【正文】 于 5000。 ? 通過使用這些強(qiáng)制的完整性定義，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將提供更加可靠的數(shù)據(jù)，同時(shí)避免在多個(gè)用戶同時(shí)操作數(shù)據(jù)庫時(shí)可能發(fā)生的數(shù)據(jù)不一致。 ? 4．專門的關(guān)系運(yùn)算 ? 專門的關(guān)系運(yùn)算包括選擇、投影、連接等。 ? （ 1）選擇運(yùn)算（ Selection）。選擇運(yùn)算是從指定的關(guān)系中，選取其中滿足條件的若干個(gè)元組，組成新的關(guān)系。選擇的結(jié)果是原關(guān)系的一個(gè)子集，且關(guān)系的模型不變。 ? 選擇運(yùn)算表示為： ? ? 其中， σ代表選擇運(yùn)算符， R是指定的關(guān)系名， r是元組， F是指定的條件，它是一個(gè)邏輯表達(dá)式，取邏輯值“真”或“假”。 ? 假設(shè)公司管理數(shù)據(jù)庫中，員工關(guān)系 employee如表 24所示。 ( R ) { R F ( ) }F r r r? ??? ? ? ? 真雇員 ID 姓 名 性 別 薪水（元） 獎(jiǎng)金（元） 0001 張紅 女 3000 600 0002 李平 男 4000 800 0003 黎明 男 3500 600 0004 孫晨 女 3400 700 0005 劉麗 女 4000 800 表 24 employee關(guān)系 例如，查詢性別為“女”的雇員信息： 結(jié)果如表 25所示。選擇運(yùn)算實(shí)際從關(guān)系 R中選取表達(dá)式 F為真的元組，也就是從關(guān)系的水平方向（行）進(jìn)行運(yùn)算，取子集。 雇員 ID 姓 名 性 別 薪水（元） 獎(jiǎng)金（元） 0001 張紅 女 3000 600 0004 孫晨 女 3400 700 0005 劉麗 女 4000 800 （ 2）投影運(yùn)算。投影運(yùn)算是從指定的關(guān)系中，按給定的條件選取若干個(gè)屬性列，從而構(gòu)成一個(gè)新的關(guān)系。選擇運(yùn)算表示為： ( R ) [ A ]A r r R??＝ ｛ ｝其中， Π是投影運(yùn)算符， A為 R的屬性列或?qū)傩越M， r[A]表示 r元組中相應(yīng)于屬性（組） A的分量。 例如，查詢 employee關(guān)系中雇員的姓名、性別和薪水： 結(jié)果如表 26所示。投影運(yùn)算是從關(guān)系垂直方向（列）進(jìn)行的運(yùn)算，因此，投影之后屬性減少了，剩下的元組可能出現(xiàn)重復(fù)，投影運(yùn)算同時(shí)會(huì)取消這些重復(fù)的元組。這樣，新關(guān)系和原關(guān)系不是同類關(guān)系。 , ( e m pl oy e e )? 姓 名 性 別 薪 水姓 名 性 別 薪水（元） 獎(jiǎng)金（元） 張紅 女 3000 600 李平 男 4000 800 黎明 男 3500 600 孫晨 女 3400 700 劉麗 女 4000 800 ? 實(shí)際上，投影的操作首先根據(jù)指定的屬性（組），形成可能有重復(fù)行的新表，然后刪除重復(fù)行。投影運(yùn)算的操作除了涉及行外，還有可能涉及列。 ? （ 3）連接運(yùn)算（ Join）。 ? 選擇和投影運(yùn)算都屬于單目運(yùn)算，它們的操作對(duì)象只是一個(gè)關(guān)系。連接運(yùn)算是雙目運(yùn)算，需要兩個(gè)關(guān)系作為操作對(duì)象。 ? ① 等值連接。等值連接運(yùn)算是選取若干個(gè)指定關(guān)系中滿足條件的元組，從左至右進(jìn)行連接，從而構(gòu)成一個(gè)新關(guān)系的運(yùn)算。 ? 等值連接表示為： RS={tr∧ ts∣ tr∈ R∧ ts∈ S∧ tr[A] θts[B]} AθB ? 其中， A和 B分別是關(guān)系 R和 S上可比的屬性組。 θ是算術(shù)運(yùn)算符，當(dāng) θ為“ =‖時(shí)，稱為等值連接；當(dāng) θ為“ ‖時(shí)，稱為小于連接；當(dāng) θ為“ ‖時(shí)，稱為大于連接。連接運(yùn)算是從兩個(gè)關(guān)系 R和 S的笛卡兒積中選取滿足連接條件的那些元組。 ? 例如，設(shè)關(guān)系 R和 S分別有 m和 n個(gè)元組， R與 S的連接過程要訪問 m n個(gè)元組。先從 R關(guān)系中的第一個(gè)元組開始，依次與 S關(guān)系的各元組比較，符合條件的兩元組首尾相連納入新關(guān)系，一輪共進(jìn)行 n次比較；再用 R關(guān)系的第二個(gè)元組對(duì) S關(guān)系的各元組掃描，符合條件的兩元組首尾相連再納入新關(guān)系。以此類推，直到 R中 ? 所有元組被掃描完畢，則關(guān)系 R共需進(jìn)行 m輪掃描。如果 m=500， n=50，則 R、S的連接過程需要進(jìn)行 25 000次存取。由此可見，查詢時(shí)應(yīng)考慮優(yōu)化，以便提高查詢效率。如果有可能，應(yīng)當(dāng)首先進(jìn)行選擇運(yùn)算，使關(guān)系中元組個(gè)數(shù)盡量少，然后能投影的先投影，使關(guān)系中屬性個(gè)數(shù)較少，最后再進(jìn)行連接。 ? ② 自然連接。自然連接是去掉重復(fù)屬性的等值連接。它屬于連接運(yùn)算的一個(gè)特例，是最常用的連接運(yùn)算，在關(guān)系運(yùn)算中起著重要作用。它要求兩個(gè)關(guān)系中進(jìn)行比較的分量必須是相同的屬性組。 ? 自然接連表示為： R S={tr∧ ts∣ tr∈ R∧ ts∈ S∧ tr[A] θts[B]} ? 自然連接與等值連接的區(qū)別如下。 ? ● 自然連接要求連接兩個(gè)關(guān)系的分量必須有共同的屬性名，等值連接則不要求。 ? ● 自然連接要求刪除重復(fù)的屬性，等值連接不要求。 ? ● 自然連接與等值連接都是把滿足條件的兩個(gè)關(guān)系連接在一起形成一個(gè)范圍更大的關(guān)系，生成的新關(guān)系中包含滿足條件的所有元組。 范式理論 ? 關(guān)系數(shù)據(jù)庫范式理論是在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程中將要依據(jù)的準(zhǔn)則，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)必須要滿足這些準(zhǔn)則，才能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。這些準(zhǔn)則被稱為規(guī)范化形式，即范式。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程中，對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢查和修改并使它符合范式的過程叫做規(guī)范化。 ? 范式按照規(guī)范化的級(jí)別分為 5種：第一范式（ 1NF）、第二范式（ 2NF）、第三范式（ 3NF）、第四范式（ 4NF）和第五范式（ 5NF）。在實(shí)際的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程中，通常需要用到的是前三類范式。 ? 1．第一范式 ? 第一范式要求每一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)都不能拆分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)項(xiàng)。例如，教師（編號(hào)，姓名，性別，職稱職務(wù)）并不滿足第一范式，因?yàn)椤奥毞Q職務(wù)”屬性可以再分解為職稱、職務(wù)兩個(gè)字段。 ? 2．第二范式 ? 如果一個(gè)數(shù)據(jù)表已經(jīng)滿足第一范式，而且該數(shù)據(jù)表中的任何一個(gè)非主鍵字段的數(shù)值都依賴于該數(shù)據(jù)表的主鍵字段，那么該數(shù)據(jù)表滿足第二范式，即 2NF。例如，在 p_order表（表 27）中，數(shù)據(jù)表的主鍵是訂單 ID。其中，“產(chǎn)品名”字段完全依賴于“產(chǎn)品 ID‖字段，而不是取決于訂單 ID。 范式理論 ? 因此，該表所示的 p_order表不滿足第二范式。但該數(shù)據(jù)表中的其他字段都完全依賴于該表的主鍵宇段“訂單 ID‖。因此，可以將該數(shù)據(jù)表中的“產(chǎn)品名”字段去掉，以滿足第二范式，如表 28所示。 ? 表 27 不滿足第二范式的 p_order表 訂單 ID 產(chǎn)品 ID 產(chǎn)品名 數(shù)量（件） 雇員 ID 客戶 ID 訂貨日期 27 269 毛巾 10000 1 17 12/05/2006 28 156 臉盆 5000 2 18 15/05/2006 表 28 滿足第二范式的 p_order表 訂單 ID 產(chǎn)品 ID 數(shù)量（件） 雇員 ID 客戶 ID 訂貨日期 27 269 10000 1 17 12/05/2006 28 156 5000 2 18 15/05/2006 范式理論 范式理論 3．第三范式 如果一個(gè)數(shù)據(jù)表已經(jīng)滿足第二范式，而且該數(shù)據(jù)表中的任何兩個(gè)非主鍵字段的數(shù)值之間不存在函數(shù)依賴關(guān)系，那么該數(shù)據(jù)表滿足第三范式，即 3NF。如果在 employee表中，“獎(jiǎng)金”字段的數(shù)值是“薪水”字段數(shù)值的 20％，那么，這兩個(gè)宇段之間存在著函數(shù)關(guān)系。故表 29所示的 employee表不滿足第三范式?？梢詫ⅰ蔼?jiǎng)金”字段從該表中刪除，以滿足第三范式，如表 210所示。 ? 表 29 不滿足第三范式的 employee表 雇員 ID 姓 名 性 別 薪水（元） 獎(jiǎng)金（元） 0001 張三 男 3000 600 0002 李四 男 4000 800 表 210 滿足第三范式的 employee表 雇員 ID 姓 名 性 別 薪水（元） 0001 張三 男 3000 0002 李四 男 4000 實(shí)際上，第三范式就是要求不要在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)可以通過簡(jiǎn)單計(jì)算得出的數(shù)據(jù)。這樣不但可以節(jié)省存儲(chǔ)空間，而且在擁有函數(shù)依賴的一方發(fā)生變動(dòng)時(shí)．避免了修改成倍數(shù)據(jù)的麻煩，同時(shí)也避免了在這種修改過程中可能造成的人的錯(cuò)誤。 通過對(duì)表的規(guī)范化過程可以看出，數(shù)據(jù)表規(guī)范化的程度越高，數(shù)據(jù)冗余就越小，同時(shí)造成人為錯(cuò)誤的可能性就越小；反之，規(guī)范化的程度越低，在查詢檢索時(shí)需要做的關(guān)系等工作就越多，數(shù)據(jù)庫在操作過程中需要訪問的數(shù)據(jù)表以及之間的關(guān)系也就越多。因此，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的規(guī)范化過程中，要根據(jù)數(shù)據(jù)庫需求的實(shí)際情況，選擇一個(gè)折衷的規(guī)范化程度。 公司管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) ? 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是指對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造出數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，從而有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的信息處理需求。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在 DBMS的支持下，按照數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)規(guī)范化的要求和用戶需求，規(guī)劃、設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)良好、使用方便、效率較高的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。 ? 大型數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和開發(fā)是一項(xiàng)龐大的工程，其開發(fā)周期較長(zhǎng)，必須把軟件工程的原理和方法應(yīng)用到數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中來。因此按照規(guī)范化的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)一般分為 4步：需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫實(shí)施、運(yùn)行及維護(hù)。 需求分析 ? 進(jìn)行數(shù)據(jù)庫軟件開發(fā)，首先要了解與分析用戶需求。需求分析是整個(gè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)過程的基礎(chǔ)，需求分析做得是否準(zhǔn)確與充分將決定數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)速度與質(zhì)量。 ? 在需求分析階段，將對(duì)需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理，并組織建立完整的數(shù)據(jù)集?？梢允褂枚喾N方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，如相關(guān)人員調(diào)查、歷史數(shù)據(jù)查閱、觀摩實(shí)際的運(yùn)作流程以及轉(zhuǎn)換各種實(shí)用表單等。公司管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過觀摩實(shí)際的運(yùn)作流程進(jìn)行需求分析，從而得出該公司銷售的實(shí)際運(yùn)作過程，如圖 29所示。 ? ? 圖 29 公司銷售的數(shù)據(jù)流程 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ? 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。它通過對(duì)用戶需求進(jìn)行綜合、歸納和抽象，確定實(shí)體、屬性及它們之間的聯(lián)系，形成一個(gè)獨(dú)立于具體DBMS并反映用戶需求的概念模型。實(shí)際上，概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是將系統(tǒng)需求分析階段得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)的過程，一般可以利用 ER圖來描述概念結(jié)構(gòu)。 ER圖是數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最常用的工具之一。 ? 在需求分析的基礎(chǔ)上，用 ER模型表示數(shù)據(jù)及其相互間的聯(lián)系，產(chǎn)生反映用戶信息需求的數(shù)據(jù)模型。概念設(shè)計(jì)的目的是準(zhǔn)確地描述應(yīng)用領(lǐng)域的信息模式，支持用戶的各種應(yīng)用，概念設(shè)計(jì)的成果是繪制出公司管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的 ER圖。 ? 通過對(duì)公司管理數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計(jì)，獲得以下兩方面的成果。 ? （ 1）公司管理數(shù)據(jù)庫需要表述的信息有以下幾種。 ? ● 產(chǎn)品信息 ? ● 客戶信息 ? ● 雇員信息 ? ● 訂單信息 ? （ 2）公司管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的 ER模型，如圖 210所示。 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 210 公司管理系統(tǒng)的 ER圖 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ? 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)就是將概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段所產(chǎn)生的 ER模型轉(zhuǎn)換為具體的 DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并對(duì)該數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化。邏輯模型是可被 DBMS處理的數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)，它包括數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄及記錄間的聯(lián)系、安全性和數(shù)據(jù)一致性的約束等。 ? 1．轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)表 ? 利用 ER圖到關(guān)系模式轉(zhuǎn)換的有關(guān)知識(shí)，將圖 210所示的公司管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的 ER圖轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表，如圖 211所示。 ? ? 圖 211 將 ER圖轉(zhuǎn)接為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ? 邏輯模式的規(guī)范化和性能優(yōu)化 ? 由 ER圖轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)庫邏輯模型還只是邏輯模式的雛形，要成為邏輯模式，還需要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的處理。 ? （ 1）對(duì)數(shù)據(jù)庫的性能、存儲(chǔ)空間等進(jìn)行優(yōu)化。 ? 下面是對(duì)數(shù)據(jù)庫性能、存儲(chǔ)空間優(yōu)化的一些措施。 ? ● 提高數(shù)據(jù)庫性能的措施有：減小連接運(yùn)算和關(guān)系運(yùn)算的大小和數(shù)據(jù)量等。 ? ● 節(jié)省存儲(chǔ)空間的措施有：減小每個(gè)屬性所占的空間、采用假屬性減少重復(fù)數(shù)據(jù)所占存儲(chǔ)空間。 ? 通過分析公司管理數(shù)據(jù)庫邏輯模式（如圖 211）中的產(chǎn)品信息表（ product），來說明優(yōu)化的原因和措施。該表的結(jié)構(gòu)如表 211所示。 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 產(chǎn)品 ID 產(chǎn) 品 名 單價(jià)（元） 類 別 名 庫存量（件）