第二单元: 数据库原理及应用------数据模型_数据库原理参与度约束-优快云博客

层次模型
- 思路
  - tree数据结构表示现实世界
- 概念
  - 记录(record)
    - 把现实世界一个实体表达为一个记录
  - 域(field)
    - 一个记录由若干个域来描述
  - 双亲子女关系(PCR)
    - 两个不同关系记录之间存在一对多的关系
    - 表达现实生活中一对多的关系
    - 例子:院系是一个记录类型,班级是一个记录类型,一个系下面有多个班(形的定义)
- 层次型数据库的数据模式
  - 一个层次数据模型有多个PCR
  - 每一个PCR表示一个1对多的关系
  - 每个记录类型只能有一个双亲
- 虚记录
  - 一对多能解决,多对多怎么解决
  - 引入虚记录
    - 避免数据的冗余,维持PCR的树形结构
      - 引入指针，由虚记录指向相应的真实记录
网状数据模型
- 思路
  - 数据结构系(set),现实世界中两个记录类型之间一个一对多的关系,一是主记录,多是属记录。一个记录类型可以是多个类型的主记录，也可以是多个类型的属记录。
- 概念
  - 突破了层次结构的限制，能更容易地表示非层次型数据
  - 记录(record)
  - 数据项data items
    - 与域相似，但它可以是向量
  - set 表达两个记录类型的一对多关系
    - 链表
  - Link记录类型
    - 可以表示多对多关系
    - 可以表示多元关系
    - 类型内的自连接
      - 用雇员 (下属) 与对应的link构成一个系s1
      - link对雇员 (下属) 之间构成系s2
关系数据模型
- 思路
  - 表(relation).将现实生活中实体和实体之间的联系全部用表来表示,可以采用数学的研究方法进行研究
- 特性
  - 基于数学集合论，有更高的抽象级别(树,链表,指针...都被屏蔽)
  - 屏蔽了所有的底层细节，易于理解(表)
  - 可以建立新的代数系统----关系代数
  - 定义一个非过程化的查询语言----SQL
    - 非过程化语言，不需要程序员自己编写一步步的程序
  - 软连接
    - 一种逻辑指针(把某个值看作地址)
- 术语和概念
  - 属性(Attribute)
    - 列
    - 一个实体的多种方面的信息，称为属性
  - 域(Domain)
    - 每一个属性有一定的取值范围，称为域，表内数据的要求
    - 原子数据(不可再分) 表不可以套娃
    - 允许属性的值为空值, 空值为不知道，不是0也不是空串
  - 关系 Relation
    - 表
    - 现实世界的实体和实体间的联系用关系表达(一个关系或多个关系)
    - 关系是由多个属性构造
  - 元组(Tuple)
    - 表内每一行称为元组
  - 目
    - 属性的数量
  - 主键
    - 满足两个条件
      - 这组属性的值能够唯一的决定其它的值,这个关系内任意两条不同的元组这个属性的值都不一样
      - 该组属性的任意一个子集没有这个特性
      - 例子:学生的学号主键
    - 满足第一个而第二个不满足的话就称为超键
      - 学号+姓名就是超键
    - 候选键可能有多个，可以指定其中一个为主键，其余的为候补键
    - 如果主键是由该关系内所有属性组成，则称为全键
  - 外键
    - 在一个关系内，有一组属性用来引用另一张表内的元组，那么该外键应为另一张表的主键。
    - 引用完整性：如果我们把外键看成是一个逻辑指针，那么该逻辑指针指向的不能为空(即没有)。
完整性约束
- 通过外键的引用完整性约束
- 域完整性约束：元组内的每个属性的值都要在定义的域的范围内
- 实体完整性约束：一个关系里定义的一个主键，主键的值不能为空，如果主键为空就无法进行唯一性标识
下面会用到的例子

sid	bid	day
22	101	10/10/96
58	103	11/12/96

sid	sname	rating	age
22	dustin	7	45.0
31	lubber	8	55.5
58	rusty	10	35.0

bid	bname	color
101	tiger	red
103	lion	green
105	hero	blue

sid	sname	rating	age
28	yuppy	9	35.0
31	lubber	8	55.5
44	guppy	5	35.0
58	rusty	10	35.0

关系代数
- 关系模型的理论基础
基本操作
- 选择操作σ 从一个表中把满足条件的元组选出来
- projection 投影操作π 将需要的属性列出来
- 笛卡尔乘积× 两个关系的拼接
- 集合差- 把属于关系A不属于关系B的元组找出来
- 并 ∪ 把两个模式相同的元组并起来
- 其他操作
  - join
  - division
  - intersection
  - outer union
  - outer join
- 操作具体
  - 投影操作运算结果的模式就是投影的属性列表的属性组成的
    - 定义上说：投影操作要消除重复元组
    - 实际数据库系统并不主动删除重复元组，除非用户主动要求
  - 选择操作就是从一个表中把满足条件的元组选出来
    - 选择操作不会产生重复元组【只要原关系中没有重复元组】
    - 选择操作的模式与原关系的模式相同
    - 选择操作的结果可以作为别的代数关系的输入
  - 集合的并、交、差
    - 参与集合的两个关系要满足两个条件
      - 属性个数相同
      - 属性类型要一样
  - 笛卡尔乘积
    - 结果模式包括进行操作的两个表的所有属性，两张表的每条元组之间两两拼接
  - 条件连接操作
    - 由笛卡尔乘积和选择操作的结合
    - 结果模式和笛卡尔乘积的模式相同
    - 连接操作的结果的元组数比笛卡尔乘积的结果元组要少
  - 等值连接操作
    - 一种特殊的条件连接，连接条件只有等值的条件
    - 结果模式和笛卡尔乘积的模式类似，把等值的属性去掉一列
    - 自然连接：两张表在所有的公共属性上做等值连接(应用开发最常用的)
  - Division 除法操作
    - A/B = {<x>|ョ<x,y>∈A，∀<y>∈B}
    - 计算思路：比如对于A/B来说，我们要找在关系A中跟关系B中所有y值都有联系的x值。(也就是找出在关系B中没有一个y值与A的是没有联系的。否定的否定)
    - 假设A有两种属性，x和y；B只有一种属性y：
      - 也可能x和y是一个集合
    - 思路
      - 先在A中找不满足除法条件的x
        先把A做一个投影，投影到x属性
        将投影结果和关系B做一个笛卡尔乘积
        用笛卡尔乘积结果-A
        对上一步结果做一个投影，投影到x
      - 把关系A所有的x值减去所有不满足条件的x值
        把关系A投影到x
        投影结果减去上一操作找到的所有不满足条件的x值
  - Outer joins 外连接
    - 解决情况：在自然连接中不满足连接操作的元组想要保留下来。
    - 分类
      - 左外连接
        把连接运算符的左边的所有元组都要保留，找不到匹配的补空值
      - 右外连接
        把连接运算符的右边的所有元组都保留下来，找不到匹配的补空值
      - 全外连接
        把连接运算符的左右两边的所有元组都保留下来，找不到匹配的补空值
  - Outer Unions 外并操作
    - 解决情况：把不满足并兼容条件的两个关系强行并起来。
    - 结果的属性集是参与运算的两个关系的属性的并，元组也是参与运算的两个关系的元组的并，单一存在的补空值
关系演算
- 关系代数是一种过程化的表达。
- 关系演算是一个非过程化的表达。
基本思路
- 关系演算中把各种布尔表达式称为公式，查询结果元组是能使公式为真的表内的元组。
TRC 元组关系演算
- 以元组为单位定义变量
- 查询语句：{t[<attribute list>] | P(t)}
- 取一个元组变量t内包含的若干属性，能使p（t）为真。
- 例子
  - 找到一个级别大于7，且比50岁年轻的水手的姓名
    - {t[N] | t ∈ Sailor ^ t.T>7 ^ t.A<50}
DRC 域关系演算
- 以属性为单位定义变量
- 查询语句：{<x1,x2,…,xn>|P(x1,x2,…,xn,xn+1,…,xn+m)}
- 在要查询的属性上定义一组变量，根据需求定义布尔表达式，找出满足布尔表达式的元组。布尔表达式从原子公式开始，再利用逻辑连接符构成更复杂，更大的公式。
- 域关系演算中的原子公式
  - <x1,x2,…,xn> ∈ Rname
  - x op y : op 就是＞，＜，=，大于等于，小于等于，≠
  - x op 常量
- 公式的定义
  - 一个原子公式p
  - 否定p,p^q,pvq，其中p和q都是公式
  - 存在x(p(x)),公式p内的x是free的，那么就是一个公式
  - 所有任意x(p(x)),其中公式p内的x是free的，那么就是一个公式
- 例子
  - 查找水手表里级别大于7的
    - {<I,N,T,A>|<I,N,T,A> ∈Sailors ^ T>7}
    - I,N,T,A四个变量表示是一个水手元组，要求该元组要在水手表内，且T变量的值大于7，其中T就是级别这个属性
安全查询问题
- 满足公式的结果可能会无限多，那么这个查询就是不安全的
表达问题
- 关系代数与关系演算的表达能力等价，只是考虑问题的角度和表达方式不同(一个过程化,一个非过程化)
- SQL语言的表达能力也与关系代数与关系演算等价
传统数据模型评价
- 传统数据模型
  - 层次模型
  - 网状模型
  - 网状模型
- 共同特点与不足
  - 都适用于OLTP(联机事物处理)应用
    - OLTP：以记录为基础，基于结构化数据，不能很好的面向用户和应用
  - 不能用很自然的方法表达现实世界的模型，表达能力有限
  - 模型本身缺乏语义信息(一大堆表)
  - 支持的数据类型少，难以满足需求应用需求
ER数据模型
- 术语概念
  - 实体：把现实世界中可区别可区分的都表达为实体，一个实体由一组属性描述
  - 实体集：所有相似实体的集合。
    - 一个实体集内所有实体有同样的属性
    - 每一个实体有一个键
    - 每一个属性有一个域
    - 允许有复合类型属性、允许有多值属性
  - 联系:
    - 现实世界中两个或多个实体间的关系就叫做联系
    - 联系也可以有属性
  - 联系集
    - 所有同类联系组成的集就是联系集
    - 一个联系集合是n个实体之间的n元关系
    - 同一个实体集可以参与不同的联系，或者当不同的角色
ER图
- 语义约束
- 奇数比约束
  - 可以有1对多，多对1，1对1，多对多
- 参与度约束
  - 可以设置某一个实体参与一个联系的最小和最大次数
扩展的ER模型
- 概念
  - 扩展的ER模型
    - 不能单独存在
      - 相当于职工和职工家属，职工家属就是弱实体
  - 普遍化与特殊化
    - 与面向对象中的子类与父类的继承相似
    - 学生与研究生
  - 聚集
    - 允许把两个实体集间的联系看出一个实体集，让这个实体集和别的实体集间建立联系
  - 范畴
    - 一个集合内的实体是由不同类型的实体构成
面向对象数据模型
- 突破了一范式的限制
- 来自于面向对象的分析和设计
- 对象关系数据系统
  - 突破了一范式的限制