1.2 数据库逻辑模型设计（课件）-《MySQL数据库》同步教学（电子工业版）

项目1：部署数据库开发环境 任务1 数据模型的规划与设计 —— 数据库逻辑模型设计 教学目标 素质目标 知识目标 1线上线下结合，引导学习方式，培养自主学习能力； 2培养学生积极探索、勇于创新的科学素养； 3养成小组沟通协作共同学习，解决问题能力和团队合作精神； 4思政内容：围绕关系模式优化，树立数据库开发的质量意识与工匠精神。 1能利用讲授的课程学习方法学习本课程； 2能理解关系模型相关的基本概念； 3能熟练掌握关系的性质； 4理解关系的关整性规则； 5会将E-R图转化为关系模型。 能力目标 1能将关系模型中主键、外键、主表、从表四个概念间的联系及对以后设计数据库的影响理解透彻； 2能将E-R图转化为关系模型； 教学重点 将E-R图转化为关系模型时，如何确定主键、外键、主表与从表 教学难点 理解主键、外键、主表与从表在数据表设计中的应用 教学重难点 知识储备 1．关系模型的基本概念 关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。下面以表为例说明关系模型的基本概念。 学生表 数据库逻辑模型设计 4 学号 姓名 性别 出生日期 专业名 所在学院 联系电话 总学分 2020110101 朱博 男 2002-10-15 云计算 计算机学院 13845125452 Null 2020110102 龙婷婷 女 2002-11-05 云计算 计算机学院 13512456254 Null 2020110201 曹科梅 女 2002-06-09 信息安全 计算机学院 13465215623 Null 2020110301 李娟 女 2002-08-24 网络工程 计算机学院 13305047552 Null 4 知识储备 1．关系模型的基本概念 （一）关系（Relation） 一个关系就是一张二维表，每个关系都有一个关系名，如表1.1所示的关系，其名称为学生信息表。 （二）元组（Tuple） 元组也称记录，关系中的每一行对应一个元组，如表1.1就是由4个元组组成的。 （三）属性（Attribute） 二维表的一列即为一个属性，每个属性的名称为属性名。 互动1：在二维表中的能否存在相同的属性？请举例说明。 5 数据库逻辑模型设计 5 知识储备 1．关系模型的基本概念 （四）域（Domain） 属性的取值范围称为域。如“性别”这个属性，其取值范围只能是男或女。 （五）关系模式（Relation Mode） 对关系信息结构和语义的描述称为关系模式。关系模式用关系名、属性名及其主键来表示，如学生表的关系模式可表示为：学生表（学号、姓名、性别、出生日期、专业名、所在学院、联系电话、总学分），其中学号为主键。 关系和关系模式的联系与区别：关系模式是对关系结构的描述，由所有属性组成，是静态的、稳定的。关系是二维表格，既包含了关系模式中的结构，即属性，又包含了属性值。由于属性值在关系操作中可能会不断更新，所以关系是动态的。 6 数据库逻辑模型设计 6 知识储备 1．关系模型的基本概念 （六）候选键（Candidate Key） 在一个关系中，如果某一个属性或属性的组合能唯一标识一个元组，则称该属性或属性的组合为候选键，候选键又称为候选码，可简称为键或码。如在学生情况表中，如果姓名没有重名的情况下，学号和姓名都可以作为候选键。 （七）主键（Primary Key） 用户选定的用于标识元组的候选键称为主键，主键又称为主码。如在学生情况表，在学号和姓名两个候选键中选择学号用为元组的标识，则学号就称为主键。主键的属性值不能有空值（null）和重复值。 7 数据库逻辑模型设计 7 知识储备 1．关系模型的基本概念 （八）主属性（Prime Attribute）和非主属性（Non-Prime Attribute） 构成候选键的属性称为主属性，如学号和姓名是主属性；非候选码的属性称为非主属性，如性别、出生日期、专业名、所在学院、联系电话和总学分。 （九）外键（Foreign Key） 一个关系的某个属性不是该关系的主键，或只是该关系主键的组成部分，但却是另一个关系的主键，则这样的属性称为该关系的外键。外键用于实现表与表之间的联系。 8 数据库逻辑模型设计 8 知识储备 1．关系模型的基本概念 在学生表中，学号是主键；在成绩表中的学号和课程号是主键（由两个属性组成），成绩表中的学号就是成绩表的外键，通过学号可以使学生表和成绩表建立关联关系。 9 学号 课程号 成绩 学分 2020110101 101 83 2 2020110101 102 64 5 2020110102 102 67 5 成绩表 数据库逻辑模型设计 9 知识储备 1．关系模型的基本概念 （十）主表和从表 在通过外键相关联的两个表中，主表是指以另一张表的外键作为主键的表，从表是指外键所在的表。如在学生表和成绩表中，成绩表是外键（学号）所在的表，是从表；学生表是以成绩表的外键（学号）作为主键，是主表。 10 数据库逻辑模型设计 10 知识储备 2．关系的性质 关系可以用二维表来表示，但在关系数据库中，关系必须是规范化的，关系具有如下的性质： 每个关系只有一种关系模式； 同一属性的属性值具有同质性，即取值具有相同的意义，如性别这个属性，取值为男或女，其意义都是用于表示性别； 同一个关系中属性名不能重复； 11 数据库逻辑模型设计 11 知识储备 2．关系的性质 同一个关系中不能有相同的元组，即二维表的不同行之间不能出现属性值都相同的情况； 关系中行的顺序无关性，即行的次序可以任意交换，并不影响数据的意义； 关系中列的顺序无关性，即列的次序可以任意交换，并不影响数据的意义； 关系中的每个属性必须是不可分割的。关系所对应的关系表必须是二维表，不能是复合表。 12 数据库逻辑模型设计 12 知识储备 2．关系的性质 成绩属性可以分割为云操作系统和数据库两个成绩，这个表是复合表，不是二维表，这样的关系在数据库中不允许存在。 复合表： 将上表进行重新设计，形成如下表所示就可以了。 二维表： 13 姓名 所在学院 成绩 云操作系统 数据库 朱博 计算机学院 86 83 龙婷秀 计算机学院 61 69 姓名 所在学院 云操作系统 数据库 朱博 计算机学院 86 83 龙婷秀 计算机学院 61 69 数据库逻辑模型设计 13 知识储备 3．关系的完整性规则 关系的完整性规则是对关系的约束条件，通过这些约束条件可以保证数据库中数据的合理性、正确性和一致性。 关系模型中包括3类完整性约束：实体完整性、参照完整性和域完整性。其中，实体完整性和参照完整性是关系模型中必须满足的完整性约束条件，由数据库系统自动支持，域完整性是用户在应用数据库时对具体领域中所定义的约束条件。 14 数据库逻辑模型设计 14 知识储备 3．关系的完整性规则 （一）实体完整性 实体完整性要求组成关系的任意一个元组，其主键的值不能为空值或重复值。 在现实世界中的实体是可确定、可区分的，它们具有某种唯一性标识，这个标识在关系模式中，就是主键，用主键可以唯一地标识该实体，如果主键取空值或重复值，就表示存在不可确定的，或是不可区分的实体，这是不允许的。 如关系模式“学生表（学号、姓名、性别、出生日期、专业名、所在学院、联系电话、总学分）”中，主键是学号，则学号的属性值不能为取空值，也不能取重复值。每个学生都应该有一个学号，所以学号不能为空值；同时也不能把一个学号分配给不同的学生，因此学号不能取重复值。 15 数据库逻辑模型设计 15 知识储备 3．关系的完整性规则 （二）参照完整性 参照完整性规则也称为引用完整性规则，这条规则要求“不引用不存在的实体”，是要求被从表中外键所参照的主表中的主键必须是客观存在的。 由于实体之间往往存在着某种联系，这种实体间的联系在关系模式中表现为属性的参照关系。 如在学生表、课程表、成绩表的关系模式中,存在着属性的参照: 成绩表的学号和课程号是外键，其参照的主键是学生表的 “学号”和课程表的 “课程号”，根据参照完整性规则，要求成绩表的“学号”必须在学生表中已经存在，“课程号”必须在课程表中已经存在；另外，从表中外键的取值也可以为空值。 16 数据库逻辑模型设计 16 知识储备 3．关系的完整性规则 （三）域完整性 域完整性也称为用户自定义完整性，是用于对属性值内容的规定。域完整性要求该属性只能取符合条件要求的取值，从而保证数据库数据的合理性。 如成绩属性，用户可根据实际需要，规定其取值范围是0～100分，不在此范围的取值被认为是不合法的数据；同样，性别属性，规定其取值只能是男或女。 互动2：设置成绩的取值范围在0-100之间，属于什么完整性规则？成绩表中的学号取值必须要在学生表中有这个学号存在，属于什么完整性规则？ 17 数据库逻辑模型设计 17 知识储备 4．E-R图转化为关系模型 在概念模型的设计中得到的E-R图是由实体、属性和联系三部分组成的，而关系模型设计的结果是一组关系模式的集合，所以要将E-R图转化为关系模型，实际上就是将实体、属性和联系转换成为关系模式。转换遵循的原则如下。 原则一：每个实体转换成为一个关系 其中实体的属性就是关系的属性，属性在二维表中用列名来表示，实体的主键就是关系的主键。 18 数据库逻辑模型设计 18 知识储备 4．E-R图转化为关系模型 原则二：每个联系转换成为一个关系 关系的属性由与该联系相连的实体的主键和该联系自身的属性组成。关系的主键的确定方法： （1）对于1 : 1的联系，每个实体的主键均是关系的候选键； （2）对于1 : n的联系，关系的主键是n端实体的主键； （3）对于m : n的联系，关系的主键是两端实体主键的组合。 原则三：有相同主键的关系可以合并为一个关系 对于1：1的联系构成的关系，可以和与该联系相连的任一个实体合并成一个关系，对于1：n的联系构成的关系，可以和n端实体合并成一个关系。 19 数据库逻辑模型设计 19 20 知识储备 4．E-R图转化为关系模型 互动3：指出图中各联系的主键及属性。 数据库逻辑模型设计 任务实施 【任务1】将“学生选修课程E-R图”转变成关系模式 分析：根据E-R图转化为关系模型的原则，在图1-6所示的 E-R图中，有两个实体和一个联系，在转换为关系模型时，可以转换为三个关系模式：学生表、课程表和成绩表。 1)学生表（学号、姓名、性别、出生日期、专业名、所在学院、联系电话、总学分）主键：学号； 2)课程表（课程号、课程名、授课教师、开课学期、学时、学分）主键：课程号； 3)成绩表（学号、课程号、成绩、学分）主键：学号+课程号；外键：学号、课程号。 21 数据库逻辑模型设计 21 任务实施 【任务2】将课程表的关系模式转化为关系 分析：当关系模式已有具体数据时，就可以转化为关系。 课程表关系如下表所示。 22 数据库逻辑模型设计 课程号 课程名 授课教师 开课学期 学时 学分 101 计算机文化基础 李平 1 32 2 102 计算机硬件基础 童华 1 80 5 103 程序设计基础 王印 2 64 4 22 复习： 1．关系模型的基本概念 2．关系的性质 3. 关系的完整性规则 4．E-R图转化为关系模型 23 数据库逻辑模型设计 23 作业： 1. 讨论主键与外键的区别； 2. 讨论如何识别主表与从表； 3．实体完整性规则的要求是什么？ 4．如何理解参照完整性规则在对表数据的约束？ 24 数据库逻辑模型设计 24 THANK YOU! $$