數(shù)據(jù)庫原理及應用（Access版）第5版 課件 第2章 關(guān)系模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫

金鑫

吳靖

主編

唐小毅

馬燕林

參編數(shù)據(jù)庫原理及應用（Access2021版）2.1數(shù)據(jù)模型2.5關(guān)系數(shù)據(jù)操作基礎2.2關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.4E-R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換2.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化第2章

關(guān)系模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫2.3.1關(guān)系數(shù)據(jù)庫

2.3.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化

2.3.3關(guān)系數(shù)據(jù)完整性規(guī)則

2.4.1實體轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式2.4.2實體之間聯(lián)系的轉(zhuǎn)換2.5.1集合運算

2.5.2關(guān)系運算1．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)，如圖所示。這種樹結(jié)構(gòu)很常見，例如，Windows系統(tǒng)中的文件夾和文件結(jié)構(gòu)、一個組織的結(jié)構(gòu)等。2．網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型取消層次數(shù)據(jù)模型的兩個限制條件，每一個結(jié)點可以有多個父結(jié)點，從而形成了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型（NetworkDataModel）。2.1數(shù)據(jù)模型3．關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型是一個滿足一定條件的二維表格。3．元組表（關(guān)系）的每一行稱為一個元組（Tuple）。1．關(guān)系關(guān)系（Relation）即一個二維表格。2.2關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2．屬性表（關(guān)系）的每一列必須有一個名字，稱為屬性（Attribute）。4．域表（關(guān)系）的每一屬性有一個取值范圍，稱為域（Domain）。域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。7．關(guān)系模式關(guān)系模式（RelationalSchema）是對關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述。簡記為關(guān)系名（屬性1，屬性2，屬性3，…，屬性n）5．關(guān)鍵字關(guān)鍵字又稱主屬性，可以唯一地標識一個元組（一行）的一個屬性或多個屬性的組合?？梢云鸬竭@樣作用的關(guān)鍵字（Key）有兩類：（1）主關(guān)鍵字（2）候選關(guān)鍵字2.2關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)6．外部關(guān)鍵字如果某個關(guān)系中的一個屬性或?qū)傩越M合不是所在關(guān)系的主關(guān)鍵字或候選關(guān)鍵字，但卻是其他關(guān)系的主關(guān)鍵字，對這個關(guān)系而言，則稱其為外部關(guān)鍵字（ForeignKey）。2.2關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)倉庫號倉庫名地點面積WH1興旺上海390WH2廣發(fā)長沙460WH3紅星昆明500WH4奧盛蘭州280WH5高利長春300WH6中財北京600概念模型關(guān)系模型DBMS用戶概念模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫表二維表格實體元祖記錄行屬性屬性字段列鍵關(guān)鍵字（主屬性）主關(guān)鍵字實體性關(guān)系模式2.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化按照關(guān)系數(shù)據(jù)模型建立的數(shù)據(jù)庫稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫，關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化原則是用來確保數(shù)據(jù)正確、有效的一組規(guī)則。本節(jié)討論關(guān)系數(shù)據(jù)庫的建立以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化。

2.3.1關(guān)系數(shù)據(jù)庫

關(guān)系數(shù)據(jù)庫是以關(guān)系模型為基礎的數(shù)據(jù)庫，它利用關(guān)系描述現(xiàn)實世界中的對象。一個關(guān)系既可用來描述一個實體及其屬性，也可用來描述實體間的聯(lián)系。關(guān)系數(shù)據(jù)庫是由一組關(guān)系組成的，針對一個具體問題，應該如何構(gòu)造一個適合于它的數(shù)據(jù)模式，即應該構(gòu)造幾個關(guān)系？每個關(guān)系由哪些屬性組成？這就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫邏輯設計要討論的問題。

2.3.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化

1．函數(shù)依賴及其對關(guān)系的影響學號姓名性別出生日期專業(yè)010001AF010100會計010002BF041101注會010003CM051800會計010004DF091200會計學號姓名性別出生日期專業(yè)學院院長010001AF010100會計會計學院Z010002BF041101注會會計學院Z010003CM051800會計會計學院Z010004DF091200會計會計學院Z00005EM121201信管信息學院W010006FF101100信管信息學院W設計出如下關(guān)系模式：STUDENT2(學號，姓名，性別，出生日期，專業(yè)，學院，院長)1）數(shù)據(jù)冗余太大：例如，院長的姓名會重復出現(xiàn)，重復的次數(shù)與該學院學生的人數(shù)相同。

2.3.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化

2）更新異常（UpdateAnomalies）：例如，某學院更換院長后，系統(tǒng)必須修改與該學院學生有關(guān)的每一個元組。3）插入異常（InsertionAnomalies）：例如，一個學院剛成立，尚無學生，則這個學院及其院長的信息就無法存入數(shù)據(jù)庫。4）刪除異常（DeletionAnomalies）：例如，某個學院的學生全部畢業(yè)了，在刪除該學院學生信息的同時，也把這個學院的信息（學院名稱和院長）全部刪除了。如果刪除一組屬性，帶來的副作用可能是丟失了一些其他信息。2．規(guī)范化范式

（1）1NF 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。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，每一列有唯一的列名（屬性）；列的先后順序無關(guān)緊要，行的先后順序也無關(guān)緊要。（2）2NF關(guān)系的每一個非關(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。第二范式要求每個關(guān)系只包含一個實體集的信息，所有非關(guān)鍵字屬性依賴于關(guān)鍵字屬性。每個以單個屬性作為主鍵的關(guān)系自動滿足第二范式。（3）3NF關(guān)系的所有非關(guān)鍵字屬性相互獨立，任何屬性其屬性值的改變不應影響其他屬性，則該關(guān)系滿足第三范式。一個關(guān)系滿足第二范式，同時沒有傳遞依賴，則該關(guān)系滿足第三范式。

2.3.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化

實體完整性規(guī)則：是指保證關(guān)系中元組唯一的特性。通過關(guān)系的主關(guān)鍵字和候選關(guān)鍵字實現(xiàn)。

域完整性規(guī)則：是指保證關(guān)系中屬性取值正確、有效的特性。例如，定義屬性的數(shù)據(jù)類型、設置屬性的有效性規(guī)則等。

參照完整性規(guī)則：參照完整性與關(guān)系之間的聯(lián)系有關(guān)，包括插入規(guī)則、刪除規(guī)則和更新規(guī)則。

用戶定義完整性規(guī)則：是指為滿足用戶特定需要而設定的規(guī)則。在關(guān)系數(shù)據(jù)完整性規(guī)則中，實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，被稱為是關(guān)系的兩個不變性，由關(guān)系系統(tǒng)自動支持。

2.3.3關(guān)系數(shù)據(jù)完整性規(guī)則

E-R模型向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換要解決的問題是如何將實體以及實體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，如何確定這些關(guān)系模式的屬性和主關(guān)鍵字（這里所說的實體更確切地說是實體集）。

2.4E-R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換E-R模型的表現(xiàn)形式是E-R圖，由實體、實體的屬性和實體之間的聯(lián)系3個要素組成。從E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式的方法是：為每個實體定義一個關(guān)系，實體的名字就是關(guān)系的名字；實體的屬性就是關(guān)系的屬性；實體的鍵是關(guān)系的主關(guān)鍵字。用規(guī)范化準則檢查每個關(guān)系，上述設計可能需要改變，也可能不用改變。依據(jù)關(guān)系規(guī)范化準則，在定義實體時就應遵循每個實體只有一個主題的原則。實體之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關(guān)系之間的聯(lián)系，關(guān)系之間的聯(lián)系是通過外部關(guān)鍵字來體現(xiàn)的。

2.4.1實體轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式1．一對一聯(lián)系的轉(zhuǎn)換【例2-1】

本例的需求分析和E-R模型見第1章【例1-2】。關(guān)系模式一：公司（公司編號，公司名稱，地址，電話）總經(jīng)理（經(jīng)理編號，姓名，性別，出生日期，民族，公司編號）關(guān)系模式二：公司（公司編號，公司名稱，地址，電話，經(jīng)理編號）總經(jīng)理（經(jīng)理編號，姓名，性別，出生日期，民族）注意：其中斜體內(nèi)容為外部關(guān)鍵字。

2.4.2實體之間聯(lián)系的轉(zhuǎn)換

2．一對多聯(lián)系的轉(zhuǎn)換【例2-2】

本例的需求分析和E-R模型見第1章【例1-4】。關(guān)系模式：倉庫（倉庫號，倉庫名，地點，面積）員工（員工號，姓名，性別，出生日期，工資，倉庫號）

【例2-3】

考慮學生畢業(yè)設計中的指導教師和學生的情況。（1）需求分析學校使用數(shù)據(jù)庫來管理學生畢業(yè)設計時的教師和學生數(shù)據(jù)。畢業(yè)設計時，一名教師指導多位學生，每位學生必須有一名教師指導其畢業(yè)設計論文。（2）E-R模型E-R圖如圖2-2所示。實體型如下：教師（教師號，姓名，院系，電話）學生（學號，姓名，性別，出生日期，所屬院系）（3）關(guān)系模型的表示方法教師（教師號，姓名，院系，電話）學生（學號，姓名，性別，出生日期，所屬院系，教師號）

2.4.2實體之間聯(lián)系的轉(zhuǎn)換

2.4.2實體之間聯(lián)系的轉(zhuǎn)換

【例2-3】

考慮學生畢業(yè)設計中的指導教師和學生的情況。3．多對多聯(lián)系的轉(zhuǎn)換【例2-4】

學生和社團問題。需求分析和E-R模型見第1章【例1-5】。（1）對應社團實體和學生實體分別建立社團關(guān)系和學生關(guān)系社團（編號，名稱，地點，電話）學生（學號，姓名，性別，出生日期，所屬院系）（2）建立第三個關(guān)系表示社團關(guān)系與學生關(guān)系之間具有m∶n聯(lián)系綜上所述得到的關(guān)系模型的關(guān)系模式：社團（編號，名稱，地點，電話）學生（學號，姓名，性別，出生日期，所屬院系）成員（編號，學號）

2.4.2實體之間聯(lián)系的轉(zhuǎn)換

【例

2-5】

學生與選修課程之間的情況。每個學生會選擇多門課程，每門課程也對應多名學生選修。需求分析和E-R模型見第1章【例1-6】和圖1-12。聯(lián)系類型方法1:1一個關(guān)系的主關(guān)鍵字置于另一個關(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1:n關(guān)系。建立“紐帶關(guān)系”，兩個父關(guān)系的關(guān)鍵字置于紐帶關(guān)系中，紐帶關(guān)系是兩個父關(guān)系的字關(guān)系4．多元聯(lián)系E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型【例2-6】

倉庫-員工-訂單-供應商。需求分析和E-R模型見第1章

【例1-7】和圖1-13。本例的E-R數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系數(shù)據(jù)模型的步驟如下。（1）首先為每個實體建立與之相對應的關(guān)系倉庫（倉庫號，倉庫名，地點，面積）員工（員工號，姓名，性別，出生日期，婚否，工資）訂單（訂購單號，訂購日期，金額）供應商（供應商號，供應商名，地址）（2）分別處理每兩個關(guān)系之間的聯(lián)系綜上所述，得到如下關(guān)系數(shù)據(jù)模型：倉庫（倉庫號，倉庫名，地點，面積）員工（員工號，姓名，性別，出生日期，婚否，工資，倉庫號）訂單（訂購單號，訂購日期，金額，員工號，供應商號）供應商（供應商號，供應商名，地址）

2.4.2實體之間聯(lián)系的轉(zhuǎn)換

關(guān)系是集合，關(guān)系中的元組可以看做是集合的元素。因此，能在集合上執(zhí)行的操作也能在關(guān)系上執(zhí)行。

關(guān)系代數(shù)是一種抽象的查詢語言，是關(guān)系數(shù)據(jù)操縱語言的一種傳統(tǒng)表達方式，它是用對關(guān)系的運算來表達查詢的。關(guān)系代數(shù)是封閉的，也就是說，一個或多個關(guān)系操作的結(jié)果仍然是一個關(guān)系。關(guān)系運算分為傳統(tǒng)的集合運算和專門的關(guān)系運算。

2.5關(guān)系數(shù)據(jù)操作基礎1．并運算關(guān)系A和關(guān)系B的并運算是指把A的元組與B的元組加在一起構(gòu)成新的關(guān)系C。元組在C中出現(xiàn)的順序無關(guān)緊要，但必須去掉重復的元組，即關(guān)系A和關(guān)系B并運算的結(jié)果關(guān)系C由屬于A和屬于B的元組構(gòu)成，但不能有重復的元組，并且仍具有n個屬性。關(guān)系A和關(guān)系B的并運算記作：A∪B或A+B。

2.5.1集合運算

2．差運算關(guān)系A和關(guān)系B差運算的結(jié)果關(guān)系C仍為n目關(guān)系，由只屬于A而不屬于B的元組構(gòu)成。關(guān)系A和關(guān)系B差運算記作：A-B。注意，A-B與B-A的結(jié)果是不同的。3．交運算關(guān)系A和關(guān)系B交運算形成新的關(guān)系C，關(guān)系C由既屬于A同時又屬于B的元組構(gòu)成并仍為n個屬性。關(guān)系A和關(guān)系B交運算記作：A∩B。

2.5.1集合運算

4．積運算

如果關(guān)系A有m個元組，關(guān)系B有n個元組，關(guān)系A與關(guān)系B的積運算是指一個關(guān)系中的每個元組與另一個關(guān)系中的每個元組相連接形成新的關(guān)系C。關(guān)系C中有m×n個元組。關(guān)系A和關(guān)系B積運算記作：A×B。

2.5.1集合運算

【例2-7】

設有關(guān)系R1和R2，如表2-6和表2-7所示。R1中是K社團學生名單；R2中是L社團學生名單。學

號姓

名性

別001AF008BM101CF600DM學

號姓

名性

別001AF101CF909EM學

號姓

名性

別001AF008BM101CF600DM909EM學

號姓

名性

別008BM600DM學

號姓

名性

別001AF101CF1．投影

投影操作是指從一個或多個關(guān)系中選擇若干個屬性組成新的關(guān)系。投影操作取的是垂直方向上關(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關(guān)系中屬性的順序。

2.5.2關(guān)系運算

2．選擇

選擇操作是指從關(guān)系中選擇滿足一定條件的元組。選擇取的是水平方向上關(guān)系的子集（行）。3．連接連接操作是兩個關(guān)系的積、選擇和投影的組合。連接操作是從兩個關(guān)系的笛卡兒積中選擇屬性間滿足一定條件的元組的運算?！纠?-8】

關(guān)系student如表2-11所示，在此關(guān)系上的投影操作和選擇操作示例如表2-12和表2-13。

2.5.2關(guān)系運算

學

號姓

名性

別出生日期黨

員

否出

生

地183501438劉昕女02/28/00.T.北京183501437顏俊男08/14/00.F.山西183501433王倩女01/05/99.F.黑龍江183506122李一女06/28/00.F.山東183505235張舞男09/21/99.F.北京183501412李竟男02/15/00.F.天津183502112王五男01/01/99.T.上海183510228趙子雨男06/23/00.F.河南1）從關(guān)系student中選擇部分屬性構(gòu)成新的關(guān)系st1的操作稱為投影，關(guān)系st1如表所示。

2.5.2關(guān)系運算

學

號姓

名出生日期出

生

地183501438劉昕02/28/00北京183501437顏俊08/14/00山西183501433王倩01/05/99黑龍江183506122李一06/28/00山東183505235張舞09/21/99北京183501412李竟02/15/00天津183502112王五01/01/99上海183510228趙子雨06/23/00河南2）從關(guān)系student中選擇部分元組構(gòu)成新的關(guān)系st2的操作稱為選擇，關(guān)系st2如表所示。

2.5.2關(guān)系運算

學

號姓

名性

別出生日期黨

員

否出

生

地183501437顏俊男08/14/00.F.山西183505235張舞男09/21/99.F.北京183501412李竟男02/15/00.F.天津183502112王五男01/01/99.T.上海183510228趙子雨男06/23/00.F.河南【例2-9】

關(guān)系A（如表2-14所示）與關(guān)系B（如表2-15所示）的等值連接，結(jié)果如表2-16所示。

2.5.2關(guān)系運算

ADFE2D26E2D38E3D410E3D516BD4D17D212D22D52D6AA.DFBB.DE2D267D2E2D2612D2E3D5162D5【例2-10】

關(guān)系A（如表2-14所示）與關(guān)系B（如表2-15所示）的自然連接，結(jié)果如表所示。

2.5.2關(guān)系運算

ADFBE2D267E2D2612E3D5162【例2-11】

關(guān)系A與關(guān)系B的左外連接，結(jié)果如表2-18所示。

2.5.2關(guān)系運算

ADFBE2D267E2D2612E2D38NULLE3D410NULLE3D5162【例2-12】

關(guān)系A與關(guān)系B的右外連接，結(jié)果如表2-19所示。

2.5.2關(guān)系運算

AFBDNULLNULL4D1E267D2E2612D2E3162D5NULLNULL2D6【例2-13】

關(guān)系A與關(guān)系B的全連接，結(jié)果如表2-20所示。

2.5.2關(guān)系運算

AA.DFBB.DE2D267D2E2D2612D2E2D38NULLNULLE3D410NULLNULLE3D5162D5NULLNULLNULL4D1NULLNULLNULL2D62.6習題1．選擇題1）關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的“關(guān)系”是指（

）。A．各個記錄中的數(shù)據(jù)彼此間有一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系B．數(shù)據(jù)模型符合滿足一定條件的二維表格式C．某兩個數(shù)據(jù)庫文件之間有一定的關(guān)系D．表中的兩個字段有一定的關(guān)系2）用二維表來表示實體及實體之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型是（

）。A．關(guān)系模型 B．層次模型C．網(wǎng)狀模型 D．實體－聯(lián)系模型3）關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的3種基本關(guān)系運算是（

）。A．索引，排序，查詢