Chương 2 Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ

Chương 2 Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ (The Relational Database Model)  Giới thiệu Mô hình Cơ sở dữ liệu Quan hệ (gọi tắt là Mô hình Quan hệ) do E.F Codd đề xuất năm 1971 Mô hình Quan hệ thể hiện dữ liệu dưới góc độ logic Mô hình Quan hệ bao gồm: • Các khái niệm nhằm mô tả dữ liệu dưới dạng dòng và cột như quan hệ, bộ, thuộc tính, khóa chính, khoá ngoại, • Các phép toán thao tác với dữ liệu_ Đại số quan hệ • Ràng buộc toàn vẹn quan hệ Các Hệ quản trị CSDL quan hệ (RDBMS) được xây dựng dựa trên lý thuyết mô hình quan hệ. • Các khái niệm • Quan hệ / bảng • Thuộc tính • Bộ • Lược đồ quan hệ • Khóa  Quan hệ • Dữ liệu lưu trữ trong CSDL Quan hệ được tổ chức thành các Quan hệ (relation) • Quan hệ (relation) thể hiện ra như là bảng (table) • Một quan hệ có :  Một tên  Tập hợp các thuộc tính (attribute)  Tập hợp các bộ (tuple)  Quan hệ và bảng Thuật ngữ tương đương : Quan hệ, bộ, thuộc tính (Relation, tuple, attribute) Bảng, dòng, cột (Table, row, column) 1  Thuộc tính Một thuộc tính bao gồm : Tên thuộc tính Tên phân biệt Giúp diễn giải ý nghĩa thuộc tính (thuộc tính của thực thể, hay mối kết hợp) Kiểu dữ liệu thuộc tính Số nguyên, số thực, văn bản, logic,… Miền giá trị xác định Có thể bị áp đặt bởi qui tắc nghiệp vụ, hay ràng buộc dữ liệu Có thể NULL  Bộ và quan hệ • Mỗi bộ (dòng) là một tổ hợp các giá trị tương ứng với các thuộc tính của quan hệ Mô tả về một thực thể , hay một mối kết hợp có trong thế giới thực • Tập các bộ trong một quan hệ thay đổi theo thời gian Một tập các bộ xác định tại một thời điểm, gọi là một thể hiện của lược đồ quan hệ (hay quan hệ) • Không có 2 bộ trùng nhau trong một quan hệ • Trật tự của các bộ (và các thuộc tính) là không quan trọng đối với DBMS.  Lược đồ Quan hệ • Lược đồ quan hệ - relation schema  Mô tả cấu trúc của quan hệ  Các thuộc tính và Mối liên hệ giữa các thuộc tính  Mỗi lược đồ quan hệ luôn kèm một tân từ để diễn tả ý nghĩa của nó.  Vd, tân từ: Mỗi Sinh viên thuộc một khoa, học một môn học thì có kết quả thi môn học đó.  Ký hiệu LĐQH Ketqua( MASV, MAMH, MAKHOA, DIEMTHI) Ký hiệu r(Ketqua) là một thể hiện của LĐQH trên. • Lược đồ CSDL  Tập hợp các lược đồ quan hệ trong cùng một CSDL 2  Khóa (Key hay candidate key) • Gọi S là một tập các thuộc tính của lược đồ quan hệ R  S được gọi là một siêu khóa (superkey) của lược đồ quan hệ R, nếu với hai bộ bất kỳ trong R thì giá trị của các thuộc tính trong S là khác nhau  Siêu khoá có ít thuộc tính nhất được gọi là khóa (key) hay khóa dự tuyển (candidate key)  Một lược đồ quan hệ có thể có nhiều khóa (khóa dự tuyển)  Một khóa được chọn để cài đặt gọi là khóa chính (primary key)  Không chứa giá trị NULL  Khóa ngoại (foreign key) là thuộc tính của LĐQH này nhưng lại là khóa chính của LĐQH khác  Khóa phức (composite key) là khóa có nhiều hơn một thuộc tính • Thuộc tính khóa và thuộc tính không khóa  Khóa _ ví dụ 1 Monhoc(Mamon, Tenmon, Sotiet) rMonhoc Mamon Tenmon Sotiet THVP Tin hoc văn phòng 30 LTC Lập trình C 60 CSDL1 Co so du lieu 45 CSDL2 Co so du lieu 45  Siêu khóa : {Mamon}, {Mamon, Tenmon}, {Mamon, Sotiet}, {Mamon, Tenmon, Sotiet}  Khóa (khóa dự tuyển, khóa chính) : {Mamon}  Khóa _ ví dụ 2  Ketqua( MaSV, MaMH, Makhoa, Diemthi) rKQ MASV MAMH MAKHOA DIEMTHI 99001 CSDL CNTT 3.0 99002 CSDL CNTT 8.0 99001 THVP CNTT 6.0 99005 THVP AV 6.0  Siêu khóa: {MaSV, MaMH}, {MaSV,MaMH,MaKhoa},…  Khóa (khóa dự tuyển, khóa chính , khóa phức): {MaSV, MaMH}  Khóa ngoại : {MaMH} , {MaKhoa}  Khóa _ ví dụ 3 Sinhvien(MaSV, Hoten, Phai, soCMND) rSV MaSV Hoten Phai soCMND 99001 Nguyen van anh Nam 01245012 99002 Tran Le Tuan Nam 02209875 99003 Nguyen Thi Hong Nu 04563711 99004 Do van Thuan Nam 76876768 3 Siêu khóa : {MaSV} , {MaSV, Hoten}, … , {soCMND} , {soCMND, Hoten},… Khóa (khóa dự tuyển): {MaSV} , {soCMND} Khóa chính : {MaSV}  Đại số quan hệ Giới thiệu Đại số quan hệ (và phép tính quan hệ) được định nghĩa bởi Codd 1971 được xem như là nền tảng của các ngôn ngữ quan hệ khác như SQL Là ngôn ngữ thủ tục bậc cao Được dùng để chỉ ra cách xây dựng một quan hệ mới từ một hay nhiều quan hệ trong DB Bao gồm tập các phép toán thao tác trên các quan hệ Các phép toán (operation)  5 phép toán cơ bản • Phép chọn (selection) • Phép chiếu (projection) • Phép hợp (union) • Phép trừ (set difference) • Phép tích Descartes (Cartesian product)  3 phép toán suy dẫn* • Phép kết (Join) • Phép giao (Intersection) • Phép chia (Division) (*Có thể được biểu diễn dưới dạng các phép toán cơ bản)  Ký hiệu  Quan hệ r là một thể hiện của lược đồ quan hệ R(A1, A2, …, Am)  Điều kiện F là 1 biểu thức luận lý có giá trị true/false. F bao gồm: • Các toán hạng là hằng hoặc tên thuộc tính • Các phép toán so sánh =, ≠, <, ≤, >, ≥ • Các phép toán luận lý not(¬), and (∧), or (∨) •  Phép chọn (selection) Phép chọn trên quan hệ r(R) theo điều kiện F, ký hiệu là r(F) hay r:F , cho kết quả là 1 quan hệ bao gồm các bộ của r thỏa mãn điều kiện F r(F) = r:F = { t |t ∈r và F(t) = true }  Phép chọn (selection) – ví dụ 1 4  Phép chiếu (Projection)  Cho quan hệ r trên R(A1, A2, ,Am) và tập con các thuộc tính X={Aj1, Aj2, …, Ajn} với j1, j2, , jn là các số nguyên phân biệt nằm trong khoảng từ 1 đến m  Phép chiếu r trên tập thuộc tính X cho kết quả là 1 quan hệ • r[X] = r.X = {t | ∃ u∈ r sao cho t = u[X]}  Phép chiếu loại bỏ những bộ trùng nhau  Phép chiếu (Projection) – ví dụ 1  Phép hợp (union)  Phép hợp của 2 quan hệ r và s • r + s = r ∪ s = { t | t ∈ r ∨ t ∈ s} trong đó: r và s là hai quan hệ khả hợp  Phép hiệu (Set Difference)  Phép hiệu của 2 quan hệ r và s • r - s = { t | t ∈ r ∧ t ∉ s } trong đó: r và s là hai quan hệ khả hợp  Phép giao (Intersection)  Phép giao của 2 quan hệ r và s • r * s = r ∩ s = {t | t ∈ r ∧ t ∈ s} trong đó: r và s là hai quan hệ khả hợp 5  Bài tập  Cho 2 quan hệ định nghĩa trên 2 lược đồ Quan hệ : • Customer( Cuscode, cusName, cusPhone, City) • Branch( BraCode, BraName, BraPhone, City)  Hiển thị danh sách các thành phố có khách hàng và đồng thời có chi nhánh ?  Hiển thị danh sách các thành phố có khách hàng và không có chi nhánh ?  Phép tích Descartes Cho quan hệ r trên lược đồ R(A1, A2, ,Am) và s trên lược đồ S(B1,B2,…,Bn) Nếu R và S có các thuộc tính trùng tên, thì phải đổi tên. Phép tích Descartes của r và s là 1 quan hệ trên lược đồ T(A1, A2, , Am, B1, B2, ….,Bn) r x s ={ t | ∀ t r ∈ r và t s ∈ s với t[A1, A2, , Am] = t r và t[B1, B2, ….,Bn] = t s }  Ứng dụng : • Phép tích Descartes là một phép tính vô nghĩa nếu đứng riêng. Tuy nhiên, nếu kết hợp sau phép toán này một phép chọn phù hợp , kết quả sẽ có nghĩa : kết hợp các bộ có liên quan từ hai quan hệ. • Vd : Hiển thị bảng điểm của các sinh viên. Bao gồm MaSV, MaMH, Diem, TenMH => Viết biểu thức đại số quan hệ ? q ← (r x s) q ( r.MaMH = s.MaMH) 6  Phép kết (join)  Thay thế phép (r x s) (F) với F là biểu thức điều kiện có dạng r.A θ θ s.B s.B  Bao gồm : • Theta join ( θ θ -join -join) • Equijoin • Natural join • Outer join  Phép kết θ - Theta join  Cho r và s là hai quan hệ tương ứng trên các lược đồ R(A1, A2, ,Am) và S(B1,B2,…,Bn)  Gọi Q(A1, A2, , Am, B1, B2, ….,Bn)  θ là 1 phép so sánh  Ai ∈ R và Bj ∈ S là 2 thuộc tính có thể so sánh với nhau bởi phép θ  Phép kết θ của r và s trên 2 thuộc tính Ai và Bj ký hiệu , cho kết quả là 1 quan hệ q trên lược đồ quan hệ Q, bao gồm các bộ t  q(Q) = {t | ∃ t r ∈ r và t s ∈ s với t[R] = t r và t[S] = ts và t[Ai] θ t[Bj] }  Phép kết θ - Theta join Ví dụ : Hiển thị ứng với mã mỗi môn học và các môn học tiếp sau nó ? MONHOC ( MaMon, TenMon, SoTC, Hocky) 7  Phép kết bằng và kết tự nhiên  Phép kết Theta với θ là phép so sánh bằng , thì được gọi là phép kết bằng _ Equijoin  Phép kết Theta với θ là phép so sánh bằng được thực hiện trên các thuộc tính chung (cùng tên) của R và S , thì được gọi là phép kết tự nhiên – Natural join. Ký hiệu • Quan hệ kết quả q không lặp lại các thuộc tính chung của R và S • vd1  Phân biệt các phép join Phép so sánh Áp dụng trên Tập kết quả Theta join Tất cả Trên 2 thuộc tính cùng kiểu dữ liệu Equijoin phép bằng Trên 2 thuộc tính cùng kiểu dữ liệu Natural join phép bằng Trên 2 thuộc tính chung Không lặp lại thuộc tính chung  Bài tập  Customer( Cuscode, cusName, cusPhone, City)  Branch ( BraCode, BraName, BraPhone, City) VD 1 : Hiển thị danh sách các khách hàng và các chi nhánh ở cùng một thành phố. Thông tin yêu cầu : CusCode, CusName, BraCode, BraName, City. VD 2 : Hiển thị danh sách các khách hàng ở những thành phố chưa có chi nhánh .  Phép kết ngoài - Outer join  Bao gồm : Left/Right Outer Join, Full Outer Join  Phép kết Left Outer Join giữa r và s, cho phép các bộ của r không kết được với các bộ của s cũng được xuất hiện trong quan hệ kết quả • Những giá trị tương ứng với các bộ trong quan hệ bị thiếu sẽ được gán trị Null • Ưu điểm : giữ được thông tin mà lẽ ra bị mất trong phép kết • Ký hiệu : • vd2 8  Phép chia - Division  Cho quan hệ r định nghĩa trên R với tập thuộc tính A  Cho quan hệ s định nghĩa trên S với tập thuộc tính B , với B ⊆ A  Gọi C = A - B , là tập thuộc tính chỉ có trong tập thuộc tính A của R  Phép chia r ÷ s cho kết quả là một quan hệ với tập thuộc tính C và bao gồm các bộ <a> sao cho đối với mọi bộ <b> của s , thì tồn tại bộ <a,b> thuộc r 9  Ví dụ : cho lược đồ CSDL SV( MaSV, HoSV, TenSV, Phai) Monhoc( MaMon, TenMon, SoTC ) KetQua( MaSV, MaMon, Diem) Hiển thị danh sách các Sinh viên (MaSV) đã có kết quả học tập của tất cả các môn học ?  KetQua[MaSV, MaMon]  Monhoc[MaMon]  Ràng buộc toàn vẹn • Ràng buộc tòan vẹn là gì • Các loại ràng buộc toàn vẹn • Biểu diễn ràng buộc toàn vẹn  Khái niệm  Ràng buộc toàn vẹn (integrity constraint) là qui tắc mà tất cả các dữ liệu trong CSDL phải thỏa mãn  Nguồn gốc : xuất phát từ các qui tắc nghiệp vụ trong thế giới thực và những đặc tính của mô hình quan hệ • Đảm bảo dữ liệu phản ánh đúng thế giới thực, đảm bảo những đặc trưng của mô hình quan hệ  Các dạng : • Ràng buộc toàn vẹn thực thể (ràng buộc khóa chính)_ Entity integrity • Ràng buộc toàn vẹn tham chiếu (ràng buộc phụ thuộc tồn tại / ràng buộc khóa ngọai)_ Referential integrity • Ràng buộc toàn vẹn miền giá trị _ Domain integrity • Ràng buộc toàn vẹn do người dùng định nghĩa _ User-defined integrity  Mô tả một ràng buộc toàn vẹn (RBTV): thông qua 3 yếu tố • Bối cảnh : nêu ra tên một hay một số quan hệ mà RBTV đó có hiệu lực • Biểu diễn : nội dung của một RBTV được biểu diễn bằng ngôn ngữ tự nhiên hoặc bằng một ngôn ngữ hình thức • Bảng tầm ảnh hưởng: xác định thời điểm (cập nhật dữ liệu) cần phải tiến hành kiểm tra RBTV  Ràng buộc toàn vẹn thực thể  Ràng buộc khóa chính • Thể hiện: giá trị của khóa chính là duy nhất và NOT NULL • Mục tiêu: mỗi dòng sẽ được nhận diện duy nhất  VD: cho Sinhvien(MaSV, Hoten, Phai, Ngaysinh) Tân từ : Mỗi sinh viên có một Mã sinh viên duy nhất, xác định một họ tên, phái và ngày sinh. Mô tả R1 ”Mỗi sinh viên có một Mã sinh viên duy nhất” như sau Bối cảnh : Sinhvien Biểu diễn : ∀rSV ∈ SINHVIEN, ∀t 1 ,t 2 ∈ rSV t1.MASV ≠ t2.MASV Bảng tầm ảnh hưởng R1 Theâm Söûa Xoùa rSV + + (MASV) -  Ràng buộc tòan vẹn tham chiếu  Ràng buộc khóa ngoại • Thể hiện: gía trị của khóa ngoại có thể NULL, hoặc phải là một trong những giá trị của khóa chính của một bảng khác • Mục tiêu : duy trì tính nhất quán (consistency) giữa các bộ của 2 quan hệ. • Được thể hiện thông qua 3 quy tắc sau: 10 [...]... t1 rDatHang, t2 rHoaDon Nu t1.SODH = t2.SODH Thỡ t1.NGAYDH