第2讲 关系数据模型
(第二讲)数据库(第二章：关系数据库的基本概念)
类型 char(10) char(10) char(2) Int char(4) 学号，主码 姓名：字符类型
说明
性别：只能为男或女 年龄：整形 所在专业编号，外码，参照专业表
4. 选课表（XK_Tab）：记录学生的选课结果，对于任意一门课，每 个学生一年最多只能选一次，因此用课程编号、学号和年份联合作为 选课表的主码。选课表通过学号参照学生表，通过课程编号参照课程 表。
2. 课程表（KC_Tab）：存放多门课程，主码为课程编号。
表2-4 课程表（KC_Tab）
列名 KC_Id KC_Name KC_KC_Id KC_Point
类型 char(4) char(50) char(4) Float
说明 课程编号，主码 课程名称 先修课课程编号 课程的学分
3. 学生表（XS_Tab）：记录学生的基本信息，主码为学号，通过专业 编号参照专业表。
2.3 关系模型规范化
关系模型规范化的目的是为了消除存储异常，减少数据冗余， 保证数据的完整性和存储效率。 关系数据库中的关系是要满足一定的规范化要求的。对于不 同规范化程度，可以使用“范式”来衡量。满足最低要求的为I范 式。。在I范式的基础上，进一步满足一些要求的为II范式，以次 类推。一般情况下，在实践中关系模式满足3范式就基本可以。
元素的每一个值 di 叫作一个分量。关系模型中要求每一 个分量必须属于某种基本数据类型，如整形或字符串型。
关系：笛卡尔积的子集就是一个关系。
R( D1 , D2 ,, Dn )
这里R表示关系的名字，n是关系的目或度。
例: 我们给出如下三个域： D1 =导师集合。导师={王新，赵阳} D2=专业集合。专业={计算机，通信} D3=学生集合。学生={（张三，101），（李四，201）} 则笛卡尔积为： D1XD2XD3={（王新，计算机，张三，101）， （王新，计算机，李四，201），
【《数据库与信息系统》复习题及答案】第2章关系数据库基本知识
答案：A 解析： 在数据库设计中，概念设计用 E-R 图来描述信息结构，与具体的数据库管理系统和 计算机系统无关。数据流图和数据字典是系统分析阶段的工具，结构数据模型是逻辑设计阶 段的结果。
6.数据库概念设计的 E-R 图中，用属性描述实体的特征，属性在 E-R 图中一般用________ 表示。 A. 椭圆形 B. 矩形 C. 四边形 D. 菱形 答案：A 解析： E-R 图主要包括实体、实体属性和实体间的关系，一般用椭圆形表示实体的属性， 用矩形表示实体，用菱形表示实体之间的联系。
13.在数据库中，产生数据不一致的根本原因是________。 A. 数据冗余 B. 数据存储量太大 C. 没有严格保护数据 D. 未对数据进行完整性的控制 答案：A
解析： 数据冗余是造成数据不一致的根本原因，如果完全没有冗余，就没有重复数据，就 不会出现不一致。数据不一致与存储量无关。没有严格保护数据造成数据安全问题，不会产 生数据不一致。未对数据进行完整性的控制会造成数据不一致，但不是根本原因。
7.E-R 图中的一个实体可以与________实体建立联系。 A. 0 个或多个 B. 0 个 C. 1 个 D. 多个 答案：A 解析： 在 E-R 图中，一个实体可能不与任何实体建立联系，也可能与多个实体有联系，因 为现实世界的事物可能存在多种联系。如：学生和课程之间有选修关系，学生和班级之间有 属于关系。
16.在一个关系模式中，侯选关键字和主关键字分别可以有________。 A. 多个、1 个 B. 0 个、多个 C. 1 个、多个 D. 多个、多个 答案：A 解析：候选关键字是能唯一区分数据记录的属性或属性组，一个表至少有 1 个候选关键字， 也就是说最坏的情况就是全部属性一起做候选关键字（即全码）；但主关键字只能有 1 个， 选择其中 1 个候选关键字来做。
《MySQL数据库管理与应用》课程教学大纲
《MySQL数据库管理与应用》课程教学大纲英文名称：课程代码：学分/总学时：3/72（其中课堂：36学时；课内实验：36学时）先修课程：计算机科学概论、数据库原理及应用适用对象：计算机科学与技术、软件工程、大数据、信息管理与信息系统等相关专业一、课程性质与目的本课程主要讲述如何使用MySQL数据库对数据进行有效的组织、存储、管理、检索与维护，为后续系统开发与运维、商务智能等课程的学习奠定信息管理方面的理论和实践基础。
通过本课程的学习，学生应能有意识地搜集并利用数据提升工作效率与效能、优化社会资源配置，从而为我国的信息化、数字化、智能化建设贡献自己的力量。
数据库是计算机软件学科的一个重要分支，数据库管理系统是除操作系统之外最复杂、也最重要的系统软件。
它研究如何有效地存储、管理和使用数据，有较强的理论性和实用性。
随着计算机应用的发展，基于数据库技术的计算机应用已成为计算机应用的主流，数据库应用领域也从数据处理、信息管理、事务处理扩大到计算机辅助设计和制造、人工智能、卫星遥感、地理信息系统等众多新的应用领域。
学习本课程的目的是使学生掌握数据库的基本概念、基础理论和设计方法，以及MySQL 数据库的管理、操作和编程方法，并能合理地设计并使用MySQL数据库对具体领域中的大量信息进行有效的管理和应用。
二、教学内容及要求第1讲数据库概述（4学时）【基本内容】1.数据库、数据库管理系统和数据库系统的基本概念2.数据管理技术的发展历程3.概念模型的概念、作用和E-R图的基本画法4.数据模型的概念、内容和常见的数据模型5.数据库系统的三级模式结构及其两级映像功能【基本要求】1.掌握数据库、数据库管理系统和数据库系统的基本概念2.了解数据管理技术的发展历程3.掌握概念模型和数据模型的基本概念和重要作用4.了解数据库系统的三级模式结构及其两级映像功能和数据独立性之间的关系【重点及难点】重点：数据库和数据库管理系统的基本概念，数据库系统和文件系统的区别和联系，概念模型的重要作用，数据模型的三要素，数据库系统的三级模式结构及其两级映像功能难点：数据库系统和文件系统的区别和联系，数据库系统的两级映像功能和数据独立性之间的关系【教学活动与教学方式】作为开篇，第一章为我们奠定数据库的概念基础，例如，什么是数据库，数据库系统相对于文件系统有哪些优点，什么是数据库管理系统，数据库管理系统有什么样的重要作用，概念模型在数据库设计过程中有什么样的重要作用，数据库的三级模式结构及其两级映像功能如何保证数据独立性等，从中我们可以领会数据库作为目前管理数据最有效手段在信息管理和各行各业信息系统中的基础地位和巨大作用。
教学大纲 -数据库原理与应用教程—SQL Server 2014-赵明渊-清华大学出版社
《数据库原理与应用》课程教学大纲一. 适用对象适用于本科学生。
二. 课程性质数据库应用技术是计算机科学中的核心技术之一，以其为核心的各种数据库应用管理，无可争议地改变了政府部门和企事业单位的运营和管理方式。
随着数据库的应用广度和深度的扩展，不单是计算机和信心技术IT从业者，包括技术管理、工程管理甚至决策人员在内的众多行业的读者都开始关心数据库技术。
今天，理解数据库概念以及掌握相关应用技术已经成为人们，特别是青年一代必备的技能。
本课程系统讲述数据库系统的基础理论、基本技术和基本方法。
内容包括：数据库系统的基本概念、数据模型、关系数据库及其标准语言SQL、数据库安全性和完整性的概念和方法、关系规范化理论、数据库设计方法和步骤，数据库恢复和并发控制等事务管理基础知识，关系查询处理和查询优化等。
前序课程：计算机基础、C语言。
三. 教学目的1. 掌握数据库技术的基本概念、原理、方法和技术。
2. 掌握SQL语言查询和编程的基本技术，具备SQL语言编程能力3. 掌握数据库系统安装、配置和数据库管理和维护的基本技能。
4. 掌握设计数据库的理论和基本方法，具备数据库设计的能力5. 了解数据库技术的最新发展。
四. 教材及学时安排教材：赵明渊，数据库原理与应用教程——SQL Server 2014，清华大学出版社，2018年9月学时安排：讲课32学时，实验32学时，共计64学时五. 教学要求（按章节详细阐述）；第1章数据库系统概论教学要求：理解数据库和数据库系统的概念；掌握数据库系统的组成，掌握数据库管理系统的功能和组成；掌握数据模型的概念和数据模型的类型；掌握设计数据库的基本方法，具备数据库设计的能力；掌握依据需求分析进行概念设计和逻辑设计的技术和方法，具备根据需求分析阶段收集到的信息画出E-R图，并将E-R图转化为关系模式的能力。
内容要点：1.1：数据库系统1.2：数据模型1.3：数据库系统结构1.4：数据库设计第2章关系数据库系统模型教学要求：掌握关系模型的数据结构、关系的完整性以及关系操作等；掌握关系代数的运算规则；理解关系演算的运算规则；了解SQL语言的特点。
第2、3章概念模型和关系模型复习要点
总体要点：实体与联系、E-R图画法、关系模型、E-R图向关系模型的转换、关系模型的数学基础（关系代数）一概念模型: 实体-联系模型。
实体：可以相互区分的事物。
实体集：同类实体的集合。
联系：实体集之间的相互关联。
候选码是在一个实体集（或联系集）中可以用于区分不同实体的单个属性或若干属性的组合。
主码：当一个实体集中有多个候选码，可以选定其中的一个作为主码。
联系—实体集之间的对应关系：一对多联系(1:n) 多对多联系(n:n)一对一联系(1:1) 注意：两个方向结合才能判断一个联系的类型。
二逻辑模型概念模型（实体-联系）只能反映信息世界的抽象表示，还没有反映组织数据和操作数据的方式。
逻辑模型完成此项任务。
逻辑模型要体现三个方面的特征：1）数据结构，描述数据用什么结构组织起来；2）数据操作，描述可以对数据进行哪些操作；3）数据约束，描述数据规则从而保证数据完整。
关系数据模型的特点：用表及表间关联表示数据组织结构；用关系操作表示数据操作；包含一组完整性约束规则。
关系模型的基本概念关系：将一个没有重复行、重复列的二维表看成一个关系。
属性：二维表的每一列在关系中称为属性。
元组（记录）：二维表的每一行在关系中称为关系的一个元组。
关键字：用于区分不同元组的属性或属性组合。
关系中能够作为关键字的属性或属性组合不是唯一的。
凡在关系中能够区分不同元组的属性或属性组合，成为候选关键字，在候选关键字中选择一个作为关键字，成为主关键字或主键。
主键是唯一的。
外部关键字：如果关系中某个属性（或属性组合）是另一个关系的关键字，则称此属性（或属性组合）为本关系的外部关键字。
外部关键字体现联系。
设计关系型数据库中，要明确给出数据库需要哪些关系（表），每个关系有哪些属性，把这些称为数据库的关系模式。
逻辑模型设计阶段的任务就是设计出整个数据库的关系模式。
从概念模型设计的结果——E-R图中，可以导出关系模式，导出方法遵循两点原则：E-R图中的每个实体，都转换成一个关系模式。
《数据库整理》第2章 关系数据库
关系体
随数据更新不断变化
15
.
• 例如，在第1章的图1-22所示的教学数据库中，共有五个关 系，其关系模式可分别表示为：
– 学生（学号，姓名，性别，年龄，系别） – 教师（教师号，姓名，性别，年龄，职称，工资，岗位津贴，系
别）
– 课程（课程号，课程名，课时） – 选课（学号，课程号，成绩） – 授课（教师号，课程号）
• 给定一组域D1，D2，…，Dn（它们可以包含相同的元素， 即可以完全不同，也可以部分或全部相同）。D1，D2，… ，Dn的笛卡尔积为
D1×D2×……×Dn={（d1，d2，…，dn）|di∈Di，i=1，2，…，n}
每一个元素（d1，d2，…，dn）中的每一个值di叫做一个 分量（Component） ，di∈Di 每一个元素（d1，d2，…，dn）叫做一个n元组（n-Tuple ），简称元组（Tuple） (注意：元组是按序排列的)
5
.
笛卡尔积D1×D2×…×Dn的基数M（即元素（d1，d2， …，dn）的个数）为所有域的基数的累乘之
n
积，即M= m i 。 i1
例如，上述表示教师关系中姓名、性别两个域的笛卡尔 积为：
D1×D2={（李力，男），（李力，女），（王平，男），（王平 ，女），（刘伟，男），（刘伟，女）}
分量：李力、王平、刘伟、男、女 元组 ：（李力，男），（李力，女） ，M=m1×m2=3×2=6
第2章 关系数据库
.
• 本章主要按数据模型的三个要素讲述关系数据库的一
些基本理论（关系模型的数据结构、关系的定义和性 质、关系的完整性、关系代数、关系数据库等 ）
• 掌握关系的定义及性质、关系键、外部键等基本概念
以及关系演算语言的使用方法
第2章-关系数据库
计算机科学与工程系
列：属性对应字段
学号 050101
关系对应二维表
姓名 张三秋
性别 男
出生年月 1986-6-9
籍贯 广东
050102
050103 050104
主键
王五
李玉 黄国度
男
女 男
1986-8-8
1985-9-12 1986-8-13
江苏
湖南 广东
行：元组对应记录
分量对应数据项
关系模型与关系数据库的对应关系
院长 张兴杰 杨波 张三 李四 王二 林木
电话 85283291 85285393 85285313 85285329 85285333 85285343
地址 17号楼 信息大楼 1号楼 2号楼 3号楼 4号楼
null
教学进度
计算机科学与工程系
② 参照完整性 是对外键的约束，关系中的外键必 须是另一个关系的主键(或候选键)有效值 或空值(Null)。
A. B. C. D. 层次模型 网状模型 关系模型 以上3个都是
一公司
计算机科学与工程系
二公司
省代理 三公司 四公司
教学进度
复习：选择题
A. B. C. D. 关系型 层次型 网状型 以上皆非
计算机科学与工程系
如图所示的数据模型属于（ ）。
总裁
副总裁
部门A
员工甲
员工乙
教学进度
复习：选择题
计算机科学与工程系
计算机科学与工程系
Access是一种（ ）。
A. B. C. D. 数据库管理系统软件 操作系统软件 文字处理软件 CAD软件
教学进度
复习：选择题
计算机科学与工程系
关系数据库重点
第2章关系数据库教学课时：6课时本章学习目标：1.掌握数据模型的基本概念2.掌握实体-联系模型3.掌握关系模型的概念和性质4.掌握关系的完整性规则5.掌握关系数据库的规范化理论、范式的基本概念和分解方法教学重点：1.关系数据模型2.关系的规范化3.关系完整性教学难点：1.实体—联系模型2.关系模型的三要素3.范式4.实体完整性5.参照完整性教学方法：讲授法、讲解法、演示法、讨论法教学过程及内容：2.1 数据模型2.1.1 数据模型的概念一般地讲，数据模型是严格定义的一组概念的集合。
这些概念精确地描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。
因此，数据模型通常由数据结构、数据操作和数据的完整性约束三部分组成。
1. 数据结构数据结构是所研究的对象类型的集合，这些对象是数据库的组成成分。
2. 数据操作数据操作是指对数据库中各种对象型的实例(如关系模型中的关系的值)所允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则。
数据库主要有检索和更新(包括插入、删除、修改)两大类操作。
3. 数据的完整性约束条件数据的完整性约束条件是一组完整性规则的集合。
完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。
2.1.2 数据之间的联系数据模型是数据库系统的核心和基础，各种数据库管理系统都是基于某种数据模型的。
而具体的数据库管理系统所支持的数据模型不便于非计算机专业人员理解和应用。
概念模型用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象。
它不是面向机器实现，而是面向现实世界，是按照用户的观点来对数据和信息建模。
图2.1 数据抽象层次现实世界抽象信息世界概念模型转换机器世界DBMS支持的数据模型1. 实体及其属性1) 实体客观存在并可相互区分的事物称为实体。
2) 属性实体所具有的某一特性称为属性。
3) 实体和属性的型与值实体和属性有型与值之分。
2.1-2.3关系模型三要素
关系模型
什么是关系模型 用二维表格表示实体集， 用二维表格表示实体集，用码进行数据导航 的数据模型称为关系模型。 的数据模型称为关系模型。 关系模型的三要素 关系数据结构 关系操作 关系的完整性
一、 关系数据结构及形式化定义
关系定义 关系模式 关系数据库
数学关系
假设有两个集合D 其中D ={2，4}， 假设有两个集合D1和D2，其中D1={2，4}， D2 ={1， 5}。 ={1，3，5}。这两个集合的笛卡尔积 D 1 × D 2= ？ ={（ ），（2 ），（2 D1 × D2={（2，1），（2，3），（2，5）， ），（4 ），（4 （4，1），（4，3），（4，5）} 这个笛卡尔积的任何子集都是一个关系。 这个笛卡尔积的任何子集都是一个关系。
关系
关系 D1×D2×…×Dn的子集叫作在域D1，D2，…，Dn上的关 × ， 系，表示为 R（D1，D2，…，Dn） ， R：关系名 n：关系的目或度（Degree） 关系的目或度（Degree） (1) 当 n=1 时 ， 称 该 关 系 为 单 元 关 系 （ Unary relation） relation）。 (2) 当 n=2 时 ， 称 该 关 系 为 二 元 关 系 （ Binary relation） relation）。 说明： 说明：笛卡尔积是每个域内所有元素的排列组合，因 此其中的许多元组是无实际意义的， 此其中的许多元组是无实际意义的，而关系一般是具 有实际意义的元组的组成的。 有实际意义的元组的组成的。
关系的类型
关系可以分为三种类型： 关系可以分为三种类型： 基本表： （1）基本表： 是数据库实际存储数据的逻辑表示，是实际存在的表。 是数据库实际存储数据的逻辑表示，是实际存在的表。 视图表： （2）视图表： 是由基本表或其他视图表导出的表， 是由基本表或其他视图表导出的表，不对应实际存储 的数据，是虚表。 的数据，是虚表。 查询表： （3）查询表： 是对基本表或视图表进行查询，查询结果对应的表。 是对基本表或视图表进行查询，查询结果对应的表。
第二章数据模型
10
信息世界
两类数据模型
现实世 界 象
抽 认
识
概念模型
现实世界 概念模型 数据库设计人员完成 概念模型 逻辑模型 数据库设计人员完成 逻辑模型 物理模型 由DBMS完成
15
3、概念模型的表示方法
概念模型是对信息世界建模，所以概念模型 应该能够方便、准确地表示出信息世界中的常用 概念。概念模型的表示方法很多，其中最为常用 的是P.P.S.Chen于1976年提出的实体-联系方法。 该方法用E-R图来描述现实世界的概念模型。
实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名； 属性：用椭圆表示，并用无向边将其与相应的实体 连接起来。
– 定义：
如果对于实体集A中的每一个 实体，实体集B中至多有一个（也 可以没有）实体与之联系，反之亦 然，则称实体集A与实体集B具有 一对一联系，记为1:1 。
1 班长
1:1联系
24
两个实体型之间的联系
• 一对多联系（1：n）
– 实例
一个班级中有若干名学生， 每个学生只在一个班级中学习。
班级 1 组成
①一对一联系（one-to-one，1:1） ②一对多联系（one-to-many，1:N） ③多对多联系（many-to-many，M:N） 定义：设联系型R关联实体型A和B。如果对应A中的每一
个实体，B中有且仅有一个实体与之关联，则称R是一对一联 系型， 简记作1 ：1联系。如果对应A中的每一个实体，B中有 n个实体 (n>1)与之关联，则称R是一对多联系型，简记作1 ： N联系。 如果对应A中的每个实体，B中有n个实体(n>1)与之关 联，对应B中的每个实体，A中有m个实体(m>1)与之关联，则 称 R是多对多联系型，简记作M ：N联系。
数据模型
本章主要内容
本章将着重介绍一下概念模型、层次模型、网状模 型、关系模型、面向对象模型等数据库系统的数据模 型的基本概念和设计方法，为后面的数据库设计打下 基础。
（1）数据描述
概念设计、逻辑设计和物理设计等各阶段中数据描 述的术语，概念设计中实体间二元联系的描述（1:1， 1:N，M:N）。
学校代码 学校名称 学校 地址
1
聘任
聘任日期
n
教师
教师代码
教师姓名
性别
职称
2.2.3 扩充E－R数据模型
1）依赖联系和弱实体集
在现实世界中，某些实体集间还存在一种特殊的联系――依 赖联系。 例如，在人事管理数据库中存放的职工实体 集及其家庭成员实体集，前者以后者的存在 为前提，家庭成员实体集依赖于职工实体集。 这种依赖另一个实体集的存在而存在的实体 集称为弱实体集，它们与其他实体集间的联 系称为依赖联系，如右图所示。
职工代码 职工姓名 职工 性别 年龄
教师
教辅人员
管理人员
学校团体
行政级别
3）聚集
在EER数据模型中，将联系视为参与联系的实体集组合而成新实 体集，其属性为参与联系的实体的属性和联系的属性的并。这 种新实体集称为聚集。这样联系也能以聚集的形式参与联系。 下图是应用聚集的例子。
单位编码 系名
教师代码 姓名 聚 集
（3）自反联系
表示同一个实体集两部分实体之间的联系，是一种特殊的二元 联系。这两部分实体之间的联系也可以区分为1：1、1：n和m： n三种。 例如，在“人”这个实体集中存在夫妻之间的1：1联系;教师 实体集中为了描述领导与被领导关系，可用1：n联系描述;在课 程实体集中存在一门课程与另外一门或几门课程之间的预选课 联系。
关系数据库模型与关系数据库设计
–
属性（ 属性（Attribute） ） 主码（ 主码（Key） ）
表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。 表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。
表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。 表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。
–
关系模型的基本概念2 关系模型的基本概念
用户定义的完整性(续 用户定义的完整性 续)
例:
学生学生（学号，姓名，性别，班级代号，年龄） 学生学生（学号，姓名，性别，班级代号，年龄）
– –
例如用户定义 “性别”只能取“男”或“女” 年龄在18到25岁之间
2.1.4. 典型的关系数据库系统
– – – – – – – – –
ORACLE SYBASE INFORMIX DB/2 COBASE PBASE EasyBase DM/2 OpenBase
关系数据模型的数据结构(续 关系数据模型的数据结构 续)
例2
学生实体、专业实体以及专业与学生间 的一对多联系 学生（学号，姓名，性别，班级代号，年龄） 学生（学号，姓名，性别，班级代号，年龄） 班级（班级代号，班级名称） 班级（班级代号，班级名称）
学生学生（学号，姓名，性别，班级代号，年龄）
学号 801 802 803 804 805 姓名 张三 李四 王五 赵六 钱七 性别 女 男 男 女 男 班级代号 年龄 1001 1001 1001 1002 1002 19 20 20 20 19
关系数据模型的数据结构
实体及实体间的联系的表示方法
– – – – –
实体型：直接用关系（二维表）表示。 实体型：直接用关系（二维表）表示。 属性：用属性名（列名）表示。 属性：用属性名（列名）表示。 一对一联系：隐含在实体对应的关系中。 一对一联系：隐含在实体对应的关系中。 一对多联系：隐含在实体对应的关系中。 一对多联系：隐含在实体对应的关系中。 多对多联系：直接用关系表示 多对多联系：直接用关系表示。
c语言的关系模型
c语言的关系模型
关系模型是一种数据结构，用于表示实体之间的关系。
在C语言中，关系模型通常采用二维表（由表框架和表的元组组成）来表示。
关系模型允许定义三种约束，分别是实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。
这些约束用于确保数据的一致性和完整性。
键（码）是关系模型中的重要概念，用于在实体之间建立联系。
通过键，可以实现实体之间的关联和查询，从而提高数据的可管理性和可维护性。
在C语言中，关系模型的使用可以提高程序的可读性和可维护性。
通过定义和使用关系模型，程序员可以更清晰地表达实体之间的关系，并提高程序的数据处理能力。
关系数据库基础知识-2.关系模型与关系代数
实现多对一联系的外码
学生成绩管理数据库ScoreDB中，学生关系Student与班级关系Class之间存 在多对一的“归属”联系。
实现多对多联系的联系关系及外码
学生成绩管理数据库ScoreDB中，假设每一个学生一个学期可以选修若干门
C课ou程r，se(每c一ou门rs课eN程o同, c时ou有rs若eN干a个me学, c生re选d修itH，o那ur么, c学ou生rs关eH系oSutru, dperinotr与Co课u程rs关e )系
主码：若一个关系有多个候选码，则可以选定其中 的一个候选码作为该关系的主码 。
关系数据结构
码
举例：Student关系
studentNo 1501001 1501008 1602002 1602005 1503045 1503010
studentName 李小勇 王红 刘方晨 王红敏 王红 李宏冰
关系模型由关系数据结构、关系操作集合和关系完整
性约束三部分组成。
关系数据结构
关系
关系模型的数据结构非常简单，它就是二维表，亦称为 关系 。
关系数据库是表的集合，即关系的集合。 表是一个实体集，一行就是一个实体，它由共同表示一
个实体的有关联的若干属性的值所构成。
由于一个表是这种有关联的值的集合(即行的集合)，而 表这个概念和数学上的关系概念密切相关，因此称为关 系模型。
1970年提出关系数据模型 E.F.Codd, “A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks”, 《Communication of the ACM》,1970
关系数据库系统是支持关系数据模型的数据库系统。
关系模型【数据库概论】
关系模型【数据库概论】(⼀) 关系模型知识引⼊开局⼀张图，知识全靠爆~DBMS 采⽤某种数据模型进⾏建模，提供了在计算机中表⽰数据的⽅式，其包括，数据结构、数据操作、数据完整性三部分。
在关系模型中，通过关系表⽰实体与实体之间的联系，然后基于关系数据集合进⾏数据的查询、更新以及控制等操作同时对数据的更新操作进⾏实体完整性、参照完整性、⽤户⾃定义完整性约束。
⽽在前期，通过关系代数和逻辑⽅式（关系演算）表⽰对关系操作的能⼒，⽽后出现了 SQL 语⾔，其吸纳了关系代数的概念，和关系演算的逻辑思想虽然进⾏了⼀定的解释，但是光看图上的这些名词，还是很懵，没关系，下⾯我们就按照图⽚上的标号，针对关系数据模型进⾏讲解多说⼀句：关系模型⾮常重要，是现在主流的⼀种数据模型，同样 SQL 也⾮常流⾏，现在⼤部分数据库都是⽀持 SQL 的，这也正是我们要针对此部分重点学⼀下的原因(⼆) 关系的数据结构(1) 关系的相关概念A：关系的数学描述关系概念是对事物间数据依赖的⼀种描述，同时集合论提供了关系概念：集合论中的关系本⾝也是⼀个集合，以具有某种联系的对象组合——“序组”为其成员。
关系不是通过描述其内涵来刻画事物间联系的，⽽是通过列举其外延（具有这种联系的对象组合全体）来描述这种联系B：笛卡尔积关系的概念是建⽴在笛卡尔积概念的基础上的，笛卡尔积是定义在给定⼀组域上的有序对的集合，⽽域则是⼀组具有相同数据类型的值的集合，例如⾃然数整数实数，长度⼩于若⼲字节的字符串集合等都可以是域给定⼀组域D1，D2，…，Dn，这n个域的笛卡尔积为：D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2，…，dn）｜ di∈Di，i＝1，2，…，n ｝每⼀个元素（d1，d2，…，dn）叫作⼀个n元组（n-tuple），或简称为元组（Tuple）元素中的每⼀个di值叫作⼀个分量（Component）若Di (i＝1,2,…,n)为有限集，其基数为mi (i＝1,2,…,n)，则D1×D2×…×Dn的基数M为：nM= ∏ mii=1定义可能有⼀些抽象，引⼊⼀个例⼦看⼀下，会直观⼀些【例】设：D1为学⽣集合= {张⼭，李斯，王武}；D2为性别集合= {男，⼥}；D3为年龄集合= {19，20}⽤⼆维表的形式表⽰D1×D2×D3，则为下表格，则有12个元组姓名性别年龄张⼭男19张⼭⼥19张⼭男20张⼭⼥20李斯男19李斯⼥19李斯男20李斯⼥20王武男19王武⼥19王武男20王武⼥20姓名性别年龄C：关系的定义根据上⾯的铺垫可以得出：满⾜⼀定语义的D1×D2×…×Dn的⼦集叫作在域D1、D2、…、Dn上的关系定义：R（D1, D2, …, Dn）R：关系的名字n：关系的⽬或度（Degree）(2) 关系模型的相关概念关系的描述称为关系模式：R（U, D, Dom, F）R：关系名U：组成该关系的属性集合D：属性组U中属性所来⾃的域Dom：属性向域的映像的集合F：属性间数据的依赖关系集合A：属性（U）若关系对应⼀个实体，关系的属性就是所要描述的实体对象的属性，即实体所对应的事物对象的特征，例如姓名，性别，年龄在同⼀关系中，属性名不能相同，但不同的属性可以有相同的域。
非关系模型
网状数据库系统采用网状模型作为数据的组织方式。
网状数据模型的典型代表是DBTG系统，亦称CODASYL系统。
这是70年代数据系统语言研究会CODASYL（Conference On Data System Language）下属的数据库任务组（Data Base Task Group，简称DBTG）提出的一个系统方案。
DBTG系统虽然不是实际的软件系统，但是它提出的基本概念、方法和技术具有普遍意义。
它对于网状数据库系统的研制和发展起了重大的影响。
后来不少的系统都采用DBTG模型或者简化的DBTG模型。
例如，Cullinet Software公司的 IDMS、Univac公司的DMS1100、Honeywell公司的IDS/2、HP公司的IMAGE等。
1．网状数据模型的数据结构
在数据库中，把满足以下两个条件的基本层次联系集合称为网状模型：
（1）允许一个以上的结点无双亲；
（2）一个结点可以有多于一个的双亲。
图2-1 网状模型
组织讨论：
网状数据模型的数据结构
演示：
网状数据模型
见图2-1。
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8
第2讲 一、关系数据模型的基本概念
关系数据模型的二维表结构
学生
学号
姓名
性别 年龄
03001 马力刚
男
21
03102 王萍华
女
20
03223
王平
男
21
03103
张华
男
22
说明0:3301
李萍
女
19
系编号 01 02 03 04 05
一个关系就是一张二维表，二维表的名称就是 关系名
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
字符串。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
26
第2讲 三、关系的完整性规则
3.域完整性规则(用户定义完整性规则)
规则要求
由用户根据实际情况，定义表中属性的取值 范围
例如：性别只能是男和女、年龄不能为负值、成 绩在0—100之间等。
目的
用于保证给定字段中数据的有效性,即保证 数据的取值在有效的范围内。
1. 该表中有几个元组（记录）？
2. 该表中有多少个属性？第4个元组的属性值分别 是多少？
3. 什么是域？年龄的域可以是多少？
4. 什么是关键字(码/键)？
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
21
第2讲 课堂练习
学号 03001 03102 03223 03103 03301
姓名 马力刚 王萍华 王平 张华 李萍
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
19
第2讲 二、关系的键与关系的属性
极端情况下，一个关系的全部属性都是主属性。
设置关系CS
专业代码 S0401 S0401 S0402 S0402 S0403 S0403 S0404 S0404
课程号 C401001 C402002 C402001 C402002 C403001 C403002 C401001 C404001
– SQL Server采用的是关系数据模型。
层次模型 网状模型 面向对象模型
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
7
第2讲 一、关系数据模型的基本概念
关系数据模型的含义
用二维表格结构表示实体以及实体之间的联系 的数据模型。
完成信息世界到机器世界的第二次抽象。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
第2讲 三、关系的完整性规则
1.实体完整性规则
规则要求：
在任何关系的任何一个元组中，主键的值不能为空 值、也不能取重复的值。
目的：用于保证数据库表中的每一个元组都是存 在且唯一的。
请思考：下面的关系是否违反实体完整性规则？
学号 03001 03102 03223
03001
姓名 马力刚 王萍华
2. 转化原则
1. 每个实体转换为一个关系。
实体的属性就是关系的属性。 实体的码作为关系的码。
2. 每个联系(二元的)也转换成一个关系。
与关系相连的，各个实体的码、联系的属性转换成 关系的属性。
关系的码如下：
对于1:1的联系，每个实体的码均是该联系关系的候选码 对于1:N的联系，关系的码是N端实体的码。 对于M:N的联系，关系的码是诸实体码的组合。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
#
20
第2讲 课堂练习
学号 03001 03102 03223 03103 03301
姓名 马力刚 王萍华 王平 张华 李萍
性别 男 女 男 男 女
年龄 21 20 21 22 19
系编号 01 02 03 04 05
教学活动：自学教材中的基本概念(时间15分钟)， 并回答下面提问：
14
第2讲 二、关系的键与关系的属性
2、主键
用户选定的那个候选键。
■ 唯一性 ■ 非冗余性 ■ 有效性
学习关系SC 学号 课程号 分数
200401001 C401001 90 200401001 C402002 70 200401002 C401001 75 200401002 C402002 80
王平 张华 李萍
性别 男 女 男 男 女
年龄 21 20 21 22 19
系编号 01 02 03 04 05
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
24
第2讲 三、关系的完整性规则
2.参照完整性规则（引用完整性规则）
规则要求：
“不引用不存在的实体”。即：不允许在一 个关系中引用另一个关系中不存在的元组。
目的
用于确保相关联的表间的数据保持一致。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
25
第2讲 三、关系的完整性规则
2.参照完整性规则（引用完整性规则）
请思考：下面两个关系是否违反参照完整性规则？
系表（主表）
学生表（从表）
系编号 01 02 03
系名 计算机 通信 电子
系主任 龚小勇 谭中华 袁勇
包含在任何一个候选键中的属性称为主属性 。
比如：
◆学生关系（学号，姓名，性别，出生年月， 籍贯，专业代码，班级）
◆邮寄地址（城市名，街道名，邮政编码，
单位名，收件人）
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
17
第2讲 二、关系的键与关系的属性
2、主键
非主属性：
不属于任何候选键中的属性称为非主属性或 非键属性 。 显然：
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
2
复习 第2讲
如何绘制ER图？
答：基本要素的表示方法 长方形——实体
椭 圆——属性
菱 形——联系
其间用用直直线相线连相连
其间用用直直线相线连相连
用直线相连，并在直 线边注明联系的类型
(1:1、1:n、m:n)
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
3
② 一般说来，关系模式是相对稳定、不随时间 变化的。关系是随时间动态变化的，关系中 的数据在不断更新。
例如:在学生表中，由于学生的入学、退学和毕业 等原因，学生关系是经常变化的，但其结构以及 对数据的限制是不会改变的。
说明:关系模式和关系往往统称为关系。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
30
第2讲 四、将ER图转化为关系模式/表
办公室 205 207 210
电话 6003 6025 6018
学号 03001 03102 03223
姓名 马力刚 王萍华 王平
性别 男 女 男
年龄 21 20 21
系编号 01
05
说明
从表的“系编号（外键）”的取值只能为两种情 况：
若取非空值，则它必须是主表中存在的值。 取空值(null)。表明尚未给学生分配专业。null不等于0或空
3. 有相同码的关系可以合并。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
31
第2讲 四、将ER图转化为关系模式/表
3. 应用举例
实例1：将教材图1-5的ER图转化为关系模式和表，并写 出主关键字和外关键字。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
27
第2讲 四、将ER图转化为关系模式/表
1. 基本概念 教学活动：请同学们理解以下几个概念
1. 关系模式的含义 2. 关系模式的表示方法 3. 关系模式与关系的区别
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
28
第2讲 四、将ER图转化为关系模式/表
1. 基本概念 关系模式的含义
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
15
第2讲 二、关系的键与关系的属性
3、外键
如果关系模式R1 中的某属性集是另一关系模式 R2 的主键，则该属性集是关系模式R1 的外键。
{外键用来表示多个关系之间的联系}
学习关系SC /R1
课程关系C /R2
学号 课程号 分数
课程号 课程名 学时
200401001 C401001 90
◆学生关系（学号，姓名，性别，出生年月， 籍贯，专业代码，班级）
◆邮寄地址（城市名，街道名，邮政编码，
单位名，收件人）
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
18
第2讲 二、关系的键与关系的属性
简单情况下，一个关系只有一个主属性：
课程关系C 课程号 课程名 学时 C401001 数据结构 70 C401002 操作系统 60 C402001 计算机原理 60
第2讲
第2章 关系数据库原理
——关系数据模型设计
SQL Server 2008
复习 第2讲
实现概念模型最常用的表示方法是什么？
答：ER图。
概念模型的三个基本要素是什么？
答：实体、属性、联系。
联系的类型有哪些？如何标识？
答：一对一联系(简记成1:1) 一对多联系(简记成1:n) 多对多联系(简记成m:n)
C401001 数据结构 70
200401002 C401001 75
C401002 操作系统 60
200401003 C402002 69
C402001 计算机原理 60
课程号是学习关系SC的外键
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
16
第2讲 二、关系的键与关系的属性
4、主属性与非主属性
主属性：
对关系的信息结构及语义限制的描述。
关系模式的表示方法
用关系名和包含的属性名的集合表示。
例如：学生（学号，姓名，性别，年龄，系编号）
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
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第2讲 四、将ER图转化为关系模式/表
1. 基本概念
关系模式与关系的区别
① 关系模式是对关系结构的定义，是对关系“ 型”的描述。关系是二维表格，是对“值” 的描述