Bài giảng Cấu trúc dữ liệu và giải thuật - Chương 3: Mô hình dữ liệu quan hệ - Hoàng Thị Hà

Chương 3: Mô hình dữ liệu quan hệ GV: Hoàng Thị Hà Email: htha@vnua.edu.vn 2Nội dung 1. Giới thiệu 2. Các khái niệm của mô hình quan hệ 3. Các thao tác cơ bản trên dữ liệu của quan hệ 4. Các phép toán cuả đại số quan hệ 5. Ràng buộc toàn vẹn 6. Các đặc trưng của quan hệ 7. Chuyển lược đồ ER sang mô hình quan hệ 31. Giới thiệu  Do tiến sĩ E. F. Codd đưa ra  “A Relation Model for Large Shared Data Banks”, Communications of ACM, 6/1970  Cung cấp một cấu trúc dữ liệu đơn giản và đồng bộ.  Khái niệm quan hệ  Có nền tảng lý thuyết vững chắc  Lý thuyết tập hợp  Là cơ sở của các HQT CSDL thương mại  MS Access, SQL Server, DB2, Oracle, 42. Các khái niệm của mô hình quan hệ  Quan hệ (Relation)  Thuộc tính (Attribute)  Lược đồ (Schema)  Bộ (Tuple)  Miền giá trị (Domain) 51 cột là 1 thuộc tính của nhân viên 1 dòng là 1 nhân viên Quan hệ  Các thông tin lưu trữ trong CSDL được tổ chức thành bảng (table) 2 chiều gọi là quan hệ TENNV HONV NGSINH DCHI PHAI LUONG PHG Tung Nguyen 12/08/1955 638 NVC Q5 Nam 40000 5 Hang Bui 07/19/1968 332 NTH Q1 Nu 25000 4 Nhu Le 06/20/1951 291 HVH QPN Nu 43000 4 Hung Nguyen 09/15/1962 Ba Ria VT Nam 38000 5 Tên quan hệ là NHANVIEN 6Quan hệ (tt)  Quan hệ gồm  Tên  Tập hợp các cột  Cố định  Được đặt tên  Có kiểu dữ liệu  Tập hợp các dòng  Thay đổi theo thời gian  Một dòng ~ Một thực thể  Quan hệ ~ Tập thưc thể 7Thuộc tính  Tên các cột của quan hệ  Mô tả ý nghĩa cho các giá trị tại cột đó  Tất cả các dữ liệu trong cùng 1 một cột đều có dùng kiểu dữ liệu TENNV HONV NGSINH DCHI PHAI LUONG PHG Tung Nguyen 12/08/1955 638 NVC Q5 Nam 40000 5 Hang Bui 07/19/1968 332 NTH Q1 Nu 25000 4 Nhu Le 06/20/1951 291 HVH QPN Nu 43000 4 Hung Nguyen 09/15/1962 Ba Ria VT Nam 38000 5 Thuộc tính 8Lược đồ quan hệ Lược đồ  Lược đồ quan hệ  Tên của quan hệ  Tên của tập thuộc tính NHANVIEN(MANV, TENNV, HONV, NGSINH, DCHI, PHAI, LUONG, PHG) Là tập hợp 9Lược đồ (tt)  Lược đồ CSDL  Gồm nhiều lược đồ quan hệ Lược đồ CSDL NHANVIEN(MANV, TENNV, HONV, NGSINH, DCHI, PHAI, LUONG, PHG) PHONGBAN(MAPHG, TENPHG, TRPHG, NG_NHANCHUC) DIADIEM_PHG(MAPHG, DIADIEM) THANNHAN(MA_NVIEN, TENTN, PHAI, NGSINH, QUANHE) DEAN(TENDA, MADA, DDIEM_DA, PHONG) 10 Dữ liệu cụ thể của thuộc tính Bộ  Là các dòng của quan hệ (trừ dòng tiêu đề - tên của các thuộc tính)  Thể hiện dữ liệu cụ thể của các thuộc tính trong quan hệ 11 Miền giá trị  Là tập các giá trị nguyên tố gắn liền với một thuộc tính  Kiểu dữ liệu cơ sở  Chuỗi ký tự (string)  Số (integer)  Các kiểu dữ liệu phức tạp  Tập hợp (set)  Danh sách (list)  Mảng (array)  Bản ghi (record)  Ví dụ  TENNV: string  LUONG: integer Không được chấp nhận 12 Định nghĩa hình thức  Lược đồ quan hệ  Cho A1, A2, , An là các thuộc tính  Có các miền giá trị D1, D2, , Dn tương ứng  Ký hiệu R(A1:D1, A2:D2, , An:Dn) là một lược đồ quan hệ  Bậc của lược đồ quan hệ là số lượng thuộc tính trong lược đồ  NHANVIEN(MANV:integer, TENNV:string, HONV:string, NGSINH:date, DCHI:string, PHAI:string, LUONG:integer, PHONG:integer)  NHANVIEN là một lược đồ bậc 8 mô tả đối tượng nhân viên  MANV là một thuộc tính có miền giá trị là số nguyên  TENNV là một thuộc tính có miền giá trị là chuỗi ký tự 13 Định nghĩa hình thức (tt)  Quan hệ (hay thể hiện quan hệ)  Một quan hệ r của lược đồ quan hệ R(A1, A2, , An), ký hiệu r(R), là một tập các bộ r = {t1, t2, , tk}  Trong đó mỗi ti là 1 danh sách có thứ tự của n giá trị ti=  Mỗi vj là một phần tử của miền giá trị DOM(Aj) hoặc giá trị rỗng TENNV HONV NGSINH DCHI PHAI LUONG PHG Tung Nguyen 12/08/1955 638 NVC Q5 Nam 40000 5 Hang Bui 07/19/1968 332 NTH Q1 Nu 25000 4 Nhu Le 06/20/1951 291 HVH QPN Nu 43000 4 Hung Nguyen 09/15/1962 null Nam 38000 5 t1 t2 t3 t4 vi 14 Tóm tắt các ký hiệu  Lược đồ quan hệ R bậc n  R(A1, A2, , An)  Tập thuộc tính của R  R+hoặc U  Quan hệ (thể hiện quan hệ)  R, S, P, Q  Bộ  t, u, v  Miền giá trị của thuộc tính A  DOM(A) hay MGT(A)  Giá trị tại thuộc tính A của bộ thứ t  t.A hay t[A] 3. Các thao tác cơ bản trên dữ liệu của quan hệ (1)  Phép chèn (INSERT)  Cho phép thêm 1 bộ vào quan hệ.  Kí hiệu: r = r  t  Viết : INSERT(r; A1=d1, A2=d2, ...,An=dn)  Ví dụ 3.6: Thêm 1 bộ t1=(‘530234’, ‘Lê Thị’,’Lan’, 2/5/1989, ‘Nữ’, ‘Hà Nội’, ‘K53THA’) vào bảng SINHVIEN: 15 3. Các thao tác cơ bản trên dữ liệu của quan hệ (2)  Phép loại bỏ (DEL)  Là phép xoá một bộ t ra khỏi một quan hệ r cho trước.  Kí hiệu: r = r-t  Viết: DEL(r;A1=d1, A2=d2,...,An=dn)  Nếu thứ tự các thuộc tính là cố định ta có thể viết: DEL(r; d1, d2,..., dn)  Ví dụ 3.7: Trong quan hệ SINHVIEN xoá sinh viên t1=(‘530234’, ‘Lê Thị’,’Lan’, 2/5/1989, ‘Nữ’, ‘Hà Nội’, ‘K53THA’) ra khỏi quan hệ: 16 3. Các thao tác cơ bản trên dữ liệu của quan hệ (3)  Phép thay đổi UPDATE (CHANGE)  Phép thay đổi là phép tính rất thuận lợi, hay dùng. Ta có thể dùng tổ hợp phép loại bỏ bộ t và phép chèn thêm một bộ mới t’ vào quan hệ r:  Kí hiệu: r= (r\ t)  t’  Ví dụ: Trong quan hệ SINHVIEN sửa ngày sinh của sinh viên t1=(‘530236’, ‘Lê Thị’,’Lan’, 2/5/1989, ‘Nữ’, ‘Hà Nội’, ‘K53THA’) thành 20/5/1980 17 4. Các phép toán cuả đại số quan hệ(4)  Có 8 phép toán của đại số quan hệ được phân làm 2 loại:  Các phép toán tập hợp (hợp, giao, trừ, tích Descartes)  Các phép toán trên quan hệ ( chọn, chiếu, kết nối, chia) 18 4. Các phép toán cuả đại số quan hệ(5)  Các phép toán tập hợp  Phép hợp: Hợp của 2 quan hệ r và s, kí hiệu là r s là một quan hệ bao gồm tập các bộ thuộc r hoặc s hoặc cả 2 quan hệ. Biểu diễn: r s =t |t r hoặc t s hoặc t r và s   Phép giao: Giao của 2 quan hệ r và s, kí hiệu là sr là tập các bộ thuộc cả 2 quan hệ r và s. Biểu diễn : s  r =t |t r và t s   Phép trừ: Hiệu của 2 quan hệ r và s, kí hiệu là r-s là tập các bộ thuộc r nhưng không thuộc s. Biểu diễn: r-s =t| t r và t s   Tích Descartes Biểu diễn: r x s= t| t = (a1, a2,...,an, b1, b2,..,bm) với (a1, a2,..,an )r và (b1,b2,...,bm)s 19 Ví dụ r(A B C) s( D E F) r x s=(A B C D E F ) a1 b1 c1 d1 e1 f1 a1 b1 c1 d1 e1 f1 a2 b2 c2 d2 e2 f2 a1 b1 c1 d2 e2 f2 a2 b2 c2 d1 e1 f1 a2 b2 c2 d2 e2 f2 20 4. Các phép toán cuả đại số quan hệ(6)  Các phép toán trên quan hệ  Phép chiếu Biểu diễn: X(r)= {t[X]| t r} 21 Ví dụ r (A, B, C, D) X(r) Y(r) a1 b1 c1 d1 a1 b1 a1 c1 a2 b2 c2 d2 a2 b2 a2 c2 a1 b1 c1 d2 a2 b2 c2 d1 22 Ví dụ 3.11: Cho r=A, B, C, D, X=A,B, Y=A, C. 4 . Các phép toán cuả đại số quan hệ (7)  Phép chọn: Là phép toán lọc ra một tập con các bộ của quan hệ đã cho thoả mãn điều kiện chọn cho trước.  Ví dụ 3.13: Xét quan hệ GIANGVIEN trong ví dụ 3.12, yêu cầu hãy đưa ra thông tin của các giảng viên có MaDV= ‘CNPM’. 23 4 . Các phép toán cuả đại số quan hệ (8) Điều liện kết nối: Là 1 tổ hợp logic của các toán hạng, trong đó mỗi toán hạng là 1 phép so sánh 1 thuộc tính của quan hệ r với 1 thuộc tính của quan hệ s. 24  Ví dụ 3.14: Cho hai quan hệ r và s như sau:  Ta có: r >< s = k(A, B, C, D, E ) với điều kiện C D 25 R( A, B, C) s(D, E) A1, b1, 1 1, e1 A1, b2, 2 2, e2 A2, b2, 2 3, e3 4 . Các phép toán cuả đại số quan hệ (9)  Phép chia(division)  Cho r(U), U=A1, A2,...Am, Am+1, Am+1, An  s(V), V=Am+1, Am+1, An   Nếu s   thì phép chia của quan hệ r cho quan hệ s, kí hiệu là r s và được biểu diễn như sau:  r s=t [A1, A2,...Am]/  vs  (t,v) r  26 Ví dụ r( A B C D) s(C D) r  s =q( A B) a b c d c d a b a b e f e f e d b c e f e d c d e d e f a b d e 27 28 5. Ràng buộc toàn vẹn  RBTV (Integrity Constraint)  Là những qui tắc, điều kiện, ràng buộc cần được thỏa mãn cho mọi thể thiện của CSDL quan hệ  RBTV được mô tả khi định nghĩa lược đồ quan hệ  RBTV được kiểm tra khi các quan hệ có thay đổi 29 Siêu khóa  Các bộ trong quan hệ phải khác nhau từng đôi một  Siêu khóa (Super Key)  Gọi SK là một tập con khác rỗng các thuộc tính của R  SK là siêu khóa khi  Siêu khóa là tập các thuộc tính dùng để xác định tính duy nhất của mỗi bộ trong quan hệ  Mọi lược đồ quan hệ có tối thiểu một siêu khóa r,  t1,t2 r, t1 t2 t1[SK] t2[SK] 30 Khóa  Định nghĩa  Gọi K là một tập con khác rỗng các thuộc tính của R  K là khóa nếu thỏa đồng thời 2 điều kiện  K là một siêu khóa của R   Nhận xét  Giá trị của khóa dùng để nhận biết một bộ trong quan hệ  Khóa là một đặc trưng của lược đồ quan hệ, không phụ thuộc vào thể thiện quan hệ  Khóa được xây dựng dựa vào ý nghĩa của một số thuộc tính trong quan hệ  Lược đồ quan hệ có thể có nhiều khóa   K, K’K’ K không phải là siêu khóa của R, K’ 31 Khóa chính  Xét quan hệ  Có 2 khóa  MANV  HONV, TENNV, NGSINH  Khi cài đặt quan hệ thành bảng (table)  Chọn 1 khóa làm cơ sở để nhận biết các bộ  Khóa có ít thuộc tính hơn  Khóa được chọn gọi là khóa chính (PK - primary key)  Các thuộc tính khóa chính phải có giá trị khác null  Các thuộc tính khóa chính thường được gạch dưới NHANVIEN(MANV, TENNV, HONV, NGSINH, DCHI, PHAI, LUONG, PHONG) NHANVIEN(MANV, TENNV, HONV, NGSINH, DCHI, PHAI, LUONG, PHONG) 32 Tham chiếu  Một bộ trong quan hệ R, tại thuộc tính A nếu nhận một giá trị từ một thuộc tính B của quan hệ S, ta gọi R tham chiếu S  Bộ được tham chiếu phải tồn tại trước TENNV HONV NGSINH DCHI PHAI LUONG PHG Tung Nguyen 12/08/1955 638 NVC Q5 Nam 40000 5 Hang Bui 07/19/1968 332 NTH Q1 Nu 25000 4 Nhu Le 06/20/1951 291 HVH QPN Nu 43000 4 Hung Nguyen 09/15/1962 Ba Ria VT Nam 38000 5 TENPHG MAPHG Nghien cuu 5 Dieu hanh 4 Quan ly 1 R S 33 Khóa ngoại  Xét 2 lược đồ R và S  Gọi FK là tập thuộc tính khác rỗng của R  FK là khóa ngoại (Foreign Key) của R khi  Các thuộc tính trong FK phải có cùng miền giá trị với các thuộc tính khóa chính của S  Giá trị tại FK của một bộ t1R  Hoặc bằng giá trị tại khóa chính của một bộ t2S  Hoặc bằng giá trị rỗng  Ví dụ NHANVIEN(MANV, TENNV, HONV, NGSINH, DCHI, PHAI, LUONG, PHG) PHONGBAN(TENPHG, MAPHG) Khóa chính Khóa ngoại 34 Khóa ngoại (tt)  Nhận xét  Trong một lược đồ quan hệ, một thuộc tính vừa có thể tham gia vào khóa chính, vừa tham gia vào khóa ngoại  Khóa ngoại có thể tham chiếu đến khóa chính trên cùng 1 lược đồ quan hệ  Có thể có nhiều khóa ngoại tham chiếu đến cùng một khóa chính  Ràng buộc tham chiếu = Ràng buộc khóa ngoại 35 Khóa ngoại (tt) 36 Các đặc trưng của quan hệ  Thứ tự các bộ trong quan hệ là không quan trọng  Thứ tự giữa các giá trị trong một bộ là quan trọng TungNguyen 12/08/1955 638 NVC Q5 Nam 40000 5 TENNVHONV NGSINH DCHI PHAI LUONG PHG HangBui 07/19/1968 332 NTH Q1 Nu 25000 4 NhuLe 06/20/1951 291 HVH QPN Nu 43000 4 HungNguyen 09/15/1962 null Nam 38000 5 Bộ khác Bộ 37 6. Các đặc trưng của quan hệ (tt)  Mỗi giá trị của một thuộc tính trong một bộ  Hoặc là một giá trị nguyên tố  Hoặc là một giá trị rỗng (null)  Không có bộ nào trùng nhau 38 7. Chuyển lược đồ E/R sang thiết kế quan hệ 39 Các qui tắc chuyển đổi  (1) Tập thực thể  Các tập thực thể (trừ tập thực thể yếu) chuyển thành các quan hệ có cùng tên và tập thuộc tính NHANVIENTENNV NGSINH DCHI PHAI LUONG HONV MANV Lam_viec La_truong_phong PHONGBAN MAPHGTENPHG (1,1) (1,n) (1,1)(1,1) NHANVIEN(MANV, TENNV, HONV, NGSINH, DCHI, PHAI, LUONG) PHONGBAN(TENPHG, MAPHG) 40 Các qui tắc chuyển đổi (tt)  (2) Mối quan hệ  (2a) Nhiều-Nhiều  Tạo một quan hệ mới có  Tên quan hệ là tên của mối quan hệ  Thuộc tính là những thuộc tính khóa của các tập thực thể liên quan DEAN TENDA DDIEM_DA MADA NHANVIENTENNV NGSINH DCHI PHAI LUONG HONV MANV Phan_cong (1,n) (1,n) THOIGIAN PHANCONG(MANV, MADA, THOIGIAN) 41 Các qui tắc chuyển đổi (tt)  (2) Mối quan hệ  (2b) Một-Nhiều  Thêm vào quan-hệ-một thuộc tính khóa của quan-hệ-nhiều NHANVIENTENNV NGSINH DCHI PHAI LUONG HONV MANV Lam_viec PHONGBAN MAPHGTENPHG (1,1) (1,n) NHANVIEN(MANV, TENNV, HONV, NGSINH, DCHI, PHAI, LUONG, MAPHG) 42 Các qui tắc chuyển đổi (tt)  (2) Mối quan hệ  (2c) Một-Một  Hoặc thêm vào quan hệ này thuộc tính khóa của quan hệ kia  Hoặc thêm thuộc tính khóa vào cả 2 quan hệ NHANVIENTENNV NGSINH DCHI PHAI LUONG HONV MANV La_truong_phong PHONGBAN MAPHGTENPHG (1,1) (1,n) NG_NHANCHUC PHONGBAN(MAPHG, TENPHG, MANV, NG_NHANCHUC) 43 Các qui tắc chuyển đổi (tt)  (3) Thực thể yếu  Chuyển thành một quan hệ  Có cùng tên với thực thể yếu  Thêm vào thuộc tính khóa của quan hệ liên quan THANNHAN(MANV, TENTN, PHAI, NGSINH, QUANHE) NHANVIENTENNV NGSINH DCHI PHAI LUONG HONV MANV THANNHAN TENTN PHAI NGSINH QUANHECo_than_nhan (1,1) (1,n) Câu hỏi và bài tập chương 3 1. Hãy phân biệt các thuật ngữ sau: Quan hệ, lược đồ quan hệ, lược đồ CSDL quan hệ. 2. Hãy nêu các tính chất đặc trưng của quan hệ. 3. Bộ của quan hệ là gì?. Trong một quan hệ có cho phép tồn tại hai bộ giống nhau không?. 4. Hãy nêu ý nghĩa cuả khoá ngoài trong CSDL. 5. Cho lược đồ CSDL của bài toán quản lý sinh viên bao gồm các lược đồ quan hệ sau: Khoa(MaK, TenK, SDT) Lop(MaL, TenL, Siso, MaK) Sinhvien(MaSV, Hodem, Ten, Ngaysinh, Gioitinh, Tinh, MaL) Monhoc(MaMH, TenMH, DVHT, Hocky) Ketqua(MaSV, MaMH, DiemL1, DiemL2) Dùng ngôn ngữ đại số quan hệ hãy thực hiện các yêu cầu sau: a. Hiển thị thông tin về các sinh viên. Thông tin hiển thị cần (mã sinh viên, họ tên, ngày sinh, giới tính). b. Hiển thị thông tin về các sinh viên nữ. Thông tin hiển thị cần (mã sinh viên, họ tên, ngày sinh). 44 45