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1、第3章 数据库规范化与完整性,学习目标： （1）理解关系模型、关系模式的概念 （2）理解关系运算的基本方法 （3）理解理解数据库完整性的概念 （4）掌握关系规范化理论,一、关系模型 关系模型是建立在严格的数学理论基础上、特点是采用模型概念单一，采集合操作，数学理论支持、数据完全独立。一个关系模型的逻辑结构就是一张二维表，它由行和列组成。,3.1 关系模型与关系模式,关系模型的几个术语：（1）关系：通俗讲关系就是一张二维表。 理论上讲关系是各属性域上的笛卡尔积的一个子集。（2）元组：二维表中的一行即为一个元组，也称为记录（即除二维表表头以外的每一行）。 元组 行 记录等价（3）属性：二维表中的一
2、列即为一个属性，也称字段。 属性 列 字段,关系模型的几个术语（序）（4）域：属性的取值范围。如性别属性的域为 男，女（5）主关键字（主键或主码）：指表中的最少的属性或属性组，它的值可以惟一确定一个元组，称其为主键或主码。 如：学生（学号，姓名，性别，系，班级号） 主键（码）为学号 选课（学号，课程号，成绩）,关系模型的几个术语（序）（6）外关键字：也称外键、外码，如果一个关系（R1）的某个属性或属性组是另一个关系的（R2）主键（主码），那么就称这个属性或属性组为R1的外关键字，或外键。 如：学生（学生号，姓名，性别，系，班级号） 班级（班级号，班级名，地址） 学生关系中的班级号为外码。 课程
3、（课程号,班级名） 选课（学生号，课程号，成绩） 选课中的学生号和课程号分别为外键。,二、关系模式 关系模式为对关系的描述，可简记为： 关系名（属性1，属性2， 属性n) 如学生关系为： 学生（学生号，姓名，性别，出生日期，专业，班级号）三、关系模式举例 学生（学生号，姓名，班级） 课程（课程号，课程名，学分） 选课（学生号，课程号，成绩）,3.2 关系操作一、传统的集合运算 包括并、差、交和笛卡儿积等四种运算。设关系R和关系S具有相同的列数n(即两个关系都有n个属性)，且相应的属性取自同一个域，则：并：RS= t | t R t S 结果仍为n列的关系,由属于R或属于S的元组组成。差：R-S
4、=t |t R t S 结果仍为n列的关系,由属于R而不属于S的所有元组组成。其中， t为结果集的任意元组。,一、传统的集合运算(续）交： RS=t | t R t S 结果仍为n目关系,由既属于R又属于S的元组组成。笛卡儿积：两个分别n目（列）和m目（列）的关系R和S的笛卡儿积是一个(n+m)目（列）的元组集合。元组的前n列是关系R的一个元组，后m列是关系S的一个元组。若R有k1个元组，S有k2个元组，则关系R和关系S的笛卡儿积有k1k2个元组。 记作： RS= tR tS| tRR t s S,2、专门的关系运算（1）选择运算（）： 从一个关系R中选择出满足条件的所有元组所构成新关系，且新
5、关系同R具有相同的结构。选择提供了横向划分关系的手段。表示方法：对关系R按F（t）条件做选择运算，用集合公式表示为： F（t）（R）= t |t R F（t）= true ,例1：查询年龄大于18的所有学生记录。,2、专门的关系运算（2）投影运算（）： 从一个关系R中按所需顺序选取若干个属性构成新关系，投影提供了纵向划分关系的手段，且新关系的元组数必然小于等于原关系R中的元组数，因为要去掉在新关系模式下重复的元组。用集合公式表示：A（R）= t A | t R ,例2：在学生关系中查询学号和姓名。,2、专门的关系运算(续) （3）连接运算（ ): 把两个关系（R和S）按相应属性值的比较条件连接
6、起来，如大于，小于等于、等于等，记作： R R.AS.B S。它是笛卡尔积的一个子集。R R.AS.BSR.AS.B（RS）=tR tS |tRR tSS R .AS.B=TRUE 自然连接：把两个关系按属性名相同进行等值连接，且结果中只保留一个同名属性。R S,R关系,S关系,专门的关系运算应用举例：,RS-笛卡尔积,R S -自然连接,R S-条件连接 R.BS.B,3、关系综合运算举例 设有学生、课程、选课三个关系 学生S（学号，姓名，性别，系） 课程C（课程号，课程名，学分） 选课SC（学号，课程号，成绩） 例： 1.查询“李明”选课的成绩； 2.查询选修了数据库课程的学生学号，姓名;
7、 3.查询未选“数据库”课程的学生学号，姓名。,3.3 关系的完整性一、关系完整性概述 关系完整性就是关系模型中数据的正确性、一致性和有效性。 关系的完整性包括实体完整性、参照完整性和用户定义完整性（域完整性）。 每种完整性都对应有相应的完整性规则，都需要用户在定义关系数据库时给出相应的定义。,3.3 关系的完整性 1.实体完整性（约束键码属性的取值） 关系的键码属性不能取空值。 例：学生（学生号，姓名，年龄，专业，籍贯），学生号为学生关系的主码，学生号属性不能取空值。 选课（学生号，课程号，成绩） 学生号和课程号取值均不能为空。,3.3 关系的完整性2.参照完整性（约束外键的取值） 规则为：
8、在两个参照和被参照关系中，参照关系中每条记录的外键的取值或者为空，或者等于被参照关系中某条记录的主码值。 例：课程（课程号，课程名，学分，系号）， 系（系号，系名，系主任，办公电话） 课程中的系号为外键，课程中的系号取值要么为空，要么为系关系中主键系号的某个取值。,3.3 关系的完整性3.用户定义完整性（约束属性的取值范围）就是针对某一具体数据库的约束条件。它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的定义要求。例：年龄的取值可以限定在18-60之间 成绩的取值可以限定在0-100之间等。总之，关系模型中存在完整性的约束，为了保证数据库的一致性和正确性，必须使数据库中的数据满足完整性的约束。,二、使
9、用约束实施完整性 SQL Server的主要约束类型：主码约束：Primary Key外码约束：Foreign key单值（惟一）值约束：Unique检验约束：Check用sp_helpcontraint 表名 来查看约束。,二、使用约束实施完整性 1.Primary Key-主码约束 CREATE TABLE 学生表1 (学号 char(8), 姓名 char(8),CONSTRAINT PK_学生表 PRIMARY KEY (学号) ) CREATE TABLE 学生表2 (学号 char(8) NOT NULL CONSTRAINT PK_学号 PRIMARY KEY NONCLUSTE
10、RED,姓名 char(8) NULL),二、使用约束实施完整性 2. Foreign Key-外键约束 CREATE TABLE 成绩表 （学号 char（8）NOT NULL CONSTRAINT FK_NO REFERENCES 学生表（学号） ， 课程号 char（7） NOT NULL CONSTRAINT FK_Num REFERENCES 课程表（课程号） ， 成绩 numeric(9,2) ）,二、使用约束实施完整性 3. Default 约束 例：在成绩表的成绩属性上加约束。 ALTER TABLE 成绩表 ADD CONSTRAINT df_score DEFAULT 0
11、FOR 成绩 例：建表时创建约束 CREATE TABLE 成绩表（学号 char(8) NOT NULL, 课程号 char（7） NOT NULL， 成绩 numeric（9，2） CONSTRAINT df_score DEFAULT 0.0）,二、使用约束实施完整性 4. Unique 约束 例：向学生表中添加单值约束。 ALTER TABLE 学生表1 ADD CONSTRAINT un_name UNIQUE(姓名) 例：建表时创建约束 CREATE TABLE 学生表2（学号 char(8) NOT NULL CONSTRAINT un_no UNIQUE, 姓名 char（8）
12、,二、使用约束实施完整性 5. Check 约束 例：建表时创建约束 CREATE TABLE 学生表4（学号 char(8) NOT NULL， 姓名 char（8）NOT NULL， 年龄 int CONSTRAINT chk_age CHECK (年龄17 and 年龄 26) ）,二、使用约束实施完整性 6. 删除约束 ALTER TABLE 表名 DROP CONSTRAINT 约束名 例： ALTER TABLE 学生表 DROP CONSTRAINT un_name,三、使用规则实施数据的完整性 1.创建和删除规则 创建规则的语法结构： CREATE RULE 规则名 AS 条件
13、表达式 删除规则语法结构： DROP 规则名 例：创建学生的年龄必须在一定范围内的规则Age_rule。 CREATE RULE Age_rule AS MyAge BETWEEN 18 AND 28,三、使用规则实施数据的完整性 2.绑定规则 绑定规则和解除绑定规则的语法结构： sp_bindrule 规则名，表名.列名 sp_unbindrule 规则名，表名.列名 例： 将上面创建的规则与学生表的年龄绑定。 sp_bindrule Age_rule , 学生表.年龄 sp_unbindrule 学生表.年龄 3.删除规则 DROP RULE 规则名,四、使用默认值实施数据的完整性 1.创
14、建与删除默认 创建默认的语法如下： CREATE DEFAULT 默认值名 AS 默认值 删除默认的语法是： DROP 默认值名 例：CREATE DEFAULT def_date AS 1980-01-01 CREATE DEFAULT def_age AS 17,三、使用默认值实施数据的完整性 2.绑定默认 绑定规则的语法结构： sp_binddefault 默认值名，表名.列名 例： 将上面创建的默认与学生表的年龄绑定。 sp_bindefault def_age,学生表.年龄 解除绑定： sp_unbindefault 表名.列名,3.4 关系的规范化一、关系规范化的必要性例如：学生表的实例如下,上面学生关系模式的主键为（学号，课程名）上面学生关系模式中至少存在以下问题： 1.数据冗余 2.修改异常 3.插入异常 更新异常 4. 删除异常,
