Bài giảng quản trị cơ sở dữ liệu chương 2 mô hình quan hệ

CHƯƠNG II: MÔ HÌNH QUAN HỆ
Mô hình quan hệ được Ted Codd đưa ra đầu tiên vào năm
1970 và gây được chú ý ngay tức khắc vì tính đơn giản và
các cơ sở toán học của nó. Mô hình quan hệ sử dụng khái
niệm quan hệ toán học như là khối xây dựng cơ sở và có cơ
sở lý thuyết của nó trong lý thuyết tập hợp và logic vị từ bậc
nhất. Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu các khái
niệm cơ bản về mô hình quan hệ


2.1 CÁC KHÁI NIỆM CỦA MÔ HÌNH
QUAN HỆ
Mô hình quan hệ là một cách tổ chức dữ liệu
ở dạng bảng hay các quan hệ gồm ba thành
phần sau:
• A. Cấu trúc dữ liệu: được tổ chức dưới dạng
bảng hay quan hệ
• B. Thao tác dữ liệu: Những phép toán mạnh
(ngôn ngữ truy vần - SQL) để thực hiện các
thao tác trên dữ liệu
• C. Tích hợp dữ liệu: các qui tắc nghiệp vụ
nhằm duy trì tính toàn vẹn dữ liệu khi chúng
được thao tác.


2.1.1 Quan hệ, thuộc tính, miền
• Quan hệ: là một bảng dữ liệu hai chiều. Mỗi quan hệ
là tập hợp các cột mỗi cột được đặt duy nhất một cái
tên và một số tuỳ ý các hàng không được đặt tên.
Một quan hệ là sự mô tả một tập hợp các đối tượng
trong thế giới thực ta gọi là thực thể.

• Thuộc tính:, các đối tượng được mô tả trong quan
hệ có chung những đặc trưng nào đó. Các cột trong
quan hệ nhằm mô tả các đặc trưng hay thuộc tính
của các thực thể, mỗi cột biểu thị một đặc trưng.
• Nhóm lặp là một hay một số thuộc tính có giá trị
khác nhau trên các hàng nhưng các giá trị ở các
thuộc tính khác lại trùng nhau
• Bản ghi: Mỗi hàng trong quan hệ chứa dữ liệu biểu
thị thông tin của một đối tượng cụ thể, mỗi hàng của
một quan hệ được gọi là một bộ (tube) hay cũng gọi
là bản ghi (record).


Ví dụ Quan hệ SINHVIÊN


• Lược đồ quan hệ: Khi thay đổi dữ liệu trong bảng
thì các tính chất của quan hệ không thay đổi, khi ta
loại bỏ tất cả các hàng dữ liệu ra khỏi bảng, khi đó
chúng ta có một bộ khung của quan hệ, bộ khung
này được gọi là lược đồ quan hệ.
• Để mô tả một lược đồ quan hệ ta qui ước viết tên
của quan hệ bằng chữ in hoa và sau đó là danh
sách các thuộc tính trong dấu ngoặc đơn, các
thuộc tính được viết bằng chữ thường và phân
tách bởi dấu phẩy.
• Ví dụ quan hệ SINHVIEN trên ta có lược đồ quan hệ
SINHVIEN(Họtên, Mãsố, Ngàysinh, Giớitính, Lớp, Môn, Điểm)

• Miền giá trị: Mỗi thuộc tính trong lược đồ quan hệ có
thể nhận những giá trị dữ liệu trên một tập nào đó,
tập đó gọi là miền giá trị (nói vắn tắt là miền trị) của
thuộc tính.
• Ví dụ: Trong quan hệ SINHVIEN thì thuộc tính Họtên
là tập dẫy chữ cái có độ dài nhỏ hơn 25; Giớitính là
tập hai giá trị “nam”, “nữ”; Điểm là tập hợp các số
nguyên từ 0 đến 10.


2.1.2 Các đặc trưng của các quan hệ
•
•
•
•
•

•

A. Giá trị đưa vào mỗi cột là đơn nhất: Giá trị dữ liệu
đưa vào một cột tương ứng với một hàng là đơn nhất
thuộc miền trị của thuộc tính.
B. Các giá trị đưa vào một cột phải thuộc cùng một
miền dữ liệu
Ví dụ các dữ liệu đưa vào cột điểm phải là các số
nguyên từ 0 đến 10, không thể đưa vào các chữ như
”chín” hay ”bảy”
C. Mỗi dòng là duy nhất trong bảng
D. Thứ tự các cột là không quan trọng: Các cột có thể
đổi chỗ cho nhau mà không làm thay đổi ý nghĩa của

chúng, cột được xác định bằng tên chứ không phải bởi
thứ tự của nó.
E. Thứ tự các hàng không quan trọng: Các hàng đưa
vào bảng có thể có thứ tự tuỳ ý


Ví dụ về bảng không phải là một
quan hệ


2.2 KHÁI NIỆM VỀ CÁC
DẠNG CHUẨN


2.2.1. Quan hệ có cấu trúc tốt
•

Một quan hệ có cấu trúc tốt là quan hệ có chứa số dư thừa dữ liệu ít
nhất và cho phép người dùng thêm, xoá, hay sửa đổi những hàng
trong bảng mà không gây ra lỗi hoặc sự không nhất quán.

Một quan hệ không có cấu trúc tốt:


2.2.2. Khái niệm về các dạng chuẩn
• Một dạng chuẩn của một quan hệ là một
trạng thái của nó có thể xác định được nhờ
một số qui tắc nhất định. Các qui tắc này liên
quan đến việc kiểm tra sự phụ thuộc giữa
các thuộc tính trong một quan hệ. Sự tồn tại

một số quan hệ phụ thuộc đặc biệt là nguyên
nhân gây ra các dị thường. Chuẩn hoá là việc
đưa các lược đồ quan hệ về các dạng chuẩn
có cấu trúc tốt để tránh các dị thường. Người
ta đã xác định được một số các dạng chuẩn
mà chúng ta sẽ xem xét sau đây. Trước hết ta
cần một số khái niệm liên quan.


a. Phụ thuộc hàm
• Cho quan hệ R và hai tập con khác nhau A và B
của tập thuộc tính. Ta nói rằng tập thuộc tính B
phụ thuộc hàm vào tập thuộc tính A hay A xác
đinh B nếu với mỗi hàng của quan hệ R các giá
trị của A xác định duy nhất các giá trị của B và
được ký hiệu A → B.
Ta có thể định nghĩa sự phụ thuộc hàm một cách
hình thức như sau:
•
Nếu X là tập con của tập thuộc tính, ta ký
hiệu ti[X] là các giá trị ở hàng ti trên tập thuộc
tính X, khi đó A → B nếu t1 và t2 là hai hàng bất
kỳ của R mà có t1[A]=t2[A] kéo theo t1[B]=t2[B]


Hệ tiên đề Armstrong (Tham khảo)
Gọi R(U) là lược đồ quan hệ với U ={A1, A2, …,An} là tập thuộc
tính. X, Y, Z,W⊆ U. Hệ tiên đề Armstrong phát biểu như sau:
• 1. Phản xạ: Nếu Y ⊆ X thì X  Y
(A1)

• 2. Tăng trưởng: Nếu Z ⊆ U và X Y thì X ∪ Z  Y ∪ Z
(A2)
• 3. Bắc cầu: Nếu X Y và Y Z thì X Z
(A3)
Từ hệ tiên đề Armstrong có thể suy ra một số luật sau:
•
•
•

4. Luật hợp: nếu X  Y và X  Z thì X  Y∪ Z
5. Luật tựa bắc cầu: nếu X  Y và W∪ Y  Z thì X∪ W  Z
6. Luật tách: Nếu X  Y và Z ⊆ Y thì X  Z


b. Khoá dự tuyển, khoá chính và khoá ngoại
Khoá dự tuyển – Candidate key
Khoá dự tuyển của một quan hệ là một hay một tập
con các thuộc tính mà giá trị của nó xác định duy
nhất mỗi hàng của quan hệ. Các thuộc tính này được
gọi là thuộc tính khoá
Khoá dự tuyển có hai tính chất sau:
• Tính xác định duy nhất: Với mỗi hàng giá trị trên
khoá dự tuyển là duy nhất (không có hai hàng có giá
trị trên các thuộc tính khoá trùng nhau), trong khi đó
các các thuộc tính không phải là khoá phụ thuộc
hàm vào các thuộc tính khoá.
• Tính không dư thừa: Nếu bỏ đi bất kỳ thuộc tính
khoá nào của khoá dự tuyển thì sẽ phá huỷ tính duy
nhất của nó.

•

Khoá chính - primary key: Là khoá dự tuyển được chọn làm
khoá của quan hệ.
Trong số khoá dự tuyển nêu trên của quan hệ SINHVIEN, rõ
ràng nếu ta chọn (Mãsv) làm khoá thì tốt hơn.

Để chọn một khoá chính ta nên theo nguyên tắc sau:
• Khoá nên có số ít nhất các thuộc tính. Nếu tốt nhất là chỉ gồm
một thuộc tính
• Nếu khoá có nhiều thuộc tính, nên tạo ra thuộc tính thay chúng
làm kháo cho quan hệ.
• Nếu khoá cấu tạo từ nhiều thuộc tính, nên tránh sử dụng các
thuộc tính dễ thay đổi theo thời gian như tên địa danh chẳng
hạn.
Như vậy khoá chính dùng để tính nhận dạng duy nhất bản ghi
trong quan hệ.


Khoá ngoại - foreign key:
Một khoá được dùng trong một quan hệ (bảng)
để làm đại diện cho giá trị của khoá chính
trong một bảng có liên hệ.
Trong khi khoá chính thì chỉ chứa các giá trị
duy nhất thì khoá ngoại có thể chứa các giá trị
giống nhau.
Ví dụ, mã sinh viên (MãSV) là khoá chính trong
bảng SINHVIEN (mỗi sinh viên có một mã duy
nhất), còn MãSV trong bảng SINHVIEN_MON

được xem như là khoá ngoại, mỗi sinh viên có
thể tham gia nhiều môn, vì vậy giá trị MASV
trong bảng SINHVIEN_MON có thể trùng lặp.


Các dạng chuẩn cơ bản
Người ta đã xác định có ba dạng chuẩn cơ bản gồm:
•
Dạng chuẩn thứ nhất (1NF): Không có nhóm lặp
trong bảng
•
Dạng chuẩn thứ hai (2NF):
+ Là chuẩn 1
+ Không có trường không khoá có thể phụ thuộc
vào một phần của khoá chính.
•
Dạng chuẩn thứ ba (3FN):
+ Là chuẩn 2.
+ Không có thuộc tính không khoá nào có thể phụ
thuộc vào các thuộc tính không khoá khác. Nói cách
khác, mỗi thuộc tính trong một bản ghi sẽ chứa
thông tin về thực thể được xác định bởi khoá chính.


2.2.3. Chuẩn hoá các lược đồ quan hệ
Chuẩn hoá là quá trình chuyển một quan hệ có cấu
trúc phức hợp thành các quan hệ có cấu trúc đơn
giản hơn. Thc hiện quá trình chuẩn hoá, ta bắt đầu
việc kiểm tra dạng chuẩn từ thấp đến cao và thực
hiện việc tách quan hệ phức hợp thành các quan hệ

đơn giản hơn


Nếu quan hệ không là chuẩn 1
Có nghĩa là QH có chứa các thuộc tính lặp. Khi đó
ta tách thành hai quan hệ :
•

Quan hệ thứ nhất : Gồm các thuộc tính lặp và phần
khoá xác định chúng.

•

Quan hệ thứ hai : gồm các thuộc tính còn lại và
toàn bộ khoá nhưng không chứa thuộc tính lặp.


Ví dụ, cho lược đồ quan hệ:
DONHANG(sốđơn, mãkhách, tênkh, địachỉkh, ngàyđặt, mãhàng*,
tênhàng*, đơnvịtính*, môtả*, sốlượng*)
Trong quan hệ ta đánh dấu * các thuộc tính lặp.
Để xác định khoá ta xác định các phụ thuộc hàm :
• (mãkhách) ( tênkh, địachỉkh)
• ( mãhàng) ( tênhàng, đơnvịtính, môtả)
• (sốđơn, mãhàng) ( sốlượng)
• (sốđơn) (mãkhách, ngàyđặt, mãhàng)
Từ đó ta suy ra khoá gồm các thuộc tính bên trái của các phụ
thuộc hàm : (sốđơn, mãkhách,mãhàng)
Quan hệ DONHANG được tách thành hai quan hệ sau :
• Quan hệ 1: gồm các thuộc tính các thuộc tính lặp và phần khoá

xác định chúng
HÀNGĐẶT(sốđơn, mãhàng, tênhàng, đơnvịtính, môtả, sốlượng)
• Quan hệ 2: Gồm các thuộc tính còn lại và phần khoá xác định
chúng:
DONHANG(sốđơn, mãkhách, tênkh, địachỉkh, ngàyđặt)


Nếu quan hệ không là chuẩn 2,
Có nghĩa là QH có chứa các thuộc tính không khoá
phụ thuộc vào một phần của khoá. Khi đó ta tách
thành hai quan hệ :
• Quan hệ thứ nhất: Gồm các thuộc tính không khoá
phụ thuộc vào một phần khoá và phần khoá xác
định chúng.
• Quan hệ thứ hai: Gồm các thuộc tính còn lại và toàn
bộ khoá chính.


Ví dụ: Quan hệ DONHANG(sốđơn, mãkhách, tênkh,
địachỉkh, ngàyđặt) là quan hệ ở dạng chuẩn 1
nhưng chưa là chuẩn 2.
Các phụ thuộc hàm:
•
(sốđơn) (mãkhách, ngàyđặt) ; (mãkhách) 
(tênkh, địachỉkh). Kéo theo khoá quan hệ này là
(sốđơn, mãkhách).
•
Phụ thuộc hàm (mãkhách)  (tênkh, địachỉkh) này
cho thấy hai thuộc tính không khoá phụ thuộc vào
một phần khoá.

Vậy quan hệ DONHANG(sốđơn, mãkhách, tênkh,
địachỉkh, ngàyđặt) được tách thành hai quan hệ:
(1) KHÁCH(mãkhách, tênkh, địachỉkh)
(2) DONHANG(sốđơn, mãkhách, ngàyđặt)


Nếu quan hệ không là chuẩn 3,
Khi quan hệ ở dạng chuẩn 2 nhưng chưa ở
dạng chuẩn 3, có nghĩa là trong quan hệ tồn
tại các thuộc tính không khoá phụ thuộc vào
các thuộc tính không khoá khác. Để đưa về
dạng chuẩn 3 ta tách quan hệ như sau:
• Quan hệ thứ nhất: Gồm các thuộc tính
không khoá và các thuộc tính không khoá
khác (gọi là thuộc tính cầu) xác định chúng.
• Quan hệ thứ hai: Gồm các thuộc tính còn lại
và thuộc tính gọi là thuộc tính cầu nói trên.


Ví dụ: cho lược đồ VẬNCHUYỂN(sốvậnđơn,
khohàng, nơiđến, khoảngcách)
• Các phụ thuộc hàm: (sốvậnđơn) 
( khohàng, nơiđến, khoảngcách) ;
( khohàng, nơiđến) ( khoảngcách).
Xác định được khoá là (vậnđơn).
• Rõ ràng trong quan hệ này (khoảngcách) là
thuộc tính không khoá nhưng lại phụ thuộc
vào các thuộc tính không khoá khác là
(khohàng, nơiđến). Do đó, lược đồ được tách
thành hai lược đồ:

(1) HÀNHTRÌNH(khohàng, nơiđến, khoảngcách)
(2) VẬNCHUYỂN(sốvậnđơn, khohàng, nơiđến)


2.3 CÁC RÀNG BUỘC QUAN
HỆ, LƯỢC ĐỒ CSDL QUAN HỆ
Trong phần này chúng ta thảo luận về các
hạn chế trên các dữ liệu trong một lược đồ
cơ sở dữ liệu quan hệ. Các hạn chế đó được
gọi là các ràng buộc. Có các loại ràng buộc :
ràng buộc miền, ràng buộc khoá, ràng buộc
toàn vẹn thực thể và ràng buộc toàn vẹn
tham chiếu.