第二章关系数据库.

1TABLEAnarrangementofwords,numbers,orsigns,orcombinationsofthem,asinparallelcolumns,toexhibitasetoffactsorrelationsinadefinite,compact,andcomprehensiveform;asynopsisorscheme.——Webster’sDictionaryoftheEnglishLanguage2第二章关系数据库2.1概述2.2关系基本概念2.3关系模型2.4关系代数2.5关系演算3•第二章学习目标关系模型的数据表示完整性约束的表达数据操纵的实现关系代数关系演算42.1概述一九七０年，IBM公司的E.F.Codd发表论文,首先提出了关系数据模型。随后他又发表一系列论文，阐述了关系规范化的概念。（ARelationalModeofDataforLargeSharedDataBanks)Thepurposeofmodelsisnottofitthedatabuttosharpenthequestion(SamuelKarlin)早期代表系统SystemＲ：由IBM研制INGRES：由加州Berkeley分校研制目前主流的商业数据库系统Oracle，Informix，Sybase，DB2，SQLServerAccess，Foxpro，FoxbasePostgresSQL,Mysql5•Codd的十二条准则Rule1:TheInformationRuleRule2:GuaranteedAccessRuleRule3:SystematicTreatmentofNullValuesRule4:DynamicOn-lineCatalogBasedontheRelationalModelRule5:ComprehensiveDataSublanguageRuleRule6:ViewUpdatingRuleRule7:High-levelInsert,Update,andDeleteRule8:PhysicalDataIndependenceRule9:LogicalDataIndependenceRule10:IntegrityIndependenceRule11:DistributionIndependenceRule12:NonsubversionRule62.2关系基本概念域（Domain）笛卡尔积（Car’tesianProduct）关系(Relation)候选码（CandidateKey）主码(PrimaryKey)主属性（PrimaryAttribute）外部码（ForeignKey）72.2关系基本概念(续)域一组值的集合，这组值具有相同的数据类型。笛卡尔积一组域D1,D2,…,Dn的笛卡尔积为:D1×D2×…×Dn={(d1,d2,…,dn)|di∈Di,i=1,…,n}笛卡尔积的每个元素(d1,d2,…,dn)称作一个n-元组（n-tuple）元组的每一个值di叫做一个分量（component）若Di的基数为mi，则笛卡尔积的基数为inim182.2关系基本概念(续)例：设D1为教师集合（T）={t1，t2}D2为学生集合（S）={s1，s2，s3}D3为课程集合（C）={c1，c2}则D1×D2×D3是个三元组集合，元组个数为2×3×2，是所有可能的（教师，学生，课程）元组集合92.2关系基本概念(续)笛卡儿积可表示为一个二维表TSCt1s1c1t1s1c2t1s2c1………t2s3c2元组域(课程集合)102.2关系基本概念(续)学号姓名性别年龄住址班级0012011张三男21武汉0010012012李四女18北京0010012013王五男18长沙0020012012李四男18北京002。。。。。。112.2关系基本概念(续)关系笛卡尔积D1×D2×…×Dn的子集叫做在域D1,D2,…,Dn上的关系，用R(D1,D2,…,Dn)表示R是关系的名字，n是关系的度或目单元关系（unaryrelation）二元关系（binaryrelation）关系是笛卡尔积中有意义的子集，关系也可以表示为二维表关系TEACH(T,S,C)TSCt1s1c1t1s1c2t1s2c1t2s3c2元组（行）属性（列）122.2关系基本概念(续)关系的性质列是同质的行列的顺序无关紧要任意两个元组不能完全相同每一分量必须是不可再分的数据。（原子特性）不同的属性，属性名不能相同学生姓名学号年月出生日期日132.2关系基本概念(续)候选码关系中的一个属性组，其值能唯一标识一个元组。若从属性组中去掉任何一个属性，它就不具有这一性质了，这样的属性组称作候选码。任何一个候选码中的属性称作主属性主码进行数据库设计时，从一个关系的多个候选码中选定一个作为主码主码的选择问题外部码关系R中的一个属性组，它不是R的码，但它与另一个关系S的码相对应，则称这个属性组为R的外部码。142.2关系基本概念(续)CidCnameAddressDiscnt%C001李磊武汉5C002王平宜昌6C003刘阳锦州10C005李涛南昌8属性（列）属性名元组（行）主码字符串实数域关系152.2关系基本概念(续)补充说明笛卡儿积不满足交换律，因此，按照数学定义,（d1,d2,…,dn）的（d2,d1,…,dn）。当关系作为关系数据模型的数据结构时，我们需要给予如下的限定和扩充：（1）限定关系数据模型中的关系必须为有限集合（2）关系元组的无序性：(d1,d2,…,dn）＝（d2,d1,…,dn）162.3关系模型2.3.1数据结构2.3.2关系模式2.3.3关系的完整性约束2.3.4关系操作2.3.5关系语言172.3关系模型2.3.1数据结构学生课程选修属于系教师教授工作管理DEPT(D#,DN,DEAN)S(S#,SN,SEX,AGE,D#)C(C#,CN,PC#,CREDIT)SC(S#,C#,SCORE)EMPL(P#,PN,D#,SAL)TEACH(P#,C#)182.3关系模型（续）192.3关系模型（续）202.3关系模型（续）2.3.2关系模式1.定义关系的描述称作关系模式，包括关系名、关系中的属性名、属性向域的映象、属性间的数据依赖关系等。其中，域名以及属性向域的映射常常直接反映属性的类型、长度。形式化为：R(U,D,dom,F),简记为R(A1,A2,…,An)或R(U)。2.说明212.3关系模型（续）2.3.2关系模式3.关系数据库关系模式的集合，数据库描述，数据库的内涵(Intension)某一时刻关系的集合，数据库的外延(Extension)关系模式关系型值静态、稳定动态，内容随时间变化222.3关系模型（续）2.3.3关系的完整性约束（IntegrityConstraint,IC）1.作用2.实体完整性3.参照完整性4.用户自定义完整性5.实现232.3关系模型（续）2.3.3关系的完整性约束（IntegrityConstraint,IC）2.实体完整性•空值：不知道或无意义•关系的主属性中的属性值不能为空值•意义242.3关系模型（续）2.3.3关系的完整性约束（IntegrityConstraint,IC）3.参照完整性•如果关系R2的外部码Fk与关系R1的主码Pk相对应，则R2中的每一个元组的Fk值或者等于R1中某个元组的Pk值，或者为空值•意义：•示例：关系S在D#上的取值有两种可能•空值,…•若非空值,…•约束方式：•插入规则、删除规则、修改规则252.3关系模型（续）2.3.3关系的完整性约束（IntegrityConstraint,IC）3.参照完整性•父表•子表•外码的取值•插入规则：在子表中插入记录时应遵循的规则•限制，递归，忽略•删除规则：在父表中删除记录时应遵循的规则；•级联，限制，置空值删除，忽略•更新规则：当父表的关键字被修改时应遵循的规则；•级联，限制，忽略26举例：Class（clano，major，dept，tno）Students（sno，sname，sex，birthdate，clano）Sc（sno，cno，point1，point2）本身既是主属性，又是外部码本身不是主属性的外码272.3关系模型（续）供应商号供应商名所在城市B01红星北京S10宇宙上海T20黎明天津Z01立新重庆零件号颜色供应商号010红B01312白S10201蓝T20今要向关系P中插入新行，新行的值分别列出如下。哪些行能够插入？A．(null，‘黄’，‘T20’)B．(‘201’，‘红’，‘T20’)C．(‘105’，‘蓝’，‘B01’)D．(‘101’，‘黄’，‘T11’)零件关系P（主码是“零件号”，外码是“供应商号”）供应商关系S（主码是“供应商号”）282.3关系模型（续）2.3.3关系的完整性约束（IntegrityConstraint,IC）4.用户定义的完整性•用户针对具体的应用环境定义的完整性约束条件•如S#要求是8位整数，SEX要求取值为“男”或“女”5.系统支持•实体完整性和参照完整性由系统自动支持•系统应提供定义和检验用户定义的完整性的机制292.3关系模型（续）2.3.4关系操作1.说明关系操作，一次一集合（Set-at-a-time）的方式而非关系型的数据操作方式,一次一记录（Record-at-a-time）关系操作可以用关系代数和关系演算两种方式来表示•关系代数是一种代数的符号•关系演算是一种逻辑符号302.3关系模型（续）2.3.4关系操作2.分类关系代数•传统集合运算（并，交，差…）•专门关系运算（选择，投影，连接）关系演算•域关系演算•元组（记录）关系演算312.3关系模型（续）2.3.5关系语言1.分类关系代数•用对关系的运算来表达查询，需要指明所用操作关系演算•用谓词来表达查询，只需描述所需信息的特性元组关系演算•谓词变元的基本对象是元组变量域关系演算•谓词变元的基本对象是域变量322.3关系模型（续）2.3.4关系语言2.实际应用SQLQUELQBE332.3关系模型（续）2.3.5关系语言3.关系数据语言的特点一体化非过程化面向集合的存取方式34•关系模型的优缺点优点*数据结构简单（实体、联系、数据字典、索引）*有扎实的理论基础（关系运算理论、关系模式设计理论）*数据独立性强*实现集合操作*直接用关系表示M:N的联系缺点*查询效率低*内存资源消耗大*设计人员应熟悉关系理论35•2.4关系代数2.4.1关系代数运算介绍2.4.2传统的集合运算2.4.3专门的关系运算2.4.4其他操作362.4关系代数（续）2.4.1关系代数运算介绍1.运算汇总基本运算•一元运算•选择、投影•多元运算•笛卡儿积、并、交、集合差其它运算•自然连接、除扩展运算•内、外连接37???传统集合运算并、差、交、笛卡尔积∈38???专门关系运算投影、选择、联接392.4关系代数（续）2.4.1关系代数运算介绍2.记号说明给定关系模式R(A1,A2,…,An)，设R是它的一个具体的关系，tR是关系的一个元组•分量设tR，则t[Ai]表示元组t中相应于属性Ai的一个分量•属性列Ai={Ai1,Ai2,…,Aik}{A1,A2,…,An}，称A为属性列Ā表示{A1,A2,…,An}中去掉Ai后剩余的属性组t[Ai]=(t[Ai1],t[Ai2],…,t[Aik])402.4关系代数（续）2.4.1关系代数运算介绍3.关系代数表达式•基本关系运算的有限次复合而成的式子。∏S#(C#=001(SC))∪∏S#(C#=002(SC))∏DN(S#=001(S)DEPT)412.4关系代数（续）2.4.3传统的集合运算1.并定义•所有至少出