关系数据库

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1、上海师范大学 计算机系数据库原理与实践（SQL Server）陆黎明 王玉善 陈军华 编著清华大学出版社 2015.10上海师范大学 计算机系2.1.1 数据模型的定义和基本要求1、数据模型的定义 模型是现实世界特征的模拟和抽象。 数据模型是现实世界数据特征的模拟和抽象。 必须事先把具体事物及其联系转换（即数字化）成计算机能 够存储和处理的数据。转换后的数据不仅要反映数据本身的 内容，而且还要反映数据之间的联系。2、数据模型的基本要求 数据模型应满足三方面要求：一是比较真实的模拟现实世界；二是容易被人理解；三是便于在计算机上实现。 2018/8/14第2章 关系数据库2上海师范大学 计算机系2

2、.1.2 数据模型的三个层次 要把现实世界中的客观事物及其联系转换成能被计算机存储 和处理的数据，就要对现实世界进行抽象建立起相应的数据 模型。但这种抽象转换不是一步完成的，而是根据数据模型 应用的目的不同分步实现的。每一步得到的数据模型分属于 三个不同的层次，它们分别是概念模型、逻辑模型和物理模 型。 概念模型（信息模型）：按用户的观点对数据和信息建模， 是现实世界的第一层抽象，是信息世界中数据特征的描述， 它概念简单、清晰，易于用户理解，且不依赖于具体的计算 机系统 逻辑模型：按计算机的观点对数据建模，是现实世界的第二 层抽象，它有严格的形式化定义，便于在计算机系统中实现 。2018/8/

3、14第2章 关系数据库3上海师范大学 计算机系2.1.2 数据模型的三个层次 物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表 示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法 。 数据模型是数据库系统的基础和核心。逻辑模型、物理模型现实世界转换人脑的认 识与抽象机器世界概念模型信息世界现实世界 概念模型 数据库设计人员完成概念模型 逻辑模型 数据库设计人员完成逻辑模型 物理模型 由DBMS完成2018/8/14第2章 关系数据库4上海师范大学 计算机系2.1.3 数据模型的三个组成要素 一般来说，数据模型是严格定义的一组概念的集合，这些概 念精确地描述了系统的静态特性、动态特性和完整

4、性约束条 件，因此，数据模型通常是由数据结构、数据操作和完整性 约束条件这三个要素组成的。 数据结构：数据模型中最重要的方面，是数据对象及它们之 间关系的描述，反映了系统的静态特性。 数据操作：对数据对象允许操作的集合，有检索和更新两大 类，反映了系统的动态特性。 完整性约束条件：完整性规则的集合，给出模型中的数据及 其联系所具有的制约和依存规则，限制数据的状态及状态的 变化，确保数据的正确、有效、相容。2018/8/14第2章 关系数据库5上海师范大学 计算机系2.2.1 信息世界中的基本概念 概念模型也称信息模型，是按用户的观点对数据和信息建模 ，是对现实世界的第一层抽象，是信息世界中数据

5、特征的描 述。它一方面具有较强的语义表达能力，能够方便、直接地 表达应用所涉及到的现实世界中的各种语义知识，另一方面 它概念简单、清晰，易于用户理解，且不依赖于具体的计算 机系统。 概念模型主要用于数据库设计，是用户与数据库设计人员之 间进行交流的桥梁。 (1) 实体（Entity）是现实世界中客观存在并可相互区分的事 物的抽象。它可以是具体的，也可以是抽象的。例如学生、书、专业、课程、选课、借书等。 (2) 属性（Attribute）是实体某一方面特性的抽象。一个实体 可以由多个属性来刻画。例如，书实体可以由书号、书名、 作者、价格、出版社、出版日期等属性组成。2018/8/14第2章 关系

6、数据库6上海师范大学 计算机系2.2.1 信息世界中的基本概念 (3) 码（Key）是唯一标识实体的属性或属性集。例如：书号 。 (4) 域（Domain）是一组具有相同数据类型的值的集合，属性 的取值范围来自某个域。 (5) 实体型（Entity Type），同类实体必须具有相同的特征， 即相同的属性。描述同类实体的方法是实体型，它由实体名 和属性名集合组成。例如：实体“书”的实体型可表示为：书（书号，书名，作者，价格，出版社，出版日期）。 (6) 实体集（Entity Set）是同型实体的集合。 2018/8/14第2章 关系数据库7上海师范大学 计算机系2.2.2 实体间的联系 在现实世

7、界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这些联 系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系。 (1) 一对一联系 有两个实体集A和B。如果任一个实体集中的每个实体最多 与另一个实体集中的一个实体有联系，则称实体集A和实体 集B具有一对一联系，记为1:1。 例如，学校里的学院与院长（如图2.2(a)所示）、班级与班 长之间都具有一对一联系。 注意，一对一联系不同于数学中的一一对应关系。某班级的 班长可以是空缺的，还没有选出班长。 2018/8/14第2章 关系数据库8上海师范大学 计算机系2.2.2 实体间的联系(2) 一对多联系 有两个实体集A和B。如果实体集A中的每个实体可与实体 集B

8、中的多个(可0个)实体有联系；反之，实体集B中的每个 实体最多可与实体集A中的一个实体有联系，则称实体集A 和实体集B具有一对多联系，记为1:n。 例如，学校里的学院与专业、专业与学生（如图2.2(b)所示 ）之间都具有一对多联系。2018/8/14第2章 关系数据库9上海师范大学 计算机系2.2.2 实体间的联系(3) 多对多联系 有两个实体集A和B。如果任一个实体集中的每个实体可与 另一个实体集中的多个(可0个)实体有联系，则称实体集A和 实体集B具有多对多联系，记为m:n。 例如，学校里的学生与课程（如图2.2(c)所示）、商店里的 营业员与顾客之间都具有多对多联系。 要特别说明的是：上

9、面仅仅列出了实体集之间最常见的联系 ，事实上，两个实体集之间可以存在一种以上的联系；两个 以上的实体集之间可以存在联系；同一个实体集内的各个实 体之间也可以存在联系。2018/8/14第2章 关系数据库10上海师范大学 计算机系2.2.3 概念模型的表示方法E-R图 表示概念模型的方法很多，其中最常用的方法是1976年由 P.P.S.Chen提出的实体联系方法(E-R方法)。E-R方法用E -R图来表示概念模型，这种概念模型也称E-R模型。 E-R图中的基本图素有： (1) 矩形框：表示实体型，框中写实体名。 (2) 菱形框：表示实体之间的联系，框中写联系名。 (3) 椭圆形框：表示实体的属性

10、或联系的属性，框中写属性名 。 (4) 直线：连接与此联系相关的实体、连接实体与属性、连接 联系与属性。 2018/8/14第2章 关系数据库11上海师范大学 计算机系2.2.3 概念模型的表示方法E-R图 画E-R图的步骤： (1) 确定实体 (2) 确定各实体的属性 (3) 确定实体之间的联系 (4) 确定各联系的属性 成绩任教日期课程专业学生教师属 于授 课选 修nmmnn1选修日 期评价学分学时课程名课程号课程课程类型2018/8/14第2章 关系数据库12上海师范大学 计算机系2.3.1 层次模型 逻辑模型有：层次、网状、关系、面向对象、对象关系 等 在层次模型中表示实体以及实体之间

11、联系的数据结构是有向 树结构。树中所有父子结点之间的联系都为一对多的联系。 层次模型的特点是实体之间的联系通过指针来实现。 优点是查询效率比关系模型高，且不低于网状模型，其数据 结构比较简单、直观、容易理解。 缺点是表示多对多的联系不方便（必须通过辅助手段），查 找时必须通过双亲结点，使操作趋于过程化，编写应用程序 比较复杂。 学院专业学生信息 计算机 通信 电子 张 王 徐 朱 赵 钱 孙 李 陈 杨 2018/8/14第2章 关系数据库13上海师范大学 计算机系2.3.2 网状模型 在网状模型中表示实体以及实体之间联系的数据结构是有向 图结构。有向图中结点之间的联系都是一对多的联系，因此

12、实体之间一个多对多的联系必须通过转换用实体之间两个一 对多的联系来表示。 网状模型中实体之间的联系也是通过指针来实现的，因此查 询效率较高。另外，由于它的数据结构是图结构，所以多对 多的联系也较容易实现。网状模型的缺点是数据结构复杂， 编程也复杂。 S2 C1S2 C2S1 C2S1 C1S2S1C2C1学生选修课程2018/8/14第2章 关系数据库14上海师范大学 计算机系2.3.3 关系模型 关系模型是建立在严格的数学概念基础上的，数据结构是一 张二维表，实体以及实体之间的联系都用二维表表示。二维 表在关系模型中称为关系（Relation），对关系的描述称为 关系模式（Relation

13、Schema）。 例如：学生（学号，姓名，性别，年龄，家庭地址，联系电话）课程（课程号，课程名，课程类型，学时，学分）选修（学号，课程号，选修日期，成绩） 关系模型的优点是：有严格的理论基础，概念单一；数 据结构简单、清晰、用户易理解；存取路径对用户透明， 程序与数据的独立性高，易于应用程序的编写和维护。 关系模型的缺点主要是查询效率不如非关系模型，DBMS的 开发难度高。 2018/8/14第2章 关系数据库15上海师范大学 计算机系2.4 关系模型 开创者或奠基人：IBM公司的研究员E.F.Codd 1970年的著名论文：“A Relational Model of Data for Sh

14、ared Data Banks” 1981年的实验系统：IBM公司的System R、加州大学柏克 利分校的 INGRES 目前的商品化系统： DB2, PostgreSQL, Oracle, SQL- Server, MySQL, Sybase, Informix等 关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统 关系模型：关系数据结构、关系操作集合、关系完整性约束2018/8/14第2章 关系数据库16上海师范大学 计算机系2.4.1 关系数据结构 在关系模型中，现实世界中实体以及实体之间的各种联系均 用单一的结构类型，即关系来表示。下面从集合论角度给出 关系数据结构的形式化定义。 1、域（Do

15、main）是一组具有相同数据类型的值的集合。域中 所包含的值的个数称为域的基数，常用字母m表示。例如， 有下列集合：D1=张敏，孙阳，李丽，表示姓名的集合，其基数m1=3 ；D2=男，女，表示性别的集合，其基数m2=2；D3=计算机，通信，表示专业的集合，其基数m3=2。 2、笛卡尔积（Cartesian Product）是域上的一种集合运算， 这些域可以完全不同，也可以部分或全部相同。定义为：D1D2Dn = (d1, d2, , dn) | diDi ，i=1, 2, , n 2018/8/14第2章 关系数据库17上海师范大学 计算机系2.4.1 关系数据结构(1) 元组（Tuple） ： (d1, d2, , dn) (2) 分量 ： di n (3) 笛卡尔积基数M ：M = mii=1例如，对于前面给出的姓名，性别，专业三个域，其笛卡 尔积的基数为322=12，如表2.1所示。 3、关系（Relation）：D1D2Dn 的任一有意义的子集称 为域D1，D2，Dn上的关系，表示为：R(D1，D2，Dn) 其中: R为关系名、n为关系的度(或目)、Di为域关系是值域笛卡尔积的一个有限子集，关系中的每个元素 就是元组，通常用t