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1 第 4 章關聯式資料庫模型 4 1 關聯式資料庫模型的基礎 4 2 關聯式資料庫模型的資料結構 4 3 關聯式資料庫模型的完整性限制條件 4 4 關聯式資料庫模型的數學理論 4 5 關聯式資料庫 1

2 4 1 關聯式資料庫模型的基礎關聯式資料庫模型 (Relational lti ldtb Database Model) 是 1969 年 E. F. Codd 博士在 IBM 公司的研究成果發表著名的關聯式資料庫 12 條規則 Rule 0: The system must qualify as relational, as a database,, and as a management system. Rule 1: The information rule: All information in the database is to be represented in one and only one way, namely by values in column positions within rows of tables. Rule 2: The guaranteed access rule (primarykeys) Rule 3: Systematic treatment of null values 2

3 4 1 關聯式資料庫模型的基礎關聯式資料模型的組成元素, 如下所示 : 資料結構 (Data Structures): 資料的組成方式 ; 以關聯式資料模型來說, 就是欄和列組成表格的關聯表 (Relations) 資料操作或運算 (Data Manipulation i 或 Operations): 資料相關操作的關聯式代數和計算完整性限制條件 (Integrity Constraints): 維護資料完整性條件, 其目的是確保儲存資料是合法資料 3

4 4 2 關聯式資料庫模型的資料結構關聯表綱要關聯表實例關聯表的特性關聯表的種類 4

5 4 2 關聯式資料庫模型的資料結構關聯式資料庫是一組關聯表 (Relations) l 的集合 ; 關聯表是關聯式資料庫模型的資料結構 (Data Structure), ) 使用二維表格組織資料, 如下所示 : 關聯表綱要 (Relation Schema): 包含關聯表名稱屬性名稱和其定義域關聯表實例 (Relation Instance): 指某個時間點儲存在關聯表的資料 ( 因為儲存的資料可能隨時改變 ), 可以視為是一個二維表格, 其儲存的每一筆記錄是一個值組 (Tuples) 5

6 4 2 關聯式資料庫模型的資料結構圖例 6

7 4 2 1 關聯表綱要相關術語 1 7

8 4 2 1 關聯表綱要相關術語 2 關聯表 (Relations): l i 相當於一個二維表格, 每一個關聯表需要指定關聯表名稱不同於表格的是, 關聯表並不用考慮各列和各欄資料的順序屬性 (Attributes): 屬性有其名稱與定義域 (domain) 在關聯表的所有屬性是一個屬性集合 (Attribute Set), ) 關聯表的屬性並不能重複定義域 (Domains): 是一組可接受的屬性值的集合, 通常使用資料型態來代表值集合的範圍 8

9 4 2 1 關聯表綱要相關術語 3 值組 (Tuples): l 關聯表的一列, 也就是一筆記錄, 是一組目前屬性值的集合維度 (Degree): 關聯表的維度指關聯表的屬性數目基數 (Cardinality): 關聯表的基數指關聯表的值組數目主鍵 (Primary Key): 可用來識別值組的一個或一組屬性故在關聯表中, 主鍵的值不會重複出現 9

10 4 2 1 關聯表綱要相關術語對照關聯式資料庫資料庫與檔案系統術語對照表 10

11 4 2 1 關聯表綱要表示法 ( 語法 ) 關聯表綱要表示法的語法為 : relation_ name (attribute1, attribute2, attribute3,, attributen) 說明如下 : relation_name: 關聯表名稱 attribute1, attribute2, attribute3,., attributen: 括號中是屬性清單, 通常省略屬性的定義域在屬性加上底線表示它是主鍵, 外來鍵可以使用虛線底線或其他表示方法 11

12 4 2 1 關聯表綱要表示法 ( 範例 ) 以關聯表 Students 為例, 其關聯表綱要如下所示 : Students (sid, name, address, tel, birthday) 上述關聯表 Students 的主鍵是 sid 如果在關聯表綱要需要標示定義域的 int char 和 datetime, 可以使用括號標示在屬性之後 : Students (sid(int), name(char), address(varchar), tel(char), birthday(datetime)) 12

13 關聯表實例說明關聯表實例 (Relation Instance) ) 是一個有限個數的集合, 集合內容是關聯表的值組 (Tuples) 更正確的說, 因為關聯表資料可能隨時更改, 所以關聯表實例是指某一時間點的值組集 13

14 關聯表實例定義域 ( 說明 ) 定義域 (Domains) 定義域是一組可接受值的集合, 這些值是不可分割的單元值 (Atomic), 不可以是另一個集合對比程式語言來說, 定義域相當於變數的資料型態 ; 值組的屬性值相當於是變數值, 滿足資料型態的定義域範圍 14

15 關聯表實例定義域 ( 種類 ) 屬性主要可以分為兩種 : 簡單屬性 (Simple Attributes): 簡單屬性是一種不可再分割的屬性, 其定義域是相同型態的單元值 (Atomic) 集合複合屬性 (Composite Attributes): ) 複合屬性是由簡單屬性所組成的屬性, 它可以形成一個階層架構例如 : 地址屬性和生日屬性可以由數個簡單屬性所組成, 如下所示 : Address = City+Street+Number Birthday = Month+Day+Year 15

16 關聯表實例定義域 ( 圖例 ) Address 屬性是由 City Street 和 Number 所組成, 屬性值的定義域也是由 City Street 和 Number 屬性的定義域組成, 生日 Birthday 屬性的定義域則是月份 Month Day 和 Year 屬性的整數定義域所組成目前大多數關聯式資料庫系統並不支援自訂定義域 16

17 關聯表實例屬性值 ( 說明 1) 屬性值 (Attribute Values) 屬性值是關聯表實際儲存資料的最小單位, 在關聯表屬性集合的每一個屬性都擁有一組可接受的值, 即屬性的定義域例如 : 學生 Students 關聯表, 如下圖所示 : 17

18 關聯表實例屬性值 ( 說明 2) 關聯表實例的屬性值集合 (Attribute Value Set) ) 是指目前關聯表實例各屬性所包含的值, 如下所示 : city 屬性值 = { 中和巿, 桃園巿, 台中巿, 高雄市 } age 屬性值 = 21~30 GPA 屬性值 = 1~4.0 屬性值集合可以作為定義定義域依據, 不過仍然需要參考實際情況, 才能定義出可接受值的定義域, 例如 :GPA 實際的範圍是 0.0~4.0 18

19 關聯表實例屬性值 ( 特點 ) 1. 單元值 (Atomic): 屬性值是不可分割的單元值 2. 需要指定定義域 : 屬性值一定需要指定定義域, 而且只有一個定義域, 雖然屬性值屬於指定的定義域, 但並不表示所有的定義域值都會出現, 屬性值集合可能只是定義域的部分集合 3. 可能為空值 : 屬性值可以是空值 ( 見下頁 ) 19

20 關聯表實例空值空值 (Null Values) 在關聯表的屬性值可能是一個未知或無值的空值, 這個值是一個特殊符號, 它不是 0, 也不是空字串所有定義域都會包含空值空值並沒有意義, 所以不能作為真偽的比較運算空值有兩類 : 未知值與不適性 20

21 關聯表實例空值 ( 意義 ) 1. 未知值 (Unknown) 1 1. 找不到 (Missing): 屬性值存在但是找不到, 例如 : 不知道學生陳大安的地址, 因為 address 屬性值一定存在只是找不到, 所以這是一個找不到的空值, 如下圖所示 : 21

22 關聯表實例空值 ( 意義 ) ( 續 ) 1 2. 完全未知 (Total Unknown) : 不知道屬性值是否存在例如 : 不知道張先生是否有配偶, 所以配偶欄 spouse 是完全未知的空值, 如下圖所示 : 22

23 關聯表實例空值 ( 意義 ) ( 續 ) 2. 不適性 (Not applicable) 不適性空值是指屬性沒有適合的屬性值例如 : 公司員工劉先生沒有手機, 所以 cellphone 屬性值的手機號碼是一個不適性的空值, 如下圖所示 : 23

24 4 2 3 關聯表的特性關聯表的名稱是唯一的的, 在資料庫不能有兩個關聯表擁有相同名稱同一個關聯表的屬性名稱也是唯一, 不過不同關聯表之間允許擁有相同名稱的屬性在關聯表中除了名稱唯一性的特性外, 還有四個特性 : 1. 沒有重複的值組 2. 值組是沒有順序 3. 屬性也沒有順序 4. 所有的屬性值都是單元值第一正規化 (ch7) 24

25 4 2 3 關聯表的特性 ( 續 ) 1. 沒有重複的值組關聯表是數學集合, 在集合中不可有重複元素, 所以關聯表沒有重複的值組換個角度來說, 其隱含的意義是指關聯表的主鍵因為主鍵可以是值組的識別, 沒有 2 個值組是完全相同的, 故沒有重複的值組 25

26 4 2 3 關聯表的特性 ( 續 ) 2. 值組是沒有順序在關聯表的值組因為是集合, 所以並沒有順序分別也就是說, 如果重新排列關聯表的值組, 也不會產生新的關聯表 26

27 4 2 3 關聯表的特性 ( 續 ) 3. 屬性也沒有順序在關聯表的屬性也沒有順序差別, 如果重新排列關聯表的屬性, 也不會產生新的關聯表但事實上, 大部分資料庫管理系統並不支援此特性, 資料庫管理系統提供的資料庫存取函式庫, 不但可以取得屬性的原始順序, 而且允許使用順序存取屬性值 27

28 4 2 3 關聯表的特性 ( 續 ) 4. 所有屬性值都是單元值關聯表的屬性值都是單元值 (Atomic), 這是指二維表格中的每一個儲存格的值都是單一值, 而不是一組值的集合 28

29 關聯表的種類具名關聯表 (Named drl Relations): ) 在資料庫管理系統使用 CREATE TABLE/VIEW 和 SNAPSHOT 指令建立的關聯表基底關聯表 (Base Relations): 一種具名關聯表, 也稱為真實關聯表 (Real Relations) 導出關聯表 (Derived Relations): 這是由其他具名關聯表, 經過運算而得的具名關聯表視界 (Views): 定義在其他基底關聯表之上的一種虛擬關聯表 (Virtual Relations) 29

30 關聯表的種類 ( 續 ) 快照關聯表 (Snapshots): h t 這是具名的導出關聯表, 在一個時間點的關聯表內容, 不過它有真正的儲存資料, 屬於一種唯讀關聯表查詢結果 (Query Results): 一種沒有具名的導出關聯表中間結果 (Intermediate Results): 一種沒有具名的導出關聯表, 這是 JOIN 合併查詢指令中子查詢的查詢結果暫存關聯表 (Temporary Relations): 這是一種具名關聯表, 儲存的是資料庫管理系統暫時所需的資料儲存型關聯表 (Stored Relations): eato 實際儲存在儲存裝置的關聯表, 這是真正可儲存資料的關聯 30 表

31 關聯表的種類重新整理基底關聯表 (Base Rl Relations): 一種具名關聯表, 也稱為真實關聯表 (Real Relations)(table), 真正存放資料的關聯表導出關聯表 (Derived Relations): 由其它具名關聯表 ( 基底或其它種類的 ), 經過運算而得的具名關聯表 1. 視界 (Views): 定義在其它基底關聯表之上的虛擬關聯表 (Virtual Relations), 本身並不包含任何資料, 皆為關聯表運算所得 ( 邏輯上的組合 ), 是具名的導出關聯表 2. 快照關聯表 (Snapshots): 在某個時間點的關聯表內容, 它有真正的儲存資料, 屬於一種具名的唯讀關聯表 31

32 關聯表的種類重新整理 ( 續 ) 具名關聯表 (Named drl Relations): 在資料庫管理系統使用 CREATE TABLE/VIEW 和 SNAPSHOT 指令建立的關聯表不具名關聯表 (Unnamed Relations): 查詢結果 (Query Results): 一種沒有具名的導出關聯表而且只顯示在螢幕上後便捨去, 不存起來中間結果 (Intermediate Results): ) 一種沒有具名的導出關聯表, 這是 JOIN 合併查詢指令中子查詢的查詢結果求取查詢結果時所產生的中間結果, 它沒有名稱, 而且執行後立刻捨去, 不存起來暫存關聯表 (Temporary Relations): 這是一種具名關聯表, 儲存的是資料庫管理系統暫時所需的資料儲存型關聯表 (Stored Relations): 實際儲存在儲存裝置的關聯表, 這是真正可儲存資料的關聯表 32

33 4 3 關聯式資料庫模型的完整性限制條件鍵限制條件定義域限制條件實體完整性參考完整性其他完整性限制條件 33

34 4 3 關聯式資料模型的完整性限制條件關聯式資料庫模型的完整性限制條件 (Integrity g y Constraints) ) 是資料庫設計的一部分, 其目的是檢查資料庫儲存的資料和保障資料的正確性, 不但可以防止授權使用者將不合法的資料存入資料庫, 還能夠避免關聯表之間的資料不一致 34

35 4 3 關聯式資料模型的完整性限制條件種類 1. 鍵限制條件 (Key Constraints): ) 關聯表一定擁有一個唯一和最小的主鍵 (Primary Key) 2. 定義域限制條件 (Domain Constraints): 關聯表的屬性值一定是屬於定義域的單元值 3. 實體完整性 (Entity Integrity): 關聯表的主鍵不可以是空值 4. 參考完整性 (Referential Integrity): 關聯表的所有外來鍵值, 都必須能參考到另一關聯表的主鍵值 35

36 4 3 1 鍵限制條件關聯式資料庫模型的鍵是一個重要觀念, 關聯表的鍵 (Keys) 是指關聯表綱要中單一屬性或一組屬性的集合 36

37 4 3 1 鍵限制條件超鍵超鍵 (Superkeys) 超鍵是關聯表綱要的單一屬性或一組屬性的集合, 超鍵需要滿足唯一性 : 唯一性 (Uniqueness): i 在關聯表絕不會有 2 個值組擁有相同的超鍵的值換句話說, 只需透過超鍵的識別, 就可以在關聯表存取指定的值組 37

38 4 3 1 鍵限制條件候選鍵候選鍵 (Candidate Keys) ) 在每一個關聯表至少擁有一個候選鍵, 候選鍵是一個超鍵, 不只滿足超鍵的唯一性, 還需要滿足最小性, 如下所示 : 最小性 (Minimality): 最小屬性數的超鍵, 在超鍵中沒有一個屬性可以刪除, 否則將違反唯一性關聯表的候選鍵需要同時滿足唯一性和最小性, 簡單的說, 候選鍵是最小屬性數的超鍵單一屬性的超鍵一定是候選鍵 38

39 4 3 1 鍵限制條件主鍵主鍵 (Primary Key) 主鍵 (Primary Key, PK) 是關聯表各候選鍵中的其中之一, 而且只有一個 39

40 4 3 1 鍵限制條件挑選主鍵在眾多候選鍵中如何挑選主鍵, 選擇原則如下 : 絕對不是空值 (Not Null): 候選鍵的屬性值不能是空值, 如果是複合鍵, 所有屬性都保證不會是空值永遠不會改變 (Never Change): ) 候選鍵的屬性值永遠不會改變本身不是識別值 (Non identifying if i Value): Vl 候選鍵的屬性值本身沒有其他意義簡短且簡單的值 (Brevity and Simplicity): it 儘可能選擇單一屬性的候選鍵 40

41 4 3 1 鍵限制條件替代鍵替代鍵 (Alternate Keys) 在候選鍵中不是主鍵的其他候選鍵稱為替代鍵, 因為這些是可以用來替代主鍵的侯選鍵 41

42 練習 (candidate keys, superkeys) A B C D candidate keys: 1 b w 3 2 b x 2 3 a y 4 4 a z 4 5 c x 2 A, BC superkeys: A, AB, AC, AD, ABC, ABD, ACD, ABCD BC, BCD 42

43 4 3 1 鍵限制條件外來鍵外來鍵 (Foreign Keys) 外來鍵 (Foreign Keys, FK) 是關聯表的單一屬性或一組屬性的集合, 它的值是參考其他關聯表的主鍵 ( 或候選鍵 ), 當然也可能參考同一個關聯表的主鍵外來鍵和其他關聯表的主鍵是對應的, 在關聯式資料庫是扮演連結關聯表的膠水功能 ( 連結 ) 43

44 4 3 1 鍵限制條件外來鍵 ( 圖例 ) 44

45 4 3 1 鍵限制條件外來鍵 ( 特性 ) 1. 外來鍵一定參考其他關聯表的主鍵 ( 或候選鍵 ), 這是兩個關聯表間的連結 2. 外來鍵在關聯表內不一定是主鍵 3. 外來鍵和參考的主鍵屬於相同定義域, 不過屬性名稱可以不同外來鍵和參考主鍵中的主鍵如果是單一屬性, 外來鍵就是單一屬性 ; 主鍵是屬性集合, 外來鍵一樣也是屬性集合 4. 外來鍵可以是空值 NULL 5. 外來鍵可以參考同一個關聯表的主鍵 45

46 4 3 2 定義域限制條件定義域限制條件 (Domain Constraints) 是指在關聯表的屬性值一定是定義域的單元值 (Atomic) 例如 : 屬性 age 的定義域是 int, 故屬性值可以為 5, 但不可以為 4.5 對比程式語言, 就是一種強調型態 (Strongly Typed) 程式語言 46

47 實體完整性實體完整性 (Entity i Integrity) ) 實體完整性是指在基底關聯表主鍵的任何部分都不可以是空值, 其規則如下所示 : 1. 如果主鍵是多個屬性的集合, 則任何一個屬性不可以是空值, 例如 :(ename,( cname) 是主鍵, 那 ename 屬性不可為空值,cname 屬性也不可是空值 2. 在關聯表只有主鍵不可是空值, 替代鍵並不適用 3. 實體完整性是針對基底關聯表, 從其導出的關聯表並不用遵守 47

48 實體完整性主鍵的使用規則關聯式資料庫管理系統都支援實體完整性, 我們可以定義主鍵的更新規則 (Update Rule: 在基底關聯表的一個值組更新主鍵或新增值組時, 如果主鍵是空值就違反實體完整性, 資料庫管理系統必須拒絕這項操作 48

49 參考完整性參考完整性 (Referential Integrity) ) 參考完整性 (Referential Integrity) 是當關聯表存在外來鍵時, 外來鍵的值一定是來自參考主鍵, 或為空值 ; 也就是說, 外來鍵的屬性值集合即是參考主鍵的屬性值集合, 如下圖所示 : 49

50 參考完整性範例例如 : 公司員工關聯表 Employees 都會參與公司的專案關聯表 Projects, 如下圖所示 : 50

51 參考完整性規則在關聯表不可包含無法參考的外來鍵, 例如 : 並不存在員工李四的 project 外來鍵值 (004) 之參考主鍵 pid, 表示該值組違反參考完整性 51

52 參考完整性規則如果外來鍵不是關聯表的主鍵, 其屬性值可以為空值, 例如 :Projects 關聯表 pid=003 的值組的 leader 外來鍵是空值因為可能尚未指定專案領導者, 並沒有違反參考完整性 52

53 參考完整性外來鍵參考圖在建立資料庫綱要時, 通常我們會使用圖形標示關聯表間的外來鍵關係, 稱為外來鍵參考圖 (Referential Diagram), ) 如下圖所示 : 53

54 參考完整性外來鍵參考鏈關聯表的外來鍵是參考其他關聯表的主鍵 ; 被參考的關聯表也可能擁有其他的外來鍵, 參考其他關聯表如果我們將這些外來鍵的參考關係依序繪出, 就可以建立外來鍵參考鏈 (Referential Chain), ) 如下所示 : Projects Departments Employees 54

55 參考完整性外來鍵參考環如果外來鍵參考最後回到原關聯表, 稱為 R1 外來鍵參考環 (Referential Cycle) 例如 : 關聯表 R1 的參考鏈最後又回到 R1 其外來鍵參考環, 如右所示 : Rn R3 R2 55

56 參考完整性外來鍵使用規則外來鍵的更新規則 (Update d Rule): ) 如果一個值組擁有外來鍵, 當合法使用者試圖在更新或新增值組時, 更改外來鍵的值, 資料庫管理系統會有如何處理? 外來鍵的刪除規則 (Delete Rule): 如果一個值組擁有外來鍵, 當合法使用者試圖刪除參考的主鍵時, 資料庫管理系統會怎麼處理? 一般有三種方式下頁投影片 56

57 參考完整性處理方式 1. 限制性處理方式 (Restricted): 拒絕刪除或更新操作 2. 連鎖性處理方式 (Cascades): 連鎖性處理方式是當更新或刪除時, 需要作用在所有影響的外來鍵, 否則拒絕此操作 3. 空值化處理方式 (Nullifies): 將所有可能的外來鍵都設為空值, 否則拒絕此操作 57

58 連鎖性處理方式 (Cascades) sid name addr GPA tel c_no sid s_no date room S1 S2 S1 S1 S3 S4 欲將 S1 變更為 S9 S2 S3 sid name addr GPA tel cno c_no sid sno s_no date room S9 S2 S9 S9 S3 S4 S2 S3 58

59 空值化處理方式 (Nullifies) sid name addr GPA tel c_no sid s_no date room S1 S2 S1 S1 S3 S4 欲將 S1 該筆紀錄刪除 S2 S3 sid name addr GPA tel cno c_no sid sno s_no date room S2 S3 NULL NULL S4 S2 S3 59

60 4 3 5 其他完整性限制條件資料庫管理師除了前述的一般完整性限制條件外, 還可以依照實際需求, 在基底關聯表的屬性新增額外的完整性限制條件通常所有導出關聯表也會繼承在基底關聯表設定的完整性條件這些額外條件是在關聯表新增刪除和更新資料時, 觸發的一些額外檢查條件語意完整性 (Semantic Integrity) 屬於特定資料庫管理系統支援的完整性條件, 這是屬性內容的一些限制條件, 可以檢查關聯表值組的屬性是否為合法資料 60

61 4 3 5 其他完整性限制條件語意完整性 1. 空值限制條件 (Null Constraint): ) 限制屬性值不可為空值, 也就是說, 這個屬性一定要輸入資料 2. 預設值 (Default Value): 如果沒有輸入指定的屬性值, 值組的屬性預設會填入指定的資料, 其主要的目的是避免屬性為空值 3. 檢查限制條件 (Check Constraint): 這是布林值的邏輯運算式, 輸入的屬性值一定需要滿足運算式, 即邏輯運算式為真 (true) 61

62 4 44 關聯式資料模型的數學理論集合的基礎集合運算關聯表的定義鍵的定義 62

63 集合的基礎說明關聯式資料庫的數學基礎就是集合論 (set theory) 集合 (Set) 是任何東西組合成的群體, 集合本身並不考量集合中元素是否有任何關聯, 或是集合有何特殊用途, 因為集合是由包含的元素來完全決定之例如 : 沒有任何元素的集合, 稱為空集合 (Empty Set); 元素都是奇數, 就是奇數的集合 63

64 集合的基礎集合表示法集合的表示方法有很多種, 本書主要是使用逐一列舉法, 使用大括號括起集合的元素, 如下所示 : A = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 } B = { a, b, c, d, e, f, g } C = { 001, 陳會安, 1966/09/05, / 20 } 如果集合沒有任何元素稱為空集合 (Empty set), 我們使用 Ø 符號來表示 64

65 集合的基礎集合關係屬於 : 如果 A 是集合,x 是集合中的元素, 我們稱 x 是集合 A 的元素, 屬於集合 A, 寫成 :x A 不屬於 : 如果 b 不是集合 A 的元素, 表示 b 不屬於 A, 寫成 :b A 包含於或 : 如果 A 和 B 是兩個集合, 集合 A 的每一個元素都是集合 B 的元素, 即元素 x A x B, 我們可以說 A 是 B 的子集 (subset), 寫成 :A B A B 或 B A 65

66 集合的基礎集合關係 ( 續 ) 包含於且不相等或 : 如果 A 和 B 是兩個集合, 集合 A 的每一個元素都是集合 B 的元素, 且 A B, 稱 A 是 B 的真子集等於 = : 如果 A 和 B 兩個集合的元素完全相同, 即 A 等於 B, 寫成 A=B, 也就是證明 : A B 且 B A 66

4 4 24 集合運算聯集 (Union) 若 A 和 B 是兩個集合, 將 A 的所有元素和 B

67 集合運算聯集 (Union) 若 A 和 B 是兩個集合, 將 A 的所有元素和 B 的所有元素合起來的集合, 稱為 A 與 B 的聯集, 寫成 : A B 例如 : A = { 4, 5, a, b } B = { c, 5 } A B = { 4, 5, a, b } { c, 5 } = { 4, 5, a, b, c } 文氏圖 (Venn Diagram) 表示的 A B, 如下示 : 67

68 集合運算聯集 ( 續 ) 交換律 :A B = B A 結合律 :(A B) C = A (B C) = A B C 包含性 :C C D, 亦即 C 一定是 C D 聯集的子集吸收律 : 若 C D C D=D, 因為 C 是 D 的子集, 則 C 與 D 的聯集就是 D 68

69 集合運算交集 (Intersection) 若 A 和 B 是兩個集合, 將 A 和 B 的共同元素合起來的集合, 稱為 A 與 B 的交集, 寫成 : A B = { x x A 且 x B } 例如 : A = { 4, 5, a, b } B = { c, 5 } A B = { 4, 5, a, b } { c, 5 } = { 5 } 文氏圖 (Venn Diagram) 表示的 A B, 如下 : 69

70 集合運算交集 ( 續 ) 交換律 :A B = B A 結合律 :(A B) C = A (B C) = A B C 包含性 :C D C, 亦即 C 與 D 的交集一定是 C 的子集吸收律 : 若 C D C D=C, 因為 C 是 D 的子集, 則 C 與 D 的交集就是子集 C 70

4 4 24 集合運算差集 (Difference) 若 A 和 B 是兩個集合, 所有屬於 A 但不屬於 B

71 集合運算差集 (Difference) 若 A 和 B 是兩個集合, 所有屬於 A 但不屬於 B 的元素所成的集合, 稱為 A 與 B 的差集, 寫成 : A-B = { x x A 且 x B } 例如: A = { 4, 5, a, b } B = { c, 5 } A-B = { 4, 5, a, b }-{ c, 5 } = { 4, a, b } 文氏圖 (Venn Diagram) ) 表示的 A-B, 如下 : 71

72 4 4 2 集合運算卡笛生乘積 (Cartesian Product) 若集合 A 1, A 2, A 3,, A n, 卡笛生乘積是所有可能集合元素的集合,C = A 1 x A 2 x A 3 x..x A n 例如: A = { a, b, c } B = { 1, 2 } 則 C= AxB = { a, b, c }x{1, 2} = { (a,1), (a,2), (b,1), (b,2), (c,1), (c,2) } 72

73 關聯表的定義定義域定義 4.1: 定義域 (Domain) 是一些指定型態值的集合, 在關聯表屬性 A 的定義域, 寫成 : dom(a) 一些定義域的範例, 如下所示 : 正整數 = { 1, 2, 3, 4, 5, } 英文小寫字母 = { a, b, c, d,, z } 73

74 關聯表的定義定義 42: 4.2: 關聯表 (Relations) l i 是各屬性定義域卡笛生乘積的子集若關聯表 R 擁有 A 1, A 2, A 3,., A n 共 n 個屬性, 屬性的定義域分別為 : dom(a 1 ), dom(a 2 ), dom(a 3 ),, dom(a n ) 定義域的卡笛生乘積為 : dom(a 1 ) x dom(a 2 ) x dom(a 3 ) x x dom(a n ) 則, 關聯表 R 是定義域卡笛生乘積的子集 : R dom(a 1 ) x dom(a 2 ) x dom(a 3 ) x x dom(a n ) 表示關聯表 R 是 n 值組 (n tuples) 的集合 = <v 1, v 2, v 3, v n>,v i dom(a( i ) or v i = NULL, 1 i n,n 是關聯表的屬性數, 即維度 (Degree) 74

75 關聯表的定義範例關聯表 Emp1 和 Emp2 擁有 2 個屬性 name 和 salary, 其定義域分別為 dom(name) 和 dom(salary) 如下 : dom(name) = { 陳會安, 江小魚, 張三丰 } dom(salary) = { 35000, } dom(name) x dom(salary) = { < 陳會安,, 35000>, < 陳會安,, 40000>, < 江小魚, 35000>, < 江小魚, 40000>, < 張三丰, 35000>, < 張三丰, 40000> } 關聯表 Emp1 和 Emp2 如下 : Emp1 dom(name) x dom(salary) Emp1={< 陳會安,40000>, < 江小魚,35000, < 張三丰,35000>} Emp2 dom(name) x dom(salary) Emp2 = { < 陳會安, 40000>, < 江小魚, 40000> } 75

76 關聯表的定義關聯表綱要定義 4.3: 關聯表綱要 (Relation Schema) ) 是屬性的有限元素集合若關聯表名稱為 R, 包含屬性 A 1, A 2,, A n 與對應的定義域 D 1, D 2,, D n, 則關聯表綱要通常寫成 : R ( A 1 (D 1 ), A 2 (D 2 ),, A n (D n ) ) 或簡寫成 : R ( A 1, A 2,, A n ) 例如 : 前述 Emp1 關聯表綱要, 如下所示 : Emp1 ( name, salary ) 76

77 關聯表的定義關聯表實例定義 : 關聯表實例 (Relation l i Instance) ) 是 n 值組的集合若關聯表綱要 RS 包含屬性 A 1, A 2,, A n, 每一筆 n 值組對應的屬性值為 V 1, V 2,., V n, 通常寫成 : t = { <A 1, V 1 >, <A 2, V 2 >,., <A n, V n > } 或簡寫成 : t = < V 1 1, V 2 2,.,, V n > 則, 關聯表綱要 RS 的關聯表實例是 r(rs), 寫成 : r(rs) = { t 1, t 2,., t m } m 是基數 (Cardinality), 就是實例包含的值組數 77

78 練習 r1(r1) = {a,1,b,2,c,3} r2(r2) = {(a,1),(b,2),(c,3)} {(a1)(b2)(c3)} r3(r3) = {(a,1,b),(2,c,3)},,, )} 維度 (n)=? 基數 (m)=? 78

79 鍵的定義超鍵定義 4.5: 鍵 K 是關聯表 R 的超鍵 (Superkey), 則滿足 : (1) K R:K 是 R 的子集 (2) t 1, t 2 r(r) t 1 tt 2 t 1 [K] t 2 [K]: 存在 t 1 和 t 2 兩個不同值組, 超鍵值 t 1 [K] 不等於 t 2 [K], 即滿足唯一性 79

80 鍵的定義候選鍵定義 4.6: 鍵 CK 是關聯表 R 的候選鍵 (Candidate Key), 則滿足 : (1) CK 是超鍵 (2) CK 是最小超鍵, 沒有其他超鍵 K 是 CK 的真子集 : K CK, 即滿足最小性 80

81 鍵的定義外來鍵定義 4.7: 鍵 FK 是關聯表 R1 的外來鍵 (Foreign Key), ) 則 FK 是 R1 屬性的子集, 如下所示 : FK = {A 1, A 2,...A n } FK 是 R1 的子集 :FK R1 且滿足 : (1) FK 與關聯表 R2 的主鍵擁有相同定義域, 即 FK 參考關聯表 R2 (2) FK 的值是參考關聯表 R2 主鍵的值, 或是空值 81

82 4 5 關聯式資料庫關聯式資料庫 (Relational lti ldtb Database) ) 是一種使用關聯式資料模型的資料庫, 它是由多個已正規化的關聯表所組成在關聯表間使用外來鍵與參考主鍵的資料值來建立連結, 以便實作一對一一對多和多對多的關聯性如果關聯式資料庫只擁有一個關聯表, 也是一種合法的資料庫關聯式資料庫綱要 (Relational Database Schema) 是一組關聯表綱要和各綱要附屬的完整性限制條件 82

83 4 5 關聯式資料庫關聯表綱要學校選課與排課系統資料庫是一個擁有 4 個關聯表的資料庫, 各關聯表綱要如下所示 : Student ( sid, name, birthday, GPA, tel ) Instructors ( eid, name, rank, department ) Courses ( c_no, title, credits ) Classes ( eid, sid, c_no, time, room ) 83

84 4 5 關聯式資料庫關聯表圖例 84

85 4 5 關聯式資料庫外來鍵參考圖 85

86 練習請繪出外來鍵參考圖 : Professor (id, name, address, tel) Teach (c_no, id, day) Course (c_no, title, credit) 86

87 練習 Professor id name address tel 123 Mary NY John NJ 哪些違反鍵限制條件實體完整性參考完整性? Teach 456 Tim GS c_no id day DS 345 一 Course PG 345 二 DS 456 NULL c_no title credit PG NULL 三 DS 資料庫 3 OO 345 NULL PG 程式語言 3 DS 456 六 OO 物件導向 3 PHY 456 五 OO 789 五 87

88 解答違反鍵限制條件 : Teach 值組 <DS,456,null>, 與 <DS,456,, 六 > 之主鍵值重覆違反實體完整性 :Teach 值組 <PG,null, 三 > 之主鍵 ( 部份 ) 值包含有 null 值違反參考完整性 : Teach 值組 <PHY,456, 五 > 的 PHY 值組 <OO,789, 五 > 的

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HTML網頁基礎語言第 3 章關聯式資料庫模型 3-1 資料模型的基礎 3-2 資料庫模型的種類 3-3 關聯式資料庫模型的資料結構 3-4 關聯式資料庫模型的完整性限制條件 3-5 關聯式資料庫 1 3-1 資料模型的基礎 - 說明資料模型 (Data Model) 一種抽象的整合觀念, 描述資料庫中資料的特性包括資料本身資料間的關係和資料的限制條件對應 ANSI/SPARC 三層資料庫架構 2 概念資料模型