关系模型(发展历史)

关系数据模型概述(一、单一的数据结构——关系 二、关系操作 三、关系的三类完整性约束)

关系模型

发展历史

1970年美国IBM公司San Jose研究室的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型，开创了数据库的关系方法和关系数据理论的研究，为数据库技术奠定了理论基础。由于E.F.Codd的杰出工作，他于1981年获得ACM图灵奖。

20世纪80年代以来，计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型，非关系系统的产品也大都加上了关系接口。数据库领域当前的研究工作也都是以关系方法为基础。

关系数据模型概述

关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统。

关系模型有关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三部分组成的。

一、单一的数据结构——关系

关系模型的数据结构非常单一。在关系模型中，现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示。在用户看来，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维数据表。

二、关系操作

关系模型给出了关系操作的能力，但不对RDBMS语言给出具体的语法要求。

关系模型中常用的关系操作包括：选择（select）、投影（project）、连接（join）、除（Divide）、并（Union）、交（Intersection）、差（Difference）等查询（Query）操作和增加（Insert）、删除（Delete）、修改（Update）操作两大部分。查询的表达能力是其中最重要的部分。

关系操作的的特点是集合操作方式，即操作的对象和结构都是集合。这种操作方式也称为一次一集合（set-at-a-time）的方式。相应地，非关系数据模型的数据操作方式则为一次一记录（record-at-a-time）的方式。

早期的关系操作能力通常用代数方式或逻辑方式来表示，分别称为关系代数和关系演算。关系代数是用对关系的运算来表达查询要求的方式。关系演算是用谓词来表达查询要求的方式。关系演算又可按谓词变元得基本对象是元组变量还是域变量分为元组关系演算和域关系演算。关系代数、元组关系演算和域关系演算三种语言在表达能力是完全等价的。

关系代数、元组关系演算和域关系演算均是抽象的查询语言，这些抽象的语言与具体的DBMS中实现的实际语言并不完全一样。但它们能用作评估实际系统中查询语言能力的标准或基础。实际的查询语言除了提供关系代数或关系演算的功能外，还提供了许多附加功能，例如集函数、关系赋值、算数运算等。

关系语言是一种高度非过程化的语言，用户不必请求DBA为其建立特殊的存取路径，存取路径的选择由DBMS的优化机制来完成，此外，用户不必求助于循环结构就可以完成数据操作。

三、关系的三类完整性约束

关系模型允许定义三类完整性约束；实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。其中实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，体现了具体领域中的语义约束。

实体完整性规则：若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值。实体完整性规则规定基本关系的所有主属性都不能取空值，而不仅是主码整体不能取空值。

（1）实体完整性规则是针对基本关系而言的。一个基本表通常对应现实世界的一个实体集。例如学生关系对应于学生的集合。

（2）现实世界中的实体是可区分的，即它们具有某种唯一性标志。

（3）相应地，关系模型中以主码作为唯一性标志。

（4）主码中的属性即主属性不能取空值。所谓空值就是“不知道”或“无意义”的值。如果主属性取空值，就说明存在某个不可标识的实体，即存在不可区分的实体。这与第（2）点相矛盾，因此这个规则成为实体完整性。

参照完整性规则：若属性（或属性组）F是基本关系R的外码，它对于基本关系S的主码K相对应（基本关系R和S不一定是不同的关系），则对于R中的每个元组在F上的值必须为：或者取空值（F的每个属性值均为空值）；或者等于S中某个元组的主码值。

用户定义的完整性就是针对某一具体关系数据库的约束条件。它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。例如某个属性必须取唯一值、某些属性值之间应满足一定的函数关系、某个属性的取值范围在0~100之间等。关系模型应提供定义和检验这类完整性的机制，以便于用统一的系统的方法处理他们，而不要由应用程序承担这一功能。