第12章

Size: px

Start display at page:

Download "第12章"

触畏邓
7 years ago
Views:

1 第 3 章关系模型和关系数据库关系模型是一种数据模型, 用于描述现实世界中的实体以及实体之间的联系, 它由数据结构操作和完整性约束规则 3 部分组成 1970 年, 美国 IBM 公司 San Jose 研究室的研究员 E.F.Codd 博士提出了关系模型, 开创了数据库关系方法和关系理论的研究, 引发了数据库技术的一场革命关系数据模型的原理实现技术和应用十分重要, 目前主流的数据库管理系统都支持关系数据模型 3.1 学习目标学完本章后, 读者应具备以下能力 : 理解关系模型的三要素理解实体完整性的含义能使用 SQL 语句建立和删除关系, 维护关系中的数据了解空值的含义了解实体 - 联系模型向关系模型转换的一般原则 3.2 关系模型关系关系模型采用的数据结构叫做关系, 关系是关系模型中一个非常重要的概念, 有着严格的数学定义, 下面通过一个实例说明关系的概念表 3.1 学生花名册学号姓名性别年龄所在院系马翔男 19 计算机学院刘大方男 18 管理学院史玉明女 19 管理学院在日常生活中人们会遇到各种各样的表格, 例如电话缴费单存款凭证成绩单等尽管每种表格都有其各自的特点, 但还是有一些共同的特点表 3.1 是一个学生花名册, 对它进行剖析后可以发现, 该表由以下 3 部分组成 : 1 表名每个表都会有一个名称, 一般放在表的顶部, 字体和字号通常和表格中的其他部分有明显的区别表 3.1 的名字是学生花名册

2 3.2 关系模型 33 2 表头表 3.1 的第一行就是表头, 它由多个列名构成, 表示每一列可以出现的信息的含义 3 从横向看, 表由若干行组成 ; 从纵向看, 表由若干列组成关系模型中的关系类似于表 3.1 的二维表格关系由 3 部分组成 : 关系名关系模式关系实例关系名即表名, 关系模式即表头, 关系实例是表中所有的数据行, 一行数据叫做一个元组关系的概念来源于二维表, 但是和二维表存在一些差异首先, 关系模式由若干属性名 ( 列名 ) 组成, 但每个属性必须是简单属性, 不能是复合属性, 只能取单值不能取多值, 这一点需要特别注意其次, 从数学的角度来看, 关系是一个集合, 集合的名称是关系名, 集合中的元素是关系中的一个元组, 每个元组有相同的结构, 即关系模式因此, 在关系中, 行和列没有固定次序, 可以放在任何位置由于关系和表的相似性, 因此在某些场合也把关系叫做表, 表是关系的同义词关系模型也有码的概念请回忆一下在 E-R 模型中码的定义 : 码是实体型中的一个属性或一组属性, 实体型中的任何两个实例其码的取值不能相同按照关系和实体型的对照关系, 请读者自行给出关系中码的定义若一个关系中有多个码, 例如, 学生的学号和身份证号都可以作为码, 则从中任意选定一个码作为关系的码, 被选中的码叫做主码 (Primary Key), 其他的码叫做候选码 (Candidate Key) 在任何一个关系中, 我们一定能找到一组属性作为主码吗? 基本操作既然关系是一个表格, 请想象一下, 如何手工制作一张表格? 过程很简单, 首先, 要绘制表格, 写上表名表头, 画好水平线和垂直线, 然后, 填写上数据有了表格以后, 需要对它进行维护, 如某一行数据不再需要了, 会将它从表中划去 ; 某些数据发生了变化, 会擦掉原来的数据, 填写上新数据 ; 有时需要将新增加的数据填写到表中, 例如, 若有新生入学, 则要把新生的数据追加到在表 3.1 中制作表格的目的是为了使用, 例如, 查找 2006 年入学的所有学生的信息, 查找名字叫李建国的学生的信息等当一个表格不再具有使用价值时, 就会丢弃它与之类似, 关系也有如下的基本操作 : 创建关系, 相当于绘制表格插入数据, 即在表格中填写数据修改数据, 类似于修改表中错误的或发生变化的数据删除数据, 如同从表格中划去不再有用的数据查找数据, 在表中查找满足一定条件的数据删除关系, 如同丢弃表格一样支持关系数据模型的数据库管理系统叫做关系数据库管理系统, 它提供了结构化查询语言 SQL 实现上述操作, 将在第 4 章详细介绍 SQL 的查询功能本节以学生关系为例, 简要介绍如何使用 SQL 语句实现上述操作

3 34 第 3 章关系模型和关系数据库 1. 建立关系模式每个 DBMS 都提供了输入 SQL 的实用程序, 该程序接受用户输入的 SQL 语句, 把 SQL 语句发送到 DBMS 去分析执行, 将 DBMS 返回的结果展现给用户本书使用 SQL Server 的查询分析器作为输入 SQL 语句的工具在 SQL 语言中, 用 CREATE TABLE 建立关系模式, 如图 3.1 所示 CREATE TABLE 是关键字, 在此后紧跟要创建的表的名字, 在表名字后, 逐个给出列的名称和数据类型 ( 参见表 3.2) 为了阅读方便, 每列占用一行列和列之间用逗号分开, 所有的列放在一对小括号中, 最后以分号作为语句的结束符号图 3.1 创建关系 Student CREATE TABLE 语句的目的是将表的结构存放到数据库中, 此时, 在数据库中仅仅有表的结构, 尚未有具体的数据数据库中每个表的名字要唯一, 不能和其他表重名如果输入的语句符合书写格式, 并且数据库中没有名字为 Student 的表, 那么数据库系统会返回表建立成功的信息, 否则, 返回一些错误信息每个表都要用 Primary Key 子句定义主码, 表 Student 的主码是 Sno 表 3.2 SQL Server 常用的数据类型数据类型含义 char(n) 固定长度字符型数据, 占用 n 个字符的存储空间 varchar(n) 变长数据类型, 最多可以存储 n 个字符 bigint int smallint tinyint 整数型, 存储整型数的范围不一样, 分别占用个字节 float 浮点数, 默认 7 位有效数字 datetime smalldatetime 代表日期和一天内时间的数据类型, 时间范围不一样 nchar(n) nvarchar(n) nchar 是固定长度 Unicode 数据的数据类型,nvarchar 是可变长度 Unicode 数据的数据类型, 二者均使用 UNICODE UCS-2 字符集 binary(n) varbinary(n) 固定长度 (binary) 的或可变长度 (varbinary) 的 n 位二进制数据类型

4 3.2 关系模型 35 如果第一次向数据库系统提交上面的语句得到了建表成功的提示, 第二次提交时却是错误提示, 为什么呢? 2. 装入数据使用 INSERT 语句把表中的数据存入数据库中, 每条 INSERT 语句只能插入一行数据如图 3.2 所示,INSERT INTO 是关键字, 后面紧跟表名, 表示要把数据存放到哪一个表中 VALUES 也是关键字, 后面紧跟要存储到数据库中的某一行数据图 3.2 向表中插入一行数据仔细观察可以发现,INSERT 语句中只给出了值, 但没有明确说明每个值是哪一列的值, 会不会发生张冠李戴的情况? 不会, 这里有一个隐含的位置对应规则, 即 VALUES 子句中的第一个值赋予 CREATE TABLE 中的第一列, 第二个值赋予第二列, 以此类推所以, 马翔肯定是姓名列的值当然, 也可以在 INSERT 语句中明确指出列和值的对应关系, 如图 3.3 所示, 在表名后面指出列的名字, 在 VALUES 子句中只给学号性别和姓名赋值这条 INSERT 语句插入了一行数据, 只不过没有给年龄和所在院系赋值, 为什么不给这两列赋值呢? 一种可能的解释是暂时不知道年龄和所在院系的值, 对于内容不确定的值, 在数据库中用 NULL( 空值 ) 表示例如, 可以用图 3.4 的做法达到图 3.3 的效果图 3.3 INSERT 语句的第二种形式

5 36 第 3 章关系模型和关系数据库图 3.4 INSERT 语句的第三种形式 INSERT 语句成功执行后, 在表中就增加了一行数据, 系统会返回 1 row inserted 的信息使用 INSERT 语句时较容易犯的错误是值和属性的类型相抵触, 年龄的数据类型是 smallint, 要求输入整数, 如果输入字符串 19, 就会发生错误也有些系统会自动进行类型转换, 把 19 转换为整数 19 一个 INSERT 语句一次只能向表中插入一行数据, 如果要插入多行数据, 则要写多条完整的 INSERT 语句注意 : 把图 3.2 中的 INSERT 语句连续执行两次, 会出现什么情况? 为什么? 请读者思考 3. 删除数据如果不需要继续保存一个元组, 那么可以使用 DELETE 语句从表中去除这个元组 DELETE 语句比较简单, 只要指明从哪个表中删除满足何种条件的元组即可图 3.5 中的 DELETE 语句从表 Student 中删除了学号为的学生的信息图 3.5 DELETE 语句的格式 4. 修改数据由于输入错误或者随着时间的推移, 元组的某些属性值发生了变化, 需要进行修改同删除数据相比, 要设置属性的新值图 3.6 给出了用于更新数据的 UPDATE 语句的一般格式

6 3.2 关系模型 37 图 3.6 UPDATE 语句的格式 5. 查询数据数据库中的大量操作是查找数据, 对应的 SQL 语句 SELECT 比较复杂, 但是结构清晰, 便于掌握图 3.7 所示的 SELECT 语句用于查询所有男学生的信息,SELECT 语句的格式和功能将在第 4 章中详细介绍图 3.7 SELECT 语句的格式 6. 删除关系关系数据库中存放了大量的关系, 需要海量的存储空间和高昂的维护代价因此, 如果实际应用不再需要使用某一个关系时, 要使用 DROP TABLE 语句把它从数据库中清除 DROP TABLE 语句非常简单, 只要指明关系的名字即可但是该语句是具有破坏性的, 一旦执行, 关系的关系模式和关系中的元组就被删除, 所占用的存储空间被数据库系统收回, 无法恢复图 3.8 表示把学生关系从数据库中删除

7 38 第 3 章关系模型和关系数据库图 3.8 删除表 Student 约束条件关系模型有 3 类约束条件 : 实体完整性约束参照完整性约束和用户自定义的完整性约束本节中只介绍实体完整性约束, 其他的约束将在第 5 章中介绍实体完整性 (Entity Integrity) 是指关系中任何一个元组在主码上不能取空值前面讲过, 主码的作用是用于区分元组, 任何两个元组的主码的取值不能相同如果允许主码中的属性可以取空值, 由于空值的不确定性, 可能会出现无法区分两个元组的情形, 即两个元组的主码相同例如, 在关系 Student 中有两个元组 : < , 马翔, 男, 19, 计算机学院 > <, 刘大方, 男, 18, 管理学院 > 请注意, 第二个元组的学号为空, 学号是 Student 的主码那么, 可能他没有学号 ( 刘大方同学可能刚入校, 还没有得到一个学号 ), 也可能是他有学号, 但是, 目前不知道是多少如果允许这样的元组插入到关系中, 潜在的危险是刘大方的学号可能是 , 如果这样, 两个元组的主码就相同, 破坏了码唯一性的要求实体完整性由数据库管理系统进行维护如果用 INSERT 语句插入的数据违反了实体完整性约束, 那么数据库管理系统就不会执行这条语句, 并向用户报告一个错误同样的情形也会在执行 UPDATE 语句时出现 3.3 实体 - 联系模型向关系模型的转换关系模型是关系的集合,E-R 模型由实体型联系型和属性 3 个要素组成, 所以将 E-R 模型转换为关系模型实际上就是要将实体型和联系型转换为一组关系本节中仅给出一般的原则, 需要进一步了解的读者请参考数据库设计方面的书籍 1) 一个实体型转换为一个关系实体型的属性就是关系的属性, 实体型属性取值的域就是关系的域 ( 即数据类型 ), 实体型的主码就是关系的主码例如, 学生实体型具有学号姓名性别年龄和所在院系属性, 年龄的域是正整数, 其

8 3.3 实体 - 联系模型向关系模型的转换 39 他属性的域是字符串学生实体型要设计为一个关系, 关系模式为 : 学生 ( 学号, 姓名, 性别, 年龄, 所在院系 ) 创建该关系的 SQL 语句如图 3.1 所示 2) 联系型的转换有以下的不同情况 : 1 一个一对一联系型可以转换为一个独立的关系, 也可以合并到任意一端的实体型中如果转换为一个独立的关系, 则参与联系的各实体型的主码以及联系型本身的属性均转换为关系的属性, 每个实体型的主码均是该关系的候选码, 可以任选一个作为关系的主码如果合并到某一端实体型中, 则需要在实体型对应的关系中增加另一个实体型的主码和联系型本身的属性例如, 图 2.8 中的联系型拥有描述了学生实体型和学生证实体型之间的一对一联系, 学生实体型的主码是学号, 学生证实体型的主码是学生证号按照第一种方法, 则创建一个关系, 名字叫做拥有, 具有学号和学生证号两个属性, 如果将学号作为主码, 则关系模式为 : 拥有 ( 学号, 学生证号 ) 按照第二种方法, 将联系型合并到学生实体型后, 学生关系中要增加学生证实体型的主码, 学生关系的关系模式改变为 : 学生 ( 学号, 姓名, 性别, 年龄, 所在院系, 学生证号 ) 2 一个一对多联系可以转换为一个独立的关系, 也可以与多端对应的实体型合并如果转换为一个独立的关系, 则参与联系的各实体型的主码以及联系型本身的属性均转换为关系的属性, 而关系的主码为多端实体型的主码如果合并到多端的实体型中, 则要在该实体型对应的关系中增加一端实体型的码例如, 图 2.9 中的隶属于联系型描述了班级实体型和学生班级实体型制之间的一对多联系按照第一种方法, 建立关系, 关系名为隶属于, 属性有学号和班号, 主码是学号隶属于 ( 学号, 班号 ) 按照第二种方法, 将联系型合并到学生实体型后, 学生关系中要增加班级实体型的主码, 学生关系的关系模式改变为 : 学生 ( 学号, 姓名, 性别, 年龄, 所在院系, 班号 ) 3 一个多对多联系型转换为一个关系参与联系的各实体型的主码以及联系型本身的属性均转换为关系的属性, 各实体型的主码的组成关系的主码例如, 图 2.6 中的联系型选修是一个多对多联系型, 要设计为一个关系, 关系的属性由学生实体型的主码学号课程实体型的主码课程号和联系型本身的属性成绩组成, 关系的主码是学号和课程号 : 选修 ( 学号, 课程号, 成绩 ) 4 3 个或 3 个以上实体型间的联系型可以转换为一个关系, 具体方法同上 3) 具有相同主码的多个关系可以合并为一个关系

9 40 第 3 章关系模型和关系数据库 3.4 关系数据库实例本书用学生 - 课程数据库作为一个例子来讲解 SQL 语言的数据定义数据操纵数据查询和数据控制语句的具体应用学生 - 课程数据库中有 3 个表, 每个表的关系模式和简要介绍如下 1. 学生表 :Student(Sno,Sname,Sgender,Sage,Sdept) 其中属性 Sno Sname Sgender Sage 和 Sdept 分别表示学号姓名性别年龄和所在院系,Sno 为主码, 关系的主码加下画线作为标识 2. 课程表 :Course(Cno,Cname,Cpno,Ccredit) 其中属性 Cno Cname Cpno 和 Ccredit 分别表示课程号课程名先修课号和学分,Cno 为主码 3. 学生选课表 :SC(Sno,Cno,Grade) 其中属性 Sno Cno 和 Grade 分别表示学号课程号和成绩, 主码 (Sno,Cno) 各个表中的数据如图 3.9 所示创建实例数据库的 SQL 语句请见附录 Student Sno Sname Sgender Sage Sdept 马翔男 19 计算机学院刘大方男 18 管理学院史玉明女 19 管理学院龚兵男 19 管理学院张晓敏女 18 计算机学院 Course Cno Cname Cpno Ccredit 1024 数据库原理离散数学管理学英语高等数学 6 SC Sno Cno Grade 图 3.9 学生 - 课程 - 选课数据库

10 习题小结本章着重介绍了关系模型的基本概念, 建立关系模式和增删改操作的 SQL 语句, 简单介绍了实体 - 联系模型向关系模型转换的基本原则读者应重点掌握关系的概念基本操作和实体完整性约束, 能根据 E-R 模型创建关系数据库关系数据库中以关系为单位存放数据, 每个关系在数据库中有唯一的名字和文件系统不同, 关系数据库中既存放数据又存放数据的结构关系模式描述数据的结构, 由一组列名和数据类型组成, 它指出关系中每行数据由哪些列组成, 每列的数据类型是什么由于关系和二维表格的相似性, 又把关系叫做表每个关系都要定义一个主码, 主码是一个属性或一组属性关系中任何两个元组的主码的取值不能相同关系模型要求关系要满足实体完整性约束参照完整性约束用户自定义完整性约束实体完整性是指关系中任何一个元组的主码不能取空值空值是一个特殊的值, 表示暂时不知道具体的值关系模型用关系表示实体 - 联系模型中的实体和联系实体 - 联系模型中的实体型要转换为一个关系, 联系型本身或者和涉及的实体型合并后也要转换为一个关系用户通过关系数据库管理系统提供的结构化查询语言 SQL 对关系进行操纵, 主要的操作有创建 / 删除关系插入删除修改和查询数据习题一填空题 1. 数据更新包括和 2. 修改记录使用的语句是 3. 一个关系由和组成 4. 关系模型的完整性约束有和 5. 将多对多的联系转换为关系模式的原则是 6. 数据模型通常是由数据结构和 3 个要素组成二选择题 1. 添加新记录的 INSERT 语句有 ( ) 种格式 A.1 B.2 C.3 D.4 2. 哪些码具有唯一性, 但是不具有最小性 ( )? A. 码 B. 主码 C. 超级码 D. 候选码 3. 目前数据库中最重要, 最流行的数据库是 ( ) A. 网状数据库 B. 关系数据库 C. 层次数据库 D. 非关系模型数据库 4. 一个 1:n 联系转换为一个关系模式关系的主关键字为 A. 实体的主码 B. 各实体主码的组合 C.n 端实体的主码 D. 每个实体的主码 5. 对实体和实体之间的联系采用同样的数据结构表达的数据模型为 ( ) A. 网状模型 B. 关系模型 C. 层次模型 D. 非关系模型

11 42 第 3 章关系模型和关系数据库三问答题 1. 说明码超级码候选码主码的含义 2. 举例说明空值的含义 3. 什么是实体完整性? 4. 查找相关资料了解 Oracle SQL Server Access 所支持的数据类型 5. 执行 INSERT 语句可能会遇到哪些问题? 四设计题 1. 用本节中介绍的 SQL 语句建立第 4 章图 4.38 的工程 - 供应商 - 零件数据库 2. 将颜色为红色的零件的重量都更改为从 SPJ 表中删除 S1 的供货记录 4. 插入一个新工程,JNO=J8,JNAME= 飞机厂,CITY= 西安 5. 插入一个新工程,JNO=J9,JNAME 和 CITY 的值待定 6. 将图 2.12 中的联系型教学设计为一个关系

untitled

untitled Database System Principle Database System Principle 1 SQL 3.1 SQL 3.2-3.3 3.4 3.5 3.6 Database System Principle 2 3.1 SQL SQL Structured Query Language SQL Database System Principle 3 SQL 3.1.1 SQL 3.1.2