数据库逻辑模型设计

– 网状模型(Network Model )
任务1 逻辑模型基础知识
关系模型(Relational Model) – 数据结构：表
面向对象模型(Object Oriented Model） – 数据结构：对象
1.1 关系模型
最重要的一种数据模型。也是目前主要采用的
数据模型，关系数据库系统采用关系模型作为
（3） 关系（Relation）
4) 关系的表示 关系也是一个二维表，表的每行对应一 个元组，表的每列对应一个域。
表 2.2 SAP 关系
SUPERVISOR 张清玫 张清玫 刘逸 SPECIALITY 信息专业 信息专业 信息专业 POSTGRADUATE 李勇 刘晨 王敏
（3） 关系（Relation）
4.关系模型的优缺点
优点 – 建立在严格的数学概念的基础上； – 概念单一；数据结构简单、清晰，用户易懂 易用；
• 实体和各类联系都用关系来表示。 • 对数据的检索结果也是关系。
– 关系模型的存取路径对用户透明
• 具有更高的数据独立性，更好的安全保密性 • 简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作
（2） 笛卡尔积（Cartesian Product）
4) 基数（Cardinal number） – 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：
M mi i 1
在上例中，基数：2×2×3＝12，即 D1×D2×D3共有2×2×3＝12个元组
1) 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）
（3） 关系（Relation）
注意
关系是笛卡尔积的有限子集。无限关系在数据库 系统中是无意义的。
由于笛卡尔积不满足交换律，即
(d1，d2，…，dn )≠(d2，d1，…，dn )
（3） 关系（Relation）
码 (续 )
主码
若一个关系有多个候选码，则选定其中一个
为主码（Primary key）
主码的诸属性称为主属性（Prime attribute）。 不包含在任何侯选码中的属性称为非主属性 （Non-key attribute）
（3） 关系（Relation）
7) 三类关系（或称三类表）
关系：SAP(SUPERVISOR，SPECIALITY，POSTGRADUATE)
–关系名，属性名 假设：导师与专业：1:1（即一个导师只能对一个专业）， 导师与研究生：1:n（一个研究生只能遵从一个导师） 于是：SAP关系可以包含三个元组 ｛ (张清玫，信息专业，李勇)， (张清玫，信息专业，刘晨)， (刘逸，信息专业，王敏) }
是一个学生的数据 。
–属性（Attribute） 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。
(1) 关系模型的基本概念
– 主码（Key）
表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组。
– 域（Domain）
属性的取值范围。
– 分量（Element）
元组中的一个属性值。
– 关系模式（Relation mode） 对关系的描述 关系名（属性1，属性2，…，属性n）
D1， D2， D3 的笛卡尔积
POSTGRADUATE 李勇 刘晨 王敏 李勇 刘晨 王敏 李勇 刘晨 王敏 李勇 刘晨 王敏
SPECIALITY 计算机专业 计算机专业 计算机专业 信息专业 信息专业 信息专业 计算机专业 计算机专业 计算机专业 信息专业 信息专业 信息专业
（3） 关系（Relation）
姓 名 王小明 黄大鹏
年 龄 19 20
性 别 女 男
系 名 社会学 商品学
年 级 2005 2005
2005008
…
张文斌
…
18
…
女
…
法律
…
2005
…
(1) 关系模型的基本概念
–关系（Relation）
一个关系对应通常说的一张表。 –元组（Tuple） 表中的一行即为一个元组。存放的是客观世界的 一个实体，如表 Student 关系中的一行，存放的

关系的等价术语之间的对应关系
关系模型 程序员
一般用户
表(Table) 行(Row) 列(Column)
关系(Relation) 实体(Entity) 属性(Attribute)
文件(File) 记录(Record) 字段(Field)
(2) 关系模型中的数据全部用关系表示
– 在关系模型中，实体集以及实体间的联系都
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但关系满足交换律，即
(d1 ， d2 ， … ， di ， dj ， … ， dn ） = （ d1 ， d2 ， … ， dj ， di ，…，dn） （i，j = 1，2，…，n）
解决方法：为关系的每个列附加一个属性名以取 消关系元组的有序性
（3） 关系（Relation）
例如在表2.1 的笛卡尔积中取出有实际意义的元组 来构造关系
是用关系来表示。 例如，关系模型中，学生、课程、学生与课程 之间的联系表示为： 学生（学号，姓名，性别，年龄，所在系）；
课程（课程号，课程名，先行课）；
选修（学号，课程号，成绩）。
2.关系操作和关系的完整性约束条件
数据操作由查询、插入、删除、更新
数据操作是集合操作，操作对象和操作
结果都是关系，即若干元组的集合。
项目3 逻辑模型设计
任务1 逻辑模型基础知识
任务2 关系数据库理论 任务3 概念模型向关系模型的转换 任务4 数据库逻辑结构设计 实训4 逻辑模型设计
任务1 逻辑模型基础知识
1.1 关系模型概述 1.2 关系数据库的基本概念
任务1 逻辑模型基础知识
E-R图表示的概念模型是用户数据要求的形式 化。E-R图独立于任何一种数据模型，它也不为任
– 所有域的所有取值的一个组合 – 不能重复
（2） 笛卡尔积（Cartesian Product）
例2-1 给出三个域： D1=SUPERVISOR ={ 张清玫，刘逸 } D2=SPECIALITY={计算机专业，信息专业} D3=POSTGRADUATE={李勇，刘晨，王敏} 则D1，D2，D3的笛卡尔积为： D1× D2× D3 ＝ ｛(张清玫，计算机专业，李勇)，(张清玫，计算机专业，刘晨)， (张清玫，计算机专业，王敏)，(张清玫，信息专业，李勇)， (张清玫，信息专业，刘晨)，(张清玫，信息专业，王敏)， (刘逸，计算机专业，李勇)，(刘逸，计算机专业，刘晨)， (刘逸，计算机专业，王敏)，(刘逸，信息专业，李勇)， (刘逸，信息专业，刘晨)，(刘逸，信息专业，王敏) ｝
（2） 笛卡尔积（Cartesian Product）
2) 元组（Tuple） – 笛卡尔积中每一个元素（ d1 ， d2 ， … ， dn ）叫作一 个n元组（n-tuple）或简称元组。 例
3) 分量（Component） – 笛卡尔积元素（d1，d2，…，dn）中的每一个值di叫 作一个分量。
5) 属性
关系中不同列可以对应相同的域，为了加以
区分，必须对每列起一个名字，称为属性
（Attribute）。
n目关系必有n个属性。
（3） 关系（Relation）
6) 码
候选码（Candidate key）
若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组， 则称该属性组为候选码，在有多个后选码时可以选 一个作为主码。 在最简单的情况下，候选码只包含一个属性。 在最极端的情况下，关系模式的所有属性组 是这个关系模式的候选码，称为全码（All-key）
n
（2） 笛卡尔积（Cartesian Product）
5)笛卡尔积的表示方法 – 笛卡尔积可表示为一个二维表。表中的每行 对应一个元组，表中的每列对应一个域。
在上例中，12个元组可列成一张二维表
表 2.1
SUPERVISOR 张清玫 张清玫 张清玫 张清玫 张清玫 张清玫 刘逸 刘逸 刘逸 刘逸 刘逸 刘逸
数据的组织方式，现在流行的数据库系统大都
是关系数据库系统。
1970 年由美国 IBM 公司 San Jose 研究室的研究
员E.F.Codd提出
本课程的重点
一、关系数据模型的数据结构
在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二
维表，它由行和列组成。
学生登记表
属性 元组
学 号 2005004 2005006
4.关系模型的优缺点
缺点
存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非
关系数据模型
为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化
增加了开发数据库管理系统的难度
5. 典型的关系数据库系统
– – – – – – – – – ORACLE SYBASE INFORMIX DB/2 COBASE PBASE EasyBase DM/2 OpenBase
信息的三种世界术语的对应关系表
现实世界 实体
信息世界 实例
计算机世界 记录
特征
实体集 实体间的联系
属性
对象或实体型 对象间的联系 概念模型
数据项
数据或文件 数据间的联系 数据模型
1.2 关系数据库的基本概念
1.关系数据结构 2.关系操作概述 3.关系的完整性
1.关系数据结构
在关系模型中，无论是实体集，还
何一个DBMS所支持。逻辑结构设计的任务就是把概
念模型结构转换成某个具体的DBMS所支持的数据模
型，并将其性能进行优化。
任务1 逻辑模型基础知识
不同的数据模型具有不同的数据结 构形式。数据库系统中最常使用的数据 模型是层次模型、网状模型和关系模型。 非关系模型
– 层次模型（Hierarchical Model）
（2） 笛卡尔积（Cartesian Product）
1) 笛卡尔积 给定一组域 D1 ， D2 ， … ， Dn ，这些域中可以 有相同的。 D1 ， D2 ， … ， Dn 的 笛卡尔积 为： D1×D2×…×Dn ＝ ｛ （ d1 ， d2 ， … ， dn ） ｜ diDi，i＝1，2，…，n｝
学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）
(1) 关系模型的基本概念
表1.2 术语对比
关系术语 关系名 关系模式 关系 元组 属性 属性名 属性值 分量 非规范关系
一般表格的术语 表名 表头（表格的描述） （一张）二维表 记录或行 列 列名 列值 一条记录中的一个列值 表中有表（大表中嵌有小表）
(1) 关系模型的基本概念
存取路径对用户隐蔽，用户只要指出
“干什么”，不必详细说明“怎么干”。
2.关系操作和关系的完整性约束条件
关系模型的完整性约束
实体完整性 参照完整性
用户定义的完整性
3.关系模型的存储结构
关系数据模型的存储结构
表以文件形式存储 有的 DBMS 一个表对应一个操作系统文
件
有的DBMS自己设计文件结构
是实体集之间的联系均由单一的关系表
示。由于关系模型是建立在集合代数基
础上的，因而一般从集合论角度对关系
数据结构进行定义。
（1）域（Domain）
域 是一组具有相同数据类型的值的集合。 –例 • 整数 • 实数 • 介于某个取值范围的整数 • 长度指定长度的字符串集合 • {‘男’，‘女’} • 介于某个取值范围的日期
项目3 逻辑模型设计
数据库设计的步骤： 1. 需求分析 2. 概念结构设计 3. 逻辑结构设计 4. 数据库的物理设计 5. 数据库实施 6. 数据库运行与维护
数据库三级模式结构
不同的人员涉及不同的数据抽象级别，具有不同的数 据视图，如下图所示
各种人员的数据视图
项目3 逻辑模型设计
学习目标：
1.了解关系模型的基本概念； 2. 理解关系数据库的概念； 3. 掌握函数依赖、范式的定义； 4. 理解关系模式规范化的意义； 5. 熟练掌握模式分解的方法； 6. 熟练掌握E-R图向关系数据模型转换 的规则和方法。
基本关系（基本表或基表）
实际存在的表，是实际存储数据的逻辑表示
查询表
查询结果对应的表
视图表
由基本表或其他视图表导出的表，是虚表，不对 应实际存储的数据
（4）数据库中基本关系的性质
（3） 关系（Relation）
2) 元组
关系中的每个元素是关系中的元组， 通常用t表示。
3) 单元关系与二元关系
当 n=1 时 ， 称 该 关 系 为 单 元 关 系 （ Unary relation）。 当 n=2 时 ， 称 该 关 系 为 二 元 关 系 （ Binary relation）。