【正文】 之間的三類聯(lián)系 35 概念模型（續(xù)四） 學(xué)生實(shí)體、課程實(shí)體及其屬性 將多對(duì)多聯(lián)系轉(zhuǎn)化為一對(duì)多聯(lián)系的一般方法是：增加一個(gè)新的實(shí)體集，并且這個(gè)新的實(shí)體集和原來(lái)的兩個(gè)實(shí)體集之間都是一對(duì)多聯(lián)系。 36 概念模型（續(xù)五） 學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)管理概念模型 37 概念模型（續(xù)六） ? 這個(gè)例子也給出了將多對(duì)多聯(lián)系轉(zhuǎn)化為一對(duì)多聯(lián)系的一般方法，這就是：增加一個(gè)新的實(shí)體集，并且這個(gè)新的實(shí)體集和原來(lái)的兩個(gè)實(shí)體集之間都是一對(duì)多聯(lián)系。 38 層次模型 ? 層次模型 （ Hierarchical Model）用樹形結(jié)構(gòu)表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系。 ? 從樹的觀點(diǎn)看，層次模型滿足以下兩個(gè)條件： (1) 有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)無(wú)雙親結(jié)點(diǎn) ， 稱之為 根結(jié)點(diǎn) （ 簡(jiǎn)稱根 ） ； (2) 根以外的其他結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn) 。 ? 層次模型只能反映實(shí)體之間一對(duì)多的關(guān)系。 39 層次模型（續(xù)） 層次模型示意圖 ? 下 圖所示是一個(gè)層次模型的典型。 40 網(wǎng)狀模型 ? 網(wǎng)狀 模型 （ Network Model）是比層次模型更具普遍性的一種結(jié)構(gòu)。它去掉了層次模型的兩個(gè)限制條件，允許有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無(wú)雙親結(jié)點(diǎn)，允許結(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)，此外它還允許兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間有多種聯(lián)系（稱之為復(fù)合聯(lián)系）。 41 網(wǎng)狀模型（續(xù)一） ? 網(wǎng)狀模型有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)可以直接描述包括多對(duì)多在內(nèi)的更復(fù)雜的關(guān)系。 (2)具有良好的性能，存取效率較高。 ? 網(wǎng)狀模型也有缺點(diǎn)： (1)對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件和軟件環(huán)境要求較高。 (2)數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性較差。 (3)操作比較復(fù)雜。 42 網(wǎng)狀模型（續(xù)二） ? 下圖表示零部件的采購(gòu) ——使用關(guān)系，這是一個(gè)典型的網(wǎng)狀模型。 43 網(wǎng)狀模型（續(xù)三） ? 下圖表示 。 44 關(guān)系模型 ? 關(guān)系 模型 （ Relational Model）中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。 ? 表 11所示的學(xué)生情況就是一個(gè)關(guān)系模型。 ? 關(guān)系模型的主要概念 ： ? 關(guān)系 (relation） ：關(guān)系模型中表示數(shù)據(jù)的整個(gè)一張二維表就是關(guān)系 。 ? 元組 (Tuple)：二維表中的每一行即為一個(gè)元組 ， 對(duì) 應(yīng) 概念模型的一個(gè)實(shí)體 。 ? 屬性 (Attribute)：二維表中的每一列即為一個(gè)屬性 ， 對(duì)應(yīng)概念模型的一個(gè)屬性 。 45 關(guān)系模型（續(xù)一） ? 主碼 (Key)：二維表中唯一標(biāo)識(shí)元組的某個(gè)屬性組稱為該關(guān)系的主碼 ， 對(duì)應(yīng)概念模型的碼 。 ? 域 (Domain)：二維表中任一屬性的取值范圍稱為該屬性的域 ， 對(duì)應(yīng)概念模型的域 。 ? 分量 ：元組中的每一個(gè)屬性值稱為元組的分量 。 ? 關(guān)系模式 (Relation schema)：對(duì)關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式，通常用關(guān)系名及其所有屬性名集合來(lái)表示，類似概念模型中實(shí)體型的表示方法。 46 關(guān)系模型（續(xù)二） ? 整個(gè)表 11就是一個(gè)關(guān)系 。 ? 表中的每一行都是一個(gè)元組 。 ? 學(xué)號(hào) 、 姓名 、 性別等每一列都是屬性 。 ? 學(xué)號(hào)是這個(gè)關(guān)系的碼 。 ? {男 、 女 }、 正確的日期集合分別是性別和出生年月日的域 。 ? ‘ 0100001’、 ‘ 馮東梅 ’ 、 ‘ 女 ’ 、 ‘ 19801226’、 ‘ 北京 ’ 和 ‘ 1100’等都是分量 。 ? 而學(xué)生 （ 學(xué)號(hào) ， 姓名 ， 性別 ， 出生年月日 ， 家庭所在地 ，家庭人均月收入 ） 是這個(gè)關(guān)系的關(guān)系模式 。 47 關(guān)系模型（續(xù)三） ? 關(guān)系模型既可以反映屬性之間一對(duì)多的關(guān)系 ， 也可以反映屬性之間多對(duì)多的關(guān)系 。 ? 關(guān)系模型具有以下特點(diǎn)： (1) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 概念清楚； (2) 能夠直接反映實(shí)體之間一對(duì)一 、 一對(duì)多和多對(duì)多關(guān)系； (3) 通過(guò)公共屬性就可以建立表與表之間的聯(lián)系 ， 從而就建立了實(shí)體之間的聯(lián)系； (4) 具有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ) 。 48 面向?qū)ο竽Ｐ? ? 面向?qū)ο竽Ｐ停?Object Oriented Model）是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中最近出現(xiàn)的一種模型。面向?qū)ο竽Ｐ椭凶罨镜母拍钍菍?duì)象（ object）和類（ class）。 ? 面向?qū)ο竽Ｐ褪钦诎l(fā)展中的模型，具有廣闊的前途和生命力。 49 關(guān)系的完整性 ? 關(guān)系模型允許定義三類完整性： 實(shí)體完整性 、 參照完整性和 用戶定義的完整性 。 ? 實(shí)體完整性和參照完整性是關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件，被稱為 關(guān)系的兩個(gè)不變性 ，由關(guān)系系統(tǒng)自動(dòng)支持。 ? 這里先列出 3個(gè)例題，以便后面引用。 例 11 學(xué)生實(shí)體和專業(yè)實(shí)體可以用下面的關(guān)系表示（其中主碼用紅色體字標(biāo)識(shí)）： 學(xué)生 (學(xué)號(hào) ，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，年齡 ) 專業(yè) (專業(yè)號(hào) ，專業(yè)名 ) 50 關(guān)系的完整性（續(xù)一） 例 12 學(xué)生實(shí)體、課程實(shí)體、學(xué)生與課程之間的選課及成績(jī)實(shí)體可以用如下 3個(gè)關(guān)系來(lái)表示： 學(xué)生 (學(xué)號(hào) ，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，年齡 ) 課程 (課程號(hào) ，課程名，學(xué)分 ) 選課及成績(jī) (學(xué)號(hào) ， 課程號(hào) ，成績(jī) ) 例 13 另一個(gè)學(xué)生實(shí)體的關(guān)系是： 學(xué)生 2(學(xué)號(hào) ，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，年齡， 班長(zhǎng)學(xué)號(hào) ) 51 實(shí)體完整性 ? 一個(gè) 基本關(guān)系 通常對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)實(shí)體集。例如，學(xué)生關(guān)系對(duì)應(yīng)學(xué)生的集合。 ? 現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體是可區(qū)分的，即它們具有某種唯一性標(biāo)識(shí)。相應(yīng)地，關(guān)系模型中以主碼作為唯一性標(biāo)識(shí)。 ? 主碼中的屬性即主屬性不能取空值。所謂空值就是“不知道”或“無(wú)意義”的值。如果主屬性取空值，就說(shuō)明存在某個(gè)不可標(biāo)識(shí)的實(shí)體，即存在不可區(qū)分的實(shí)體，這與現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用環(huán)境相矛盾，因此這個(gè)實(shí)體一定不是一個(gè)完整的實(shí)體。 52 實(shí)體完整性（續(xù)一） 實(shí)體完整性 (Entity Integrity)規(guī)則 ： ? 若屬性 A是基本關(guān)系 R的主屬性，則屬性 A不能取空值。 ? 在例 11的學(xué)生關(guān)系中，學(xué)號(hào)為主碼，則學(xué)號(hào)不能取空值。 ? 實(shí)體完整性規(guī)則規(guī)定基本關(guān)系的所有主屬性都不能取空值，而不僅是主碼整體不能取空值 。在 ? 例 12的選課及成績(jī)關(guān)系中，學(xué)號(hào) +課程號(hào)為主碼，則學(xué)號(hào)和課程號(hào)兩個(gè)屬性都不能取空值。 53 參照完整性 ? 現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體之間往往存在某種聯(lián)系，在關(guān)系模型中實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來(lái)描述的。這樣就自然存在著關(guān)系與關(guān)系間的引用。 ? 例 11的兩個(gè)關(guān)系之間存在著屬性的引用，即學(xué)生關(guān)系引用了專業(yè)關(guān)系的主碼“專業(yè)號(hào)”。顯然，學(xué)生關(guān)系中的專業(yè)號(hào)值，必須是確實(shí)存在的專業(yè)的“專業(yè)號(hào)”，即專業(yè)關(guān)系中有該專業(yè)的記錄。這就是說(shuō)，學(xué)生關(guān)系中的某個(gè)屬性的取值需要參照專業(yè)關(guān)系對(duì)應(yīng)屬性的取值。 54 參照完整性（續(xù)一） ? 例 12的 3個(gè)關(guān)系之間也存在著屬性的引用，即選課及成績(jī)關(guān)系引用了學(xué)生關(guān)系的主碼“學(xué)號(hào)”和課程關(guān)系的主碼“課程號(hào)”。 ? 選課及成績(jī)關(guān)系中的學(xué)號(hào)值必須是確實(shí)存在的學(xué)生的“學(xué)號(hào)”，即學(xué)生關(guān)系中有該學(xué)生的記錄；選課及成績(jī)關(guān)系中的課程號(hào)值，也必須是確實(shí)存在的課程的“課程號(hào)”，即課程關(guān)系中有該課程的記錄。 ? 選課及成績(jī)關(guān)系中某些屬性的取值需要參照其他關(guān)系對(duì)應(yīng)屬性的取值。 55 參照完整性（續(xù)二） ? 不僅兩個(gè)或兩個(gè)以上的關(guān)系間可以存在引用關(guān)系，同一關(guān)系內(nèi)部屬性間也可能存在引用關(guān)系。 ? 在例 13的關(guān)系中，“學(xué)號(hào)”屬性是主碼，“班長(zhǎng)學(xué)號(hào)”屬性表示該學(xué)生所在班級(jí)的班長(zhǎng)的學(xué)號(hào)，班長(zhǎng)必須是這個(gè)班的學(xué)生，即“班長(zhǎng)學(xué)號(hào)”必須是確實(shí)存在的學(xué)生的“學(xué)號(hào)”。 56 參照完整性（續(xù)三） ? 設(shè) F是基本關(guān)系 R的一個(gè)或一組屬性，但不是關(guān)系 R的碼，如果 F與基本關(guān)系 S的主碼 K相對(duì)應(yīng)，則稱 F是基本關(guān)系 R的外碼 (Foreign key)，并稱基本關(guān)系 R為 參照關(guān)系 (Referencing relation)，基本關(guān)系 S為 被參照關(guān)系 (Referenced relation)或 目標(biāo)關(guān)系 (Target relation)。關(guān)系 R和 S不一定是不同的關(guān)系。 ? 目標(biāo)關(guān)系 S的主碼 Ks和參照關(guān)系 R的外碼 F必須定義在同一個(gè)(或一組 )域上。 57 參照完整性（續(xù)四） ? 下圖清楚地表達(dá)了例 1例 12和例 13的參照關(guān)系 。 58 參照完整性（續(xù)五） ? 參照完整性規(guī)則就是定義外碼與主碼之間的引用規(guī)則。 參照完整性 (Referential Integrity)規(guī)則： ? 若屬性 (或?qū)傩越M )F是基本關(guān)系 R的外碼，它與基本關(guān)系 S的主碼 Ks相對(duì)應(yīng) (基本關(guān)系 R和 S不一定是不同的關(guān)系 )，則對(duì)于 R中每個(gè)元組在 F上的值必須為： ? 或者取空值 (F的每個(gè)屬性值均為空值 )； ? 或者等于 S中某個(gè)元組的主碼值。 59 參照完整性（續(xù)六） ? 對(duì)于例 11，學(xué)生關(guān)系中每個(gè)元組的專業(yè)號(hào)屬性只能取下面兩類值： ? 空值，表示尚未給該學(xué)生確定所學(xué)專業(yè)； ? 非空值，這時(shí)該值必須是專業(yè)關(guān)系中某個(gè)元組的專業(yè)號(hào)值，表示該學(xué)生不可能分配到一個(gè)不存在的專業(yè)中學(xué)習(xí)。即被參照關(guān)系“專業(yè)”中一定存在一個(gè)元組，它的主碼值等于該參照關(guān)系“學(xué)生”中的外碼值。 60 參照完整性（續(xù)七） ? 對(duì)于例 12中的選課及成績(jī)關(guān)系，按參照完整性規(guī)則，學(xué)號(hào)和課程號(hào)屬性也可以取兩類值：空值或目標(biāo)關(guān)系中已經(jīng)存在的值。但由于學(xué)號(hào)和課程號(hào)是選課及成績(jī)關(guān)系中的主屬性，按照實(shí)體完整性規(guī)則，它們均不能取空值。所以選課及成績(jī)關(guān)系中的學(xué)號(hào)和課程號(hào)屬性實(shí)際上只能取相應(yīng)被參照關(guān)系中已經(jīng)存在的主碼值 。 61 參照完整性（續(xù)八） ? 參照完整性規(guī)則中， R與 S可以是同一個(gè)關(guān)系。 例如，對(duì)于例 13，按照參照完整性規(guī)則，班長(zhǎng)屬性值可以取兩類值： ? 空值，表示該學(xué)生所在班級(jí)尚未選出班長(zhǎng) ； ? 非空值，這時(shí)該值必須是本關(guān)系中某個(gè)元組的學(xué)號(hào)值 。 62 用戶定義的完整性 ? 實(shí)體完整性和參照性適用于任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。除此之外，不同的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境的不同，往往還需要一些特殊的約束條件。 ? 用戶定義的完整性就是針對(duì)某一具體關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的約束條件，它反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的實(shí)際要求，即取值的限制范圍。 63 （續(xù)） ? 例如，某個(gè)非主屬性不能取空值（如：姓名）、某個(gè)屬性的取值范圍限定在 0～ 100之間（如：成績(jī)）、某個(gè)屬性只能取幾個(gè)特定的值（如：性別）等。關(guān)系模型應(yīng)提供定義和檢驗(yàn)這類完整性機(jī)制，以便用統(tǒng)一的系統(tǒng)的方法處理它們，而不要由應(yīng)用程序承擔(dān)這一功能。 64 關(guān)系模型的規(guī)范化 ? 用關(guān)系模型描述現(xiàn)實(shí)世界直觀、明了。但是，要做到用關(guān)系模型很好地描述現(xiàn)實(shí)世界卻不是一件容易的事情。 ? 設(shè)計(jì)一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫(kù)是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工作，規(guī)范化理論就是設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)非常有用的輔助工具。 ? 一般地說(shuō)，關(guān)系模型的范式級(jí)別越高，設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量越高。第一范式是關(guān)系模型規(guī)范化最基本的要求，第二范式的級(jí)別比第一范式高，第三范式的級(jí)別又比第二范式高。 65 第一范式 ? 如果關(guān)系模式 R的每一個(gè)關(guān)系的屬性值都是不可分的原子值，則稱 R屬于 第一范式 (1NF)。 ? 屬于 1NF的關(guān)系稱為規(guī)范化關(guān)系，不屬于 1NF的關(guān)系稱為非規(guī)范化關(guān)系。 ? 不難驗(yàn)證，表 11和表 12所示的實(shí)體集都是屬于 1NF的規(guī)范化關(guān)系。 ? 但是實(shí)際問(wèn)題中的報(bào)表結(jié)構(gòu)有許多是非規(guī)范化的。例如，下頁(yè)表 13是不規(guī)范的。 ? 從規(guī)范化的關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫(kù)是完全能夠生成象表 13這樣結(jié)構(gòu)的報(bào)表的。 66 第一范式（續(xù)一） 表 13 指導(dǎo)研究生 導(dǎo)師姓名 專業(yè) 學(xué)生 研究生 1 研究生 2 林知榮 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 田園 劉剛 周銀華 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) 曲彩燕 黎祥 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù) 邱羅耕 方萍 ? 實(shí)際問(wèn)題中的報(bào)表結(jié)構(gòu)有許多是非規(guī)范化的。例如，表 13是不規(guī)范的。 ? 不能依這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系模型，必須將這樣的表需要的數(shù)據(jù)（以及其它數(shù)據(jù)）進(jìn)行處理，使之規(guī)范化。 ? 從規(guī)范化的關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫(kù)是完全能夠生成象表 13這樣結(jié)構(gòu)的報(bào)表的。 67 第一范式（續(xù)二） 表 14 教師任課 教工編號(hào) 姓名 課程號(hào) 課程名稱 10013 羅開才 C031 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) 10013 羅開才 C032 數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用 10013 羅開才 C043 操作系統(tǒng) 10036 劉霞 C031 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) 10036 劉霞 C032 數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用 10036 劉霞 C051 軟件工程 10038 歐陽(yáng)華 D001 統(tǒng)計(jì)原理 10038 歐陽(yáng)華