Bài giảng Chương 2: Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ (The Relational Database Model)

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 này 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), có tên và kiểu dữ

liệu

 Tập hợp các bộ (tuple), có thể thay đổi theo thời gian

Quan hệ và bảng

Thuật ngữ tương đương : • Quan hệ, bộ, thuộc tính (Relation, tuple, attribute) • Bảng, dòng, cột (Table, row, column)

MASV MAMH MAKHOA DIEMTHI

99001 CSDL CNTT 3.0

99002 CSDL CNTT 8.0

99001 THVP CNTT 6.0

99005 THVP AV 5.0

Thuộc tính

 Tên phân biệt  Giúp diễn giải ý nghĩa thuộc tính (thuộc tính của thực thể,

Một thuộc tính bao gồm :  Tên 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

hay mối kết hợp)  Kiểu dữ liệu thuộc tính

 Có thể NULL

liệu

Bộ và quan hệ

 Mỗi bộ (dòng) là một tổ hợp các giá trị tương ứng với

 mô tả về một thực thể , hay một mối kết hợp có trong thế

giới thực

 Một tập các bộ xác định tại một thời điểm, gọi là một thể hiện của lược đồ quan hệ (hay quan hệ)

 Ký hiệu: r(Ketqua)  Không có 2 bộ trùng nhau trong một quan hệ

 khóa

 Trật tự của các bộ (và các thuộc tính) là không quan trọng

đối với DBMS.

các thuộc tính của quan hệ

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:

Ketqua( MASV, MAMH, MAKHOA, DIEMTHI)

 Lược đồ CSDL

 Tập hợp các lược đồ quan hệ trong cùng một

CSDL

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

MAMH MAKHOA DIEMTHI MASV

99001 CSDL CNTT 3.0

99002 CSDL CNTT 8.0

99001 THVP CNTT 6.0

99005 THVP AV 5.0

Siêu khóa: {MaSV, MaMH}, {MaSV,MaMH,MaKhoa},…

Khóa (khóa dự tuyển, khóa chính , khóa phức): {MaSV, MaMH}

Khóa ngoại : {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

Siêu khóa : {MaSV} , {MaSV, Hoten}, … ,

{soCMND} , {soCMND, Hoten},…

Khóa (khóa dự tuyển): {MaSV} , {soCMND}

Khóa chính : {MaSV}

Đại số quan hệ

 Khái niệm  Các phép toán đại số quan hệ  Ví dụ

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

 Bao gồm tập các phép toán thao tác trên các

quan hệ

từ một hay nhiều quan hệ trong DB

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 =, (cid:0)

, <, ≤, >, (cid:0)

 Các phép toán luận lý not ((cid:0) ), and ((cid:0) ), or ((cid:0) )

Phép chọn (selection) 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 (cid:0)

r và F(t) = true }

* Phép chọn và phép chiếu là phép toán một toán hạng

Phép chọn (selection) – ví dụ 1 Phép chọn (selection) – ví dụ 1

Relation r A B C D

(cid:0) (cid:0)

r(A=B)

1 7 A B C D

(cid:0) (cid:0) 12 3 (cid:0) (cid:0) 1 7

(cid:0) (cid:0) 23 10 (cid:0) (cid:0) 5 7

(cid:0) (cid:0) 12 3

A B C D

r(A=B ^ D>5)

(cid:0) (cid:0) 23 10

(cid:0) (cid:0) 1 7

(cid:0) (cid:0) 23 10

Phép chiếu (Projection) 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 | (cid:0)

u(cid:0)

r sao cho t = u[X]}

Phép chiếu loại bỏ những bộ trùng nhau

Phép chiếu (Projection) – ví dụ 1 Phép chiếu (Projection) – ví dụ 1

Relation r

r[A,C]

A B C

A C

(cid:0)

Phép hợp (union) Phép hợp (union)

 Phép hợp của 2 quan hệ r và s

r + s = r (cid:0)

s = { t | t (cid:0)

r (cid:0) t (cid:0)

trong đó: r và s là hai quan hệ khả hợp

r + s

Phép hiệu (Set Difference)

 Phép hiệu của 2 quan hệ r và s

r - s = { t | t (cid:0)

r (cid:0) t (cid:0)

s }

trong đó: r và s là hai quan hệ khả hợp

r - s

Phép giao (Intersection)  Phép giao của 2 quan hệ r và s s = {t | t (cid:0)

r (cid:0) t (cid:0)

r * s = r (cid:0)

r * s

trong đó: r và s là hai quan hệ khả hợp

Hai quan hệ r và s là khả hợp ( union-compatible) khi :

•Có cùng số thuộc tính •Các thuộc tính tương ứng có cùng miền giá trị

Bài tập

 Cho 2 quan hệ định nghĩa trên 2 lược đồ Quan hệ : Customer( Cuscode, cusName, cusPhone, City) Supplier ( SupCode, SupName, SupPhone, City)

 Hiển thị danh sách các thành phố có khách hàng và

đồng thời có nhà cung cấp?

 Hiển thị danh sách các thành phố có khách hàng và

không có nhà cung cấp?

Phép tích Descartes 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) s

r x s ={ t | (cid:0)

r và ts (cid:0)

tr (cid:0) với t[A1, A2,.., Am] = tr và t[B1, B2, ….,Bn] = ts }

Phép tích Descartes – ví dụ 1 Phép tích Descartes – ví dụ 1

r x s

(cid:0) Relations r, s: MASV MAMH

DIEM

MAMH

TENMH

99001

CSDL

5.0 CSDL

COSO DULIEU

99002

FOX

2.0 FOX

FOXPRO

99003

MANG 8.0

MASV MAMH

DIEM

MAMH

TENMH

99001

CSDL

5.0 CSDL

COSO DULIEU

99001

CSDL

5.0 FOX

FOXPRO

99002

FOX

2.0 CSDL

COSO DULIEU

99002

FOX

2.0 FOX

FOXPRO

99003

MANG 8.0

CSDL

COSO DULIEU

99003

MANG 8.0

FOX

FOXPRO

Phép tích Descartes Phép tích Descartes

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 ?

(r x s) ( r.MaMH = s.MaMH)

Phép kết (join)

 thay thế phép (r x s) (F)

với F là biểu thức điều kiện có dạng r.A (cid:0)

s.B s.B

 Bao gồm :

(cid:0) -join-join)

 Theta join ((cid:0)  Equijoin  Natural join  Outer join

(cid:0)

Phép kết (cid:0) - 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)

S là 2 thuộc tính có thể so sánh

Gọi Q(A1, A2,.., Am, B1, B2, ….,Bn) (cid:0) là 1 phép so sánh R và Bj (cid:0) Ai (cid:0) với nhau bởi phép (cid:0)

Ai (cid:0)

s Bj

q(Q) = {t | (cid:0)

Phép kết (cid:0) 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 tr (cid:0) r và ts (cid:0) s với t[R] = tr và t[S] = ts và t[Ai] (cid:0) t[Bj] }

- Theta join

Phép kết (cid:0) Ví dụ : Hiển thị ứng với mã mỗi môn học và

các môn học tiếp sau nó ?

MONHOC ( MaMon, TenMon, SoTC, Hocky)

MaMon TenMon SoTC Aaaa A Bbbb B Cccc C Dddd D

3 4 3 2

Hocky 1 1 2 3

Chú ý : Sử dụng phép gán để tạo ra một biến quan hệ tạm:

s (cid:0)

r [MaMon, Hocky] , với r (cid:0)

MONHOC

Phép kết (cid:0)

- Theta join

MaMon Hocky MaMon Hocky

r s r.Hocky < s.Hocky

A 1 A 1

B 1 B 1

C 2 C 2

D 3 D 3

MaMon MaMonsau

A C

A D

B C

B D

C D

Phép kết bằng và kết tự nhiên Phép kết bằng và kết tự nhiên

Phép kết Theta với (cid:0)

là phép so sánh bằng ,

thì được gọi là phép kết bằng _ Equijoin

Phép kết Theta với (cid:0)

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

VD: Hiển thị danh sách các khách hàng và nhà cung cấp ở cùng một thành phố 32 Customer( Cuscode, cusName, cusPhone, City) 32 Supplier ( SupCode, SupName, SupPhone, City)

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

Phép kết ngoài - Outer join 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 :