逻辑模型设计

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。
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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
– 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：
n
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
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（2） 笛卡尔积（Cartesian Product）
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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） – 网状模型(Network Model )
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任务1 逻辑模型基础知识
关系模型(Relational Model)
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(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）
学生（学号，姓名，年B 龄，性别，系，年级） 12
(d1，d2，…，dn )≠(d2，d1，…，dn )
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
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（3） 关系（Relation）
本课程的重点
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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 2005008
…
姓名 王小明 黄大鹏 张文斌
…
年龄 性别
19
女
20
男
18
女
…
…
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系名 社会学 商品学
法律 …
年级 2005 2005 2005
– 数据结构：表
面向对象模型(Object Oriented Model）
– 数据结构：对象
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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 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
– ORACLE
– SYBASE
– INFORMIX
– DB/2
– COBASE
– PBASE
– EasyBase
– DM/2
– OpenBase
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信息的三种世界术语的对应关系表
现实世界 实体 特征
实体集 实体间的联系
信息世界 实例 属性
对象或实体型 对象间的联系
概念模型
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Байду номын сангаас
计算机世界 记录
数据项 数据或文件 数据间的联系
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）
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（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
(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）
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(1) 关系模型的基本概念
❖ 关系的等价术语之间的对应关系
一般用户 表(Table) 行(Row) 列(Column)
当 n=2 时 ， 称 该 关 系 为 二 元 关 系 （ Binary
relation）。
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（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。
SUPERVISOR 张清玫 张清玫 刘逸
表2.2 SAP关系
SPECIALITY 信息专业 信息专业 信息专业
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）
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（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）
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
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（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：
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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
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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
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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
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5. 典型的关系数据库系统
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。
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（2） 笛卡尔积（Cartesian Product）
4) 基数（Cardinal number）
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
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
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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。
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”。
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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
｛ (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) }
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（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）。
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（3） 关系（Relation）
7) 三类关系（或称三类表）
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
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（4）数据库中基本关系的性 质
关系模型 关系(Relation) 实体(Entity) 属性(Attribute)
程序员 文件(File) 记录(Record) 字段(Field)
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(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 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）。
数据模型
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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
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1.关系数据结构
在关系模型中，无论是实体集，还 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。
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（1）域（Domain）
…
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(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 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。 B
D1×D2×…×Dn ＝ ｛ （ d1 ， d2 ， … ， dn ） ｜ diDi，i＝1，2，…，n｝
– 所有域的所有取值的一个组合 – 不能重复
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（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)，
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POSTGRADUATE 李勇 刘晨 王敏
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（3） 关系（Relation）
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。
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（3） 关系（Relation）
6) 码
候选码（Candidate key）
SP E C IA L IT Y 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
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PO ST G R A DU AT E 李勇 刘晨 王敏 李勇 刘晨 王敏 李勇 刘晨 王敏 李勇 刘晨 王敏 31
（3） 关系（Relation）
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
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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B人员的数据视图
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项目3 逻辑模型设计
学习目标：
(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) ｝
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（2） 笛卡尔积（Cartesian Product）
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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
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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。
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
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表 2.1 D 1， D 2， D 3 的 笛 卡 尔 积
SUPE R VISO R 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