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  • 关系模型

    2020-07-22 21:53:37
    关系模型 关系模型是最重要的一种数据模型。关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式。 关系模式的数据结构 关系模式是建立在严格的数学概念的基础上的。从用户观点看,关系模式由一组关系组成。每个关系的...

    关系模型

    关系模型是最重要的一种数据模型。关系数据库系统采用关系模型作为数据的组织方式。

    关系模式的数据结构

    关系模式是建立在严格的数学概念的基础上的。从用户观点看,关系模式由一组关系组成。每个关系的数据结构是一张规范的二维表。(注:表中没有表)

    关系:一个关系对应通常说的一张表。
    元组:表中的一行即为一个元组。
    属性:表中的一列即为一个属性,给每一个属性起一个名称即属性名。
    :也称为码键。表中的某个属性组,它可以唯一确定一个元组。
    :域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。
    分量:元组中的一个属性值。
    关系模式:对关系的描述,一般表示为
    关系名(属性1,属性2,属性3,…,属性n)

    关系模式要求关系必须是规范化的,即要求关系必须满足一定的规范条件,这些规范条件中最基本的一条就是,关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项,也就是说,不允许表中还有表。

    在这里插入图片描述

    关系模式的数据操纵和完整性约束

    关系模式的数据操纵主要包括查询、插入、删除和更新数据。这些操作必须满足关系的完整性约束条件。关系的完整性约束条件包括三大类:实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性

    关系模式的数据操纵是集合操作,操作对象和操作结果都是关系。即若干元组的集合,而不像格式化模型中那样是单记录的操作方式。另一方面,关系模式把存取路径向用户隐蔽起来,用户只要指出“干什么”或“找什么”,不必详细说明“怎么干”或“怎么找”,从而大大地提高了数据的独立性,提高了用户的生产率。

    关系模型的优缺点

    关系模式具有下列优点:

    1. 关系模型与格式化模型不同,它是建立在严格的数学概念的基础上的。
    2. 关系模型的概念单一。无论实体还是实体之间的联系都用关系来表示。对数据的检索和更新结果也是关系(表)。所以其数据结构简单、清晰,用户易懂易用。
    3. 关系模式的存取路径对用户透明,从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性,也简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作。

    如果大家阅读后发现有什么问题或者好的建议,可以在评论区留言哦,我会及时的更改的。

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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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  • 层次数据模型     定义:层次数据模型是用树状<层次>结构来组织数据的数据模型。     满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型     1. 有且只有一个结点没有双亲结点,这个结点称为根结点...
    层次数据模型

        定义:层次数据模型是用树状<层次>结构来组织数据的数据模型。

        满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型
        1. 有且只有一个结点没有双亲结点,这个结点称为根结点
        2. 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点

    其实层次数据模型就是的图形表示就是一个倒立生长的树,由基本数据结构中的树(或者二叉树)的定义可知,每棵树都有且仅有一个根节点,其余的节点都是非根节点。每个节点表示一个记录类型对应与实体的概念,记录类型的各个字段对应实体的各个属性。各个记录类型及其字段都必须记录。
      在这里插入图片描述
      层次模型的特点:
        结点的双亲是唯一的
        只能直接处理一对多的实体联系
        每个记录类型可以定义一个排序字段,也称为码字段
        任何记录值只有按其路径查看时,才能显出它的全部意义
        没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在
      实例:
        在这里插入图片描述
        在这里插入图片描述
        
        层次模型的完整性约束条件
        无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值
        如果删除双亲结点值,则相应的子女结点值也被同时删除
        更新操作时,应更新所有相应记录,以保证数据的一致性

        优点
        层次模型的数据结构比较简单清晰
        查询效率高,性能优于关系模型,不低于网状模型
        层次数据模型提供了良好的完整性支持
        缺点
        结点之间的多对多联系表示不自然
        对插入和删除操作的限制多,应用程序的编写比较复杂
        查询子女结点必须通过双亲结点
        层次命令趋于程序化

    层次数据库系统的典型代表是IBM公司的IMS(Information Management System)数据库管理系统


    网状数据模型

        定义:用有向图表示实体和实体之间的联系的数据结构模型称为网状数据模型。
        满足下面两个条件的基本层次联系的集合称为网状数据模型:
        1. 允许一个以上的结点无双亲;
        2. 一个结点可以有多于一个的双亲。
    在这里插入图片描述
      其实,网状数据模型可以看做是放松层次数据模型的约束性的一种扩展。网状数据模型中所有的节点允许脱离父节点而存在,也就是说说在整个模型中允许存在两个或多个没有根节点的节点,同时也允许一个节点存在一个或者多个的父节点,成为一种网状的有向图。因此节点之间的对应关系不再是1:n,而是一种m:n的关系,从而克服了层次状数据模型的缺点。
      特征:
         1. 可以存在两个或者多个节点没有父节点;
         2. 允许单个节点存在多于一个父节点;
      网状数据模型中的,每个节点表示一个实体,节点之间的有向线段表示实体之间的联系。网状数据模型中需要为每个联系指定对应的名称。
      实例:  
    在这里插入图片描述

        优点:
        网状数据模型可以很方便的表示现实世界中的很多复杂的关系;
        修改网状数据模型时,没有层次状数据模型的那么多的严格限制,可以删除一个节点的父节点而依旧保留该节点;也允许插入一个没有任何父节点的节点,这样的插入在层次状数据模型中是不被允许的,除非是首先插入的是根节点;
        实体之间的关系在底层中可以借由指针指针实现,因此在这种数据库中的执行操作的效率较高;

        缺点:
         网状数据模型的结构复杂,使用不易,随着应用环境的扩大,数据结构越来越复杂,数据的插入、删除牵动的相关数据太多,不利于数据库的维护和重建。
         网状数据模型数据之间的彼此关联比较大,该模型其实一种导航式的数据模型结构,不仅要说明要对数据做些什么,还说明操作的记录的路径;
        DDL、DML语言复杂,用户不容易使用
        记录之间联系是通过存取路径实现的,用户必须了解系统结构的细节

        网状模型与层次模型的区别
        网状模型允许多个结点没有双亲结点
        网状模型允许结点有多个双亲结点
        网状模型允许两个结点之间有多种联系(复合联系)
        网状模型可以更直接地描述现实世界
        层次模型实际上是网状模型的一个特例

    典型代表是DBTG系统,亦称CODASYL系统,是20世纪70年代由DBTG提出的一个系统方案。实际系统:Cullinet Software公司的 IDMS、Univac公司的 DMS1100、Honeywell公司的IDS/2、HP公司的IMAGE。


    三、关系型数据模型
      关系型数据模型对应的数据库自然就是关系型数据库了,这是目前应用最多的数据库。
      定义:使用表格表示实体和实体之间关系的数据模型称之为关系数据模型。
      关系型数据库是目前最流行的数据库,同时也是被普遍使用的数据库,如MySQL就是一种流行的数据库。支持关系数据模型的数据库管理系统称为关系型数据库管理系统。
      特征:
         1. 关系数据模型中,无论是是实体、还是实体之间的联系都是被映射成统一的关系—一张二维表,在关系模型中,操作的对象和结果都是一张二维表,它由行和列组成;
         2. 关系型数据库可用于表示实体之间的多对多的关系,只是此时要借助第三个关系—表,来实现多对多的关系;
         3. 关系必须是规范化的关系,即每个属性是不可分割的实体,不允许表中表的存在;
      实例:

    在这里插入图片描述

        优点:
         结构简单,关系数据模型是一些表格的框架,实体的属性是表格中列的条目,实体之间的关系也是通过表格的公共属性表示,结构简单明了;
        关系数据模型中的存取路径对用户而言是完全隐蔽的,是程序和数据具有高度的独立性,其数据语言的非过程化程度较高;
        操作方便,在关系数据模型中操作的基本对象是集合而不是某一个元祖;
         有坚实的数学理论做基础,包括逻辑计算、数学计算等;

        缺点:
        查询效率低,关系数据模型提供了较高的数据独立性和非过程化的查询功能(查询的时候只需指明数据存在的表和需要的数据所在的列,不用指明具体的查找路径),因此加大了系统的负担;
        由于查询效率较低,因此需要数据库管理系统对查询进行优化,加大了DBMS的负担;

        相关概念:
        关系(Relation):一个关系对应通常说的一张表
        元组(Tuple):表中的一行即为一个元组
        属性(Attribute):表中的一列即为一个属性,给每一个属性起一个名称即属性名
        主码(Key):也称码键。表中的某个属性组,它可以唯一确定一个元组
        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。
        分量:元组中的一个属性值。
        关系模式:对关系的描述,关系名(属性1,属性2,…,属性n),如:学生(学号,姓名,年龄,性别,系名,年级)

        关系必须是规范化的,满足一定的规范条件
        最基本的规范条件:关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项, 不允许表中还有表

        术语对比
    在这里插入图片描述

        关系的完整性约束条件
        实体完整性
        实体完整性是指实体的主属性不能取空值。实体完整性规则规定实体的所有主属性都不能为空。实体完整性针对基本关系而言的,一个基本关系对应着现实世界中的一个主题,例如上例中的学生表对应着学生这个实体。现实世界中的实体是可以区分的,他们具有某种唯一性标志,这种标志在关系模型中称之为主码,主码的属性也就是主属性不能为空。
        参照完整性
        在关系数据库中主要是值得外键参照的完整性。若A关系中的某个或者某些属性参照B或其他几个关系中的属性,那么在关系A中该属性要么为空,要么必须出现B或者其他的关系的对应属性中。
        用户定义的完整性
        用户定义完整性是针对某一个具体关系的约束条件。它反映的某一个具体应用所对应的数据必须满足一定的约束条件。例如,某些属性必须取唯一值,某些值的范围为0-100等。

    计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型



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  • 层次模型,网状模型,关系模型的优缺点总结

    层次模型

    优点:

    1. 数据结构简单清晰。
    2. 因为记录之间的联系用有向边表示,这种联系在DBMS中通常使用指针实现,查询效率高。层次模型数据库性能优于关系数据库,不低于网状数据库。
    3. 提供了良好的完整性支持。进行插入操作时,如果没有对应的双亲结点就不能插入它的子女结点值。进行删除操作时,如果删除双亲结点,则相应的子女结点值也将被同时删除。

    缺点:

    1. 现实世界中的很多联系是非层次性的。如果结点之间具有多对多联系,不再适合使用层次模型表示。如果一个子女结点确实具有多个双亲结点,使用层次结构模型表示的时候就会出现大量的冗余,且操作复杂。
    2. 查询子女结点必须通过双亲结点。
    3. 由于结构严密,层次命令趋于程序化。

    网状模型

    优点:

    1. 能够更为直接地表示现实世界。
    2. 具有良好的性能,存取效率高。

    缺点:

    1. 结构复杂,伴随应用环境的扩大,数据结构变得越来越复杂,不利于最终用户掌握。
    2. 网状模型的数据定义语言和数据管理语言复杂。
    3. 由于记录之间的联系通过存取路径实现,应用程序在访问数据的时候必须选择恰当的存取路径,因此用户必须了解系统结构的细节,导致加重了编写应用程序的负担。

    关系模型

    优点:

    1. 关系模型建立在严格的数学概念的基础之上。
    2. 关系模型概念单一。无论是实体还是实体之间的联系都用关系来表示。对数据的检索和更新结果也是基于关系(表)的。所以,数据结构简单清晰,用户易懂易用。
    3. 关系模型的存取路径对用户透明,从而具有较高的数据独立性,更好的安全保密性,也简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作。

    缺点:

    1. 由于存取路径对用户是透明的,查询效率往往不如格式化数据模型。
    2. 为了提高系统性能,数据库管理系统必须对用户的查询请求进行优化。
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  • 关系模式无损分解的测试方法

    千次阅读 热门讨论 2014-11-03 10:40:48
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  • 关系数据模型的特点

    2013-07-08 17:35:00
    1、结构简单 2、可以直接处理多对多的关系 3、是面向记录集合的 4、有坚实的理论基础(数学理论:集合论、关系代数) ...5、具有较高的数据独立性 转载于:https://www.cnblogs.com/tianyongze/p/3178441.html...
  • 第一节 数据模型-层次模型 什么是数据模型,应描述哪些方面? 数据模型: 是一个描述数据、数据联系、数据语义以及...关系模型 层次数据模型 利用“记录”(包含多个“属性”)和“双亲子女关系(PCR)”来描述应
  • 函数依赖 闭包 自反 增广 传递 范式 关系模式的...X,Y是U的子集,若对于R(U)的任意一个可能的关系r,r中可能存在两个元组在X上的属性值相等,而在Y上的属性值不等,则成X函数确定Y或者Y函数依赖与X, 记作:X→Y。 3

空空如也

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关系模型不具有的优点