关系数据模型1讲解

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。

数据库中的关系模型与关系操作在计算机科学和信息技术领域，数据库是用于存储、管理和检索有组织数据的集合。

在数据库中，关系模型是一种常见的数据模型，它使用表格来表示实体和实体之间的关系。

关系操作则是对这些表格进行的各种操作，用于查询、插入、更新和删除数据。

本文将探讨数据库中的关系模型以及常见的关系操作。

关系模型是由埃德加·科德（Edgar F. Codd）于20世纪70年代提出的，它是一种用数学方法来描述和处理关系型数据的模型。

在关系模型中，数据被组织成表格，每个表格被称为关系。

表格中的每一行表示一个实体，而表格中每一列代表不同的属性。

表格中的每个单元格包含一个值，这些值必须满足给定的数据类型和约束。

关系模型中，表格之间的关系由关系键（primary key）和外键（foreign key）来建立。

关系键是唯一标识表格中每一行的一列或一组列，它用于确保数据的唯一性。

外键是一个列或一组列，它用于在一个表格中建立对另一个表格中数据的引用关系。

关系操作主要包括查询操作和更新操作。

查询操作用于从关系中检索特定的数据，而更新操作用于对关系中的数据进行插入、修改和删除。

最常见的查询操作包括选择（select），投影（project），连接（join），并（union）和差（difference）等。

选择操作指定一个条件，从关系中选取满足该条件的行；投影操作用于从关系中选择指定列的数据；连接操作用于将两个或多个关系的数据合并为一个关系；并操作用于将两个关系的数据合并为一个包含两个关系的数据；差操作用于从一个关系中删除与另一个关系中相同的数据。

关系模型的优点之一是数据的一致性和完整性。

通过使用关系模型，我们可以定义各种数据约束，例如主键约束、唯一约束、外键约束等，以确保数据的一致性和完整性。

在插入、更新和删除数据时，关系模型可以自动执行这些约束，并返回错误信息。

关系操作是对关系模型进行数据处理的重要方式。

一、关系数据模型的数据结构关系数据模型的数据结构一、概述关系数据模型是描述和处理数据的一种方式，它通过将数据组织成一张或多张表格，使用行和列来表示数据，并通过定义各表之间的关系来处理数据。

本文将从数据表、属性、实体、关系等方面介绍关系数据模型的数据结构。

二、数据表数据表是关系数据模型的基本组成单元，它由行和列组成。

每一行代表一个数据记录，每一列代表一个数据属性。

数据表应具备以下特点：1.表名：用于标识数据表的名称。

2.属性名：每一列都应有一个唯一的属性名来标识该列。

3.数据类型：为每一列指定合适的数据类型（如整数、文本、日期等）。

4.主键：用于唯一标识每一行数据记录的属性或属性组合。

5.外键：用于建立不同表之间的关系，引用其他表中的主键来确保数据的一致性。

三、属性属性是数据表中的列，用于描述数据记录的特征或属性。

每个属性应具备以下特点：1.属性名：唯一标识属性的名称。

2.数据类型：指定属性的数据类型，如整数、文本、日期等。

3.约束条件：限制属性值的范围，如唯一约束、非空约束等。

四、实体实体是关系数据模型中的概念，用于表示具有独立存在和可识别的对象或事物。

每个实体应具备以下特点：1.实体名：唯一标识实体的名称。

2.属性：描述实体的特征或属性，使用属性来表示实体的各个方面。

3.主键：用于唯一标识实体的属性或属性组合。

五、关系关系用于描述数据表之间的联系和依赖关系。

关系具有以下特点：1.主键.外键关系：通过主键和外键建立数据表之间的关联。

2.一对一关系：一个数据表中的一行只能对应另一个数据表中的一行。

3.一对多关系：一个数据表中的一行可以对应另一个数据表中的多行。

4.多对多关系：一个数据表中的多行可以对应另一个数据表中的多行。

六、附件本文档涉及的附件包括相关数据表的结构图、示例数据以及相关查询语句等。

附件的具体内容将根据实际情况进行添加。

七、法律名词及注释1.数据保护法：一种涉及个人数据隐私保护的法律法规，旨在确保个人数据的合法使用和保护。

1.1 数据模型数据模型是对现实世界数据特征的一种抽象。

一个完整的数据模型包括数据结构、数据操作和完整性约束三部分。

在数据模型多级描述中，主要包括概念模型、逻辑数据模型和物理数据模型。

概念模型是以客户的观点和想法为基础，对现实世界事物的抽象；逻辑数据模型是指用户看到的数据库中的数据模型，常用的是关系数据模型；物理数据模型是用来表示数据的存储结构的。

这一小节主要介绍概念模型和关系数据模型。

1.1.1 概念模型在关系数据库的设计中，概念模型通常是通过E-R图来描述的。

其中，E表示实体的以上；R表示关系的意思。

因此E—R图也叫做实体—关系图。

在E-R图中的E是英文单词Entity的缩写，表示实体的意思。

这里所说的实体可以理解为现实世界中的事物，例如，高等院校中的院系、教师等。

E-R图中的R是英文单词Relationship的缩写，表示关系的意思。

这里所说的关系可以理解为实体与实体之间的相互联系。

例如，高等院校中院系与教师之间的相互联系。

在E-R图中还涉及到的一个概念是属性，英文单词为Attribute，它用来描述实体的特征。

例如，高等院校中院系的编号、名称；教师的姓名、编号、工资、所在院系等。

在E-R图中，关系是用来表示实体与实体之间相互联系的。

关系可以分为一对一，一对多和多对多三种类型。

下面通过例子来讲解关系中的这三种类型。

❑一对一（1：1）：在高等院校中，校长和学校的关系就是一对一的关系。

每一个学校只有一名校长，一名校长只能管理一个学校。

❑一对多（1：n）：在高等院校中，院系和学生之间就是一对多的关系。

一个院系中可以对应多个学生，而每一个学生只是其中某一个院系中的成员。

❑多对多（n：m）：在高等院校中，课程与授课教师之间就是多对多关系。

一门课程可以由几个不同的教师来讲授，一名教师也可以讲授多门不同的课程。

在E-R图共有三种符号：矩形、椭圆（或者圆形）和菱形。

其中，矩形用来表示实体，椭圆或者圆形用来表示属性，菱形用来表示关系。

一.关系数据模型的数据结构关系数据模型的数据结构一.引言在计算机科学中，关系数据模型是一种用于管理和组织数据的结构化方法。

它建立在关系代数和关系演算的基础上，通过使用表格（被称为关系）来表示数据，并通过定义关系之间的关联和约束来描述数据之间的关系。

二.关系数据模型的基本概念1. 关系关系是关系数据模型的基本单元，它由具有相同结构的元组组成。

元组是关系中的行，每个元组包含一组属性或字段，这些属性描述了元组所代表的实体或对象。

2. 属性属性是关系中的列，它描述了元组所代表的实体或对象的特征。

每个属性都有一个名称和一个数据类型。

3. 元组元组是关系中的行，每个元组代表一个实体或对象。

每个元组的属性值被称为元组的实例。

主键是关系中的一个或多个属性，它们唯一地标识了关系中的每个元组。

主键的值不能重复，并且不能为空。

5. 外键外键是一个或多个属性，它们建立了其他关系之间的联系。

外键属性的值必须是已经存在于相关关系的主键中的值。

6. 关系之间的关系关系之间的关系可以通过在关系中添加外键来建立。

这种关系称为关联关系，它表示了不同关系之间的联系。

三.关系数据模型的操作1. 查询查询操作用于从关系中检索数据。

查询可以根据指定的条件和约束从关系中选择特定的数据。

2. 插入插入操作用于向关系中插入新的元组。

插入操作必须满足关系的约束条件。

3. 更新更新操作用于修改关系中的现有元组的属性值。

删除操作用于从关系中删除一个或多个元组。

四.关系数据模型的约束1. 实体完整性约束实体完整性约束确保关系中的每个元组都具有唯一的主键值。

2. 参照完整性约束参照完整性约束确保外键值必须引用已存在于其他关系中的主键值。

3. 唯一性约束唯一性约束确保关系中指定的属性值是唯一的。

4. 空值约束空值约束确保关系中指定的属性值不为空。

五.本文档涉及附件附件：<附件名称>六.本文所涉及的法律名词及注释1. 法律名词一：注释一解释或定义该法律名词一的含义。

1.2.3 最常用的数据模型最常用的数据模型包括四种：注1：非关系模型在20世纪70-80年代很流行，现在逐步被关系模型取代。

注2：下面讲的数据模型都是指逻辑上的数据模型，即用户眼中看到的数据围。

一、层次模型定义：①有只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点；②根以外的其他结点有且只有一个双亲结点。

代表产品：IBM公司的IMS(Information Management System)数据库管理系统。

1. 数据结构基本结构①用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。

②每个结点表示一个记录类型（实体），结点之间的连线表示记录类型间一对多的父子联系，这种联系只能是父子联系。

③每个记录类型可包含若干个字段（属性）。

图1.12 教员学生层次数据库模型图1.13 教员学生层次数据库的一个值多对多联系在层次模型中的表示①必须首先将其分解成一对多联系。

②分解方法有两种：冗余结点法和虚拟结点法。

图1.14(a) 一个学生选课的多对多联系图1.14(b) 冗余结点法将多对多联系转化为一对多联系图1.14(c) 虚拟结点法将多对多联系转化为一对多联系2. 数据操作与完整性约束数据操作：查询、插入、删除和修改。

完整性约束：①插入：如果没有相应的双亲结点值就不能插入子女结点值。

如：图1.13中，若新调入一名教师，在未分配到某个教研室以前，不能将新教员插入到数据库。

②删除：如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除。

如：图1.9中，若删除网络教研室，需要首先删除属于网络教研室的所有教师的数据。

③修改：应修改所有相应记录，以保证数据的一致性。

如：图1.14(b)中，若一个学生要改，则两处学生记录值均要修改。

3. 存储结构存储容：数据本身；数据之间的联系。

两种方法：邻接法；法。

图 1.15(a) 数据模型图1.15(b) 数据值图1.15(c) 邻接法存储图1.16(a) 图1.15(a)的数据值图1.16(b) 法存储4. 优缺点优点①数据模型比较简单，操作简单；②对于实体间联系是固定的，且预先定义好的应用系统，性能较高；③提供良好的完整性支持。