金鑫

吳靖

主編

唐小毅

馬燕林

參編數(shù)據(jù)庫原理及應用（Access2021版）1.5.1實體－聯(lián)系模型中的基本概1.5.2實體集之間的聯(lián)系形式1.1引言1.5實體-聯(lián)系模型1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級模式結(jié)構(gòu)1.2.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成

1.2.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點

1.2.3數(shù)據(jù)庫的發(fā)展過程

1.2.4數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.3.1模式結(jié)構(gòu)的概念

1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級模式

與二級映像

第1章

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述A

公司的業(yè)務(wù)之一是銷售一種科技含量較高的日常生活用品，為適應不同客戶群的需求，這種商品有9個型號；產(chǎn)品通過分布在全市的3000多個各種類型零售商（如各類超市、便利店等）銷售；同時，公司在全國各主要城市都設(shè)有辦事處，通過當?shù)氐拇砩啼N售這種商品。如果是你在管理這家公司，你需要什么信息？1.1引言本節(jié)討論數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點，數(shù)據(jù)庫的發(fā)展過程以及數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展。1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

1．數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)（Data）是對客觀事物的抽象描述。數(shù)據(jù)是信息的具體表現(xiàn)形式，信息包含在數(shù)據(jù)之中。數(shù)據(jù)的形式或者說數(shù)據(jù)的載體是多種多樣的，它們可以是數(shù)值、文字、圖形、圖像、聲音等。

1.2.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成

2.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫（DataBase）是存儲數(shù)據(jù)的容器。通常，數(shù)據(jù)庫中存儲的是一組邏輯相關(guān)的數(shù)據(jù)的集合，并且是企業(yè)或組織經(jīng)過長期積累保存下來的數(shù)據(jù)集合，是組織的重要資源之一。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型描述、組織和存儲。3．數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，DBMS）是一類系統(tǒng)軟件，提供能夠科學地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護數(shù)據(jù)的環(huán)境。其主要功能包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)控制、數(shù)據(jù)庫運行管理、數(shù)據(jù)庫的建立和維護等。4．數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一個完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem，DBS）由保存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、用戶應用程序和用戶組成，如圖1-1所示。DBMS是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。用戶以及應用程序都是通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行訪問的。

1.2.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成

通常一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應該具備如下功能。1）提供數(shù)據(jù)定義語言，允許使用者建立新的數(shù)據(jù)庫并建立數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（LogicalStructure）。2）提供數(shù)據(jù)查詢語言。3）提供數(shù)據(jù)操縱語言。4）支持大量數(shù)據(jù)存儲。5）控制并發(fā)送訪問。

1.2.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點1．數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的。這種結(jié)構(gòu)化就是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型。關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型，關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是關(guān)系——滿足一定條件的二維表格。2．數(shù)據(jù)高度共享、低冗余度、易擴充數(shù)據(jù)的共享度直接關(guān)系到數(shù)據(jù)的冗余度。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不再面向某個應用，而是面向整個系統(tǒng)。3．數(shù)據(jù)獨立數(shù)據(jù)的獨立性是指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)與應用程序之間是互不依賴的。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供了兩方面的映像功能，從而使數(shù)據(jù)既具有物理獨立性，又具有邏輯獨立性。4．數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理和控制（1）數(shù)據(jù)安全性（2）數(shù)據(jù)完整性（3）并發(fā)控制（4）數(shù)據(jù)庫恢復

1.2.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展過程（1）數(shù)據(jù)文件在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)出現(xiàn)之前，程序員根據(jù)應用的需要，用程序語言分散地設(shè)計應用所需要的各種數(shù)據(jù)文件。（2）應用數(shù)據(jù)庫意識到數(shù)據(jù)文件帶來的各種各樣的問題，于是就有了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。但是各個應用系統(tǒng)的建立依然是“各自為政”，每個應用系統(tǒng)建立自己的數(shù)據(jù)庫文件。（3）主題數(shù)據(jù)庫

主題數(shù)據(jù)庫是面向業(yè)務(wù)主題的數(shù)據(jù)組織存儲方式，即按照業(yè)務(wù)主題重組有關(guān)數(shù)據(jù)，而不是按照原來的各種登記表和統(tǒng)計報表來建立數(shù)據(jù)庫。它強調(diào)信息共享（不是信息私有或部門所有）。（4）數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)倉庫是將從多個數(shù)據(jù)源收集的信息進行存儲，存放在一個一致的模式下。數(shù)據(jù)倉庫通過數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)裝入和定期數(shù)據(jù)刷新來構(gòu)造。建立數(shù)據(jù)倉庫的目的是進行數(shù)據(jù)挖掘。

1.2.4數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展計算機數(shù)據(jù)管理隨著計算機硬件、軟件技術(shù)和計算機應用范圍的發(fā)展而不斷發(fā)展，經(jīng)歷了人工管理階段、文件系統(tǒng)階段和數(shù)據(jù)庫技術(shù)階段3個階段。對數(shù)據(jù)管理是為了對數(shù)據(jù)進行處理，數(shù)據(jù)處理的過程包括數(shù)據(jù)收集、存儲、加工和檢索等過程。1.人工管理階段

數(shù)據(jù)不能保存：一個目標計算完成后，程序和數(shù)據(jù)都不能被保存。

應用程序管理數(shù)據(jù)：應用程序與數(shù)據(jù)之間缺少獨立性。

數(shù)據(jù)不能共享：數(shù)據(jù)是面向應用的，一組數(shù)據(jù)只能對應一個程序。

數(shù)據(jù)不具有獨立性：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變后，應用程序必須修改。2.文件系統(tǒng)階段

數(shù)據(jù)可以長期保存：數(shù)據(jù)能夠保存在存儲設(shè)備上，可以對數(shù)據(jù)進行各種數(shù)據(jù)處理操作，包括查詢、修改、增加、刪除操作等。

文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)以文件形式存儲在存儲設(shè)備上，有專門的文件系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)文件進行管理。

數(shù)據(jù)共享差、數(shù)據(jù)冗余大：仍然是一個應用程序?qū)粋€數(shù)據(jù)文件（集）。

數(shù)據(jù)獨立性不好：數(shù)據(jù)文件與應用程序一一對應。3.數(shù)據(jù)庫技術(shù)階段

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。

數(shù)據(jù)共享性高，冗余度低，易擴充。

數(shù)據(jù)獨立性高。

數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理，DBMS具有完備的數(shù)據(jù)管理和控制功能。

1.2.4數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級模式結(jié)構(gòu)應用程序1應用程序2應用程序3外模式1外模式2…….外模式3模式內(nèi)模式外模式/模式映像模式/內(nèi)模式映像數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)如圖所示。

1.3.1模式結(jié)構(gòu)的概念

1．模式模式（Schema）又稱邏輯模式，是數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是對數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的描述。2．外模式外模式（ExternalSchema）又稱子模式或用戶視圖，是用戶能夠看到和使用的邏輯數(shù)據(jù)模型描述的數(shù)據(jù)。外模式通常是從模式得到的子集；用戶的需求不一樣，用戶視圖就不一樣，因此，一個模式可以有很多個外模式。3．內(nèi)模式內(nèi)模式（InternalSchema）又稱存儲模式，是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，一個模式只有一個內(nèi)模式。

1.3.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級模式與二級映像

1．外模式/模式映像2．模式/內(nèi)模式映像外模式1外模式n內(nèi)模式模式用戶1用戶n…外模式1外模式n模式內(nèi)模式用戶1用戶n…1.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟數(shù)據(jù)是一個組織機構(gòu)的重要資源之一，是組織積累的寶貴財富，通過對數(shù)據(jù)的分析，可以了解組織的過去，把握今天，預測未來。但這些數(shù)據(jù)通常是大量的、甚至是雜亂無章的，如何合理、有效地組織這些數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的重要任務(wù)之一。實際問題的需求分析概念設(shè)計建立Ｅ－Ｒ模型邏輯設(shè)計建立關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)在ＤＢＭＳ中建立數(shù)據(jù)庫1．需求分析對需要使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來進行管理的現(xiàn)實世界中對象（人或事物）的業(yè)務(wù)流程、業(yè)務(wù)規(guī)則和所涉及的數(shù)據(jù)進行調(diào)查、分析和研究，充分理解現(xiàn)實世界中的實際問題和需求。需求分析的策略一般有兩種：自下向上的方法和自上向下的方法。2．數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計一種較常用的概念模型是實體-聯(lián)系模型，又稱E-R（Entity-Relationship）模型。E-R模型用實體和實體之間的聯(lián)系來表達數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。3．數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計邏輯數(shù)據(jù)模型是一種面向數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計實際是把E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型的過程。4．數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)（數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計）

依據(jù)關(guān)系模型，在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)環(huán)境中建立數(shù)據(jù)庫。如在Access中，Access把數(shù)據(jù)組織到表格，表格由行和列組成。簡單的數(shù)據(jù)庫可能只包含一個表格，但是大多數(shù)數(shù)據(jù)庫是包含多個表的，并且表之間有聯(lián)系。1.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程就是利用數(shù)據(jù)模型來表達數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的過程。數(shù)據(jù)模型是一種工具，用來描述數(shù)據(jù)（Data）、數(shù)據(jù)的語義（DataSemantics）、數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系（Relationship）以及數(shù)據(jù)的約束（Constraints）等。數(shù)據(jù)建模過程是一個抽象的過程，其目的是把一個現(xiàn)實世界中的實際問題用一種數(shù)據(jù)模型來表示，用計算機能夠識別、存儲和處理的數(shù)據(jù)形式進行描述。在本節(jié)中，將討論一種用于數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計的數(shù)據(jù)模型—E-R

模型。

1.5實體-聯(lián)系模型

1．實體

實際問題中客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體（Entity）。實體是現(xiàn)實世界中的對象，實體可以是具體的人、事、物。例如，實體可以是一名學生、一位教師或圖書館中的一部書籍。2．屬性

實體所具有的某一特性稱為屬性（Attribute）。在E-R模型中用屬性來描述實體。確定屬性的兩條原則:1）屬性必須是不可分的最小數(shù)據(jù)項，屬性中不能包含其他屬性，不能再具有需要描述的性質(zhì)。2）屬性不能與其他實體具有聯(lián)系，E-R圖中所表示的聯(lián)系是實體集之間的聯(lián)系。3．實體集具有相同屬性的實體的集合稱為實體集（EntitySet/EntityClass）。

1.5.1實體-聯(lián)系模型中的基本概念

4．鍵在描述實體集的所有屬性中，可以唯一地標識每個實體的屬性稱為鍵（Key）或標識（Identifier）。首先，鍵是實體的屬性；其次，這個屬性可以唯一地標識實體集中每個實體。5．實體型具有相同的特征和性質(zhì)的實體一定具有相同的屬性。實體名（屬性1，屬性2，……，屬性n）1）每個實體集只表現(xiàn)一個主題。2）每個實體集有一個鍵屬性，其他屬性只依賴鍵屬性而存在。6．聯(lián)系世界上任何事物都不是孤立存在的，事物內(nèi)部和事物之間是有聯(lián)系（Relationship）的。實體集之間的聯(lián)系通常有3種類型：一對一聯(lián)系（1∶1）、一對多聯(lián)系（1∶n）和多對多聯(lián)系（m∶n）。

1.5.1實體-聯(lián)系模型中的基本概念

學號姓名性別出生日期所屬院系專業(yè)入學時間學生學生實體集的圖形表示

1.5.1實體-聯(lián)系模型中的基本概念

1.5.2實體集之間的聯(lián)系形式1．一對一聯(lián)系【例

1-1】

考慮學校里的班和班長之間的聯(lián)系問題。每個班只有一位班長，每位班長只在一個班里任職，班實體集與班長實體集之間的聯(lián)系是一對一聯(lián)系。用E-R圖表示這種一對一的聯(lián)系，如圖1-7所示。用矩形表示實體集，用菱形表示實體集之間的聯(lián)系，菱形中是聯(lián)系的名稱，菱形兩側(cè)是聯(lián)系的類型。為了強調(diào)實體集之間的聯(lián)系，本圖中略去了實體集的屬性。班管理班長１１班實體集與班長實體集的聯(lián)系【例

1-2】

某經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)需要對入駐其中的公司及其總經(jīng)理信息進行管理。如果給定的需求分析如下，則建立此問題的概念模型。（1）需求分析1）每個公司有一名總經(jīng)理，每位總經(jīng)理只在一個公司任職。2）需要存儲和管理的公司數(shù)據(jù)有公司名稱、地址、電話。3）需要存儲和管理的總經(jīng)理數(shù)據(jù)有姓名、性別、出生日期、民族。（2）E-R模型1）實體型。公司（公司編號，公司名稱，地址，電話）總經(jīng)理（經(jīng)理編號，姓名，性別，出生日期，民族）1.5.2實體集之間的聯(lián)系形式2．一對多聯(lián)系【例

1-3】

考慮學生與班之間的聯(lián)系問題。一個班有多名學生，而每個學生只屬于一個班。因此，班實體集與學生實體集之間的聯(lián)系是一對多聯(lián)系，如圖1-9所示。班學習學生１ｎ班實體集與學生實體集的聯(lián)系第1章1.5.2實體集之間的聯(lián)系形式第1章【例

1-4】

一家企業(yè)需要用計算機來管理它分布在全國各地的倉庫和員工信息。如果給定的需求信息如下，則建立此問題的概念模型。（1）需求分析1）某公司有數(shù)個倉庫分布在全國各地，每個倉庫中有若干名員工，每名員工只在一個倉庫中工作。2）需要管理的倉庫信息包括倉庫名、地點、面積。3）需要管理的倉庫中員工信息包括姓名、性別、出生日期和工資。4）此問題包含兩個實體集：倉庫和員工。倉庫實體集與員工實體集之間的聯(lián)系是一對多的聯(lián)系。5）需要為每個倉庫編號，用以唯一地標識每個倉庫，因此倉庫實體的鍵是屬性倉庫號。6）需要為每位員工編號，用以唯一地標識每名員工，因此員工實體的鍵是屬性員工號。（2）E-R模型1）實體型。倉庫（倉庫號，倉庫名，地點，面積）員工（員工號，姓名，性別，出生日期，工資）1.5.2實體集之間的聯(lián)系形式2）E-R圖。倉庫號倉庫名地點面積員工號姓名性別出生日期工資倉庫員工工作倉庫實體與員工實體集的Ｅ－Ｒ圖1.5.2實體集之間的聯(lián)系形式3．多對多聯(lián)系如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體（n≥0）與之聯(lián)系；反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中也有m個實體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B具有多對多聯(lián)系。記為m∶n。【例

1-5】

考慮學校中的學生與各類學生社團之間的情況。如果給定的需求分析如下，則為管理其信息建立E-R模型。（1）需求分析1）每名學生可以參加多個社團，每個社團中有多名學生。2）需要管理的社團信息包括：社團名、地點、電話。3）需要管理的學生信息包括：學號、姓名、性別、出生日期和所屬院系。4）需要為社團編號，用以唯一地標識每一個社團并作為社團實體集的鍵。5）學生實體集的鍵屬性是學號，它可以唯一地標識每一名學生。（2）E-R模型1）實體型。社團（編號，名稱，地點，電話）學生（學號，姓名，性別，出生日期，所屬院系）1.5.2實體集之間的聯(lián)系形式編號名稱地點電話學號姓名性別出生日期所屬院系社團參加學生mn圖1-11社團實體集與學生實體集的E-R圖1.5.2實體集之間的聯(lián)系形式2）E-R圖。4．多元聯(lián)系以上討論的問題均為兩個實體集之間的聯(lián)系，稱為二元聯(lián)系。在實際問題中經(jīng)常會遇到多個實體集之間的聯(lián)系問題，稱為多元聯(lián)系或n元聯(lián)系（n為實體集的個數(shù)）。但無論一個問題中包含多少個實體集，實體集之間的聯(lián)系類型只有3種：一對一聯(lián)系、一對多聯(lián)系和多對多聯(lián)系?！纠?/p>

1-7】

某企業(yè)需要對其倉庫、員工、訂單和供應商的信息進行管理。根據(jù)需求分析建立概念模型—E-R模型。（1）需求分析某公司有分布在全國各地的多個倉庫。每個倉庫中有多名員工。每張訂單一定是與一名員工簽訂的。每張訂單上的商品由一名供應商供貨。（2）E-R模型1）實體型。倉庫（倉庫號，倉庫名，地點，面積）員工（員工號，姓名，性別，出生日期，婚否，工資）訂單（訂購單號，訂購日期，金額）供應商（供應商號，供應商名，地址）1.5.2實體集之間的聯(lián)系形式倉庫工作供貨簽訂供貨商訂單員工多元聯(lián)系E-R圖1.5.2實體集之間的聯(lián)系形式2）E-R圖（略去屬性）。1.6習題1．選擇題1）實體-聯(lián)系模型中，屬性是指（

）。A．客觀存在的事B．事物的具體描述C．事物的某一特征

D．某一具體事件2）