Bài giảng Cơ sở dữ liệu - Chương 3: Mô hình các dữ liệu quan hệ

Bài giảng cung cấp cho người học các kiến thức: Mô hình dữ liệu quan hệ. Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên đang theo học môn dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Thông tin về giảng viên

Họ và tên Nguyễn Vương Thịnh

Đơn vị công tác Bộ môn Hệ thống thông tin – Khoa Công nghệ thông tin Học vị Thạc sỹ

Chuyên ngành Hệ thống thông tin

Cơ sở đào tạo Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội Năm tốt nghiệp 2012

Điện thoại 0983283791

Email thinhnv@vimaru.edu.vn

Website http://scholar.vimaru.edu.vn/thinhnv

Thông tin về học phần

Tên học phần Cơ sở dữ liệu và quản trị cơ sở dữ liệu

Tên tiếng Anh Database and Database Management

Mã học phần 17425

Số tín chỉ 04 tín chỉ (LT: 45 tiết, TH: 30 tiết)

Bộ môn phụ trách Hệ thống thông tin

PHƯƠNG PHÁP HỌC TẬP, NGHIÊN

CỨU Nghe giảng, thảo luận, trao đổi với giảng viên trên lớp.

 Tự nghiên cứu tài liệu và làm bài tập ở nhà.

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ

 SV phải tham dự ít nhất 75% thời gian.

Tài liệu tham khảo

1 Elmasri, Navathe, Somayajulu, Gupta, Fundamentals of Database

Systems (the 4 th Edition), Pearson Education Inc, 2004.

2 Nguyễn Tuệ, Giáo trình Nhập môn Hệ Cơ sở dữ liệu, Nhà xuất bản

Giáo dục Việt Nam, 2007

3 Nguyễn Kim Anh, Nguyên lý của các hệ Cơ sở dữ liệu, Nhà xuất bản

Đại học Quốc gia Hà Nội, 2004

Tài liệu tham khảo

MÔ HÌNH DỮ LIỆU QUAN HỆ

3.1 MỐT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

3.2 CÁC PHÉP TOÁN ĐẠI SỐ QUAN HỆ

3.3 BIỂU DIỄN TRUY VẤN BẰNG ĐẠI SỐ QUAN HỆ 3.4 ÁNH XẠ TỪ MÔ HÌNH THỰC THỂ LIÊN KẾT SANG MÔ HÌNH DỮ LIỆU QUAN HỆ

3.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

3.1.1 LƯỢC ĐỒ QUAN HỆ (RELATION SCHEMA)

Lược đồ quan hệ R, ký hiệu là R(A 1 ,A 2 , ,A n ) được tạo thành từ một tên quan hệ R và một tập các thuộc tính {A 1 ,A 2 , ,A n }.

3.1.2 QUAN HỆ (RELATION)

 Quan hệ r trên lược đồ quan hệ R(A 1 ,A 2 , ,A n ) còn được ký hiệu là r(R) là tập hợp các bộ t có dạng t = <v 1 ,v 2 , ,v n > trong đó v i là một phần tử nào đó thuộc dom(A i ):

𝒓 ( 𝑹 ) = { 𝒕∨𝒕= ⟨ 𝒗𝟏 , 𝒗𝟐 , … , 𝒗𝒏⟩ , 𝒗𝒊∈ 𝒅𝒐𝒎( 𝑨𝒊)( 𝟏 ≤ 𝒊 ≤𝒏) }

 Quan hệ r trên lược đồ quan hệ R(A 1 ,A 2 , ,A n ) có thể được xem là tập con của tích Đề Các n miền giá trị dom(A 1 ), dom(A 2 ), , dom(A n ):

𝒅𝒐𝒎 ( 𝒓 ( 𝑹 ) ) = 𝒅𝒐𝒎 ( 𝑨𝟏) × 𝒅𝒐𝒎 ( 𝑨𝟐) × …× 𝒅𝒐𝒎( 𝑨𝒏)

Chú ý: Miền giá trị của quan hệ r(R) ký hiệu là dom(r(R)) được định

nghĩa

Hiển nhiên:

3.1.3 QUAN HỆ KHẢ HỢP

 Quan hệ r và quan hệ s được gọi là khả hợp nếu chúng được xác

định trên cùng miền giá trị:

3.2 CÁC PHÉP TOÁN ĐẠI SỐ QUAN HỆ

3.2.7 PHÉP KẾT NỐI (JOIN)

 Phép kết nối 2 quan hệ là phép kết nối các bộ của 2 quan hệ thỏa mãn một điều kiện nào đó trên chúng Điều kiện kết nối thường được thể hiện bằng một biểu thức logic F gọi là biểu thức kết nối.

 Phép nối của r với s với biểu thức kết nối F được định nghĩa như sau:

MaHS TenHS Lop

h

𝐻 𝑜𝑐𝑆𝑖𝑛 ⋈ 𝐿𝑜𝑝𝐻𝑜𝑐 h

h

𝐻𝑜𝑐𝑆𝑖𝑛 𝐿𝑜𝑝=𝐿𝑜𝑝𝐻𝑜𝑐.𝑇𝑒𝑛𝐿𝑜𝑝¿ MaHS TenHS Lop TenLop PhongHoc GVCN

 Phép kết nối tự nhiên 2 quan hệ r và s (ký hiệu là r * s) là phép kết nối bằng áp dụng trên các thuộc tính cùng tên của 2 quan hệ đó và sau khi kết nối thì một trong hai thuộc tính của phép so sánh bằng được loại bỏ thông qua phép chiếu

MaHS TenHS Lop

2 305 Cô Hoa11A

3 306 Thầy Bình11A

4 307 Thầy Thắng

h

h

3.2.7 PHÉP TOÁN GỘP NHÓM

Phép gộp nhóm trên quan hệ r với các thuộc tính gộp nhóm là

A 1 ,A 2 , ,A n sẽ cho kết quả là một quan hệ mới r’ bằng cách:

 Chia các bộ của quan hệ r thành các nhóm sao cho các bộ trong cùng nhóm thì sẽ có giá trị trên các thuộc tính gộp nhóm A 1 ,A 2 , ,A n

là giống nhau.

 Mỗi bản ghi của quan hệ kết quả r’ sẽ mang các giá trị đại diện cho một nhóm Đó có thể là một số các giá trị của thuộc tính gộp nhóm hoặc là kết quả khi áp dụng một hàm thống kê trên nhóm đó.

 Ký hiệu:

𝑨𝟏, 𝑨𝟐,… , 𝑨 𝒏

*)

SUM(Val ue)

3.3 BIỂU DIỄN TRUY VẤN BẰNG ĐẠI SỐ QUAN HỆ

đó mới đến các phép toán bên ngoài.

 Khi kết hợp với nhau, các phép toán của đại số quan hệ có thể lồng nhau ở một số mức nào đấy Lúc đó, thứ tự thực hiện của các phép toán là từ trong ra ngoài:

  

3.3.2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

Bước 1: Xác định xem có bao nhiêu thuộc tính liên quan tới truy vấn Xác định xem các thuộc tính đó thuộc về những quan hệ (bảng dữ liệu) nào Nếu các thuộc tính chỉ liên quan đến 1 quan hệ thì biểu thức không cần phép kết nối Ngược lại thì cần

Bước 2: Xác định xem các bộ lấy ra có cần thoả mãn điều kiện gì không? Nếu không, biểu thức sẽ không có phép chọn Ngược lại thì

có phép chọn Khi đó cần xác định điều kiện chọn

Bước 3: Xác định xem có lấy mọi thuộc tính trong các quan hệ liên quan không Nếu có thì biểu thức không có phép chiếu Ngược lại thì biểu thức có phép chiếu Khi đó cần xác định các thuộc tính cần chiếu

MaHS TenHS DiemThi Lop

Liệt kê danh sách các học sinh đang học ở phòng P302 có điểm thi trên 8 Thông tin hiển thị bao gồm MaHS, TenHS, Lop, DiemThi:

Liệt kê danh sách các học sinh thuộc lớp 10A3 có điểm thi trên 8

Thông tin hiển thị bao gồm MaHS, TenHS:

𝜫𝑴𝒂𝑯𝑺 , 𝑻𝒆𝒏𝑯𝑺( 𝝈(𝑳𝒐𝒑= 𝟏𝟎 𝑨 𝟑 )∧( 𝑫𝒊𝒆𝒎𝑻𝒉𝒊>𝟖)( 𝑯𝒐𝒄𝑺𝒊𝒏𝒉 ) )

3.4 ÁNH XẠ TỪ MÔ HÌNH THỰC THỂ LIÊN KẾT

SANG MÔ HÌNH DỮ LIỆU QUAN HỆ

3.4.1 KHÁI NIỆM VỀ KHÓA, KHÓA CHÍNH VÀ KHÓA NGOẠI CỦA LƯỢC

ĐỒ QUAN HỆ

A Khóa của lược đồ quan hệ

Khóa là tập thuộc tính thỏa mãn đồng thời 2 tính chất:

Tính chất 1: Không tồn tại 2 bộ bất kỳ của một quan hệ nào có mang các

giá trị giống nhau trên tập thuộc tính đó

Tình chất 2: Nếu loại bỏ một thuộc tính bất kỳ ra khỏi tập đang xét thì nó

không còn giữ được tính chất 1

Lớp (Tên Lớp, Niên Khóa, Sĩ Số, Giáo Viên Chủ Nhiệm)

B Khóa chính của lược đồ quan hệ

 Một lược đồ quan hệ có thể có nhiều hơn 1 khóa Ta gọi đó là các khóa

dự tuyển (candidate key)

 Khi ta chọn trong số các khóa dự tuyển một khóa để đem ra sử dụng, giúp phân biệt các bộ với nhau, khóa đó sẽ được gọi là khóa chính (Primary Key – PK)

Nhân Viên( Mã NV , Họ Tên, Địa Chỉ, Số CMND )

Có 02 khóa dự tuyển

Nếu chọn Mã NV làm khóa chính:

C Khóa ngoại của lược đồ quan hệ

Một tập thuộc tính FK của lược đồ quan hệ R1 được gọi là khóa ngoại (Foreign Key – FK) tham chiếu đến lược đồ quan hệ R2 nếu nó thỏa mãn đồng thời 2 tính chất:

 Các thuộc tính trong FK phải có cùng miền giá trị với các thuộc tính của khóa chính PK của R2

 Giá trị của FK tương ứng với một bộ t1 thuộc quan hệ r1(R1) hoặc là phải bằng giá trị PK tương ứng của một bộ t2 nào đấy thuộc quan hệ r2(R2) hoặc là bằng Null:

𝑡 1 [ 𝐹𝐾 ] = [ 𝑡 2 [ 𝑃𝐾 ]

¿

¿

𝑁𝑢𝑙𝑙

Học Sinh( Mã HS , Tên HS, Điểm, Tên Lớp )

Lớp

3.4.2 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ÁNH XẠ TỪ MÔ HÌNH THỰC THỂ LIÊN KẾT SANG MÔ HÌNH DỮ LIỆU QUAN HỆ

Bước 1: Ánh xạ các kiểu thực thể thông thường (kiểu thực thể mạnh)

 Ứng với mỗi kiểu thực thể E, người ta tạo ra một lược đồ quan hệ R bao gồm tất cả các thuộc tính đơn trong E

 Nếu trong E có thuộc tính phức hợp thì thuộc tính này sẽ được phân

rã thành các thuộc tính đơn thành phần và đưa vào thành các thuộc tính trong R

 Chọn một khóa của kiểu thực thể E làm khóa chính của lược đồ quan

hệ R

Person

Bước 2: Ánh xạ các kiểu thực thể yếu (nếu có)

 Ứng với mỗi kiểu thực thể yếu W có kiểu thực thể sở hữu đi kèm là

E, người ta tạo một lược đồ quan hệ R bao gồm tất cả các thuộc tính

có trong W

 Bổ sung vào trong R một khóa ngoại Ko tham chiếu đến khóa chính của lược đồ quan hệ tương ứng với kiểu thực thể sở hữu E Khóa chính của R là sự kết hợp của khóa ngoại Ko và khóa thành phần (partial key) của kiểu thực thể yếu W

Lưu ý: Nếu kiểu thực thể yếu E2 có kiểu thực thể sở hữu là kiểu thực thể yếu E1 thì E1 cần được ánh xạ trước E2

Phụ Thuộc

Người Phụ Thuộc

Trình độ

Giới Tính

Mã NV

Mã NV

Họ Tên Giới Tính Ngày Sinh Tình Trạng Sức Khỏe

Quan Hệ

Người Phụ Thuộc

Mã NV

Họ Tên Chuyên Môn Trình Độ Giới Tính

Nhân Viên

Bước 3: Ánh xạ các kiểu liên kết 1:1

Với mỗi kiểu liên kết 1:1 trong mô hình thực thể liên kết (ký hiệu là R), người ta tạo ra 2 lược đồ quan hệ S và T tương ứng với 2 kiểu thực thể tham gia vào liên kết R Sau đó ta có 3 cách xử lý với kiểu liên kết này:

Cách 1: Sử dụng khóa ngoại: Chọn ra 1 lược đồ quan hệ bất kỳ trong 2

lược đồ quan hệ S và T, ví dụ S chẳng hạn Sau đó đưa vào S một khóa ngoại tham chiếu đến khóa chính của T Đưa tất cả các thuộc tính của liên kết R nếu có vào S

Lưu ý: Cách này được sử dụng khi một trong hai kiểu thực thể (tương ứng với S) tham gia toàn thể vào R

Cách 3: Sử dụng tham chiếu chéo: Người ta tạo ra thêm một lược đồ

quan hệ R đóng vai trò là bảng tham chiếu chéo nối khóa chính của 2 lược đồ quan hệ S và T Tức là trong S sẽ chứa khóa chính của S và T Mỗi bản ghi (bộ) trên R sẽ bao gồm 1 giá trị khóa chính của một bản ghi trên S ghép với giá trị khóa chính của bản ghi tương ứng trên T Cách này cũng thường được sử dụng khi xử lý các liên kết kiểu M:N

Nhà sản xuất

Mã BS

Mã Phim TênPhim Nhà Sản Xuất Thời Điểm Quay Thời Điểm Phát Hành

Mã Bản Sao

Bộ Phim_Bản Sao

Hòa trộn

02 lược đồ quan hệ

Bước 4: Ánh xạ kiểu liên kết 1:N

 Với mỗi kiểu liên kết 1:N (ký hiệu là R), người ta tạo ra lược đồ quan hệ

S tương ứng với kiểu thực thể ở phía ứng số nhiều N và lược đồ quan

hệ T tương ứng với kiểu thực thể ở phía ứng số ít 1

 Đưa vào trong S một khóa ngoại tham chiếu đến khóa chính của T

 Nếu kiểu liên kết R có các thuộc tính thì tất cả các thuộc tính này cũng được đưa vào trong S

Làm việc

N

Phòng Ban

1 Tên PB

Mã PB

Mã NV TênNV Chuyên Môn Trình Độ Ngày Vào Làm

Mã PB

Nhân Viên

Mã PB Tên PB Địa điểm

Phòng Ban

Bước 5: Ánh xạ kiểu liên kết M:N

 Với mỗi kiểu liên kết M:N, tạo ra một lược đồ quan hệ S để biểu diễn cho kiểu lên kết

 Đưa vào trong S các khóa ngoại tham chiếu tới khóa chính của các lược

đồ quan hệ tương ứng với các kiểu thực thể tham gia vào kiểu liên kết

02 khóa ngoại này kết hợp lại tạo thành khóa chính của S

 Nếu kiểu liên kết có các thuộc tính thì chúng cũng được đưa vào trong S

Tham Gia

Tham Gia

Bước 6: Ánh xạ kiểu liên kết bậc n (với n ≥ 3)

 Với mỗi kiểu liên kết bậc n (ký hiệu là R), tạo ra một lược đồ quan hệ S

để biểu diễn cho kiểu liên kết

 Đưa vào trong S các khóa ngoại tham chiếu tới khóa chính của các lược đồ quan hệ tương ứng với các kiểu thực thể tham gia vào kiểu liên kết

 Khóa chính của S là sự kết hợp của các khóa ngoại này

Chú ý: Nếu ứng số của một kiểu thực thể nào đó là 1 thì khóa ngoại tham

chiếu đến nó sẽ không được tham gia vào với tư cách là 1 thành phần của khóa chính trong S

Phòng Học

Số chỗ ngồi

Địa điểm

Số Phòng

Môn Học

Tên Môn

Mã Môn

Môn Học

Bước 7: Ánh xạ các thuộc tính đa trị

Ứng với mỗi thuộc tính đa trị A, tạo ra một lược đồ quan hệ R Trong R chứa một thuộc tính đơn trị đại diện cho A và khóa ngoại tham chiếu đến khóa chính của lược đồ quan hệ tương ứng với kiểu thực thể mang thuộc tính đa trị A

Mã NV

Nhân Viên

Mã NV Tên NN

Ngoại Ngữ

Q & A