计算科学导论3.ppt

第3章 计算学科中的3个学科形态 李陶深 tshli@gxu.edu.cn 3.1 一个关于“学生选课”的例 子 对“学生选课”例子的感性认识 现给出“学生”和“课程”两个实体,它们的联系为： 一个学生可以选修若干门课程 每门课程可以被任一学生所选修 请建立一个信息管理系统，以实现对“学生选课”这一信息的管理。 概念模型 用于信息世界的建模，是客观世界到信息世界的抽象。 概念模型中的主要概念有：实体、属性、码、域、联系等。 实体：客观存在并可相互区别的事物。 属性：实体所具有的某一种特性。 码：能惟一标识实体的属性集。 域：属性的取值范围。 联系：指不同实体集之间的联系。两个实体之间的联系分为：一对一（1:1）、一对多（1:N）、多对多（N:M）3类。 E-R模型（Entity-Relationship） 1976年，美籍华人陈平山（Peter Pingshan Chen）提出的 用E-R模型来描述客观世界并建立概念模型的抽象方法。 实体用矩形表示，属性用椭圆形表示，联系用菱形表示，实体间的联系有一对一（1:1）、一对多（1:N）和多对多（N:M）3种情况。 要实现对客观事物的感性认识，必须将客观世界（在例中客观世界就是“学生选课”）抽象为信息世界。 图3.1 学生选课E-R图 关系模型 概念模型不是机器世界所支持的数据模型，而是客观世界到机器世界的一个中间层次 概念模型还需要转换成机器世界能支持的数据模型。 在数据库领域中，数据库管理系统（DBMS）能支持的数据模型有：层次、网状、关系以及面向对象等数据模型。 关系模型支持的是一种二维表结构的数据模型，它由关系数据结构、关系数据操作和关系数据的完整性约束条件三部分组成。 其中关系就是一张二维表。 概念模型（E-R图）——》关系模型 转换： 学生（学号，姓名，年龄，性别）； 课程（课程号，课程名）； 学生选课（学号，课程号，成绩） 概念模型是对现实原形的理想化，因此，将概念模型直接转换成关系模型，还不能说完全达到了对“学生选课”这一客观世界的理性认识，换言之，就是所转换的关系模型有可能还存在问题。 感性认识中存在的问题 在学生（学号，姓名，年龄，性别）关系中增加系名、系主任等属性时，即学生关系变为（学号，姓名，年龄，性别，系名，系主任）时，便开始出现以下问题。 插入异常——一个系刚成立，系主任已确定，但还未招学生时，则无法将系名和系主任的名字插入到数据库中（学生实体中学号为码，码不能缺） 删除异常——当一个系的学生全部毕业，删除所有毕业生时，系名和系主任的名字也就删除了 冗余太大——由于一个学生对应一个系名和系主任的名字，则该系系名和系主任的名字要重复。 关系模式的形式化定义 关系模式（R）是一个四元组，即 R=U，D，dom，F 其中： （1）U表示关系中所有属性的集合； （2）D表示属性集合U中属性所来自的域； （3）dom是属性到域的映射； （4）F是属性集合U上的一组数据依赖。 关系模式的形式化定义 由于D、dom与模式设计关系不大，可将关系模式简单地表示为一个二元组 R=U，F 1NF的定义：作为一张二维表的关系，每一个分量必须是不可再分的数据项，满足这个条件的关系模式就属于1NF。 2NF的定义：若R∈1NF，且每一个非主属性不存在对码的部分函数依赖，则 R∈2NF。在定义中，非主属性为不属于码的那些属性。 3NF的定义：若R∈2NF，且每一个非主属性不存在对码的传递函数依赖，则 R∈3NF。 对“例子”问题的理性认识 例子最初是属于1NF、2NF、3NF，但是当在学生属性集U中增加系名和系主任后，就出现了这样的传递函数依赖：学号（码）→系名，系名→系主任。因此，它就不属于3NF了。 不属于3NF的所有关系模型都会出现插入异常、删除异常和冗余的问题。 还必须依靠分解算法对模式进行分解，并满足3NF的要求。 在数据依赖理论的指导下，可完成模式的分解任务。 就例子而言，可以再划分一个关系，即系（系号，系名，系主任名），从而满足了关系模式规范化的要求，实现了对例子的理性认识。 从概念模型向满足规范化要求的关系模型的转换，其实质是认识过程由感性认识（抽象）上升到理性认识（理论）的过程，这个过程包含两方面的内容： 一方面是有关理论的建立； 另一方面是如何在理论的指导下，在具体的设计中，实现对客观世界的理性认识。 前者是对科学研究而言的，而后者是对工程设计而言的。 “学生选课”系统的工程设计 建立起正确的关系模型后，还要根据具体的关系数据库管理系统对该模型进行定义，下面，给出定义该模型的SQL语句： CREATE TABLE STUDENT ( SNO CHAR(9)