Hỏi Đáp

Mô Hình Quan Hệ Là Gì – Mô Hình Dữ Liệu Quan Hệ (Bài 3)

Giới thiệu về mô hình quan niệm

Mô hình quan niệm của một hệ thống thông tin được thiết lập từ hai mô hình liên quan đến nhau làmô hình quan niệm về dữ liệumô hình quan niệm về xử lý.

Đang xem: Mô hình quan hệ là gì

Mô hình quan niệm về dữ liệu: là sự mô tả toàn bộ dữ liệu của hệ thống, những mô tả này độc lập với các lựa chọn môi trường cài đặt, là công cụ cho phép người phân tích thể hiện dữ liệu của hệ thống ở mức quan niệm. Mô hình có thể mô tả bằng ngôn ngữ tự nhiên hoặc bằng hình vẽ.

Mô hình quan niệm về xử lý: mô tả toàn bộ các quy tắc xử lý được áp dụng cho dữ liệu của hệ thống.

Mô hình quan niệm cũng là cơ sở để trao đổi giữa những người phân tích thiết kế hệ thống.

Mô hình thực thể-mối quan hệ (mô hình ER)

Ý nghĩa của mô hình

Mô hình ER do Peter Chen đề xuất năm 1976, được sử dụng rộng rãi từ năm 1988. ANSI đã chọn nó làm mô hình chuẩn cho IRDS. Mô hình ER là một cách để mô tả thế giới thực gần gủi với quan niệm và cách nhìn nhận bình thường. Mô hình này là một mô tả logic chi tiết dữ liệu của một tổ chức hoặc một lĩnh vực nghiệp vụ, nó còn là công cụ để phân tích thông tin nghiệp vụ. Mô hình được sử dụng rộng rãi trong các phần mềm thiết kế như ER Designer CASE (Chen và Associates 1988), trong các phần mềm trợ giúp thiết kế bằng máy tính.

Các thành phần của mô hình ER

Mô hình ER có các thành phần cơ bản sau:

– Các tập thực thể

– Các mối quan hệ giữa các thực thể

– Các thuộc tính của các thực thể và các mối quan hệ

– Các mối quan hệ để mô tả kiểu kết nối giữa các thực thể (hoặc các bản số của các thực thể thông qua các mối quan hệ tương ứng)

Thực thể và tập thực thể

Một tập thực thể là mô hình của một lớp đối tượng cụ thể hoặc trừu tượng của thế giới thực. Mỗi thể hiện trong một tập thực thể được gọi là một thực thể hoặc cá thể (bản thể) của tập thực thể đó. Các đối tượng trong một tập thực thể tồn tại khách quan và độc lập tương đối lẫn nhau. Sự tồn tại của chúng không phụ thuộc vào hoạt động của hệ thống và chúng liên hệ với nhau thông qua tổ chức của hệ thống hoặc hoạt động của hệ thống.

Một thực thể được nhận diện bằng một số các đặc trưng của nó gọi là thuộc tính. Như vậy thuộc tính (Attribute) là các yếu tố thông tin cụ thể để nhận biết một tập thực thể.

Mỗi tập thực thể được đặc trưng bởi một têndanh sách các thuộc tính của nó. Người ta dùng một trong các ký hiệu sau để mô tả một tập thực thể.

*

Mã số nhân viên, họ tên, ngày sinh, đơn vị, nơi sinh là các yếu tố thông tin tạo thành tập tập thực thể NHÂN VIÊN.

*

Thuộc tính

Thuộc tính của một thực thể có thể phân thành các loại chủ yếu sau: thuộc tính đơn, thuộc tính lặp (đa trị), thuộc tính định danh.

a. Thuộc tính đơn

Thuộc tính đơn là thuộc tính mà giá trị của nó không thể phân tách được trong các xử lý theo một ý nghĩa tương đối nào đó.

Thuộc tính HỌTÊN là thuộc tính đơn trong hệ thống thông tin “Quản lý nhân sự” bởi vì trong hệ thống này người ta không có nhu cầu tách thuộc tính HỌTÊN thành hai thuộc tính HỌLÓT và TÊN, tuy nhiên điều này không còn đúng nữa khi ở trong hệ thống thông tin “Quản lý Đào tạo”

b. Thuộc tính phức hợp

Thuộc tính phức hợp là thuộc tính được tạo từ những thuộc tính đơn khác nhau.

Thuộc tính Ngày sinh là gộp của 3 thuộc tính ngày, tháng và năm sinh. Thuộc tính HỌTÊN được tạo từ hai thuộc tính HỌLÓT và TÊN

c. Thuộc tính lặp (đa trị): thuộc tính có thể nhận nhiều hơn một giá trị đối với mỗi thực thể.

KỸNĂNG, TĐỘNGNGỮ là các thuộc tính lặp trong tập thực thể NHÂNVIÊN vì mỗi nhân viên có thể có nhiều kỹ năng và trình độ ngoại ngữ khác nhau.

d. Thuộc tính định danh (khóa)

Thuộc tính định danh là một hoặc một số tối thiểu các thuộc tính của một tập thực thể mà giá trị của nó cho phép phân biệt các thực thể khác nhau trong tập thực thể. Trong một tập thực thể có thể có nhiều thuộc tính định danh khác nhau. Thông thường người ta chọn thuộc tính định danh là một thuộc tính đơn duy nhất.

Trong tập thực thể NHÂNVIÊN thuộc tính MÃNV, SỐCMND là các thuộc tính có thể làm thuộc tính định danh.

Để tiện cho việc tổ chức dữ liệu và xử lý sau này, khi chọn thuộc tính định danh nên chú ý đến các yếu tố sau:

Chọn định danh sao cho giá trị của nó không thay đổi trong suốt vòng đời của thực thể. Ví dụ, SỐCMND ít khi được chọn làm thuộc tính định danh vì mỗi nhân viên có thể có nhiều chứng minh nhân dân khác nhau và có thể không có chứng minh nhân dân. Chọn định danh phải bảo đảm giá trị của nó đối với thực thể thuộc tập thực thể phải khác rỗng (NOT NULL). Nếu định danh là hợp bởi một số thuộc tính khác nhau thì phải bảo đảm mỗi thuộc tính thành phần phải khác rỗng. Tránh sử dụng các định danh áp đặt mà cấu trúc của nó có thành phần chỉ sự phân loại, địa điểm.

Mối quan hệ

Khái niệm tập thực thể với các thuộc tính không nói lên được mối liên quan giữa các tập thực thể với nhau. Mối quan hệ là sự mô tả sự liên hệ giữa các phần tử của các tập thực thể với nhau, chúng là các gắn kết các tập thực thể với nhau.

Chúng ta có thể diễn tả khái niệm mối quan hệ giữa các tập thực thể một cách hình thức như sau: Mối quan hệ R giữa các tập thực thể E1, E2,…, Ek là một tập con của tích Descartes F1x F2x … x Fn , trong đó Fi∈{E1, E2,…, Ek}. Một thể hiện của mối quan hệ R là một tập các n-bộ (e1,e2,…,en), trong đó ei ∈Fi (i=1…n). Nếu n-bộ (e1, e2,…, en) là một thể hiện của R thì ta nói rằng e1,e2 ,…, en có mối quan hệ R với nhau. Ta có thể phân loại các mối quan hệ giữa các tập thực thể như sau:

Mối quan hệ giữa các tập thực thể có thể là một mối quan hệ sở hữu hoặc phụ thuộc hoặc mô tả sự tương tác giữa chúng.

Một mối quan hệ có thể có thuộc tính riêng của nó. Để mô tả một mối quan hệ người ta dùng một hình ellip trong đó ghi tên của mối quan hệ và các thuộc tính riêng của nó nếu có.

*

Hoặc

*

Khi định nghĩa một mối quan hệ cần phải nêu ý nghĩa của nó.

(e1,e2) ∈ điểm thi có ý nghĩa: sinh viên e1 thi một môn học e2 lần thứ mấy và được bao nhiêu điểm.

Một tập thực thể có thể tham gia nhiều mối quan hệ và giữa hai tập thực thể có thể có nhiều mối quan hệ khác nhau.

Giữa hai tập thực thể Sinh viênMôn học có hai mối quan hệ là ĐKMH và Điểm thi.

Chiều của mối quan hệ: là số tập thực thể tham gia vào mối quan hệ đó.

Mối quan hệ một chiều (đệ quy-phản xạ): mối quan hệ giữa các thực thể của cùng một tập thực thể. Ký hiệu:

*

Mối quan hệ hai chiều: là sự kết nối giữa hai tập thực thể, còn gọi là mô hình nhị nguyên. Mối quan hệ này thường được sử dụng trong thực tế.

*

Mối quan hệ nhiều chiều: mối quan hệ có số tập thực thể tham gia lớn hơn 2, còn gọi là mô hình đa nguyên. Trong thực tế, người ta thường dưa các mối quan hệ nhiều chiều về mối quan hệ hai chiều.

*

Mối quan hệ ba chiều

Mối quan hệ Dạy có ý nghĩa:

(a,b,c,d,e) ∈ TKB : Giáo viên a Dạy Sinh viên b Môn học c tại Phòng học d vào tiết thứ e.

*

Mối quan hệ năm chiều

Bản số

Xác định mối quan hệ giữa các tâp thực thể như ở trên chưa nói lên độ phức tạp của chúng. Chẳng hạn, khó có thể biết được mỗi thực thể của tập thực thể này có liên hệ với bao nhiêu thực thể của tập thực thể kia thông qua mối quan hệ. Để diễn tả tần suất xuất hiện của các phần tử của tập thực thể trong một mối quan hệ người ta dùng một khái niệm là bản số.

Bản số (Cardinality) là một cặp số nguyên (i,j), chứa số tối thiểu và số tối đa trường hợp có thể có của các phần tử của tập thực thể tham gia vào mối quan hệ. Bản số của tập thực thể nào thì được ghi trên nhánh của tập thực thể đó. Nếu i,j nhận giá trị lớn hơn 1 thì quy ước thay chúng bởi ký tự n.

*

Bản số (1,1): Một sinh viên học ít nhất là 1 lớp và nhiều nhất là 1 lớp.

Bản số (1,n): một lớp có ít nhất là 1 sinh viên và nhiều nhất là n sinh viên.

a. Giả sử một người phải ởchỉ ở trong một nhà, khi đó bản số của các tập thực thể NGƯỜI và NHÀ qua mối quan hệ Ở là (1,1)——-(1,n)

*

b. Bản số của mối quan hệ Kết hôn của công dân Việt nam

*

c. Giả sử mọi vật tư của công ty phải được chứa trong các kho hàng và một vật tư chỉ ở trong một kho mà thôi, khi đó bản số của các tập thực thể VÂT TƯ KHO qua mối quan hệ Chứa trong là (1,1)—–(1,n)

*

d. Bản số của các tập thực thể THẦY và TRÒ qua mối quan hệ Dạy học

*

Các trường hợp có thể xảy ra của các cặp bản số:

(1,1) (1,1) hoặc (0,1) (0,1) hoặc (0,1) (1,1)

(1,1) (1,n) hoặc (0,1) (1,n) hoặc (1,1) (0,n)

(1,n) (1,n) hoặc (0,n) (1,n) hoặc (1,1) (0,n)

Bản số trực tiếp giữa các mối quan hệ

Trong một số phương pháp phân tích người ta không biểu diễn một cách rõ ràng bản số của một tập thực thể trong mối quan hệ mà chỉ biểu diễn bản số trực tiếp giữa hai tập thực thể. Bản số trực tiếp giữa hai tập thực thể:

Giả sử tập thực thể E1 có bản số trong mối quan hệ là (i1:j1); tập thực thể E2 có bản số trong mối quan hệ là(i2:j2). Khi đó bản số trực tiếp giữa hai tập thực thể E1,E2 là (j2:j1).

Người ta dùng các ký hiệu sau để mô tả bản số trực tiếp của hai tập thực thể:

*

Tập thực thể NHÂNVIÊN có tập thực thể ĐẢNGVIÊN là tập thực thể con. Vậy: ĐẢNGVIÊN ISA NHÂNVIÊN

Tách một mối quan hệ đa nguyên thành các mối quan hệ nhị nguyên

Trong mô hình ER người ta xem bậc (degree) của một mối quan hệ là số các tập thực thể tham gia vào mối quan hệ này. Chẳng hạn mối quan hệ bậc hai, còn được gọi là mối quan hệ nhị nguyên, là mối quan hệ giữa hai tập thực thể. Trên thực tế để đơn giản và tiện cho việc thiết kế cài đặt các CSDL, hầu hết các mối quan hệ đa nguyên đều được chuyển đổi thành các mối quan hệ nhị nguyên. Dựa vào khả năng chuyển đổi này của mối quan hệ đa nguyên, một số công cụ thiết kế CSDL chỉ cho phép sử dụng các mối quan hệ nhị nguyên. Cụ thể phương pháp chuyển đổi được thực hiện như sau.

Thuật toán 3.1. Tách một mối quan hệ đa nguyên thành các mối quan hệ nhị nguyên không kèm thuộc tính.

Input: Mối quan hệ R giữa các tập thực thể E1, E2, …, En là mối quan hệ bậc n (n > 2). Bản số đính kèm trên cung nối tập Ei và R là (mini, maxi), với i=1, 2,…, n.

Output: Các mối quan hệ nhị nguyên

Method: Thay R bởi n mối quan hệ Ri (không kèm thuộc tính) giữa các tập thực thể Ei với tập thực thể E (biểu diễn mối quan hệ R), với i =1, 2, …, n.

Procedure Chuyen_doi_MQH_da_nguyen;

1. Mối quan hệ R được thay thế bởi tập thực thể E có cùng tập các thuộc tính;

2. For i:=1 to n do

3. Xây dựng mối quan hệ nhị nguyên Ri giữa tập thực thể Ei với tập thực thể E;

4. Gán bản số của cung nối Ri với Ei là (mini, maxi);

5. Gán bản số của cung nối Ri và E là (1, 1);

6. Endfor;

EndChuyen_doi_MQH_da_nguyen;

Lúc này ta hiểu rằng: mỗi thể hiện (e1, e2, …, en) thuộc R (mối quan hệ cũ), với ei ∈ Ei (i = 1, 2, …, n), sẽ cho tương ứng với một thực thể e thuộc E (tập thực thể mới tạo lập), sao cho các thể hiện (e, ei) thuộc Ri (các mối quan hệ mới tạo lập).

Hình sau đây trình bày một ví dụ về một mối quan hệ tam nguyên, và trình bày kết quả chuyển đổi thành ba mối quan hệ nhị nguyên.

*

*

Hình b

Ví dụ trên cho thấy rằng, mối quan hệ DAY trong hình a được chuyển đổi thành tập thực thể LICHDAY đóng vai trò như một tập thực thể yếu không có khoá bộ phận và có ba mối quan hệ định danh là GIANG, BOTRI và GOMCO. Ba tập thực thể tham gia vào các mối quan hệ này là GIAOVIEN, LOP, MONHOC đều là các tập thực thể chủ của tập thực thể LICHDAY. Vì vậy, mỗi thực thể thuộc tập thực thể yếu LICHDAY được định danh bởi sự phối hợp của ba thực thể lần lượt thuộc ba tập thực thể chủ GIAOVIEN, LOP và MONHOC.

Rõ ràng, ta cũng có thể sử dụng thuật toán 3.1. để phân tách một mối quan hệ nhị nguyên (đặc biệt là mối quan hệ nhị nguyên có kèm thuộc tính) thành các mối quan hệ nhị nguyên không kèm thuộc tính.

Ràng buộc phụ thuộc hàm trên mối quan hệ đa nguyên

Xétmối quan hệ R là mối quan hệ đa nguyên bậc n (n > 2) giữa n tập thực thể E1, E2,, En.

Xem thêm: ” Giải Giáp Là Gì – Nghĩa Của Từ Giải Giáp

Khác với mối quan hệ nhị nguyên, đối với mối quan hệ đa nguyên R, ngoài ràng buộc về bản số đính kèm trên mỗi cung nối tập Ei R là (mini, maxi), với i =1,2,, n; ta cần bổ sung một loại ràng buộc khác được gọi là ràng buộc phụ thuộc hàm giữa các tập thực thể tham gia vào mối quan hệ R (gọi tắt là ràng buộc phụ thuộc hàm trên R). Một cách hình thức, ta lần lượt xét các định nghĩa sau:

Thể hiện của một mối quan hệ: Gọi R là mối quan hệ đa nguyên bậc n (n > 2) giữa n tập thực thể E1, E2,, En; gọi tắt là mối quan hệ R trên {E1, E2,, En}. Gọi e1, e2,, en lần lượt là các thực thể thuộc các tập thực thể E1, E2,, En.Khi đó, một bộ t gồm n thành phần (e1, e2,, en), ký hiệu t = (e1, e2,, en), được gọi là một thể hiện của mối quan hệ R, nếu và chỉ nếu (e1, e2,, en) thuộc mối quan hệ R.

Chiếu của một thể hiện: Xétmối quan hệ R trên  = {E1, E2,, En}, X là một tập con của , và t = (e1, e2,, en) ∈ R. Khi đó, chiếu của t trên X, ký hiệu là t<X>, là bộ t chỉ chứa các thành phần tương ứng với các thực thể của các tập thực thể có trong X.

Phụ thuộc hàm giữa các tập thực thể: Xétmối quan hệ R trên , gọi X Y là các tập con của . Khi đó, ta nói rằng R thoả phụ thuộc hàm X Y (đọc là: X xác định Y, hoặc Y phụ thuộc hàm vào X) nếu và chỉ nếu: với mọi t1, t2 ∈ R ta có: t1<X> = t2<X> kéo theo t1<Y>= t2<Y>.

Một mối quan hệ R được gọi là thoả F – tập các phụ thuộc hàm trên R, nếu R thoả tất cả các phụ thuộc hàm trong F.

Từ những định nghĩa hình thức được nêu ở trên, ta có thể nhận thấy rằng, có sự tương ứng 1-1 giữa một số khái niệm này với các khái niệm của lý thuyết phụ thuộc hàm trong mô hình quan hệ. Cụ thể:

Một mối quan hệ đa nguyên R tương ứng với một lược đồ quan hệ trên mô hình quan hệ. Và tập các thể hiện của mối quan hệ đa nguyên này tương ứng với một quan hệ trong lược đồ quan hệ trên. Tức là, một thể hiện của mối quan hệ R tương ứng với một bộ thuộc quan hệ đó. Các tập thực thể tham gia vào R tương ứng với các thuộc tính có trong một lược đồ quan hệ. Một ràng buộc phụ thuộc hàm trên một mối quan hệ R tương ứng với một ràng buộc phụ thuộc hàm trong một lược đồ quan hệ.

Thành phần của một bộ trong một quan hệ là giá trị của một thuộc tính, nhưng một thành phần của một thể hiện trong mối quan hệ R là một thực thể. Vì vậy, hai thực thể ee được gọi là bằng nhau, ký hiệu là e = e’, nếu ee’ cùng tham chiếu đến một đối tượng trong cùng một tập thực thể.

Từ việc so sánh này, cho phép một loạt các định nghĩa (bao đóng của tập các phụ thuộc hàm trên một mối quan hệ, bao đóng của tập các tập thực thể, khoá của một mối quan hệ, …), các tính chất và các thuật toán (thuật toán tìm bao đóng của tập các tập thực thể, bài toán thành viên, thuật toán tìm khoá của một mối quan hệ, …) được xây dựng một cách tương tự như đối với lý thuyết phụ thuộc hàm trên mô hình quan hệ. Chẳng hạn, chúng ta có thể định nghĩa khoá của một mối quan hệ đa nguyên như sau.

Khoá của một mối quan hệ đa nguyên: Xétmối quan hệ đa nguyên R trên  thoả tập phụ thuộc hàm F, gọi X là một tập con của . Khi đó, X được gọi là khoá của R nếu thoả mãn hai điều kiện sau:

(1). R thoả phụ thuộc hàm X → , hay ta gọi X là một siêu khoá trên R.

(2). Không tồn tại tập X’ X (X’ là tập con thực sự của X) thoả điều kiện trên.

Từ định nghĩa này, cho thấy rằng  là một siêu khoá của mối quan hệ R. Và thuật toán xác định một khoá của mối quan hệ được xây dựng như sau.

Thuật toán 1.2. Xác định một khoá của mối quan hệ R.

+ Input: Mối quan hệ R trên  thoả tập phụ thuộc hàm F

+ Output: Một khoá K của mối quan hệ R.

+ Method:

Function Key(, F);

1. K := ;

2. for mỗi tập thực thể E trong  do

3. ifR thoả K-{E}→  then

4. K := K-{E}

5. endif;

6. endfor;

7. returnK;

Xét mối quan hệ DAY giữa ba tập thực thể GIAOVIEN, MONHOC và LOP có ngữ nghĩa rằng: (g, m, l) ∈ DAY nếu giáo viên g dạy môn m cho lớp l. Giả sử F chỉ có một phụ thuộc hàm {MONHOC, LOP}→{GIAOVIEN} để chỉ rằng một môn học của một lớp chỉ do một giáo viên phụ trách. Khi đó, theo thuật toán trên ta có K={MONHOC, LOP} là một khoá của mối quan hệ DAY.

Rõ ràng, ta có thể chỉ ra mối liên quan giữa các ràng buộc về bản số và ràng buộc phụ thuộc hàm trong mối quan hệ đa nguyên bởi các tính chất sau.

Tính chất 3.1: Xét mối quan hệ R trên  = {E1, E2, …, En}, khi đó: chỉ số cực đại của bản số thuộc cung nối Ek ∈  và R trên sơ đồ ER là bằng 1, khi và chỉ khi R thoả Ek→  (hay K = Ek là một khoá của R).

Tính chất 3.1 cho ta một tiêu chuẩn để xác định khoá của R dựa vào ràng buộc bản số. Dĩ nhiên tính chất này còn có thể áp dụng đối với mối quan hệ nhị nguyên (với n = 2). Dựa vào tính chất này, ta có thể chứng minh tính chất sau khi xét một mối quan hệ nhị nguyên.

Tính chất 3.2: Xét mối quan hệ nhị nguyên R giữa hai tập thực thể E1 và E2, khi đó: mối quan hệ R là mối quan hệ nhiều-nhiều, khi và chỉ khi khoá của R là  = {E1, E2}.

Tính chất 1.2. cho thấy rằng, đối với mối quan hệ nhị nguyên, ràng buộc phụ thuộc hàm là thật sự không cần thiết trong việc xác định khoá của mối quan hệ này.

Xem thêm: 7 Chiếc Son Môi Bộ Kết Hợp Nhiều Màu 1 Hộp Son Nhiều Màu ( Kem Chổi Đánh)

Ngoài ra, liên quan đến việc phân tách một mối quan hệ đa nguyên trong một mô hình ER thành các mối quan hệ nhị nguyên, ta nhận thấy rằng, rõ ràng việc phân tách này có thể làm mất mát ngữ nghĩa của các ràng buộc phụ thuộc hàm giữa các tập thực thể tham gia vào mối quan hệ đa nguyên đó.

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button