關(guān)係數(shù)據(jù)模型

2025-5-172§2.1非關(guān)係模型

2.1.1層次模型（HierarchicalDataModel）滿足下麵兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)繫的集合為層次模型：（1）有且只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)；（2）根以外的其他結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)。在層次模型中，每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄類型，記錄（類型）之間的聯(lián)繫用結(jié)點(diǎn)之間的連線（有向邊）表示，這種聯(lián)繫是父子之間的一對(duì)多的聯(lián)繫。這就使得層次資料庫(kù)系統(tǒng)只能處理一對(duì)多的實(shí)體聯(lián)繫。

2025-5-1731．層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2．多對(duì)多聯(lián)繫在層次模型中的表示

3．層次模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束

4．層次數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

5．層次模型的優(yōu)缺點(diǎn)

2025-5-174層次模型的優(yōu)點(diǎn)主要有：

·

層次數(shù)據(jù)模型本身比較簡(jiǎn)單。

·

對(duì)於實(shí)體間聯(lián)繫是固定的，且預(yù)先定義好的應(yīng)用系統(tǒng)，採(cǎi)用層次模型來實(shí)現(xiàn)，其性能優(yōu)於關(guān)係模型，不低於網(wǎng)狀模型。

·

層次數(shù)據(jù)模型提供了良好的完整性支持。

層次模型的缺點(diǎn)主要有：

·

現(xiàn)實(shí)世界中很多聯(lián)繫是非層次性的，如多對(duì)多聯(lián)繫、一個(gè)結(jié)點(diǎn)具有多個(gè)雙親等，層次模型表示這類聯(lián)繫的方法很笨拙，只能通過引入冗餘數(shù)據(jù)（易產(chǎn)生不一致性）或創(chuàng)建非自然的數(shù)據(jù)組織（引入虛擬結(jié)點(diǎn)）來解決。

·

對(duì)插入和刪除操作的限制比較多。

·

查詢子女結(jié)點(diǎn)必須通過雙親結(jié)點(diǎn)。

·

由於結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，層次命令趨於程式化。

2025-5-1752.1.2網(wǎng)狀模型（NetworkDataModel）

1．網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

把滿足以下兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)繫集合稱為網(wǎng)狀模型：（1）允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無雙親；（2）一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多於一個(gè)的雙親。2．網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束

3．網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

2025-5-176學(xué)生選修程課(a)S1C1

S1C2S2C2S2C1S2C3S3C1S3C2S3C3S3C4C1C3C4C2S1S3S2(b)

圖2-1網(wǎng)狀模型2025-5-1774．網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點(diǎn)

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的優(yōu)點(diǎn)主要有：

·

能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界，如一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)雙親。

·

具有良好的性能，存取效率較高。

網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的缺點(diǎn)主要有：

·

結(jié)構(gòu)比較複雜，而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)大，資料庫(kù)的結(jié)構(gòu)就變得越來越複雜，不利於最終用戶掌握。

·

其DDL，DML語言複雜，用戶不容易使用。2025-5-1782.1.3面向?qū)ο竽Ｐ?ObjectOrientedModel)

面向?qū)ο竽Ｐ椭凶罨镜母拍钍菍?duì)象（object）和類（class）。1.對(duì)象現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的模型化，它和記錄的概念相似，但更複雜。每個(gè)對(duì)象有一個(gè)唯一的識(shí)別字，並把一個(gè)狀態(tài)（state）和一個(gè)行為（behavior）封裝在一起。2.類每個(gè)類有兩部分組成，其一是對(duì)象類型；其二是對(duì)這個(gè)對(duì)象類型進(jìn)行的操作方法。對(duì)象的狀態(tài)是描述該對(duì)象屬性值的集合，對(duì)象的行為是對(duì)該對(duì)象操作的集合。2025-5-1793.類層次一個(gè)系統(tǒng)中所有的類和子類組成一個(gè)樹狀的類層次。4.面向?qū)ο竽Ｐ偷膬?yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由於面向?qū)ο竽Ｐ椭胁粌H包括描述對(duì)象狀態(tài)的屬性集，而且包括類的方法及類層次，具有更加豐富的表達(dá)能力。因此，面向?qū)ο蟮馁Y料庫(kù)比層次、網(wǎng)狀、關(guān)係資料庫(kù)使用方便。缺點(diǎn)：由於模型複雜，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來難度大。2025-5-1710

§2.2關(guān)係模型（RelationDataModel）

2.2.1二維表

關(guān)係模型是用二維表的形式來表示實(shí)體和實(shí)體間聯(lián)繫的數(shù)據(jù)模型。關(guān)係的邏輯結(jié)構(gòu)是一個(gè)二維表。表2-1和表2-2分別代表訂單和庫(kù)存兩個(gè)關(guān)係。表2-1訂單關(guān)係訂單號(hào)貨號(hào)訂貨單位售價(jià)訂貨量送貨地點(diǎn)96001JW65陽(yáng)光公司806.50280天津96002VF90友誼商城588.881700北京96003AB55和平飯店250.991005上海96004EF77五環(huán)實(shí)業(yè)674.00600北京2025-5-1711表2-2庫(kù)存關(guān)係貨號(hào)品名庫(kù)存量倉(cāng)庫(kù)地點(diǎn)單價(jià)VF90電話機(jī)1000北京550.00JW65收錄機(jī)300上海800.50SL88錄影機(jī)2600北京11898.50AB55收音機(jī)3000上海280.00EF77電視機(jī)1200廣州600.002025-5-17122.2.2關(guān)係術(shù)語

1．關(guān)係（Relations）一個(gè)關(guān)係對(duì)應(yīng)通常說的一張表；2．元組（Tuples）表中的一行即為一個(gè)元組；3．屬性（Attributes）表中的一列即為一個(gè)屬性，給每一個(gè)屬性起一個(gè)名稱即屬性名。如上表有六列，對(duì)應(yīng)六個(gè)屬性（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系和年級(jí)）；2025-5-1713

4．域（Domains）屬性的取值範(fàn)圍稱為該屬性的域。如人的年齡一般在1～150歲之間，大學(xué)生年齡屬性的域是（14～38），性別的域是（男，女），系別的域是一個(gè)學(xué)校所有系名的集合；學(xué)號(hào)的域?yàn)?位整數(shù)，姓名的域?yàn)樽执稀?．關(guān)鍵字或碼（Keys）表中的某個(gè)屬性組，它可以唯一確定一個(gè)元組，如圖1.27中的學(xué)號(hào)，可以唯一確定一個(gè)學(xué)生，也就成為本關(guān)係的主關(guān)鍵字；6.分量（Component）：元組中的一個(gè)屬性值；7．關(guān)係模式（RelationSchemas）對(duì)關(guān)係的描述，一般表示為：關(guān)係名（屬性1，屬性2，…，屬性n）2025-5-1714相關(guān)英文講解：Recursiverelationship:Arelationshiptypewherethesameentitytypeparticipatesmorethanonceindifferentroles.Attribute:Apropertyofanentityorarelationshiptype.Attributedomain:Thesetofallowablevaluesforoneormoreattributes.Candidatekey:Theminimalsetofattributesthatuniquelyidentifieseachoccurrenceofanentitytype.2025-5-17152.2.3關(guān)係模型的特點(diǎn)

1.關(guān)係必須規(guī)範(fàn)化所謂規(guī)範(fàn)化是指關(guān)係模型中的每一個(gè)關(guān)係模式都必須滿足一定的要求。2.

模型概念單一無論實(shí)體還是實(shí)體之間的聯(lián)繫都用關(guān)係表示。對(duì)數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)係（即表）。所以其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清晰，用戶易懂易用。3.集合操作在關(guān)係模型中，操作的對(duì)象和結(jié)果都是元組的集合，即關(guān)係。2025-5-1716關(guān)係數(shù)據(jù)模型還具有下列優(yōu)點(diǎn)：

·關(guān)係模型與非關(guān)係模型不同，它是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上的。

·關(guān)係模型的存取路徑對(duì)用戶透明，從而具有更高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性、更好的安全保密性，也簡(jiǎn)化了程式員的工作和數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)建立的工作。關(guān)係數(shù)據(jù)模型最主要的缺點(diǎn)是，由於存取路徑對(duì)用戶透明，查詢效率往往不如非關(guān)係數(shù)據(jù)模型。因此為了提高性能，必須對(duì)用戶的查詢請(qǐng)求進(jìn)行優(yōu)化，增加了開發(fā)資料庫(kù)管理系統(tǒng)難度。2025-5-1717§2.3關(guān)係運(yùn)算

關(guān)係代數(shù)的運(yùn)算對(duì)象是關(guān)係，運(yùn)算結(jié)果亦為關(guān)係。關(guān)係代數(shù)用到的運(yùn)算符包括四類：集合運(yùn)算符、專門的關(guān)係運(yùn)算符、算術(shù)比較符和邏輯運(yùn)算符。關(guān)係代數(shù)的運(yùn)算按運(yùn)算符的不同可分為傳統(tǒng)的集合運(yùn)算和專門的關(guān)係運(yùn)算兩類。2025-5-17182.3.1傳統(tǒng)的集合運(yùn)算傳統(tǒng)的集合運(yùn)算是二目運(yùn)算，包括並、差、交三種運(yùn)算。1．並運(yùn)算（Union）設(shè)有兩個(gè)關(guān)係R和S，它們具有相同的元素。R和S的並是由屬於R或?qū)凫禨的元素組組成的集合。2．差運(yùn)算（Difference）設(shè)有兩個(gè)關(guān)係R和S，它們具有相同的元數(shù)。R和S的差是由屬於R但不屬於S的元組組成的集合。3．交（Intersection）設(shè)有兩個(gè)關(guān)係R和S，它們具有相同的元數(shù)。R和S的交是由既屬於R又屬於S的元組組成的集合。2025-5-17192.3.2選擇運(yùn)算（Selection）選擇運(yùn)算是從指定的關(guān)係中選取滿足給定條件的若干元組以構(gòu)成一個(gè)新關(guān)係的運(yùn)算，其表現(xiàn)形式為：

SELECT關(guān)係名

WHERE條件

其中，條件是由常數(shù)、字段名及其通過相應(yīng)的比較運(yùn)算符和邏輯運(yùn)算符連接形成邏輯運(yùn)算式組成的。2025-5-1720例1：設(shè)有關(guān)係圖書如表所示，從圖書中找出書名是“資料庫(kù)理論”的書目。

圖書目總編號(hào)分類號(hào)書名作者出版單位單價(jià)

445501445502445503332211112266665544114455113388TP3/12TP3/12TP3/12TP5/10TP3/12TS7/21TR9/12TR7/90資料庫(kù)導(dǎo)論資料庫(kù)導(dǎo)論資料庫(kù)導(dǎo)論電腦基礎(chǔ)FoxBASE高等數(shù)學(xué)線性代數(shù)大學(xué)英語DateDateDate李偉張三劉明孫業(yè)胡玲科技出版社科技出版社科技出版社高等教育出版社電子工業(yè)出版社高等教育出版社北京大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社17.9017.9017.9018.0032.6019.0020.8012.50SELECT圖書WHERE書名=″資料庫(kù)導(dǎo)論″查詢結(jié)果包括3個(gè)元組2025-5-1721例2：從圖書中找出高等教育出版社出版的，單價(jià)不超過20元的書目。SELECT圖書WHERE出版單位=“高等教育出版社”AND單價(jià)<=20

查詢結(jié)果包括兩個(gè)元組2025-5-17222.3.3投影運(yùn)算（Projection）關(guān)係R上的投影是從R中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)係。投影運(yùn)算是從指定的關(guān)係中選取指定的若干字段從而構(gòu)成一個(gè)新關(guān)係的運(yùn)算，其表現(xiàn)形式為：PROJECT關(guān)係名（字段名1，字段名2，……，字段名n）2025-5-1723例3：設(shè)有讀者關(guān)係，讀者（借書證號(hào)、姓名、性別、單位、職稱、地址）。按照單位在前，姓名在後的次序列出讀者名單。PROJECT讀者（單位、姓名）

此運(yùn)算結(jié)果包括元組數(shù)目不變，但減少了列的數(shù)目，同時(shí)列的順序顛倒過來了。例4：從圖書中找出藏書所涉及的所有的出版社。PROJECT圖書（出版社）查詢結(jié)果包括5個(gè)元組。

投影之後不僅減少了某些列，也可能減少了某些元組。以為取消了某些屬性之後，其餘屬性可能有相同的值，造成重複元組，應(yīng)當(dāng)刪除完全相同的元組。2025-5-17242.3.4聯(lián)接運(yùn)算（Join）

選擇和投影運(yùn)算都屬於一目運(yùn)算，它們的操作對(duì)象只是一個(gè)關(guān)係。連接運(yùn)算是二目運(yùn)算，需要兩個(gè)關(guān)係作為操作對(duì)象。1．聯(lián)接聯(lián)接運(yùn)算是選取若干個(gè)指定關(guān)係中的字段滿足給定條件的元組從左至右連接，從而構(gòu)成一個(gè)新關(guān)係的運(yùn)算，其表現(xiàn)形式為：

JOIN〈關(guān)係1〉A(chǔ)ND〈關(guān)係2〉WHERE〈條件〉2025-5-1725例5

：設(shè)有訂單和庫(kù)存兩個(gè)關(guān)係如表2-4和表2-5所示。查看存庫(kù)量的商品詳情。

表2-4定單關(guān)係訂單號(hào)貨號(hào)訂貨單位售價(jià)訂貨量送貨地點(diǎn)96001JW65陽(yáng)光公司806.50280天津96002VF90友誼商城588.881700北京96003AB55和平飯店250.991005上海96004EF77五環(huán)實(shí)業(yè)590.00600北京2025-5-1726貨號(hào)品名庫(kù)存量倉(cāng)庫(kù)地點(diǎn)單價(jià)VF90電話機(jī)1000北京550.00JW65收音機(jī)300上海800.50SL88錄影機(jī)2600北京11898.50AB55收音機(jī)3000上海280.00EF77電視機(jī)1200廣州600.00表2-5庫(kù)存關(guān)係2025-5-1727表2.6定單關(guān)係訂貨號(hào)貨號(hào)訂貨單位售價(jià)訂購(gòu)量送貨地點(diǎn)品名存庫(kù)量倉(cāng)庫(kù)地點(diǎn)單價(jià)96001JW65陽(yáng)光公司806.50280天津收音機(jī)300上海800.5096003AB55和平飯店250.991005上海收音機(jī)3000上海280.0096004EF77五還實(shí)業(yè)674.00600北京電視機(jī)1200廣州600.00JOIN訂單AND庫(kù)存WHERE訂單(貨號(hào))=庫(kù)存(貨號(hào))AND庫(kù)存量>=訂購(gòu)量結(jié)果如表2-6所示。表2-6例5聯(lián)接結(jié)果2025-5-1728例6：設(shè)有3個(gè)關(guān)係：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，所在系，性別，籍貫，現(xiàn)住址……）課程（課程號(hào)，課程名稱，學(xué)分，課時(shí)……）選修(學(xué)號(hào),課程號(hào),成績(jī))查詢成績(jī)90分以上的學(xué)生姓名。R1=SELECT選修WHERE成績(jī)>=90R2=PROJECT學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名）R3=JOINR1ANDR2WHERER1（學(xué)號(hào)）=R2（學(xué)號(hào)）如果用以下方式查詢，效率則低得多。S1=JOIN選課AND學(xué)生WHERE選課（學(xué)號(hào)）=學(xué)生（學(xué)號(hào)）S2=SELECTS1WHERE成績(jī)>=902025-5-1729例7查看選修了“操作系統(tǒng)”課程的學(xué)生詳細(xì)情況。S1=SELECT課程WHERE課程名=“操作系統(tǒng)”S2=PROJECTS1（課程號(hào)，課程名）S3=JOIN選修ANDS2WHERE選課（課程號(hào)）=S2（課程號(hào)）S4=JOIN學(xué)生ANDS3WHERE學(xué)生（學(xué)號(hào)）=S3（學(xué)號(hào)）通過上述例子可見，不同關(guān)係中的公共屬性是自然聯(lián)接的“紐帶”。利用關(guān)係的投影、選擇和自然聯(lián)接可以方便地構(gòu)造新的關(guān)係。2.自然聯(lián)接自然聯(lián)接是去掉重複屬性的等值聯(lián)接。它屬於聯(lián)接運(yùn)算的一個(gè)特例，是最常用的聯(lián)接運(yùn)算，在關(guān)係運(yùn)算中起著重要作用。2025-5-1730

2.3.5外關(guān)鍵字

定義：如果一個(gè)關(guān)係中的屬性或?qū)傩越M並非該關(guān)係的關(guān)鍵字，但它們是另外一個(gè)關(guān)係的關(guān)鍵字，則稱其為該關(guān)係的外關(guān)鍵字。在例5、例6中，訂單關(guān)係中的關(guān)鍵字是訂單號(hào)，屬性貨號(hào)不是本關(guān)係的關(guān)鍵字，而是庫(kù)存關(guān)係的關(guān)鍵字。因此，對(duì)於訂單關(guān)係而言，貨號(hào)是外關(guān)鍵字。在例7、例8中，選修關(guān)係的關(guān)鍵字是屬性組合（學(xué)號(hào)，課程號(hào)）；學(xué)號(hào)或課程號(hào)的任何一個(gè)都不能唯一確定選修關(guān)係的整個(gè)元組，但它們分別是學(xué)生和課程關(guān)係的關(guān)鍵字。因此，對(duì)於選修而言，它們是外關(guān)鍵字。2025-5-1731本章小結(jié)

在這一章，我們首先簡(jiǎn)單介紹了非關(guān)係模型：層次模型、網(wǎng)狀模型、面向?qū)ο竽Ｐ?。然後重點(diǎn)介紹了關(guān)係數(shù)據(jù)模型。通俗的講，一個(gè)關(guān)係就是一個(gè)二維表。表中的一行是關(guān)係的一個(gè)元組，表中的一列為關(guān)係中一個(gè)屬性的具體值。應(yīng)當(dāng)掌握關(guān)係模型的特點(diǎn)和關(guān)係運(yùn)算。關(guān)係運(yùn)算包括傳