数据库系统原理及应用教程-第4版-全套课件

数据库系统原理

及应用教程(第4版）本章教学目标、重点和难点教学目标：使学生了解数据库的作用，了解数据库管理系统的功能和特点，了解数据库的发展史，了解数据库系统的体系结构和三级数据模式结构，了解数据库管理员的职责和二级映象技术及作用，掌握数据库系统的基本概念。教学重点：数据库概念，数据管理与数据库特点，数据库管理系统功能，数据库管理系统的功能结构、三级数据模式结构。教学难点：数据库概念，数据管理与数据库的特点，数据库系统的三级数据模式结构和二级映象技术。1.1数据库系统基本概念1.2数据库系统及发展

1.3数据库系统的结构第1章数据库系统概述

1.1数据库系统基本概念

1.1.1信息与数据1.信息、信息特征及作用

信息就是新的、有用的事实和知识。信息具有四个基本特征：

1)内容是关于客观事物或思想方面的知识；

2)有用的，它是人们活动的必需知识；

3)能够在空间和时间上被传递，在空间上传递信息称为信息通信，在时间上传递信息称为信息存储；

4)需要一定的形式表示，信息与其表现符号不可分离。信息的作用：

1)提高人们对事物的认识，减少人们活动的盲目性；

2)社会机体进行活动的纽带，社会的各个组织通过信息网相互了解并协同工作，使整个社会协调发展；

3)管理活动的核心。数据是用于载荷信息的物理符号。数据的4个特征：1)数据有“型”和“值”之分。2)数据受数据类型和取值范围的约束。3)数据有定性表示和定量表示之分。4)数据应具有载体和多种表现形式。2.数据、数据和信息的关系(1)数据管理：收集信息、将信息用数据表示并按类别组织保存，在需要的时候能够提供数据；(2)数据加工：对数据变换、抽取和运算，得到更有用的数据，指导或控制人的行为或事物的变化；(3)数据传播：在空间或时间上以各种形式传播信息，而不改变数据的结构、性质和内容，使更多的人得到信息。1.数据处理及分类1.1.2数据管理与数据库组织和保存数据，即将收集到的数据合理地分类组织，将其存储在物理载体上，使数据能够长期地被保存；进行数据维护，即根据需要插入新数据、修改原数据和删除失效数据的操作；提供数据查询和数据统计功能，以便快速地得到需要的正确数据，满足各种使用要求。数据管理是其他数据处理的核心和基础。

2.数据管理及及作用

数据库方法与文件方法相比，具有以下两个特征。1)数据库中的数据具有数据整体性。2)数据库中的数据具有数据共享性。①不同的用户可按各自的用法使用数据库中的数据。②多个用户可以同时共享数据库中的数据资源。

数据库（DB）是一个按数据结构来存储和管理数据的计算机软件系统。3.数据库及性质

数据库管理系统（DBMS）是专门用于管理数据库的计算机系统软件。数据库管理系统能够为数据库提供数据的定义、建立、维护、查询和统计等操作功能，并完成对数据完整性、安全性进行控制的功能。2.数据库应用系统

凡使用数据库技术管理数据的系统都称为数据库应用系统。一个数据库应用系统应携带有足够的数据量。数据库应用系统可以被划分为数据传递系统、数据处理系统和管理信息系统。

1.数据库管理系统1.1.3数据库管理系统与数据库应用系统4.数据库系统一个数据库系统应由计算机硬件、数据库、数据库管理系统、应用软件和数据库管理员等5部分构成。1)信息管理系统是以数据库技术为基础的。2)信息管理系统一般采用功能选单方式控制程序。3)信息管理系统的功能模块大致相同。3.管理信息系统1)手工管理阶段不保存大量的数据。2)手工管理阶段没有软件系统对数据进行管理。3)手工管理阶段基本上没有“文件”概念。4)手工管理阶段一组数据对应一个程序。1.2.1手工数据管理阶段1.2数据库系统及发展1.文件管理阶段的数据管理特点1)管理的数据以文件的形式长久地被保存在计算机的外存中。2)文件系统有专门的数据管理软件提供有关数据存取、查询及维护功能。3)文件系统中的数据文件已经具有多样化。4)文件系统的数据存取是以记录为单位的。1.2.2文件系统数据管理阶段

1)文件系统的数据冗余度大。2)文件系统中缺乏数据与程序独立性。

①文件系统中的数据文件是为某一特定应用服务的，数据文件的可重复利用率非常低。②当数据的逻辑结构改变时，必须修改它的应用程序，同时也要修改文件结构的定义。3)应用程序的改变将影响到文件数据结构的改变。2.文件系统在数据管理上的主要缺点1.数据库设计时面向数据模型对象2.数据库系统的数据冗余度小、数据共享度高1)现有用户或程序可以共同享用数据库中的数据。2)当系统需要扩充时，新用户或新程序还可以共享原有的数据资源。3)多用户或多程序可以在同时共同使用同一数据。1.2.4数据库系统数据管理阶段(1)数据的物理独立性

应用程序对数据存储结构（也称物理结构）的依赖程度。数据物理独立性高是指当数据的物理结构发生变化时，应用程序不需要修改也可以正常工作。

(2)数据的逻辑独立性

应用程序对数据全局逻辑结构的依赖程度。数据逻辑独立性高是指当数据库系统的数据全局逻辑结构改变时，它们对应的应用程序不需要改变仍可以正常运行。

3.数据和程序之间具有较高的独立性5.数据库中数据的最小存取单位是数据项数据的安全性控制：保护数据库，以防止不合法的使用造成的数据泄漏、破坏和更改。

数据的完整性控制：保证数据的正确性、有效性和相容性，防止不符合语义的数据输入或输出所采用的控制机制。数据的并发控制：排除由于数据共享，即用户并行使用数据库中的数据时，所造成的数据不完整和系统运行错误问题。数据恢复：通过记录数据库的日志文件和定期做数据备份，保证数据在受到破坏时，能够及时使数据库恢复到正确状态。4.通过DBMS进行数据控制1.3.1数据库系统的体系结构1.数据库系统需要的硬件资源及对硬件的要求1)计算机内存要尽量大。2)计算机外存也要尽量大。3)计算机的数据传输速度要快。2.数据库系统的软件组成

操作系统（OS）、数据库管理系统（DBMS）、主语言系统、应用程序软件和数据库。1.3数据库系统的结构由开发人员、软件使用人员及软件管理人员组成。软件管理人员称为数据库管理员（DBA），职责为：1)参与数据库和应用系统的设计。2)参与决定数据库存储结构和存取策略。3)负责定义数据的安全性要求和完整性条件。4)负责监视和控制数据库系统的运行，负责系统的维护和数据恢复工作。5)负责数据库的改进和重组。3.人员组成及数据库管理员的职责1.数据定义功能：能够提供数据定义语言（简称DDL）和相应的建库机制。用户利用DDL可以方便地建立数据库。

2.数据操纵功能：实现数据的插入、修改、删除、查询、统计等数据存取操作的功能。数据库管理系统通过提供数据操纵语言（DML）实现其数据操纵功能。3.数据库的建立和维护功能：指数据的载入、转储、重组织功能及数据库的恢复功能;指数据库结构的修改、变更及扩充功能。4.数据库的运行管理功能：包括并发控制、数据的存取控制、数据完整性条件的检查和执行、数据库内部的维护等。

1.3.2数据库管理系统的功能结构

应用A应用B应用C应用D应用E

外模式1外模式2外模式3

外模式∕模式映象

数据库系统的三级模式结构

模式

内模式

数据库模式∕内模式映象

数据模型用数据描述语言给出的精确描述称为数据模式。

1.3.3数据库系统的三级数据模式结构逻辑模式、外模式（子模式）、内模式（物理模式）。(1)逻辑模式（Schema）及概念数据库

对数据库中数据的整体逻辑结构和特征的描述。以逻辑模式为框架的数据库为概念数据库。(2)外模式（ExternalSchema）及用户数据库

对各个用户或程序所涉及到的数据的逻辑结构和数据特征的描述。以子模式为框架的数据库为用户数据库。(3)内模式（InternalSchema）及物理数据库

数据的内部表示或底层描述。以物理模式为框架的数据库为物理数据库。1.数据库的三级模式结构1)外模式/模式的映象：定义并保证了外模式与数据模式之间的对应关系。2)模式/内模式的映象：定义并保证了数据的逻辑模式与内模式之间的对应关系。

2.数据库系统的二级映象技术及作用习题11.1答：①数据是用于载荷信息的物理符号。②数据的特征是：数据有“型”和“值”之分；数据受数据类型和取值范围的约束；数据有定性表示和定量表示之分；数据应具有载体和多种表现形式。③数据与信息的关系为：数据是信息的一种表现形式，正确的数据可表达信息，而虚假、错误的数据所表达的是谬误，不是信息。1.2答：①数据处理是指对数据的收集、组织、整理、加工、存储和传播等工作。围绕着数据所做的工作均称为数据处理。②数据处理目的为：收集信息并将信息用数据表示和保存，为各种使用和数据处理提供数据；对数据进行变换、抽取和运算，从而得到更有用的数据，以指导或控制人的行为或事物的变化趋势；使更多的人得到并理解信息，从而使信息的作用充分发挥出来。1.3答：数据管理的功能为：组织和保存数据功能；数据维护功能；数据查询和数据统计功能；数据的安全和完整性控制功能。数据管理的目标是：收集完整的信息，将信息用数据表示，按数据结构合理科学地组织并保存数据；为各种使用快速地提供需要的正确数据，并保证数据的安全性和完整性。1.4答：①数据库是数据管理的新方法和技术，是按数据结构来存储和管理数据的计算机软件系统。②数据库中的数据具有数据整体性，即数据库中的数据要保持自身完整的数据结构；数据库中的数据具有数据共享性，不同的用户可以按各自的用法使用数据库中的数据，多个用户可以同时共享数据库中的数据资源。1.5答：①数据库管理系统简称DBMS，是专门用于管理数据库的计算机系统软件。②数据库管理系统能够为数据库提供数据的定义、建立、维护、查询和统计等操作功能，并完成对数据完整性、安全性进行控制的功能。1.6答：数据冗余度大，会造成浪费存储空间的问题，使数据的存储、管理和查询都不容易实现。同时，由于文件系统中相同的数据需要重复存储和各自的管理，数据冗余度大还会给数据的修改和维护带来麻烦和困难，特别容易造成数据不一致的恶果。数据冗余度大时，由于数据重复出现，还使得数据统计的结果不正确。1.7答：①数据的整体性是指在进行数据库设计时，要站在全局需要的角度进行抽象和组织数据，要完整地、准确地描述数据自身和数据之间联系的情况，要建立适合整体需要的数据模型。②数据的共享性是指由于数据库系统是从整体角度上看待和描述数据的，数据不再是面向某个应用，而是面向整个系统。③数据的整体性高会使得数据库中的数据冗余度变小，从而避免了由于数据冗余度大带来的数据冲突问题，也避免了由此产生的数据维护麻烦和数据统计错误问题。数据共享度高会提高数据的利用率，使得数据更有价值且更容易、更方便地被使用。1.8答：数据库管理系统是提供数据库管理的计算机系统软件，为信息管理系统的设计提供了方法、手段和工具。利用数据库管理系统设计，信息管理系统可以达到事半功倍的效果。信息管理系统是实现某种具体事物管理功能的应用软件。信息管理系统的数据存放在数据库中，利用数据库管理系统，信息管理系统可以更快、更好地设计和实施。1.9答：用文件系统管理数据会有三个缺陷：①由于文件之间缺乏联系，会造成每个应用程序都有对应的文件，有可能同样的数据在多个文件中重复存储，所以数据冗余度大。②由于数据冗余，在进行更新操作时，稍不谨慎，就可能使同样的数据在不同的文件中不一样，从而产生数据不一致缺陷。③由于文件之间相互独立，缺乏联系，会造成数据联系弱的缺陷。1.10答：数据库系统阶段的数据管理有五方面的特点：①采用复杂的数据模型表示数据结构；②有较高的数据独立性；③数据库系统为用户提供了方便的用户接口；④系统提供有数据库的恢复、并发控制、数据完整性和数据安全性的数据控制功能，以保证数据库中的数据是安全的、正确的和可靠的；⑤对数据的操作不一定以记录为单位，也可以以数据项为单位，从而增加了系统的灵活性。1.11答：支持数据库系统的计算机硬件资源包括CPU、内存、外存及数据通信、数据输入/输出设备。因为数据库系统数据量大、数据结构复杂、软件内容多，所以要求其硬件设备能够处理并快速处理数据，这需要硬件的数据存储容量大、数据处理速度和数据输入/输出速度快。1.12答：数据冗余可能导致：①浪费存储空间及修改麻烦；②潜在的数据不一致性。1.13答：使用数据库系统的好处是：查询迅速、准确，而且可以节约大量纸面文件；数据结构化，由DBMS统一管理；数据冗余度小；具有较高的数据独立性；数据的共享性好；DBMS还提供了数据的控制功能。1.14答：①数据库系统的软件中包括操作系统（OS）、数据库管理系统（DBMS）、主语言系统、应用程序软件和用户数据库。②数据库系统中各种软件的作用如下：操作系统—计算机软件的基础，支持DBMS及主语言系统工作；数据库管理系统和主语言系统—为定义、建立、维护、使用及控制数据库而提供的有关数据管理，为应用程序提供的诸如程序控制、数据输入输出、功能函数、图形处理、计算方法等数据处理；应用开发工具软件—为应用开发人员和最终用户提供的高效率、多功能的应用生成器、第四代计算机语言等各种软件工具；应用程序软件和用户数据库—实现对数据库中数据的维护、查询、管理和处理操作。1.15答：①数据库管理员（DBA）应参与数据库和应用系统的设计；②数据库管理员应参与决定数据库的存储结构和存取策略的工作；③数据库管理员要负责定义数据的安全性要求和完整性条件；④数据库管理员负责监视和控制数据库系统的运行，负责系统的维护和数据恢复工作；⑤数据库管理员负责数据库的改进和重组。1.16答：①数据库的三级模式是指逻辑模式、外模式和内模式。逻辑模式是对数据库中数据整体逻辑结构和特征的描述。外模式是对各个用户或程序所涉及到数据的逻辑结构和数据特征的描述。内模式是数据的内部表示或底层描述。②逻辑模式是系统为了减小数据冗余、实现数据共享的目标，并对所有用户的数据进行综合抽象，而得到的统一的全局数据视图。外模式可以方便用户使用和增强数据的安全性；内模式可以将系统的模式组织成最优的物理模式，以提高数据的存取效率，改善系统的性能指标。1.17答：①数据独立性是指应用程序和数据之间的依赖程度低，相互影响小。数据独立性分为物理数据独立性和逻辑数据独立性两级。数据的物理独立性是指应用程序对数据存储结构的依赖程度。数据的逻辑独立性是指应用程序对数据全局逻辑结构的依赖程度。②数据物理独立性高是因为DBMS能够提供数据的物理结构与逻辑结构之间的映像和转换功能，使得应用程序可以根据数据的逻辑结构进行设计，一旦数据的存储结构发生变化，系统可以通过修改其映像来适应变化。数据逻辑独立性高是由于DBMS能够提供数据的全局逻辑结构和局部逻辑结构之间的映像和转换功能，使得数据库可以按数据全局逻辑结构设计，而应用程序可以按数据局部逻辑结构进行设计，当全局逻辑结构中的部分数据结构改变时，可以通过修改与全局逻辑结构的映像而减小其受影响的程度，使数据局部逻辑结构基本上保持不变。1.18答：数据库系统的二级映像技术是指外模式与模式之间的映像、模式与内模式之间的映像技术，这二级映像技术不仅在三级数据模式之间建立了联系，同时也保证了数据的独立性。当模式变化时，可以通过修改外模式∕模式之间的映像的方法使外模式不变，保证了数据的逻辑独立性；当数据库的存储结构改变时，可以通过修改模式/内模式之间的映像使数据模式不变化，保证了数据的物理独立性。1.19答案：A，B，C1.20答案：A1.21答案：A，B，C1.22答案：C1.23答案：B1.24答案：B1.25答案：B1.26答案：B1.27答案：B1.28答案：B1.29答案：C1.30答案：A1.31答案：C1.32答案：D1.33答案：A1.34答案：C1.35答案：A1.36答案：C1.37答案：B1.38答案：C1.39答案：A1.40答案：A1.41答案：D1.42答案：A1.43答案：C1.44答案：B1.45答案：C1.46答案：A1.47答案：B本章结束谢谢本章教学目标、重点和难点教学目标：使学生了解三种世界中术语的定义、描述方法和关联，了解信息模型的概念，掌握信息模型的表示方法。

教学重点：信息模型的表示方法，关系模型的数据结构，关系操作和完整性约束条件，关系模型的特点。教学难点：信息模型的表示方法。关系模型和关系完整性约束条件。

第2章

数据模型与概念模型

2.1信息模型及表示2.2常见的数据模型2.1信息模型及其表示2.1.1信息模型的基本概念

1.信息模型的术语

(1)对象和实例：现实世界中具有相同性质、服从相同规则的一类事物（概念）的抽象称为对象。对象中的每一个具体的事物（实体）为该对象的实例。

(2)属性：属性为实体的某一方面特征的抽象表示。

(3)主码和次码：码能够惟一标识一个实体；不能惟一标识实体的属性叫次码。

(4)域：属性的取值范围称为属性的域。信息模型是对信息世界的管理对象、属性及联系等信息的描述形式。信息模型不依赖计算机及DBMS，它是现实世界的真实全面反映。2.实体联系的类型(1)两个实体集之间的联系

1)一对一联系（1:1）:设有两个实体集A和B，对于A中的每一个实体，B中至多有一个实体与之联系；反之亦然。

2)一对多联系（1:n）:设有两个实体集A和B，对于A的每一个实体，B中有一个或多个实体与之联系；而对于B的每一个实体，A中至多有一个实体与之联系。

3)多对多联系（m:n）:设有两个实体集A和B，对于A的每一个实体，B中有一个或多个实体与之联系；反之亦然。两个实体集之间的联系工厂

负责厂长11学校

工作教师1n职工

参加体育团体mn两个实体集联系的例子(2)多实体集之间的联系1)多实体集之间的一对多联系。

设实体集E1,…En，对于实体集Ej(j=1,…n)中的一个给定实体，最多只和其他实体集Ei(i

j)中的一个实体相联系，则称Ej与E1…,En之间的联系是一对多的。

2)多实体集之间的多对多联系。

在两个以上的多个实体集之间，当一个实体集与其他实体集之间均存在多对多联系，而其他实体集之间没有联系时，这种联系称为多实体集间的多对多联系。课程讲授教师参考书1nm供应商供应项目零件mpn2.1.2信息模型的表示方法1)用长方形表示实体集，长方形内写明实体集名。2)用椭圆形表示实体集的属性，并用线段将其与相应的实体集连接起来。3)用菱形表示实体集间的联系，菱形内写上联系名，用线段分别与有关实体集连接起来，在线段旁标出联系的类型。如果联系具有属性，则该属性仍用椭圆框表示，仍需要用线段将属性与其联系连接起来。学生学号姓名性别年龄所在系2.2

常见的数据模型2.2.1数据模型概述

1.数据模型的三要素

1)数据结构：所研究的对象类型的集合。包括与数据类型、内容、性质有关的对象；与数据之间联系有关的对象。

2)数据操作：对数据库中各种数据对象允许执行的操作集合。包括操作对象和有关的操作规则两部分。

3)数据约束条件：一组数据完整性规则的集合。

2.常见的数据模型

层次模型、网状模型、关系模型和面向对象数据模型。

在非关系模型中，实体集用记录表示，实体的属性对应记录的数据项（或字段）。实体集之间的联系转换成两两记录之间的联系。非关系模型中数据结构的单位是基本层次联系。RiRjLij2.2.2层次数据模型1.层次模型的数据结构

(1)层次模型的定义

1)有且仅有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点。

2)除根结点之外的其他结点有且只有一个双亲结点。

(2)层次模型的数据表示方法

实体集使用记录表示；记录型包含若干个字段；记录值表示实体；记录之间的联系使用基本层次联系表示。

(3)层次模型的特点

层次模型像一棵倒立的树，只有一个根结点，有若干个叶结点，结点的双亲是惟一的。

院系编号院系名称办公地点教研室编号教研室学号姓名年龄专业方向职工号姓名教学院系数据模型院系教研室学生教师D10计算机系9号楼C01硬件教研室C02软件教研室00001王平2000002李丽20电器92001王海自动化92002张铮数据库92003许明人工智能92004陈真教学院系数据库的一个实例2.层次模型的完整性约束条件在进行插入记录值操作时，如果没有指明相应的双亲记录值（首记录值），则不能插入子女记录值（属记录值）。(2)进行删除记录操作时，如果删除双亲记录值（首记录值），则相应的子女结点值（属记录值）也同时被删除。(3)进行修改记录操作时，应修改所有相应记录，以保证数据的一致性。

2.2.3网状数据模型1.网状模型的数据结构

(1)网状模型结构的基本特征

1)有一个以上的结点没有双亲。2)结点可以有多于一个的双亲。

(2)网状模型的数据表示方法

1)使用记录和记录值表示实体集和实体；每个结点表示一个记录，每个记录包含若干个字段。

2)联系(系)用结点间的有向线段表示。每个有向线段表示一个记录间的一对多的联系。

R1R2R1R2R3R4R1R3R2

L1L2L1L2L1L2L32.网状模型的完整性约束条件支持记录码的概念。码即惟一标识记录的数据项的集合。2)保证一个联系中双亲记录和子女记录之间是一对多的联系。3)可以支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件。2.2.4关系数据模型1.关系模型的数据结构

(1)关系模型中的主要术语1)关系：一个关系对应通常所说的一张二维表。2)元组：表中的一行称为一个元组。3)属性：表中的一列称为一个属性。4)主码：表中的某个属性或属性组，值可以唯一确定一个元组，且属性组中不含多余的属性。5)域：属性的取值范围称为域。6)分量：元组中的一个属性值称为分量。7)关系模式：关系的型称为关系模式，是对关系的描述。(2)关系模型中的数据全部用关系表示关系模式一般的表示：关系名(属性1，属性2，…，属性n).学生学籍表

学号姓名性别年龄所在系00001王平男20计算机系00002李丽女20计算机系00010张晓刚男19数学系……………2.关系操作和完整性约束条件3.关系模型与非关系模型比较

1)关系数据模型建立在严格的数学基础之上。

2)关系数据模型的概念单一，容易理解。

3)关系数据模型的存取路径对用户隐蔽。

4)关系数据库中的数据联系是靠数据冗余实现的。

关系操作主要包括数据查询和插入、删除、修改数据。关系中的数据操作是集合操作。关系操作语言都是高度非过程的语言关系的完整性约束条件包括三类：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。2.2.6对象关系数据模型1.对象关系数据模型的概念对象关系数据模型使用二维表表示数据，它包括关系表和对象表两种。关系表属于关系模型，关系的属性对应于表的列，关系的元组对应于表的行，关系模型装不支持方法。对象表属于面向对象数据模型，支持面向对象的基本功能，对象的类抽象对应二维表，类的实例（对象）对应于表中的行，类的属性对应于表的列，通过对象可调用方法。２.对象表的数据类型和表结构特点（1）对象表的属性支持复合数据类型关系表强调属性数据只能是不可分割的简单数据项，复合数据是不允许出现的。对象表的数据可以是基本项，也可以是组合数据项学生信息的对象表结构学号姓名年龄班级家庭联系人姓名与学生关系电话单位（2）对象表的属性支持可变长数组类型关系表的属性不支持数组类型，更不支持可变长的数组类型。对于一些数据个数不确定的信息，关系表只能独立新建表的方法解决。对象表增加了数组类型，用户可以使用可变长的数组类型保存记录中数据个数不一样的属性数据。学生-选课的对象表学号姓名年龄班级课程名成绩040011王刚2004（2）数据库72C语言87软件工程76040012李力2104（2）数据库67040013田红2004（3）数据库86软件工程75（3）对象表的属性支持嵌入表数据类型

对象表中的属性，不仅可以是复合数据、数组数据等带结构的数据，还可以是嵌套表，信息结构更复杂、更丰富。嵌套表有行和列，表的长短与具体元组有关。学号姓名年龄班级

选课040011王刚2004（2）040012李力2104（2）040013田红2004（3）课程号 课程名 成绩 C20 数据库 72 C11 C语言 87 C32 软件工程 76 课程号 课程名 成绩 C20 数据库 86 C32 软件工程75 课程号 课程名 成绩 C20 数据库 67 习题22.1答：①实体：现实世界中存在的可以相互区分的事物或概念称为实体。②实体型：现实世界中，对具有相同性质、服从相同规则的一类事物（或概念，即实体）的抽象称为实体型。③实体集：具有相同特征或能用同样特征描述的实体的集合称为实体集。④属性：属性为实体的某一方面特征的抽象表示。⑤码：也称为关键字，能够唯一标识一个实体。⑥实体联系图（E-R图）：实体联系方法（E-R图法）是用来描述现实世界中概念模型的一种著名方法，提供了表示实体集、属性和联系的方法。⑦数据模型：一组严格定义的概念集合。这些概念精确地描述了系统的数据结构、数据操作和数据完整性约束条件。2.2答：①数据模型是一组严格定义的概念集合，这些概念精确地描述了系统的数据结构、数据操作和数据完整性约束条件。数据模型是通过概念模型数据化处理得到的。②数据库是根据数据模型建立的，因而数据模型是数据库系统的基础。③数据模型的三要素是数据结构、数据操作和完整性约束条件。数据结构是所研究的对象类型的集合；数据操作是指对数据库中各种数据对象允许执行的操作集合；数据约束条件是一组数据完整性规则的集合。2.3答：信息模型是对信息世界的管理对象、属性及联系等信息的描述形式。信息模型不依赖于计算机及DBMS，它是现实世界的真实而全面的反映。信息模型数据化处理后可得到数据模型。2.4答：见图1：图1题2.4E-R图图中：部门和负责人间的联系是一对一的联系；一个学生可以借阅多本书，一本书只能一个人借，学生和借阅间的联系为一对多的联系；一个学生可以参加多个社会团体，一个社会团体有多个学生参加，学生和社会团体间的联系为多对多的联系。2.5答：用E-R图画出的学校的概念模型图如图2所示。2.6答：在数据结构中，定义满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型：有且仅有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点；除根结点之外的其他结点有且只有一个双亲结点。模型实例如图3所示。2.7答：满足以下两个条件的基本层次联系的集合称为网状模型：有一个以上的结点没有双亲，结点可以有多于一个的双亲。模型实例如图4所示。2.8答：关系数据库是以关系模型作为数据的组织方式，关系模型是建立在严格的数学概念基础上的，关系数据库的主要优点是概念简单清晰，用户不需了解复杂的存取路径，不需说明“怎么干”，只需说明“干什么”，易懂易学。因此，关系数据模型逐渐取代了层次、网状数据模型，成为了商业数据库管理系统的主流。2.9答：概念模型的特点是：对现实世界的第一层抽象；与软件、硬件无关；从用户观点对数据建模。逻辑模型特点是：对现实世界的第二层抽象；与硬件无关，与软件有关；从计算机实现观点对数据建模。2.10答：①四种主要的数据模型是层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型。②数据结构、数据操作和完整性约束条件这三方面的内容完整地描述了一个数据模型。2.11答：①对象：现实世界中实体的模型化，它与记录、元组相似，但比它们复杂。②对象标识：每个对象有一个唯一的标识。③封装：每个对象是其状态与行为的封装。④类：共享同一属性和方法集合的所有对象组合在一起构成了一个对象类。⑤类层次：一个系统中所有类集成的一个有根的有向无环图称为类层次。2.12答：现实世界的任一实体都被统一地模型化为一个对象，每个对象有一个唯一的标识，称为对象标识。关系模型中的“码”也称为关键字，它能够唯一标识一个实体。2.13答：例如，职工是个实体集，技术人员、干部也是实体集，但是技术人员、干部均是职工的子集。我们把职工称为超类，技术人员、干部称为职工的子类。2.14答：①如果一个子类只能继承一个超类的特性（包括属性、方法和消息），这种继承称为单继承。②如果一个子类能继承多个超类的特性，这种继承称为多重继承。③继承性有两个优点：一是继承性是建模的有力工具，提供了对现实世界简明而精确的描述；二是继承性提供了信息重用机制。2.15答：①在同一作用域中允许多个事务使用同一操作的措施被称为操作的重载。②子类可以定义自己特殊的属性、方法和消息，但是当子类定义的方法与父类中的方法相同时，即发生同名冲突时，面向对象数据库将采用滞后联编技术来解决这种冲突。2.16答案：A，D2.17答案：C2.18答案：C 2.19答案：C2.20答案：D2.21答案：C2.22答案：B2.23答案：C2.24答案：C2.25答案：C2.26答案：B本章结束谢谢68本章教学目标、重点和难点教学目标：使学生了解数据库设计的基本内容和应注意的问题，掌握数据库系统设计方法和基本步骤，精通信息模型向关系模型的转换方法。

教学重点：数据库设计方法和数据库设计的基本步骤，需求分析方法，数据库信息模型的设计方法，信息模型向关系模型的转换方法。教学难点：信息模型的设计方法，信息模型向关系模型的转换方法。69第3章数据库设计方法和实例

3.1数据库系统设计方法3.2系统需求分析3.3数据库信息模型的设计3.4数据库逻辑结构的设计3.5数据库物理结构的设计3.6数据库的实施和维护3.7数据库应用系统的设计

703.1数据库系统设计方法

3.1.1数据库系统设计的内容

目标：对于给定的应用环境，建立一个性能良好的、能满足不同用户使用要求的、又能被选定的DBMS所接受的数据库系统模式。按照该模式建立的数据库系统，应当能够完整地反映现实世界中信息及信息之间的联系；能够有效地进行数据存储；能够方便地执行各种数据检索和处理操作；并且有利于进行数据维护和数据控制管理的工作。

内容：数据库的结构特性设计，数据库的行为特性设计，数据库的物理模式设计。将结构特性设计和行为特性设计结合起来，相互参照，同步进行，才能较好地达到设计目标。数据库设计是设计数据库结构特性，为特定应用环境构造出最优的数据模型；数据库应用系统设计是设计数据库的行为结构特性，建立能满足各种用户对数据库应用需求的功能模型。71

1.数据库的结构特性设计

先将现实世界中的事物、事物间的联系用E-R图表示，再将各个分E-R图汇总，得出数据库的概念结构模型，最后将概念结构模型转化为数据库的逻辑结构模型表示。2.数据库的行为特性设计

首先要将现实世界中的数据及应用情况用数据流程图和数据字典表示，并详细描述其中的数据操作要求（即操作对象、方法、频度和实时性要求），进而得出系统的功能模块结构和数据库的子模式。3.数据库的物理模式设计

根据库结构的动态特性（即数据库应用处理要求），在选定的DBMS环境下，把数据库的逻辑结构模型加以物理实现，从而得出数据库的存储模式和存取方法。72加载试验数据程序说明调试和运行企业数据分析用户业务活动分析概念模型设计逻辑模式设计物理模式设计用户子模式设计功能模型事务设计应用程序设计性能考核满意投入运行维护加载数据库不是731.考虑到计算机硬件、软件和干件的实际情况

(1)数据库系统的硬件条件

根据其数据存储设备、网络和通信设备、计算机性能等硬件条件设计数据库的规模、数据存储方式、分布结构以及数据通讯方式。

(2)DBMS和主语言系统的特点

在数据库设计前，应当选择合适的DBMS和主语言系统，使之适合数据库系统的要求。

(3)数据库用户的技术水平和管理水平

应当让DBA充分参与设计数据库的工作，使之对数据库设计过程的每个细节都了解的比较清楚。。2.使结构特性设计和行为特性设计紧密结合

数据库设计过程是一种自上而下的、逐步逼近设计目标的过程，是结构设计和行为设计分离设计、相互参照、反复探寻的过程。

3.1.2

数据库系统设计应注意的问题74

数据库系统设计应分6个阶段进行，这6个阶段是需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施和数据库运行和维护。

3.1.3数据库设计的基本方法和步骤

1.需求分析阶段:准确了解并分析用户对系统的需要和要求，弄清系统要达到的目标和实现的功能。2.概念结构设计阶段:对用户需求进行综合、归纳和抽象，形成一个独立于具体计算机和DBMS的概念模型。3.逻辑结构设计阶段：将概念结构转换为DBMS所支持的数据模型，并将其性能进行优化。4.数据库物理设计阶段：为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构，包括数据存储结构和存取方法。5.数据库实施阶段：运用DBMS提供的数据操作语言和宿主语言，根据数据库的逻辑设计和物理设计的结果建立数据库、编制与调试应用程序、组织数据入库并进行系统试运行。6.数据库运行和维护阶段：不断地对其结构性能进行评价、调整和修改。75需求分析阶段概念设计阶段逻辑设计阶段物理设计阶段数据库实施阶段数据库运行、维护阶段不满意需求收集和分析设计概念结构设计逻辑结构数据模型优化设计物理结构评价设计，性能预测物理实现试验性运行使用、维护数据库不满意应用需求（数据、处理）转换规则、DBMS要求和优化方法应用要求，DBMS详细特征和限制763.2.1需求分析的任务和方法

任务：调查现实世界要处理的对象；了解原系统的概况和发展；明确用户需求；收集基础数据及其处理方法；确定新系统的功能和边界。

1.系统需求调查的内容

(1)数据库中的信息内容：数据库中需存储哪些数据，包括用户将从数据库中直接获得或间接导出的信息内容和性质。

(2)数据处理内容：用户要完成什么数据处理功能；用户对数据处理响应时间的要求；数据处理的工作方式。

(3)数据安全性和完整性要求：数据的保密措施和存取控制要求；数据自身的或数据间的约束限制。

3.2系统需求分析分析用户的要求，将分析结果用数据流程图和数据字典表示。77了解现实世界的组织机构情况

弄清所设计的数据库系统与哪些部门相关，这些部门以及下属各个单位的联系和职责是什么。(2)了解相关部门的业务活动情况

各部门需要输入和使用什么数据；在部门中是如何加工处理这些数据的；各部门需要输出什么信息；输出到什么部门；输出数据的格式是什么。(3)确定新系统的边界

哪些功能现在就由计算机完成；哪些功能将来准备让计算机完成；哪些功能或活动由人工完成。由计算机完成的功能就是新系统应该实现的功能。

2.系统需求的调查步骤78

(1)跟班作业:数据库设计人员亲身参加业务工作。

(2)开调查会:通过与用户座谈的方式来了解业务活动情况及用户需求。

(3)请专人介绍:请业务熟练的专家或用户介绍业务专业知识和业务活动情况，设计人员从中了解并询问相关问题。

(4)询问:对某些调查中的问题，可以找专人询问。

(5)设计调查表请用户填写:数据库设计人员可以提前设计一个合理的、详细的业务活动及数据要求调查表，并将此表发给相关的用户。

(6)查阅现实世界的数据记录:查阅与原系统有关的数据记录，包括帐本、档案或文献等。3.系统需求调查的方法794.系统需求分析方法常用的有结构化分析方法:1)自顶向下的设计方法。先定义全局概念结构的框架，然后逐步细化为完整的全局概念结构。2)自底向上的设计方法。先定义各局部应用的概念结构，后将它们集成，得到全局概念结构。3)逐步扩张的设计方法。先定义最重要的核心部分，后向外扩充，生成其他概念结构。4)混合策略设计的方法。即采用自顶向下与自底向上相结合的方法。80

数据字典是各类数据描述的集合1.数据项：数据项是不可再分的数据单位。2.数据结构：数据结构反映了数据之间的组合关系。3.数据流：据流是数据结构在系统内传输的路径。4.数据存储：数据存储是数据及其结构停留或保存的地方，也是数据流的来源和去向之一。数据存储可以是手工文档、手工凭单或计算机文档。5.处理过程：用判定表或判定树来描述。3.2.2数据字典及其表示81

D1在校学生D3学生学籍表学生科删除记录a

P1P2

退学通知学生学生退学处理毕业处理

c派遣证c

学生科各系D2成绩记录D4学分记录ab一个数据流程图的实例

823.3概念结构的设计3.3.1概念结构的特点及设计方法3.3.2数据抽象与局部视图设计1.三种数据抽象方法(1)分类:定义类概念作为现实世界中对象的类型，这些对象具有某些共同的特性和行为。在E-R模型中，实体集是该抽象。(2)聚集：定义某一类型的组成部分，它抽象了对象内部的类型和“组成部分”的语义。(3)概括：定义类型之间的一种子集联系，它抽象了类型之间的“所属”的语义。2.设计分E-R图概念结构设计是利用抽象机制对需求分析阶段收集到的数据分类、组织（聚集），形成实体集、属性和码，确定实体集之间的联系类型，进而设计分E-R图。833.3.3视图的集成1.合并分E-R图，生成初步E-R图

(1)属性冲突

1)属性域冲突，即属性值的类型、取值范围或取值集合不同。

2)属性取值单位冲突。

(2)命名冲突

1)同名异义冲突：不同的对象在不同的局部应用中具有相同的名字。2)异名同义冲突：意义相同的对象在不同的应用中有不同的名字。

(3)结构冲突

1)同一对象在不同的应用中具有不同的抽象。

2)同一实体在不同分E-R图中的属性组成不一致.

3)实体之间的联系在不同的分E-R图中呈现不同的类型。

2.消除不必要的冗余，设计基本E-R图843.4数据库逻辑结构的设计3.4.1概念模型向网状模型转换不同型实体集及其联系的转换规则

1)每个实体集转换成一个记录。

2)每个1:n的二元联系转换成一个系，系的方向由1方实体记录指向n方实体记录。

3)每个m:n的二元联系，在转换时要引入一个连结记录，并形成两个系，系的方向由实体记录方指向连结记录方。4)K（>=3）个实体型之间的多元联系，在转换时也引入一个连结记录，并将联系转换成K个实体记录型和连结记录型之间的K个系，系的方向均为实体型指向连结记录。85转换实例

部门部门-职工职工1n部门职工部门-职工系学生选课课程mn学生课程选课学生-选课课程-选课(a)1:n联系的转换实例(b)m:n联系的转换实例86多实体型之间多元联系转换实例部件工程部件-工程-供应供应mnp部件工程供应部件-工程-供应Set1Set2Set3873.4.2概念模型向关系模型的转换实体集的转换规则

一个实体集转换为关系模型中的一个关系，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码，关系的结构是关系模式。2.实体集间联系的转换规则

(1)1:1联系的转换方法

1)将1:1联系转换为一个独立的关系：与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性，且每个实体的码均是该关系的候选码。

2)将1:1联系与某一端实体集所对应的关系合并，则需要在被合并关系中增加属性，其新增的属性为联系本身的属性和与联系相关的另一个实体集的码。

88【例】将图中E-R图转换为关系模型。方案1：联系形成的关系独立存在：职工（职工号，姓名，年龄）；产品（产品号，产品名，价格）；负责（职工号，产品号）.方案2：“负责”与“职工”两关系合并：职工（职工号，姓名，年龄，产品号）；产品（产品号，产品名，价格）；方案3：“负责”与“产品”两关系合并：职工（职工号，姓名，年龄）；产品（产品号，产品名，价格，职工号）.负责1产品产品号产品名价格1职工职工号姓名年龄89(2)1:n联系的转换方法

一种方法是将联系转换为一个独立的关系，其关系的属性由与该联系相连的各实体集的码以及联系本身的属性组成，而该关系的码为n端实体集的码；另一种方法是在n端实体集中增加新属性，新属性由联系对应的1端实体集的码和联系自身的属性构成，新增属性后原关系的码不变。90【例】将含有1:n联系的E-R图转换为关系模型。方案1：联系形成的关系独立存在。

仓库（仓库号，地点，面积）；

产品（产品号，产品名，价格）；

仓储（仓库号，产品号，数量）.方案2：联系形成的关系与n端对象合并。

仓库（仓库号，地点，面积）；

产品（产品号，产品名，价格，仓库号，数量）.仓储n产品产品号产品名价格1仓库仓库号地点面积数量91(3)m:n联系的转换方法

在向关系模型转换时，一个m:n联系转换为一个关系。转换方法为：与该联系相连的各实体集的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性，新关系的码为两个相连实体码的组合（该码为多属性构成的组合码）。

92【例】将图中含有m:n二元联系的E-R图，转换为关系模型。

转换的关系模型为：学生（学号，姓名，年龄，性别）；

课程（课程号，课程名，学时数）；

选修（学号，课程号，成绩）.学生学号姓名年龄性别课程课程号课程名学时数选修mn成绩93(4)三个或三个以上实体集间的多元联系的转换方法

1)对于一对多的多元联系，转换为关系模型的方法是修改1端实体集对应的关系，即将与联系相关的其他实体集的码和联系自身的属性作为新属性加入到1端实体集中。

2)对于多对多的多元联系，转换为关系模型的方法是新建一个独立的关系，该关系的属性为多元联系相连的各实体的码以及联系本身的属性，码为各实体码的组合。

94【例】将图中含有多实体集间的多对多联系的E-R图转换为关系模型。

供应商（供应商号，供应商名，地址）；零件（零件号，零件名，单价）；产品（产品号，产品名，型号）；供应（供应商号，零件号，产品号，数量）.供应商供应商号供应商名地址零件零件号零件名单价产品产品号产品名型号供应nmp数量习题3953.1答：①数据库的设计要经过需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库运行和维护6个阶段。②需求分析和概念结构设计阶段独立于数据库管理系统。③逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库运行和维护要依赖于数据库管理系统。963.2答：①需求分析阶段：准确了解并分析用户对系统的需要和要求，弄清系统要达到的目标和实现的功能。②概念结构设计阶段：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。③逻辑结构设计阶段：将信息结构转换为数据模型，并将其性能进行优化。④数据库物理设计阶段：为逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构，包括数据存储结构和存取方法。⑤数据库实施阶段：运用DBMS提供的数据操作语言和宿主语言，根据数据库的逻辑设计和物理设计的结果建立数据库、编制与调试应用程序、组织数据入库，并进行系统试运行。⑥数据库运行和维护阶段：不断地对其结构性能进行评价、调整和修改。973.3答：概念设计阶段，将应用需求转换为与计算机硬件无关的、与数据库管理系统无关的信息模型（即E-R图）；逻辑设计阶段，要完成数据库的逻辑模式和外模式的设计工作；在物理设计阶段，要根据具体使用的数据库管理系统的特点和处理的需要进行物理存储安排，并确定系统要建立的索引，得出数据库的内模式。3.4答：数据库设计有两个特点：①必须适应所在的计算机硬件环境，选择合适的DBMS，了解并提高数据库用户的技术水平和管理水平；②使结构特性设计和行为特性设计紧密结合、相互参照、反复探寻，共同达到设计目标。983.5答：①需求分析阶段的设计目标是：弄清现实世界要处理的对象及相互关系，清楚原系统的概况和发展前景，明确用户对系统的各种需求，得到系统的基础数据及其处理方法，确定新系统的功能和边界。②需求分析调查的内容有三方面：一是数据库中的信息内容，包括用户将从数据库中直接获得或者间接导出的信息的内容和性质；二是数据处理内容，包括要完成什么数据处理功能，数据处理响应时间，数据处理的工作方式；三是数据安全性和完整性要求，包括数据的保密措施和存取控制要求，数据自身的或数据间的约束限制。993.6答：数据字典是各类数据描述的集合，是进行详细的数据收集和数据分析后所获得的主要成果。数据字典通常包括数据项、数据结构、数据流、数据存储和处理过程五个部分。3.7答：概念结构设计的结果用数据库的信息模型表示。信息模型的主要特点和设计策略是：信息模型是现实世界的一个真实模型，能真实、充分地反映现实世界，能满足用户对数据的处理要求；信息模型应当易于理解；信息模型应当易于更改，有利于修改和扩充；信息模型易于向特定的数据模型转换。1003.8答：①数据抽象就是抽取现实世界的共同特性，忽略非本质的细节，并把这些共同特性用各种概念精确地加以描述，形成某种数据模型。②例子如下：使用分类法抽象“职工”类：在企业环境中，张小英是职工中的一员，她具有职工们共有的特性和行为：在某个部门工作，参与某个工程的设计或施工。与张小英属同一对象的还有王丽平等其他职工，如图5所示。使用聚集法抽象“职工”属性：把实体集“职工”的“职工号”、“姓名”等属性聚集为实体型“职工”，如图6所示。101102使用概括法将“职工”的子类合并：职工是个实体集，技术人员、干部也是实体集，但技术人员、干部均是职工的子集，如图7所示。1033.9答：①信息模型设计是将系统需求分析得到的用户需求抽象的过程，信息模型能转化为机器世界中的数据模型，并用DBMS实现这些需求。②信息模型设计可分为两步：第一步是抽象数据并设计局部视图；第二步是集成局部视图，得到全局的概念结构。3.10答：①E-R图是描述现实世界的概念模型的图形，E-R图也称为实体-联系图，提供了表示实体集、属性和联系的方法。②构成E-R图的基本要素是实体集、属性和联系。1043.11答：①视图集成就是把设计好的各子系统的分E-R图综合成一个系统的总E-R图，同时消除属性冲突、命名冲突、结构冲突，为关系数据库逻辑结构设计做准备。②视图的集成可以有两种方法：一种方法是多个分E-R图一次集成；另一种方法是逐步集成，用累加的方法一次集成两个分E-R图。3.12答：①逻辑结构设计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。②逻辑结构设计步骤为：把概念模型转换成一般的数据模型；将一般的数据模型转换成特定的DBMS所支持的数据模型；通过优化方法，将其转化为优化的数据模型。1053.13答：①E-R图转换为网状模型的方法为：每个实体集转换成一个记录。每个1:n的二元联系转换成一个系，系的方向由“1”方实体记录指向n方实体记录。每个m:n的二元联系，在转换时要引入一个连结记录，并形成两个系，系的方向由实体记录方指向连结记录方。

K（≥3）个实体型之间的多元联系，在转换时也引入一个连结记录，并将联系转换成K个实体记录型和连结记录型之间的K个系，系的方向均为实体型指向连结记录。②E-R图转换为关系模型的方法为：一个实体集转换为关系模型中的一个关系，实体的属性就是关系的属性，实体的码就是关系的码，关系的结构是关系模式。一个1:1联系可以转换为一个独立的关系，与该联系相连的各实体的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性，且每个实体的码均是该关系的候选码；也可以与任意一端实体集所对应的关系合并，在被合并关系中，新增的属性为联系本身的属性和与联系相关的另一个实体集的码。实体间的1:n联系可以有两种转换方法：一种方法是将联系转换为一个独立的关系，其关系的属性由与该联系相连的各实体集的码以及联系本身的属性组成，而该关系的码为“n”端实体集的码；另一种方法是在“n”端实体集中增加新属性，新属性由联系对应的“1”端实体集的码和联系自身的属性构成，新增属性后原关系的码不变。一个m:n联系转换为一个关系：与该联系相连的各实体集的码以及联系本身的属性均转换为关系的属性，新关系的码为两个相连实体码的组合。1063.14答：①数据库物理设计的内容主要是选择存取方法和存储结构，包括确定关系、索引、聚簇、日志、备份等的存储安排和存储结构，确定系统配置等。②数据库的物理设计可以分两步进行：确定数据的物理结构，即确定数据库的存取方法和存储结构；对物理结构进行评价。3.15答：①数据库运行一段时间后，由于记录不断增、删、改，会使数据库的物理存储情况变坏，降低了数据的存取效率，数据库的性能也下降。这时，数据库管理员就要对数据库进行重组织或部分重组织。②重组织按原数据库设计要求重新安排存储位置、回收垃圾、减少指针链等，以提高系统性能。重构造通过部分修改数据库的模式和内模式，使数据库适应新的应用环境。1073.16答：为了减轻两层C/S结构中客户机的负担，从客户机和服务器各抽一部分功能，组成应用服务器，成为三层C/S结构。3.17答：数据字典的任务就是管理有关数据的信息，主要包括：描述数据库系统的所有对象，并确定其属性；描述数据库系统对象之间的各种交叉联系；登记所有对象的完整性及安全性限制等；对数据字典本身的维护、保护、查询与输出。1083.18答：①E-R图如图8所示。②转换后的关系模型为：出版社(出版社名,地址,邮政编码)作者(姓名,性别,年龄,证件号码,单位)出版(出版社名,作者姓名,出书数量,联系方式)1093.19答：该图书馆数据库的E-R图如图9所示。其中：读者：读者号,姓名,地址,性别,年龄,单位图书：书号,书名,作者,出版社转换后的关系模型为：借阅者(读者号,姓名,地址,性别,年龄,单位)书籍(书号,书名,作者,出版社)借阅(读者号,书号,借出日期,应还日期)1103.20答：转换后的关系模型如下：Student(SNO,SN,SD,SA)Teacher(TNO,TN,TD,TG)Course(CNO,CN,PCNO)ST(SNO,TNO)SC(SNO,CNO,G)TC(TNO,CNO)1113.21答：转换后的关系模型如下：工厂(厂名,厂长,地址)产品(编号,型号,单价)用户(姓名,地址,电话)工厂-产品-用户(厂名,编号,姓名)1123.22答：概念模型如图12所示。图中：职工：职工号,姓名,住址商品部：商品部号,名称商品：商品代号,价格,型号,出厂价格生产厂家：厂名,地址关系模型为：职工(职工号,姓名,住址,工作商品部);商品部(商品部号,名称,经理职工号，经理名);商品(商品代号,价格,型号,出厂价格);生产厂家(厂名,地址);销售(商品代号,商品部号);生产(厂名,商品代号).1133.24答案：C3.25答案：C3.26答案：C3.27答案：C3.28答案：B3.29答案：B3.30答案：B3.31答案：D3.32答案：B3.33答案：B3.34答案：B3.35答案：C3.36答案：B3.37答案：A114本章结束谢谢本章教学目标、重点和难点教学目标：学生了解关系数据结构、关系操作、关系完整性，掌握关系代数的传统集合运算和专门关系运算的操作。学会用关系代数表示检索。教学重点：关系数据结构、关系操作和关系完整性，传统集合运算和专门关系运算。教学难点：除法运算，用关系代数表示检索。第4章关系模型4.1关系模型及其三要素4.2关系代数4.1关系模型及其三要素

4.1.1关系数据结构1.关系的数学定义1)域的定义：域是一组具有相同数据类型的值的集合。2)笛卡儿积（CartesianProduct）的定义：给定一组域D1，D2，…，Dn，这些域中可以有相同的部分，则笛卡儿积为：

D1×D2×…×Dn={（d1，d2，…dn）｜di∈Di，i＝1，2，…，n}.其中：每一个元素（d1，d2，…，dn

）称为一个n元组，简称元组。元素中的每一个值di称作一个分量）。

例如给出三个域：

D1=姓名

={王平，李丽，张晓刚}；

D2=性别

={男，女}；

D3=年龄

={19，20}.则D1，D2，D3的笛卡儿积为D1×D2×D3

姓名性别年龄王平男19王平男20王平女19王平女20李丽男19李丽男20李丽女19李丽女20张晓刚男19张晓刚男20张晓刚女19张晓刚女201.关系的数学定义3)关系（Relation）的定义：D1×D2×…×Dn的子集称作在域D1，D2，…，Dn上的关系，表示为：

R（D1，D2，…，Dn）.

这里：R表示关系的名字，n是关系的目或度。从D1×D2×D3中取出有用的元组，所构造的学生关系如表所示姓名性别年龄王平男20李丽女20张晓刚男192.关系中的基本名词

1)元组：关系表中的每一横行称作一个元组，组成元组的元素为分量。

2)属性：关系中的每一列称为一个属性。

3)候选码、主码、全码：若关系的候选码中只包含一个属性，则称它为单属性码；若候选码是由多个属性构成的，则称为它为多属性码。若关系中只有一个候选码，且这个候选码中包括全部属性，则这种候选码为全码。

4)主属性和非主属性：关系中，候选码中的属性称为主属性，不包含在任何候选码中的属性称为非主属性。

3.数据库中关系的类型

1)基本表：关系数据库中实际存在的表，是实际存储数据的逻辑表示。

2)视图表：视图表是由基本表或其他视图表导出的表。

3)查询表：查询表是指查询结果表或查询中生成的临时表。

4.数据库中基本关系的性质

1)同一属性的数据具有同质性。

2)同一关系的属性名具有不能重复性。

3)关系中的列位置具有顺序无关性。

4)关系具有元组无冗余性。

5)关系中的元组位置具有顺序无关性。

6)关系中每一个分量都必须是不可分的数据项。5.关系模式的定义

形式化地表示为：R（U，D，Dom，F）

其中：R为关系名，它是关系的形式化表示；U为组成该关系的属性集合；D为属性组U中属性所来自的域；Dom为属性向域的映象的集合；F为属性间数据的依赖关系集合。

可以简单记为：R（U）或R（A1，A2，…，An）.

其中：R为关系名，A1，A2，…，An为属性名。6.关系数据库

在某一应用领域中，所有实体集及实体之间联系所形成关系的集合就构成了一个关系数据库。

4.1.2关系操作概述1.关系操作的基本内容

关系操作包括数据查询、数据维护和数据控制三大功能:数据查询指数据检索、统计、排序、分组以及用户对信息的需求等功能；数据维护指数据增加、删除、修改等数据自身更新的功能；数据控制是为了保证数据的安全性和完整性而采用的数据存取控制及并发控制等功能。

关系操作的数据查询和数据维护功能使用关系代数中的选择、投影、连接、除、并、交、差以及广义笛卡儿积8种操作。2.关系操作的特点(1)关系操作语言操作一体化

数据定义、查询、更新和控制一体化，既可以作为宿主语言嵌入到主语言中，又可以作为独立语言交互使用。(2)关系操作的方式是一次一集合方式

关系操作的方式则是一次一集合方式。关系操作数据结构单一的特点，能够使其利用集合运算和关系规范化等数学理论