第二章数据库技术与Access教案

第2章关系数据库设计2.1关系模型与关系运算教学目的掌握关系数据模型的基本概念掌握关系数据模型的相关术语掌握关系运算·掌握关系模式的规范化·掌握数据库设计的步骤2.2

关系模式的规范化2.3

数据库设计的步骤本章小结习

题实

验第2章关系数据库设计2.1关系数据模型与关系运算目录上页下页结束2.1.1关系数据模型目前广泛应用的数据库管理系统几乎都是支持关系模型的，被称为关系数据库管理系统（Relational

DataBase

Management

System，RDBMS）。关系数据模型的数据结构关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，由行和列组成。关系（Relation）：整个表就是一个关系，每个关系都有一个关系名。元组（Tuple）：表中的一行称为一个元组，与实体相对应，相当于记录。属性（Attribute）：表中的一列称为一个属性，如果给每个属性取一个名字称为属性名。主码（Key）：是表中的某个属性组。它可以惟一确定一个元组。域（Domain）：属性的取值范围。分量：一个元组在一个属性上的值称为该元组在此属性上的分量。关系模式：对关系的描述，由关系名及其所有属性名组成的集合。格式：关系名（属性1，属性2，…）。第2章关系数据库设计2.1.1关系数据模型关系模型的操作主要包括：查询、插入、删除和修改数据。关系模型中的数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系。关系模型的存取路径对用户是透明的，用户在存取时不需要考虑其物理存取路径。完整性约束实体完整性关系的主码中的属性值不能为空值。参照完整性定义：设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的主码。如果F与基本关系S的主码KS相对应，则称F是基本关系R的外码。并称基本关系R为参照关系，基本关系S为被参照关系或目标关系。用户定义的完整性用户针对具体的应用环境定义完整性约束条件。目录上页下页结束第2章关系数据库设计2.1.2关系代数1.传统的集合运算传统的集合运算是二目运算，包括：并、差、交、广义笛卡尔积四种。（1）并其结果仍为n目关系，由属于R或属于S关系R和S的并可以记作：的元组构成。（2）差关系R和S的差可以记作：。其结果仍为n目关系，由属于R且不属于S的元组构成。即：所有出现在一个关系而不在另一关系中的元组集合。（3）交。其结果仍为n目关系，由属于R且属于S的关系R和S的交可以记作：元组构成。交运算可以通过差运算来重写：。（4）广义笛卡尔积关系R（n目）和S（m目）的广义笛卡尔积是一个（n+m）列的元组的集合。记作：

。目录上页下页结束第2章关系数据库设计2.1.2关系代数专门的关系运算选择基本定义：在关系R中选择满足给定条件的元组（从行的角度）。格式：投影基本定义:关系R的投影是从R中选择出若干属性列组成新的关系。格式： 即：A为R中的属性列。连接基本定义:连接也称为θ连接，它是从两个关系中笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。格式为：=

{trts

|

tr

R∧tsS∧tr

[A]θts

[B]}A和B：分别为R和S上度数相等且可比的属性组。θ：比较运算符。连接运算包括两类：等值连接和自然连接。目录上页下页结束第2章关系数据库设计2.2关系模式的规范化模式规范化的必要性在针对一个具体问题，该如何构造一个适合于它的数据模式，确切地讲是关系数据库逻辑设计问题，即关系模式的规范化。如：我们需要建立一个数据库来描述学生的一些情况。对象有：学生(Sno)，系(Sdept)，系主任(MN)，课程(Cname)和成绩(G)。事实有：一个系有若干学生,但一个学生只属于一个系；一个系只有一名系主任；一个学生可以选修多门课程，每门课程有若干学生选修；每个学生学习每一门课程只有一个成绩。如果只考虑函数依赖这一种数据依赖（属性间的决定关系），我们就得到了一个描述学生的数据模式：S〈U，F〉，其中U表示S的属性，即U={Sno，Sdept，MN，Cname，G}；

F表示属性间的依赖关系，即F={Sno→Sdept，Sdept→MN，(Sno，Cname)→G}，含义是Sno可以唯一决定Sdept，Sdept可以唯一决定MN，Sno和Cname可以唯一决定G。目录上页下页结束第2章关系数据库设计2.2.1模式规范化的必要性“毛病”：①插入异常②删除异常③冗余太大原因：这个模式中的函数依赖存在某些不好的性质。从直观上分析一个学生的情况与这个系的系主任有没有必然的联系？没有！一个学生某门课的成绩与这个学生在哪个系又有必然的联系？没有！可以想像可能正是将这些不相关的数据放到一起从而造成了关系模式不好的特性。解决的方法：对原模式进行分解。S（Sno，Sdept，Sno→Sdept）；SG（Sno，Cname，G，(Sno,Cname)→G）；DEPT（Sdept，MN，Sdept→MN）；目录上页下页结束第2章关系数据库设计2.2.2模式的规范化1.基本概念函数依赖设R(U)是属性集U上的关系模式。X，Y是U的子集。若对于R(U)的任意一个可能的关系r，r中不可能存在两个元组在X上的属性值相等，而在Y上的属性值不等，则称X函数确定Y或Y函数依赖于X，记作X→Y。完全、部分、传递函数依赖在R(U)中，如果X→Y，并且对于X的任何一个真子集X‘，都有X’Y，则称Y对X完全函数依赖，记作X Y

。若X→Y，但Y不完全函数依赖于X，则称Y对X部分函数依赖，记作XY。码设K为R(U，F)中的属性或属性组合，若K U，则K为R的候选码。若候选码多于一个，则选定其中的一个为主码（Primary

Key）。主属性非主属性（Nonprime

Attribute）或非码属性（Non-key

Attribute）全码（All-Key）：整个属性组是码。目录上页下页结束第2章关系数据库设计2.2.2模式的规范化2.范式范式是对关系的不同数据依赖程度的要求，根据满足的约束条件确定满足那个范式，满足最低要求的为第一范式（1NF）。①第一范式（1NF）对于一张二维表，如果它的每一个分量都是不可分的数据项。我们称这个关系模式满足了第一范式（1NF）。②第二范式（2NF）若关系R∈1NF，且每一个非主属性完全函数依赖于码，则关系R∈2NF。③第三范式（3NF）关系模式R(U，F)中，若不存在这样的码X，属性组Y及非主属性Z(Z Y)，使得下式成立：X→Y（Y X），Y→Z，则称R 3NF，或称消除非主属性对码的传递依赖。④BCNF（修正的第三范式）关系模式R(U，F)中，对于属性组X，Y，若X→Y且Y X时X必含有码，则R(U，F)BCNF。即要求在关系模式R中，每一个决定因素都包含码，或称消除主属性对码的部分、传递依赖。目录上页下页结束第2章关系数据库设计2.3关系数据库设计的步骤与内容数据库设计的一般步骤用户需求分析理解用户对该项目所提出的各种要求，并进一步对各个环节进行抽象。需求分析是整个设计过程的基础，概念结构设计通过用E-R图表示，对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型。逻辑结构设计将概念结构转换为某个RDBMS所支持的数据模型，并对其进行优化物理结构设计数据库实施数据库的维护目录上页下页结束第2章关系数据库设计本章小结在数据库领域内，通常把使用数据库的各类信息系统都称为数据库应用系统。数据库设计广义地讲是数据库及其应用系统的设计，即设计整个的数据库应用系统。狭义地讲是设计数据库本身即设计数据库的各级模式并建立数据库，这是数据库应用系统设计的一部分。数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造（设计）优化的数据库逻辑

模式和物理结构，并据此建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储和管理数据，满足各种用户的应用需求，包括信息管理要求和数据操作要求。数据库设计的目标是为用户和各种应用系统提供一个信息基础设施和高效的

运行环境。设计一个数据库应用系统需要经历需求分析、概念设计、逻辑结构设计、物理设计、实施、运行维护六个阶段，设计过程中往往还会有许多反复。目录上页下页结束第2章关系数据库设计习题一、选择题对关系模型叙述错误的是（ ）。建立在严格的数学理论、集合论和谓词演算公式的基础之上B．微机DBMS绝大部分采取关系数据模型用二维表表示关系模型是其一大特点不具有连接操作的DBMS也可以是关系数据库系统2．关系数据库管理系统应能实现的专门关系运算包括（ ）。A．排序、索引、统计 B．选择、投影、连接C．关联、更新、排序 D．显示、打印、制表3．关系模型中，一个关键字是（ ）。A．可由多个任意属性组成B．至多由一个属性组成C．可由一个或多个其值能惟一标识该关系模式中任何元组的属性组成D．以上都不是在一个关系中如果有这样一个属性存在，它的值能惟一地标识关系中的每一个元组，称这个属性为（ ）。关键字 B．数据项C．主属性 D．主属性值目录上页下页结束5．同一个关系模型的任两个元组值（）。A．不能全同C．必须全同B．可全同

D．以上都不是第2章关系数据库设计习题6．在通常情况下，下面的关系中不可以作为关系数据库的关系是（ ）。A．R1(学生号，学生名，性别)B．R2(学生号，学生名，班级号)C．R3(学生号，学生名，出生日期)D．R4(学生号，学生名，简历)二、填空题DBMS在三级模式之间提供两层映像，以保证数据库中的数据具有较高的

独立性与

独立性。常用的数据模型有

和

。数据库是长期存储在计算机内的

的和

的数据集合。数据库系统的三级模式是指数据库系统由

、

和内模式三级构成。数据模型是现实世界数据特征的

，它是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于DBMS的实现，依赖于特定的

系统。目录上页下页结束第2章关系数据库设计习题三、简答题试述数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统的概念。使用数据库系统有什么好处?试述数据库系统的特点。数据库管理系统的主要功能有哪些?试述概念模型的作用。定义并解释概念模型中以下术语：实体,实体型,实体集,属性,码,实体联系。试述数据库系统三级模式结构,这种结构的优点是什么?什么叫数据与程序的物理独立性?什么叫数据与程序的逻辑独立性?为什么数据库系统具有数据与程序的独立性?试述数据库系统的组成。DBA的职责是什么?四、练习试给出3