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韶蝙邵
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1 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

2 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

3 概念資料模型資料模型的基礎以概念方式描述使用者認知的資料使用幾何圖形符號來建立資料模型邏輯資料模型使用特定資料庫類型建立的資料模型例如 : 關聯式資料模型實體資料模型描述 ANSI/SPARC 三層資料庫架構的內部層資料 3

4 3-1-2 概念資料模型 - 說明最常使用模型 : 實體關聯模型 (Entity- Relationship Model, 簡稱 E-R Model) 以幾何圖形建立資料庫結構圖畫出來的圖稱為實體關聯圖 Entity-Relationship Diagram, 簡稱 ERD 實體關聯模型的基礎是建構在實體和關聯之上 4

5 3-1-3 邏輯資料模型 - 說明各年代的邏輯資料模型, 主要有四種 1. 階層式資料庫模型 (Hierarchical Database Model) 2. 網路式資料庫模型 (Network Database Model) 3. 關聯式資料庫模型 (Relational Database Model) 4. 物件導向式資料庫模型 (Object-Oriented Database Model) 5

6 3-1-3 邏輯資料模型 - 元素關聯式資料庫模型, 主要三種元素資料結構 (Data Structures) 資料的組成方式是欄和列組成的表格資料操作或運算 (Data Manipulation 或 Operations) 新增刪除更新和查詢等指令完整性限制條件 (Integrity Constraints) 維護資料完整性, 確保資料是合理的 6

7 3-1-4 實體資料模型 - 說明實體資料模型 (Physical Data Model) 針對特定資料庫管理系統, 建立實際架構的模型資料模型顯示資料如何實作和儲存在資料庫 7

8 3-2-2 階層式資料庫模型 - 資料結構 ( 說明 ) 階層式資料庫模型的資料結構資料是由階層式的樹狀結構組成, 使用父子關聯指標來連接記錄集合父記錄可以擁有多個子記錄, 子記錄只能擁有一個父記錄最著名的階層式資料庫系統 :1968 年 IBM 公司的 IMS(Information Management System), 是最早商用的資料庫管理系統有兩種基本集合型態 : 記錄型態 (Record Type) 一組欄位組成每一筆記錄型態的資料稱為記錄 (record) 實際資料是若干筆記錄構成的集合父子關聯型態 (Parent-child Relationship Type) 兩個記錄型態間的連接型態, 屬於一對多關聯性一個父記錄型態 (Parent Record Type) 關聯到多個子記錄型態 (Child Record Type) 8

9 3-2-2 階層式資料庫模型 - 資料結構 ( 圖例 ) 階層式資料庫模型使用父子關聯型態將多個記錄型態連接起來 9

10 3-2-2 階層式資料庫模型 - 階層式資料庫圖書出版社的階層式資料庫 10

11 3-2-1 網路式資料庫模型 - 資料結構 ( 說明 ) 網路式資料庫成網路狀結構使用連接 (link) 來連結記錄集合父記錄可以擁有多個子記錄, 子記錄也能擁有多個父記錄最著名的網路式資料庫系統 :IBM 公司的 IDMS(Integrated Database Management System) 有兩種基本集合型態記錄型態 (Record Type) 一組欄位所組成每一筆記錄型態的資料稱為記錄 (record) 實際資料是若干筆記錄構成的集合連接型態 (Link Type) 描述兩個記錄型態之間的關係, 屬於一對多關聯性從擁有者型態 (Owner Type) 關聯到多個成員型態 (Member Type) 11

12 3-2-1 網路式資料庫模型 - 資料結構 ( 圖例 ) 建立在兩種集合結構 (Set Structures) 一組記錄型態的記錄集合 (A Set of Records) 一組連接型態的連接集合 (A Set of Links) 12

13 3-2-1 網路式資料庫模型 - 網路式資料庫銀行分行帳戶的網路式資料庫 13

14 3-2-3 關聯式資料庫模型組成元素關聯式資料庫模型 (Relational Database Model) 資料結構資料的組成是欄和列組成的關聯表 (Relations) 資料操作或運算處理資料的一套指令 : 關聯式代數 (Relational Algebra) 完整性限制條件維護資料完整性的條件集, 確保儲存資料是合理的 14

15 3-3 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) 的集合關聯表的資料結構關聯表綱要 (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) 儲存在關聯表的真實資料每一筆記錄是一個值組 (Tuples) 15

16 3-3-1 關聯表綱要 - 相關術語 1 16

17 3-3-1 關聯表綱要 - 相關術語 2 關聯表 (Relations) 一個二維表格不考慮各列和各欄資料的順序每一個關聯表擁有一個唯一的關聯表名稱屬性 (Attributes) 所有屬性視為一個屬性集合同一個關聯表內的屬性名稱不能重複值組 (Tuples) 關聯表的一列資料, 也就是一筆記錄一組屬性值的集合 17

18 3-3-1 關聯表綱要 - 相關術語 3 維度 (Degree) 指關聯表的屬性數目基數 (Cardinality) 指關聯表的值組數目主鍵 (Primary Key) 一個或多個屬性集合而成的單元用來識別關聯表內唯一的一筆記錄定義域 (Domains) 屬性的資料型態所有可能屬性值所構成的集合 18

19 3-3-1 關聯表綱要 - 相關術語 4 19

20 3-3-1 關聯表綱要 - 表示法 ( 語法 ) 關聯表綱要的表示語法 relation_name (attribute1, attribute2,, attributen) 上述語法的說明 relation_name 關聯表名稱 attribute1, attribute2,., attributen 屬性清單, 通常省略屬性的定義域屬性有加上實線底線的表示主鍵角色屬性有加上虛線底線 ( 不一定有 ) 的表示外來鍵角色 20

21 3-3-1 關聯表綱要 - 表示法 ( 範例 ) 以關聯表 Students 為例, 其關聯表綱要 Students (sid, name, address, tel, birthday) 如果在關聯表綱要裡, 需要標示定義域, 可以使用括號標示在屬性後 Students (sid(int), name(char), address(varchar), tel(char), birthday(date)) 21

22 3-3-2 關聯表實例 - 說明關聯表實例 (Relation Instance) 若干個值組 (Tuples) 的集合因為資料可能隨時更改, 所以關聯表實例是指某一個時間點的值組集 22

23 3-3-2 關聯表實例 - 定義域定義域 (Domains) 一組可接受值的集合不可分割的最小單元值滿足資料型態的定義域範圍 23

24 3-3-2 關聯表實例 - 屬性屬性 (Attributes) 一種不可再細分的資料單元屬性值是實際儲存資料的最小單位每一個屬性都有一組可接受的值, 即屬性的定義域 24

25 3-3-2 關聯表實例 - 空值 ( 說明 ) 空值 (Null Values) 屬性值有可能是一個未知或不適用值空值是一個特殊值, 不是 0, 也不是空字串空值沒有意義, 不能做為真假比較運算處理所有定義域都包含空值 25

26 3-3-2 關聯表實例 - 空值 ( 意義 1) 未知 (Unknown) 屬性值找不到, 例如 : 找不到學生的地址屬性值不知道, 例如 : 不知道張先生是否有配偶 26

27 3-3-2 關聯表實例 - 空值 ( 意義 2) 不適用 (Not Applicable) 屬性值在某些狀況下沒有意義例如 : 公司員工表格中的兵役屬性對女性職員沒有意義 27

28 3-3-3 關聯表的特性 - 說明關聯表的名稱是唯一的同一資料庫不能有兩個關聯表有相同名稱同一關聯表的屬性名稱也是唯一不同關聯表之間允許擁有相同名稱的屬性關聯表有四個特性沒有重複的值組值組沒有順序之分屬性沒有順序之分屬性值都是單一值 28

29 3-3-4 關聯表的主要種類基底關聯表 (Base Relations) 有真正的儲存資料也稱為真實關聯表 (Real Relations) 視界 (Views) 無真正的儲存資料定義在其他基底關聯表的一種虛擬關聯表 (Virtual Relations) 快照 (Snapshots) 在某一個時間點的關聯表內容有真正的儲存資料, 屬於一種唯讀關聯表 29

30 3-4 完整性限制條件 - 說明完整性限制條件 (Integrity Constraints) 資料庫設計的一部分檢查輸入資料庫的資料, 確保資料的正確性防止不合法的資料存入資料庫避免關聯表之間的資料不一致 30

31 3-4 完整性限制條件 - 種類鍵限制條件 (Key Constraints) 定義域限制條件 (Domain Constraints) 實體完整性 (Entity Integrity) 參考完整性 (Referential Integrity) 31

32 鍵 (Key) 鍵限制條件 - 說明指單一或一組屬性的集合 32

33 3-4-1 鍵限制條件 - 超鍵超鍵 (Superkeys, SK) 單一或一組屬性的集合超鍵值滿足唯一性, 即沒有 2 個超鍵值相同透過超鍵的識別, 就可以在關聯表存取指定的值組 33

34 3-4-1 鍵限制條件 - 候選鍵候選鍵 (Candidate Keys, CK) 每一個關聯表至少擁有一個候選鍵候選鍵是一個具有最少屬性數的超鍵候選鍵中沒有一個屬性可以刪除, 否則將違反唯一性單一屬性的超鍵一定是候選鍵 34

35 3-4-1 鍵限制條件 - 主鍵主鍵 (Primary Key, PK) 從各候選鍵中選出其中之一, 而且只有一個用來辨識某一筆特定資料記錄主鍵的屬性值不能是空值, 如果是複合鍵, 所有屬性都不可以是空值儘可能選擇單一屬性的候選鍵當主鍵 35

36 3-4-1 鍵限制條件 - 替代鍵替代鍵 (Alternate Keys) 不是主鍵的其他候選鍵稱為替代鍵, 可以用來替代主鍵 36

37 3-4-1 鍵限制條件 - 外來鍵外來鍵 (Foreign Keys, FK) 單一屬性或一組屬性的集合它的值是參考其他或同一個關聯表的主鍵值在關聯式資料庫是扮演連結關聯表的媒介外來鍵和所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值可以是空值同一個關聯表可以有多個外來鍵 37

38 3-4-1 鍵限制條件 - 外來鍵 ( 圖例 ) 上機練習將這個書店資料庫建置完成並輸入資料 38

39 3-4-2 定義域限制條件定義域限制條件 (Domain Constraints) 關聯表的屬性值一定是定義域的單元值例如 : 屬性 age 的定義域是整數, 屬性值可以為 4, 但是不可以是

40 3-4-3 實體完整性實體完整性 (Entity Integrity) 關聯表只能有一個主鍵主鍵的任何部分都不可以是空值主鍵值不能重複使用主鍵值可以找到特定一筆資料 40

41 3-4-4 參考完整性 - 說明參考完整性 (Referential Integrity) 關聯表可以有多個外來鍵外來鍵值可以是空值外來鍵值若非空值, 一定是來自所參考的關聯表的主鍵值 41

42 3-4-4 參考完整性 - 範例員工關聯表 Employees 與專案關聯表 Projects, 互相參考 42

43 3-4-4 參考完整性 - 外來鍵參考圖使用圖形標示表示關聯表間的參考關係, 稱為外來鍵參考圖 (Referential Diagram) 上機練習將這個廣告公司資料庫建置完成並輸入資料 eid 43

44 Employees eid name address phone E001 John Chen aaa 111 E002 Mary Lin bbb 222 E003 Tom Lee ccc 333 E004 Andy Wang ddd 444 Projects pid name department leader P01 DBMS d01 E001 P02 Net d01 E003 P03 AI d02 E002 Departments did name manager D01 sale E001 D02 business E002 WorksOn pid employee hour P01 E P01 E P02 E P02 E P03 E 檢測指令 : Select Employees.name from Employees, Projects Where Employees.eid=Projects.leader and Projects.pid= P01 ; 44

45 3-4-4 參考完整性 - 外來鍵使用規則主鍵值的更新一個關聯表的某個主鍵值被另一個關聯表的某個外來鍵值參考到時, 當試圖更改主鍵的值, DBMS 會如何處理? 主鍵值的刪除一個關聯表的某個主鍵值被另一個關聯表的某個外來鍵值參考到時, 當試圖刪除主鍵的值, DBMS 會如何處理? 45

46 3-4-4 參考完整性 - 處理方式限制性處理方式 (Restrict) 主鍵值有被外來鍵值參考時, 拒絕更新或刪除操作連鎖性處理方式 (Cascade) 主鍵值允許更新或刪除操作, 並連鎖反應到參考的外來鍵值空值化處理方式 (Nullify) 主鍵值允許更新或刪除操作, 並將所有參考的外來鍵值都設為空值 46

47 3-4-5 其他完整性限制條件空值限制條件 (Null Constraint) 限制屬性值不可為空值, 一定要輸入資料預設值限制條件 (Default Value Constraint ) 如果沒有輸入指定的屬性值, 值組的屬性會填入指定的預設值, 避免該屬性為空值檢查限制條件 (Check Constraint) 布林值的邏輯運算式, 輸入的屬性值一定需要滿足邏輯運算式為真 (true) 47

48 3-5 關聯式資料庫 - 說明關聯式資料庫 (Relational Database) 使用關聯式資料模型的資料庫多個已正規化的關聯表所組成關聯表之間使用外來鍵與主鍵的資料值來建立連結關聯表之間可以有一對一一對多和多對多的關聯性關聯式資料庫綱要是一組關聯表綱要, 加上各綱要附屬的完整性限制條件 48

49 3-5 關聯式資料庫 - 範例學校選課與排課系統資料庫擁有 4 個關聯表的資料庫, 各關聯表綱要如下 Student ( sid, name, birthday, tel ) Instructors ( eid, name, rank, department ) Courses ( c_no, title, credits ) Classes ( eid, sid, c_no, time, room, grade ) 49

50 3-5 關聯式資料庫 - 關聯表圖例 50

51 3-5 關聯式資料庫 - 外來鍵參考圖 51

52 建立 Students 資料表 Students 資料表 SQL 指令 CREATE TABLE Students ( sid CHAR(4) NOT NULL, name VARCHAR2(12) NOT NULL, ) birthday CHAR(10), tel VARCHAR2(15), CONSTRAINT stu_sid_pk PRIMARY KEY (sid) 52

53 建立 Instructors 資料表 Instructors 資料表 SQL 指令 CREATE TABLE Instructors ( ) eid CHAR(4) NOT NULL, name VARCHAR2(12) NOT NULL, rank VARCHAR2(10), department VARCHAR2(5), CONSTRAINT ins_eid_pk PRIMARY KEY (eid) 53

54 建立 Courses 資料表 Courses 資料表 SQL 指令 CREATE TABLE Courses ( ) c_no CHAR(5) NOT NULL, title VARCHAR2(30) NOT NULL, credits NUMBER(1,0) DEFAULT 3, CONSTRAINT cou_c_no_pk PRIMARY KEY (c_no) 54

55 建立 Classes 資料表 Classes 資料表 SQL 指令 CREATE TABLE Classes ( eid CHAR(4) NOT NULL, sid CHAR(4) NOT NULL, c_no CHAR(5) NOT NULL, time VARCHAR2(8), room VARCHAR2(8), grade NUMBER(3,0) CHECK(grade>=0 and grade<=100), CONSTRAINT cla_eidsidc_no_pk PRIMARY KEY (eid, sid, c_no), CONSTRAINT cla_eid_fk1 FOREIGN KEY (eid) REFERENCES Instructors (eid), CONSTRAINT cla_sid_fk2 FOREIGN KEY (sid) REFERENCES Students (sid), CONSTRAINT cla_c_no_fk3 FOREIGN KEY (c_no) REFERENCES Courses (c_no) ) 55

ASP.NET 2.0網頁設計範例教本

ASP.NET 2.0網頁設計範例教本第 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 3-1 資料模型的基礎 3-1-1 資料庫設計與三層資料模型 3-1-2 概念資料模型 3-1-3 邏輯資料模型 3-1-4 實體資料模型 3-1 資料模型的基礎資料模型 (Data Model) 是使用一組整合觀念來描述資料與資料間的關係和資料的限制條件