shù)據(jù)字典內(nèi)容根據(jù)具體系統(tǒng)，有很大的不同。一般，凡是關(guān)于數(shù)據(jù)描述的信息都可放入數(shù)據(jù)字典中。例實(shí)體、屬性、實(shí)體聯(lián)系、用戶標(biāo)識(shí)、口令、數(shù)據(jù)空間使用情況、各種數(shù)據(jù)使用情況、修改情況等。

數(shù)據(jù)項(xiàng)名稱 應(yīng)發(fā)工資含義員工當(dāng)月應(yīng)發(fā)工資類型及寬度 貨幣型7位取值基本工資+崗位津貼+效益工資-扣款

取值范圍0000.00~9999.99

數(shù)據(jù)流名工資表組成姓名部門基本工資崗位津貼效益工資扣款應(yīng)發(fā)工資來(lái)至過(guò)程工資項(xiàng)目計(jì)算數(shù)據(jù)流條目卡片數(shù)據(jù)項(xiàng)目條目卡片數(shù)據(jù)流：數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)的傳輸路徑。⑷數(shù)據(jù)分析和功能分析數(shù)據(jù)分析步驟：①確定各項(xiàng)數(shù)據(jù)在目標(biāo)系統(tǒng)中名稱

同一數(shù)據(jù)使用相同的名稱、在容易識(shí)別的前提下盡量簡(jiǎn)化名稱。②定義數(shù)據(jù)項(xiàng)的含義與取值③定義系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)和輸出打印數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果是產(chǎn)生系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖和數(shù)據(jù)字典。功能分析

確定系統(tǒng)功能，在此階段，開(kāi)發(fā)人員和用戶雙方都必須十分謹(jǐn)慎，要全面考慮計(jì)算機(jī)究竟應(yīng)該做哪些工作。一旦系統(tǒng)功能確定之后，一般情況下不能改動(dòng)，以免影響后期工作例工資管理系統(tǒng)功能需求分析結(jié)果：

①數(shù)據(jù)錄入模塊②工資計(jì)算模塊③工資項(xiàng)目修改模塊按所選工資項(xiàng)目整體修改工資表內(nèi)容

按任意條件和所選工資項(xiàng)目部分修改工資表內(nèi)容

④查詢統(tǒng)計(jì)模塊⑤報(bào)表打印模塊按月打印公司工資表及工資匯總表

分析階段產(chǎn)生的系統(tǒng)說(shuō)明書明確描述了用戶要求，主要有三個(gè)作用：①作為用戶和軟件人員之間的合同，為雙方相互了解提供基礎(chǔ)②反映出問(wèn)題的結(jié)構(gòu)，可作為軟件人員進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程基礎(chǔ)③作為選取測(cè)試用例和進(jìn)行驗(yàn)收的依據(jù)

系統(tǒng)說(shuō)明書是軟件生命周期中一份極其重要文檔，在分析階段必須及時(shí)建立并保證其質(zhì)量。在建立系統(tǒng)說(shuō)明書后，還應(yīng)對(duì)它進(jìn)行反復(fù)檢查，爭(zhēng)取盡早發(fā)現(xiàn)潛在的錯(cuò)誤并及時(shí)糾正。需求分析是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程基礎(chǔ)，是最困難、最耗費(fèi)時(shí)的一步。需求分析的結(jié)果是否準(zhǔn)確地反映了用戶的實(shí)際要求，將直接影響到后面各個(gè)階段的設(shè)計(jì)，并影響到設(shè)計(jì)結(jié)果是否合理和實(shí)用。

2、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)的目標(biāo)是將需求分析得到的用戶需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成一個(gè)獨(dú)立于具體DBMS的概念模型，它是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。它應(yīng)該：①

充分反映實(shí)際應(yīng)用中各實(shí)體間的相互關(guān)系；②直觀，便于用戶理解與直接參與；③概念模型方便擴(kuò)充和修改；用E-R圖進(jìn)行概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是對(duì)實(shí)體的抽象過(guò)程，可分三步來(lái)完成①選擇局部應(yīng)用，建立分E－R圖建立分E―R圖的主要工作是對(duì)需求分析階段收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織，劃分實(shí)體和屬性，確定實(shí)體之間的聯(lián)系。劃分實(shí)體和屬性的準(zhǔn)則：屬性本身不能再具有需要描述的性質(zhì)或與其他實(shí)體具有聯(lián)系(即屬性必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，不能包含其它屬性)；屬性不能與其它實(shí)體有聯(lián)系(即E―R圖中所表示的聯(lián)系是實(shí)體之間的聯(lián)系)。凡滿足上述準(zhǔn)則的事物，一般均可作為屬性對(duì)待。例1：職工是一個(gè)實(shí)體，職工號(hào)、姓名、性別、年齡是職工實(shí)體的屬性，職稱如果沒(méi)有與工資、福利掛鉤，換句話說(shuō)，沒(méi)有需要進(jìn)一步描述的特性，則可將它作為職工實(shí)體的屬性。但如不同職稱有不同的工資、住房標(biāo)準(zhǔn)和附加福利，則職稱作為一個(gè)實(shí)體看待更恰當(dāng)。例2在醫(yī)院中，一個(gè)病人只能住在一個(gè)病房，病房號(hào)可作為病人實(shí)體的屬性，但如果病房還要與醫(yī)生實(shí)體發(fā)生聯(lián)系，即一個(gè)醫(yī)生負(fù)責(zé)幾個(gè)病房的病人的醫(yī)療工作，則病房應(yīng)作為一個(gè)實(shí)體

病

人

住院號(hào)

性別

姓名

年齡

住在

病

房

病房號(hào)

電話

所屬科室

1

n

醫(yī)生

性別

姓名

年齡

醫(yī)

療

1

n

例3：某工廠管理信息系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)分析，確定了該系統(tǒng)由物資管理、銷售管理、勞動(dòng)人事管理等子系統(tǒng)組成，并為每個(gè)子系統(tǒng)組成了開(kāi)發(fā)小組，分別進(jìn)行需求分析，并畫出每個(gè)子系統(tǒng)的分E-R圖。物資管理分E-R圖：職工號(hào)職工名年齡職稱性別

名稱

單價(jià)

面積

m

n

p

m

n

項(xiàng)目號(hào)

預(yù)

算

項(xiàng)目名

姓名

地址

帳號(hào)

供應(yīng)商

零

件

項(xiàng)

目

供應(yīng)

供應(yīng)量

存放

倉(cāng)庫(kù)號(hào)

電話

庫(kù)存量

供應(yīng)商號(hào)

電話號(hào)

零件號(hào)

描

述

規(guī)格

工作

n

n

1

倉(cāng)

庫(kù)

職

工

領(lǐng)導(dǎo)

1

n

銷售管理分E-R圖：勞動(dòng)人事管理分E-R圖：

各分E-R圖建立好后，需對(duì)它們進(jìn)行綜合，把各分E-R圖連接在一起，形成系統(tǒng)的總E-R圖，稱為初步E-R圖。②合并分E-R圖，生成初步E-R圖各個(gè)局部應(yīng)用所面向的問(wèn)題不同，且常由不同的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行局部設(shè)計(jì)，這就導(dǎo)致了各個(gè)分E-R圖之間必定會(huì)存在許多不一致的地方稱之為沖突。因此合并分E-R圖時(shí)并不能簡(jiǎn)單地將各個(gè)分E-R圖畫在一起，而是必須著力消除各個(gè)分E-R圖中的不一致，以形成一個(gè)能為全系統(tǒng)中所有用戶共同理解和接受的統(tǒng)一的概念模型。合理消除各分E-R圖的沖突是合并分E-R圖的主要工作與關(guān)鍵所在。各分E-R圖之間的沖突主要有三類：a）屬性沖突：同一屬性在不同的分E-R圖中其值的類型、取值范圍、取值單位等不一致。例年齡：有的以日期形式表示，有的以年齡形式表示。零件：有的以公斤為單位，有的以克為單位。編號(hào)：有的以整數(shù)形式表示，有的以字符串年齡形式表示。這需要各部門進(jìn)行協(xié)調(diào)，使之統(tǒng)一。b）命名沖突：屬性名、實(shí)體名、聯(lián)系名之間有同名異義或異名同義的問(wèn)題。例對(duì)科研項(xiàng)目：財(cái)務(wù)科稱為“項(xiàng)目”、科研處稱為“課題”、生產(chǎn)管理處稱為“工程”——同義異名。對(duì)電話號(hào)碼，供應(yīng)商和顧客均有一個(gè)屬性“電話”——同名異義這顯然是不允許的，需通過(guò)協(xié)商解決改正。c）結(jié)構(gòu)沖突：※同一對(duì)象在不同應(yīng)用中具有不同的抽象。例：職工在某局部應(yīng)用中被當(dāng)成實(shí)體，在另一應(yīng)用中被當(dāng)成屬性解決辦法是將屬性變?yōu)閷?shí)體或?qū)嶓w變?yōu)閷傩?，使它們具有相同的抽象※同一?shí)體在不同分E-R圖中所包含的屬性個(gè)數(shù)和屬性排列次序不完全相同。解決辦法是取各分E-R圖中屬性的并集，再適當(dāng)調(diào)整屬性次序。※實(shí)體間聯(lián)系在不同分E-R圖中為不同類型。如實(shí)體E1與E2在一個(gè)分E-R圖中為1:1，在另一個(gè)分E-R圖中為1:n；又如在一個(gè)分

E-R圖中E1與E2發(fā)生聯(lián)系，在另一個(gè)分E-R圖中，E1、E2、E3

三者之間有聯(lián)系。解決辦法是根據(jù)應(yīng)用的語(yǔ)義對(duì)實(shí)體聯(lián)系的類型進(jìn)行綜合與調(diào)整。在合并各分E-R圖時(shí)，必須要處理解決上述各類沖突，從而得到一個(gè)集中了各個(gè)用戶信息要求，為所有用戶共同理解和接受的初步總體模型，即E-R圖。例分E-R圖1分E-R圖2因構(gòu)成和供應(yīng)兩個(gè)聯(lián)系不能互相包含例：上述管理系統(tǒng)三個(gè)分E-R圖合并后，形成的初步E-R圖項(xiàng)目和產(chǎn)品含義相同：某個(gè)項(xiàng)目實(shí)質(zhì)上是指某個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，統(tǒng)一用產(chǎn)品作實(shí)體名。但因項(xiàng)目與產(chǎn)品中屬性不同，取兩者并集。聯(lián)系名存在同名現(xiàn)象（物資管理分E-R圖和勞動(dòng)人事管理分E-R圖）；很多實(shí)體中屬性名同名異義（電話、單價(jià)、顧客號(hào)），必須修改。③消除冗余，生成基本E-R圖在初步E-R圖中，可能存在一些冗余的數(shù)據(jù)和實(shí)體之間冗余的聯(lián)系。所謂冗余數(shù)據(jù)是指可由基