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  • 数据库系统原理ER模型与关系模型

    千次阅读 2021-03-04 02:02:44
    数据库系统是软件的一种,数据库系统自然而然也有他自己的生命周期...关系模型是将ER模型转换成DBMS世界的产物。它们的设计就是为了不断满足用户的需要的体现。 本文原创发布php中文网,转载请注明出处,感谢您的尊重!

    数据库系统是软件的一种,数据库系统自然而然也有他自己的生命周期生存期。它的生存期从规划开始,一直到将它卸载不用了。它的中间过程很复杂,为了实现用户的想法,数据库有关人员将现实生活中的数据进行抽象,然后在进行分类与操作,让后将数据整合到一起

    数据库系统是软件的一种,数据库系统自然而然也有他自己的生命周期——生存期。它的生存期从规划开始,一直到将它卸载不用了。它的中间过程很复杂,为了实现用户的想法,数据库有关人员将现实生活中的数据进行抽象,然后在进行分类与操作,让后将数据整合到一起,将它们封装成了一个系统让用户使用它,最后数据库有关人员在对它们的成果进行不断地维护,这样不仅满足了用户的需要,还体现了全心全意为人民服的观点。

    1 软件与数据库的关系

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    数据库系统是软件这一个超类的实例化成的一个子类而已,当然,还可以把软件看成是一个强实体,数据库系统时一个弱势体,弱势体依赖着强实体存在。在数据库设计的阶段,其概念模型想关系模型的转化是一个重点,在转化的过程中数据要一一对应,当然,还要消除数据冗余。在数据库设计时,数据库设计人员要把现实世界中的数据以及数据之间的联系抽象出来,分别用实体,联系,属性三者来表示。对于数据库的维护,它是最耗时最麻烦的一步了,在数据库建成之后,它将伴随着数据库一直到老。

    2 ER模型

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    ER模型组成分为实体和联系,实体是对现实生活中的抽象,实体与实体之间的信息传输是通过联系来实现的。属性是实体与联系共享的一个名片。属性从分类上讲有简单属性和复合属性,有单值属性和多值属性,储存属性和派生属性。在复合属性中,各个属性之间存在一定的逻辑依赖关系,或者说是层次关系,比如书地址属性,它可以分为省,市,县.....。而对峙属性它们之间不存在一定的联系,比如说学位,它可以有硕士,博士,学士等等。

    对ER模型的操作其实就是对ER模型元素的操作,就是对实体,联系,属性之间的操作,操作的目的是实现对用户的需求的同时还要减少数据的冗余。

    2 ER模型到 关系模型的转化

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    从ER模型都关系模型的转换是将抽象过得数据进一步的整理,转换完成之后数据就可以以二维表格的形式展现出来,这样将数据存入数据库之后有利于。数据库我们对数据的操作。

    ER模型是人们认识客观世界的一种方法,工具。关系模型是将ER模型转换成DBMS世界的产物。它们的设计就是为了不断满足用户的需要的体现。

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  • 文章目录关系数据库关系操作基本关系操作关系数据库语言的分类关系模型的完整性实体完整性(Entity Integrity)参照完整性(Referential Integrity)用户定义完整性(User-defined Integrity)E-R图向关系模型的转换...

    本人就职于国际知名终端厂商,负责modem芯片研发。
    在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作,目前牵头6G算力网络技术标准研究。

    关系数据库

    关系操作

    数据模型的三个方面:

    • 数据结构
    • 数据操作
    • 完整性约束

    基本关系操作

    • 常用的关系操作
      👊查询:选择、投影、连接、除、并、交、差
      👊数据更新:插入、删除、修改
      👊查询的表达能力是其中最主要的部分
      👊选择、投影、并、差、笛卡尔积是5种基本操作

    • 关系操作的特点
      集合操做方式:操作的对象和结果都是集合,一次一集合的方式

    关系数据库语言的分类

    • 关系代数语言
      用对关系的运算来表达查询要求
      代表:ISBL
    • 关系演算语言:用谓词来表达查询要求
      元组关系演算语言:
      🔸 谓词变元的基本对象是元组变量
      🔸 代表:APLHA,QUEL
      域关系演算语言:
      🔸 谓词变元的基本对象是域变量
      🔸 代表:QBE
    • 具有关系代数和关系演算双重特点的语言
      代表:SQL(Structured Query Language)
      🔹 SQL不仅具有丰富的查询功能,而且具有数据定义和数据控制功能,是集查询、DDL(data definition language)、DML(data manipulation language)和DCL(Data Control Language)于一体的关系数据语言。它充分体现了关系数据语言的特点和优点,是关系数据库的标准语言
      🔹 SQL特点:完备的表达能力、非过程化的集合操作、功能强、能嵌入高级语言使用
      在这里插入图片描述
      关系代数、元组关系演算和域关系演算三种语言在表达能力上是完全等价的

    关系模型的完整性

    为了维护数据库中数据与现实世界的一致性,对关系数据库的插入、删除和修改操作必须有一定的约束条件,这就是关系模型的三类完整性:

    • 实体完整性
    • 参照完整性
    • 用户定义的完整性

    实体完整性(Entity Integrity)

    • 实体完整性是指主键的值不能为空或者部分为空
    • 关系模型中的一个元组对应一个实体,一个关系则对应一个实体集
      例如,一条学生记录对应着一个学生,学生关系对应着学生的集合
    • 现实世界中的实体是可区分的,即它们具有某种唯一性标识。与此相对应,关系模型中以主关系键来唯一标识元组
      例如,学生关系中的属性“学号”可以唯一标识一个元组,也可以唯一标识学生实体
    • 如果主键中的值为空或部分为空,即主属性为空,则不符合键的定义条件,不能唯一标识元组及其相对应的实体。这就说明存在不可区分的实体,从而与现实世界中的实体是可以区分的事实相矛盾。因此主键的值不能为空或部分为空
      例如,学生关系中的主键“学号”不能为空;选课关系中的主键“学号+课程号”不能部分为空,即“学号”和“课程号”两个属性都不能为空

    参照完整性(Referential Integrity)

    现实世界中的实体之间往往存在某种联系,在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的。这样就自然存在着关系与关系间的引用。

    例1: 学生(学号,姓名,性别,专业号,年龄)
    专业(专业号,专业名)

    例2: 学生(学号,姓名,性别,专业号,年龄)
    课程(课程号,课程名,学分)
    选课(学号,课程号,成绩)

    • 定义:设F是基本关系R的一个或一组属性,但不是关系R的码,如果F与基本关系S的主码Ks相对应,则称F是基本关系R的外码(Foreign Key),并称基本关系R为参照关系(Referencing Relation),基本关系S为被参照关系(Referenced Relation)或目标关系(Target Relation)

    • 关系R和S不一定是不同的关系

    • 参照完整性规则:若属性(或属性组)F是基本关系R的外码,它与基本关系S的主码Ks相对应(基本关系R和S不一定是不同的关系),则对于R中每个元组在F上的值必须为:
      ①或者取空值(F的每个属性值均为空值);
      ②或者等于S中某个元组的主码值。

    • 如下图,学生关系中某个学生(如s1或s2)“系别”的取值,必须在参照的系别关系中主关系键“系别”的值中能够找到,否则表示把该学生分配到一个不存在的部门中,显然不符合语义。
      如果某个学生(如s11)“系别”取空值,则表示该学生尚未分配到任何一个系。否则,它只能取专业关系中某个元组的专业号值
      在这里插入图片描述

    • 例如:
      学生(学号,姓名,性别,专业号,年龄)
      课程(课程号,课程名,学分)
      选课(学号,课程号,成绩)

      如果按照参照完整性规则,选课关系中的外部关系键“学号”和“课程号”可以取空值或者取被参照关系中已经存在的值。但由于“学号”和“课程号”是选课关系中主属性,根据实体完整性规则,两个属性都不能为空。所以选课关系中的外部关系键“学号”和“课程号”中只能取被参照关系中已经存在的值

    • 实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件,被称作关系的两个不变性。任何关系数据库系统都应该支持这两类完整性

    • 除此之外,不同的关系数据库系统由于应用环境的不同,往往还需要一些特殊的约束条件,这就是用户定义完整性

    用户定义完整性(User-defined Integrity)

    • 用户定义完整性是针对某一具体关系数据库的约束条件
    • 它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求
      例如,属性值根据实际需要,要具备一些约束条件,如选课关系中成绩不能为负数;某些数据的输入格式要有一些限制等;工资不能低于“地区最低工资”
    • 关系模型应该提供定义和检验这类完整性的机制,以便使用统一的、系统的方法处理它们,而不要由应用程序承担这一功能

    E-R图向关系模型的转换

    • E-R图向关系模型的转换要解决的问题
      ①如何将实体型和实体间的联系转换为关系模式
      ②如何确定这些关系模式的属性和码

    • 转换内容
      将E-R图转换为关系模型:将实体、实体属性和实体之间的联系转换为关系模式。

      实体型间的联系有以下不同情况:
      (1)一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式,也可以与任意一端对应的关系模式合并
      (2)一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模型,也可以与n端对应的关系模式合并
      (3)一个m:n联系转换为一个关系模型。例如:“选修”联系是一个m:n联系,可以将它转换为如下关系模式,其中学号与课程号为关系的组合码 👉选修(学号课程号,成绩)
      (4)三个或三个以上实体间的一个多元联系转换为一个关系模式。例如:“讲授”联系是一个三元联系,,可以将它转换为如下关系模式,其中课程号、教工号和书号为关系的组合码👉讲授(课程号教工号书号

    综合练习 E-R图

    用E-R图表示某个工厂物资管理的概念模型

    • 实体
      仓库:仓库号、面积、电话号码
      零件:零件号、名称、规格、单价、描述
      供应商:供应商号、姓名、地址、电话号码、账号
      项目:项目号、预算、开工日期
      职工:职工号、姓名、年龄、职称
    • 实体之间的联系如下:
      (1)一个仓库可以存放多种零件,一种零件可以存放在多个仓库中。仓库和零件具有多对多的联系。用库存量来表示某种零件在某个仓库中的数量;
      (2)一个仓库有多个职工当仓库保管员,一个职工只能在一个仓库工作,仓库和职工之间是一对多的联系。职工实体型中具有一对多的联系;
      (3)职工之间具有领导与被领导关系。及仓库主任领导若干保管员;
      (4)供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系
      在这里插入图片描述
      将E-R图转换为关系模式,并说明外键和主键的对应关系
      供应(供应商号,项目号,零件号,…)
      🔹 (供应商号,项目号,零件号)为主键
      🔹 供应商号是外键与供应商的供应商号对应
      🔹 项目号是外键与项目的主键项目号对应
      🔹 零件号是外键与零件的主键零件号对应
      库存(仓库号,零件号,…)
      🔹 (仓库号,零件号)为主键
      🔹 仓库号是外键与仓库的主键仓库号对应
      🔹 零件号是外键与零件的主键零件号对应
      工作(仓库号,职工号,领导职工号,…)
      🔹 (仓库号,职工号,领导职工号)为主键
      🔹 仓库号是外键与仓库的主键仓库号对应
      🔹 职工号是外键与职工的主键职工号对应
      🔹 领导职工号是外键与职工的主键职工号对应

    关系数据库——关系数据结构及形式化定义
    关系数据库——关系代数


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  • 关系模型和面向对象模型等-天津大学计算机科学与技术学院(4)面向对象模型 现实世界中仍然存在着许多含有更复杂数据结构的应用领域,例如,CAD数据、图形数据等,而关系模型在这方面的处理能力就显得力不从心。...

    关系模型和面向对象模型等-天津大学计算机科学与技术学院

    (4)面向对象模型 现实世界中仍然存在着许多含有更复杂数据结构的应用领域,例如,CAD数据、图形数据等,而关系模型在这方面的处理能力就显得力不从心。 优点:能完整地描述现实世界的数据结构; 具有丰富的表达能力。 缺点:模型相对比较复杂; 涉及的知识面广,实现起来较困难。 1.4 数据库的体系结构 数据库系统的模式结构 图1.12 数据库系统的体系结构 1.4 数据库的体系结构 三级模式结构 为了有效地组织、管理数据,提高数据库的逻辑独立性和物理独立性,人们为数据库设计了一个严谨的体系结构,数据库领域公认的标准结构是三级模式结构,它包括外模式、模式和内模式 。 根据各类人员与数据库的不同关系,可把视图(所谓视图是指观察、认识和理解数据的范围、角度和方法)分为三种: 对应于用户的外部视图 对应于应用程序员的概念视图 对应于系统程序员的内部视图 1.4 数据库的体系结构 两级模式映像及数据独立性 两级模式映像: 外模式/模式映像 模式/内模式映像 数据独立性: 物理独立性 逻辑独立性 外模式/模式映像 外模式/模式 模式:数据的全局逻辑结构 外模式:数据的局部逻辑结构 一个模式可推导出任意多个外模式 每个外模式 定义一个外模式/模式映像 描述该外模式与模式之间的映射关系 映像定义通常包含在各个外模式的定义描述中 数据的逻辑独立性 程序与数据的逻辑独立性 模式改变时 数据库管理员修改相关的外模式/模式映像 保证外模式不发生变化 应用程序依赖于数据库的外模式 应用程序代码不必修改 模式/内模式映像 模式/内模式映像 数据全局逻辑结构与物理逻辑结构之间的映射关系 数据库只有一个模式 也只有一个内模式 模式/内模式映像是唯一的 映射定义通常包含在模式描述中 数据的物理独立性 程序与数据的物理独立性 内模式改变时 数据库管理员对模式/内模式作相应修改 使模式保持不变 应用程序代码不需要修改 1.5 数据库系统 数据库系统的组成 图1.13 数据库系统的体系结构 1.5 数据库系统 数据库系统的体系结构 图1.14 各种用户的数据视图 数据库系统的简单结构 应用程序1 应用程序2 …… 应用程序n 数据库管理系统 (DBMS) 数据库管理员(DBA) 数据库 基础 1.5 数据库系统 数据库:是数据的汇集,它以一定的组织形式存于存储介质上。 DBMS:是管理数据库的系统软件,它实现数据库系统的各种功能。是数据库系统的核心。 DBA:负责数据库的规划、设计、协调、维护和管理等工作。 应用程序:指以数据库为基础的应用程序。 用户 人员 数 据 库 用 应 系 统 D B M S OS 硬件 * 数据库应用技术 天津大学计算机基础教学部 2013年9月 教学要求 总学时:48 课堂教学28学时,上机20学时 教材: 《数据库应用技术》 喻梅主编 天津大学出版社 第1章 数据库系统概论 1.1 信息、数据与数据处理 1.2 数据管理技术的发展 1.3 数据模型 1.4 数据库的体系结构 1.5 数据库系统 1.1 信息、数据与数据处理 信息、数据与数据处理 1.信息与数据 数据(Data)是用来记录信息的可识别的符号,是信息的具体表现形式。 数据是信息的载体,用来载荷信息,信息是数据的内涵,是对数据的语义解释。数据与信息既有区别,又有联系。数据是表示信息的,信息只是加工处理后的数据,是数据所表达的内容。 随着信息技术的发展,数据的概念在数据处理领域中已大大拓宽, 其表现形式已不仅包括数字和文字, 还包括图形、图像、声音等等。 2. 数据处理 数据处理是指将数据转换成信息的过程。它包括对数据的收集、存储、分类、计算、加工、检索和传输等一系列活动。 数据管理是指数据的收集、组织、存储、检索和维护等操作。 1.2 数据管理技术的发展 数据管理技术的发展 1. 人工管理阶段 程序与数据是一个整体,一个程序中的数据无法被其他程序使用,因此程序与程序之间存在大量的重复数据。 特点: 数据不保存在机器中 ; 没有软件系统对数据进行管理 ; 只有程序的概念,没有文件的概念 ; 数据是面向应用的 。 图1.1 人工管理阶段程序与数据的关系 2. 文件系统阶段 20世纪50年代后期至60年代后期,计算机外存储器有了磁盘和磁鼓等直接存取设备;软件有了操作系统和文件系统;程序通过数据文

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  • 一、关系模型概述 二、关系及关系模式的概念 三、候选键和外键 四、关系模型的完成性约束 一、关系模型概述 二、关系及关系模式的概念 1、笛卡尔积 给定一组域D1、D2、....Dn,这n个域的笛卡尔积为: ...

    目录

    一、关系模型概述

     二、关系及关系模式的概念

     三、候选键和外键

    四、关系模型的完成性约束


    一、关系模型概述

     二、关系及关系模式的概念

    1、笛卡尔积

            给定一组域D1、D2、....Dn,这n个域的笛卡尔积为:

    例如:

    2、关系的定义

            满足一定语义的D1*D2*...*Dn的子集叫做域在D1、D2、...、Dn上的关系R(D1,D2,...Dn)

            R:关系的名字        n:关系的目或度

            在关系模型中只包含单一的数据结构——关系

            关系既可以表示概念模型中的实体,也可以用来描述实体间的各种关系

    3、关系的相关概念

     4、关系模式 

    R(U,D,Dom,F)
    R关系名关系的名称通常与实体的名称,或者实体间联系的名称相一致
    U组成该关系的属性集合

    属性:

    关系中元组分量的描述,与定义关系的一组域对应

    关系所描述的实体的属性,或实体间联系的属性

    在同一关系中,属性名不能相同

    D属性组U中属性所来自的域

    域:

    属性的取值范围

    不同的属性可以有相同的域

    域都是原子数据的集合——第一范式条件

    Dom属性向域的映像的集合属性的类型和长度
    F属性间数据的依赖关系集合

    属性间数据的依赖关系:

    关系的属性与属性之间的一种约束关系

    现实世界事物特征间的一种依赖关系

    数据内在的性质,是语义的体现

            关系模式是关系的型的描述,是静态的、稳定的

    5、关系实例

                    关系R的实例 r(R)

            一个给定关系的某一时刻的元组的集合,即当前关系的值

            关系实例是动态的、随时间不断变化的

    6、关系数据库

    关系数据库:应用领域中所有实体及实体之间的联系所形成的的关系的集合

    关系数据库模式:数据库中关系模式集合,是数据库的概念模式,对关系数据库的型的描述

    关系数据库实例:关系模式在某一时刻对应关系实例的集合

    7、概念辨析

    (1)集合的关系:关系可以是一个无限的集合,关系中每个元组是“序组”

    (2)关系模型中的关系:关系必须是有限集合,为关系的每个属性附加一个属性名取消分量的有序性

    关系

    关系是n个域上的一个n元组的集合

    关系中属性的次序和元组的次序都是任意的

    关系中不能有相同的元组

    表是关系的“二维”呈现

    在表中各列从左到右是有序的,各行从上到下也是有序的

    在表中,可能包含重复的行

     三、候选键和外键

    1、候选键

                           R(A1,A2...An)

            关系中能唯一标志一个元组的最小属性集(关系实例上任何两个元组的值在候选键的属性集上取值不同)

            若一个关系有多个候选键,可选择其中的一个作为主键

            包含候选键的属性集称为超键

            若关系只有一个候选键,且这个候选键包含了关系的所有属性,称该候选键为全键

            构成候选键的每个属性称为主属性

            不包含在任何候选键中的属性称为非主属性

    例题:

     

    2、外键

            若关系R的一个属性(集)F与关系S的主键Ks对应,即关系R中的元组在F上的取值与关系S中元组的Ks上的值对应,则称该属性(集)F为关系R的外键

     例题:

    四、关系模型的完成性约束

    1、实体完整性

            实体完整性规则:若属性A是关系R的主属性,则属性A的值不能为控制(NULL)

            约束规则体现了关系模型的键约束特性

            约束规则针对基本关系(存储的关系表),并不对查询的结果关系、视图等进行约束

    2、参照完整性

            参照完整性规则:若属性(或属性集)F是关系R的外键,它与关系S的主键Ks对应,则R中元组在F上的取值只有两种可能:取控制或等于S中某个元组的Ks值

    3、用户定义的完整性

            关系数据库满足一些特殊的约束条件,反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求

    • 对属性的类型约束
    • 对属性值的取值范围进行约束
    • 对同一关系的不同元组进行约束
    • 对同一关系的各属性进行约束
    • 对同一数据库中各关系进行约束

    4、小结

            完整性约束是为了防止关系数据库中存在不符合语义的数据

            DBMS必须提供定义、检查和控制数据完整性的机制

            完整性约束的定义作为数据库模式设计的一部分

            DBMS发现有违背了完整性约束的数据操作,则采取拒绝执行等操作

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  • 信息与数据模型)数据库3

    千次阅读 2021-03-27 11:39:14
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空空如也

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关系模型属于信息世界的模型