1.2　关系模型理论

1.2.1　实体、属性与联系

1.实体、属性

客观世界的万事万物在数据库领域内被称为实体（entity）。实体可以是实实在在的客观存在，例如工人、学生、商店、医院；也可以是一些抽象的概念或地理名词，如哮喘病、上海市。实体的特征（外在表现）称为属性（attribute），属性的差异能使人们区分同类实体。如一个人可以具备下列属性：姓名、年龄、性别、身高、肤色、发式、穿着等，根据这些属性就能在熙熙攘攘的人群中一眼认出所熟悉的人。

实体本身并不能被装进数据库，要保存客观世界的信息，必须将描述事物外在特征的属性保存在数据库中。例如，要管理学生信息，可以储存每一位学生的学号、姓名、性别、出生年月、出生地、家庭住址、各科成绩等，其中学号是人为添加的一个属性，用于区分两个或多个因巧合而属性完全相同的学生。在数据库理论中，这些学生属性的集合称为实体集（entity set），学号属性称为学生实体的码（key），又称关键字，码可以由一个属性构成，也可以由多个属性联合组成；在数据库应用中，实体集以数据表的形式呈现。

2.联系

客观事物往往不是孤立存在的，相关事物之间保持着各种形式的联系方式。在数据库理论中，实体（集）之间同样也保持着联系，这些联系同时也制约着实体属性的取值方式与范围。下面以“系”表和“导师”表为例进行说明，如表1-1和表1-2所示。

假如问及李小严在哪个系任教，可以先检索“导师”表的“姓名”属性，得到李小严的系编号是“D02”。至于“D02”究竟是何系，然后据此再查阅“系”表，得知“D02”代表社科系。这个例子说明，实体集（数据表）之间是有联系的，“导师”表依赖于“系”表，“系编号”是联系两个实体集的纽带，离开了“系”表，则导师的信息不完整。在数据库技术术语中，两个实体集共有的属性称为公共属性。

3.实体的联系方式

实体的联系方式通常有3种：一对多、多对多和一对一。

（1）一对多

一对多联系类型是客观世界中事物间联系的最基本形式，上面例子中的“系”表与“导师”表这两个实体的联系方式就属于一对多联系，因为一个系可以有多名导师，而一名导师只能属于一个系。如果一个公司管理数据库中有“部门”表和“职工”表两个实体集，则两个表之间的关系也是一对多联系，因为一名职工只能隶属于一个部门，而一个部门则可以有许多名职工。

在数据库应用中，一对多联系形式无须直接表达，只要将“一”实体的码放入“多”实体中来隐含表示。例如，上例中“系”表中的码是“系编号”属性，要表达“系”表和“导师”表的一对多联系只需将“系编号”属性放入“导师”表中作为两个表之间的公共属性，如表1-1和表1-2所示。

（2）多对多

多对多联系类型是客观世界中事物间联系的最普遍形式，实际生活中“多对多”联系的实例可以说俯拾即是，例如：在一个学期中，一名学生要学若干门课程，而一门课程要让若干名学生来学习；一名顾客要逛若干家商店才能买到称心的商品，而一家商店必须有许多顾客光顾才得以维持；一个建筑工地需要若干名电工协同工作才能完成任务，反之一名电工一生中需要到许多个工地工作等。上述例子中，学生与课程之间、顾客与商店之间、电工与建筑工地之间的关系均为多对多联系。

在数据库应用中，多对多联系形式无法直接表达，必须引入第三个实体（又称复合实体）实现，将两个“多”实体中的码联合起来作为复合实体的码。例如，要表达“职工”表和“工地”表之间的多对多联系就需引入“工作量”表，“职工”表的码是“职工号”属性，“工地”表的码是“工地编号”属性，而“工作量”表的码是“职工号”+“工地编号”属性，分别如表1-3、表1-4和表1-5所示。

说明：在数据库应用中，一个多对多联系实际上是转换为两个一对多联系来间接表达的。例如，上例中，“职工”表和“工地”表之间的多对多联系是转化为两个一对多联系：“职工”表和“工作量”表（公共属性是“职工号”）、“工地”表和“工作量”表（公共属性是“工地编号”）。

（3）一对一

一对一联系较为少见，它表示某实体集中的一个实体对应另一个实体集中的一个实体，反之亦然。例如，为补充系的信息，添加一个“系办”表，表示每个系的系部办公室地点。从常识得知，一个系只有一个系部办公室，反之一个系部办公室只为一个系所有，如表1-1和表1-6所示。

由于“系”表与“系办”表中的每一行是一一对应的，因此可省略“系办”表中的“系编号”属性。实际应用中，更多的是将两表合二为一，如表1-7所示。

1.2.2　3种数据模型

从数据库的逻辑结构角度，可以对现实世界中的实体、实体间联系以及数据的约束规则进行抽象，归纳出3种数据模型，分别是层次模型、网状模型和关系模型。

1.层次模型

在层次模型中，实体间的关系形同一棵根在上的倒挂树，上一层实体与下一层实体间的联系形式为一对多。现实世界中的组织机构设置、行政区划分关系等都是层次结构应用的实例。基于层次模型的数据库系统存在天生的缺陷，其访问过程复杂，软件设计的工作量较大，现已较少使用。

2.网状模型

网状数据模型又称网络数据模型，它较容易实现普遍存在的多对多关系，数据存取方式要优于层次模型，但网状结构过于复杂，难以实现数据结构的独立，即数据结构的描述保存在程序中，改变结构就要改变程序，因此目前已不再是流行的数据模型。

3.关系模型

关系模型自1970年被提出后，迅速取代层次模型和网状模型成为流行的数据模型。它的原理比较简单，其特征是基于二维表格形式的实体集，即关系模型数据库中的数据均以表格的形式存在，其中表完全是一个逻辑结构，用户和程序员不必了解一个表的物理细节和存储方式；表的结构由数据库管理系统（DBMS）自动管理，表结构的改变一般不涉及应用程序，在数据库技术中称为数据独立性。

例如，“导师”表中“姓名”字段原来可以容纳3个字符（在Unicode编码中，一个字符既可以表示一个英文字符，也可以表示一个汉字），随着外籍教师的引进，原来的“姓名”显然无法容纳一个西文的名字，于是将其扩展到20个字符，但相应的数据库应用程序却无须进行任何改动。

在基于关系数据模型的数据库中，现实世界中的一个实体转换为关系数据库中的一张表，实体的属性转换为表中的一列，称为字段（field）；用于区分实体唯一性的码称为主键（primary key）。例如，在表1-1中，“系”实体转换为“系”表，有3个字段，其中“系编号”字段是主键。实体间的一对多联系通过将“一”表中的主键放入“多”表中作为外键（foreign key）来间接实现，例如，表1-1和表1-2；实体间的多对多联系通过引入第三张表来间接实现，并将两个“多”表的主键联合起来作为新表的主键，例如，表1-3、表1-4和表1-5。

基于关系数据模型的数据库系统称为关系数据库系统，所有的数据分散保存在若干个独立存储的表中，表与表之间通过公共属性实现“松散”的联系，当部分表的存储位置、数据内容发生变化时，表间的关系并不改变。这种联系方式可以将数据冗余（即数据的重复）降到最低。目前流行的关系数据库DBMS产品包括Access、SQLServer、My SQL、Fox Pro、Oracle等。

1.2.3　表的特点

在关系型数据库中，数据以表的形式保存，表具有以下特点：

（1）表由行、列组成，表中的一行数据称为记录，一列数据称为字段，每一列都有一个字段名。

（2）表中列的左右顺序是任意的。

（3）每个字段只能取一个值，不得放入两个或两个以上的数据。例如“导师”表的“姓名”字段只能放入一个人名，不应该同时放入曾用名，在确实需要使用曾用名的场合，可以添置一个“曾用名”字段。

（4）表中字段的取值范围称为域。同一字段的域是相同的，不同字段的域也有可能相同，例如“工资”表中的“基本工资”与“奖金”两个字段的取值范围都可以是10000以内的实数。

（5）表中行的上下顺序是任意的。

（6）表中任意两行记录的内容不应相同。