关系模型和关系型数据库管理系统.docVIP

关系模型和关系型数据库管理系统 1.1 问题的引出 设想你在学校就读，某一天班主任交给你一个任务，要求收集学生的如下基本信息，然后以表格形式提交，这些信息包括每个学生的学号、姓名、性别、出生日期、家庭地址和联系电话，你会怎么做？ 第一步必须根据要收集的数据设计一个空白的表格，其样式可能如表1-1所示。 表1-1 学生基本信息表 学号 姓名 性别 出生日期 家庭地址 联系电话 其每一列的长度必须根据实际的情况确定，以适应大多数的情况。如学号固定为8位，只需留出可以写入8位数字的宽度，而家庭地址可能比较长，空间就需要留大一些。 第二步就是按顺序在表格中填写信息，填写过程以添加信息为主，但也难免要进行修改（涂改）和删除（划去）。同时在填写过程中，可能需要不断查阅已填的学生信息，以免重复填写，所以填写和查阅可能需要交替进行。 第三步在完成所有信息的填写后，对表格信息进行校对，校对过程中如发现错误则重复第二步。 上述手工制作表格的三个步骤正对应了我们下一节要阐述的数据模型的三个要素：数据结构、数据操纵和数据约束。 如果老师要求你用你掌握的一种语言，如BASIC或C语言，把这些信息存储在一个计算机中，你又将如何做？ 如果你是一个刚入门的程序员，开发完这样一个看似简单的程序，很可能你会走过以下4个阶段。 1．实现最简单的功能 你可能很快会粗略整理出下列要完成的工作： （1）设计存储上述信息的数据结构，显然在C语言中我们会选择结构数组。 （2）设计一个界面实现对上面设计的数组元素的添加、删除和修改。 （3）为了永久地保存数据，必须实现以下两个功能： 把数组数据存入文件。 把文件的数据加载到数组中。 上述工作可能很简单地实现了用计算机记录学生信息的基本功能，然而这样程序提交给任何一个用户（包括你自己）使用，很快会发现很多问题，并且很自然地会提出下列 需求。 2．让程序更完善 对输入内容的合法性进行检查，比如学号必须由数字组成，不能输入其他字母，出生日期必须在合理的区段内等等。 删除或修改某个学生信息，首先要从存储在文件中的信息中找出该学生的信息，即要解决删除和修改如何定位的问题。 解决对已输入数据的查询问题，即要查询符合某些条件的学生信息。 解决了这些问题后，你慢慢地对你的程序感到满意，并对自己付出的劳动而获得的成果感到欣慰并渐渐喜欢上自己开发的程序，于是会像一个艺术家对待自己创作的艺术品一样继续细细地打磨它。 3．让程序更强壮 让程序适合更大量的数据。 满足更大量的数据衍生出各种汇总和统计的需求。 输出各种查询和统计结果到打印机上。 这是一个强壮的应用程序所必须具备的功能。 4．让程序通用化 然后在工作中可能遇到太多太多如上形式的表格的维护问题，一开始可能把上述程序略作修改以适应新的表格需求，后来发现这种修改是机械的并且有规律可循，并且在实践中把这种修改变得越来越容易，这时会发现，程序越来越具有通用的特性，终于有一天，得出一个结论：不需要为每一种这样的表格重复设计和编写相似和繁琐的程序。程序适用于所有具有上述特征的表格的维护、统计和查询。 你不知不觉用智慧创造了一个属于自己的数据库，其中必然包含了属于你的独特的数据库技术。 下面来看看集更多人智慧与经验的数据库技术包含一些什么内容。需要特别提醒的是，在学习下面这些抽象概念的时候，如果你能时时地用上述的例子去对照，会发现所有概念变得自然而易于理解。 1.2 关 系 模 型 人们希望开发一个能对上述类型的表格进行维护、查询的通用程序，要做的第一件事是把具体的表格抽象为一般的表格，抽象是从一个具体问题到一般问题研究的基本方法。 于是人们引入数据模型的概念：数据模型是对现实世界数据特征的抽象，数据模型通常由数据结构、数据操作和数据约束三部分组成。这三个部分可以理解对应为如前所述的手工制作表格的三个步骤：设计空表格、填写表格和校对表格。 通过对现实的各种需求的抽象和总结，人们总结出很多适合不同需求的数据模型，它们有关系模型、网状模型、层次模型和面向对象模型等，而其中的关系数据模型能满足绝大多数应用问题的需要，相关的理论和技术在以往的几十年里迅速发展，目前已经相当成熟，几乎所有的主流的数据库产品，如Oracle、Informix、SQL Server都是基于关系模型的，下面就关系模型的数据结构、数据操作和数据约束作简要介绍。 1.2.1 关系模型的数据结构 首先应从直观的角度理解关系模型的数据结构，然后进一步从数学的角度严格地定义关系模型的数据结构，数学上的严格定义是对关系模型运行理论研究的基础基本要求。 1.2.1.1 直观意义下理解关系模型的数据结构 上节设计的表格，由于使用二维的坐标（行，列）就能唯一确定一个单元格的位置，所以称