数据库第2章关系数据库(2)

关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统关系模型的组成关系数据结构关系操作集合关系完整性约束2.3关系操作关系操作集合①常用的关系操作②关系操作的特点③关系数据语言的分类④关系数据语言的特点①常用的关系操作关系模型中常用的关系操作的分类数据查询操作（DataQuery）选择（Select）、投影（Project）、连接（Join）、除（Divide）、并（Union）、差（Except）、交（Intersection）、笛卡尔积等。数据更新操作（DataChange）插入（Insert）、删除（Delete）、修改（Update）基本操作：选择、投影、并、差、笛卡尔积是5种基本操作，其他操作是可以用基本操作来定义和导出的。②关系操作的特点集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合“以集合为中心”，“一个集合，施加一个操作得到另一个集合，依次施加关系代数操作，进而得到所需结果”非关系数据模型的数据操作方式：一次一记录文件系统的数据操作方式：按文件名访问，按记录进行存取③关系数据语言的分类关系代数语言（relationalalgebra）用对关系的运算来表达查询要求典型代表：ISBL关系演算语言（relationalcalculus）用谓词来表达查询要求元组关系演算语言谓词变元的基本对象是元组变量典型代表：APLHA、QUEL域关系演算语言谓词变元的基本对象是域变量典型代表：QBE具有关系代数和关系演算双重特点的语言典型代表：SQL（StructuredQueryLanguage）关系数据语言的分类关系数据语言关系代数语言ISBL关系演算语言具关系代数与关系演算双重特点的语言SQL域演算语言QBE元组演算语言ALPHA关系数据语言的简介ISBL语言（InformationSystemBaseLanguage）IBM公司英格兰底特律科学中心1979年研制的用在一个实验系统PRTV(PeterleeRelationalTestVehicle)上ISBL语言与关系代数非常接近，每个查询语言都近似于一个关系代数表达式QUEL语言（QueryLanguage）是美国伯克利加州大学研制的关系数据库系统INGRES的查询语言1975年投入运行，并由美国关系技术公司研制成商品推向市场QUEL语言是一种基于元组关系演算的并具有完整性的数据定义、检索、更新等功能的数据语言关系数据语言的简介（续）QBE语言（QueryByExample,按例查询）QBE语言是一种特殊的屏幕编辑语言QBE语言是M.M.Zloof提出的，在约克镇IBM高级研究实验室为图形显示终端用户设计的一种域演算语言1978年在IBM370上实现QBE使用起来很方便，属于人机交互语言，用户可以是缺乏计算机知识和数学基础的非程序用户QBE的思想已经渗入到许多DBMS中SQL语言（StructuredQueryLanguage）SQL语言是介于关系代数和元组演算之间的一种查询语言现已成为关系数据库的标准语言④关系数据语言的特点关系语言是一种高度非过程化的语言存取路径的选择由RDBMS的优化机制来完成用户不必用循环结构就可以完成数据操作能够嵌入高级语言中使用关系代数、元组关系演算和域关系演算三种语言在表达能力上完全等价概述关系代数是一种抽象的查询语言用对关系的运算来表达查询关系代数运算的三个要素运算对象：关系运算结果：关系运算符：四类关系代数运算符2.4关系代数四类关系代数运算符集合运算符将关系看成元组的集合运算是从关系的“水平”方向即行的角度来进行专门的关系运算符不仅涉及行而且涉及列比较运算符辅助专门的关系运算符进行操作的逻辑运算符辅助专门的关系运算符进行操作的关系代数（续）四类关系代数运算符（续）集合运算符：∪（并）、－（差）、∩（交）、×（广义笛卡尔积）专门的关系运算符：σ（选择）、∏（投影）、（连接）、÷（除）比较运算符：（大于）、≥（大于等于）、（小于）、≤（小于等于）、=（等于）、≠（不等于）逻辑运算符：∧（与）、∨（或）、┐（非）关系代数（续）关系运算的分类：分为传统的集合运算和专门的关系运算传统的集合运算是二目运算，是在两个关系中进行的。但是并不是任意的两个关系都能进行这种集合运算，而是要在两个满足一定条件的关系中进行运算。那么，对关系有什么要求呢？设给定两个关系R、S，若满足：(1)具有相同的目n（即两个关系都有n个属性）;(2)R中第i个属性和S中第i个属性必须来自同一个域。则说关系R、S是相容的。除笛卡尔积外，要求参与集合运算的关系必须满足上述的相容性定义。传统的集合运算1.并（Union）—基本运算R∪S仍为n目关系，由属于R或属于S的元组组成记作：R∪S={t|tR∨tS}传统的集合运算（续）关系中元组的插入2.差（Difference）—基本运算R－S仍为n目关系，由属于R而不属于S的元组组成记作：R－S={t|tR∧tS}传统的集合运算（续）关系中元组的删除3.交（Intersection）—非基本运算R∩S仍为n目关系，由既属于R又属于S的元组组成记作：R∩S={t|tR∧tS}交运算可以用差运算来表示R∩S=R－(R－S)=S－(S－R)传统的集合运算（续）分别求出关系R与关系S的并、差、交运算。ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSABCa1b1c1a1b2c2a1b3c2a2b2c1R∪SABCa1b1c1R－SABCa1b2c2a2b2c1R∩S4.广义笛卡尔积（ExtendedCartesianProduct）—基本运算两个分别为n目和m目的关系R和S的广义笛卡尔积是一个（n+m）列的元组的集合。元组的前n列是关系R的一个元组，后m列是关系S的一个元组。若R有k1个元组，S有k2个元组，则关系R和关系S的广义笛卡尔积有k1*k2个元组。记作：R×S={|trR∧tsS}广义笛卡尔积可用于两关系的连接操作。传统的集合运算（续）trts两个关系的归并ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1R.AR.BR.Ca1b1c1a1b1c1a1b1c1a1b2c2a1b2c2a1b2c2a2b2c1a2b2c1a2b2c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSR×SS.AS.BS.Ca1b2c2a1b3c2a2b2c1a1b2c2a1b3c2a2b2c1a1b2c2a1b3c2a2b2c1求出关系R与关系S的广义笛卡尔积。广义笛卡尔积实例讲解表示记号(1)R，tR，t[Ai]设关系模式为R(A1，A2，…，An)，它的一个关系设为R。tR表示t是R的一个元组；t[Ai]则表示元组t中相应于属性Ai的一个分量。专门的关系运算表示记号（续）(2)A，t[A]，A若A={Ai1，Ai2，…，Aik}，其中Ai1，Ai2，…，Aik是A1，A2，…，An中的一部分，则A称为属性列或域列。t[A]=(t[Ai1]，t[Ai2]，…，t[Aik])表示元组t在属性列A上诸分量的集合。A则表示{A1，A2，…，An}中去掉{Ai1，Ai2，…，Aik}后剩余的属性组。专门的关系运算（续）表示记号（续）(3)trtsR为n目关系，S为m目关系。trR，tsS，trts称为元组的连接或元组的串接。它是一个n+m列的元组，前n个分量为R中的一个n元组，后m个分量为S中的一个m元组。专门的关系运算（续）学号姓名年龄9801黄林199802李红209803张英21…………….9830王刚20例：t[学号]--R中学号上的值t[学号，姓名]--R中学号，姓名上的值t表示记号（续）(4)象集Zx给定一个关系R(X，Z)，X和Z为属性组。当t[X]=x时，x在R中的象集（ImagesSet）定义为：Zx={t[Z]|tR，t[X]=x}它表示R中属性组X上值为x的诸元组在Z上分量的集合。专门的关系运算（续）XZx1z1x1z2x1z3x2z2x2z3x3z1x3z3Rx1在R中的象集Zx1={z1,z2,z3},x2在R中的象集Zx2={z2,z3},x3在R中的象集Zx3={z1,z3}象集举例专门的关系运算（续）像集具体求解过程：从R中选出在X上取值为x的元组；然后再在Z上投影形成的结果集合。1.选择（Selection）—基本运算①是行上的选择，即水平方向抽取元组，产生同类关系。②选择运算符的含义在关系R中选择满足给定条件F的诸元组，记作：σF(R)={t|tR∧F(t)='真'}F：选择条件，由属性名（值）、比较运算符、逻辑运算符组成。专门的关系运算（续）σ【举例】设有一个学生-课程数据库，包括学生关系Student、课程关系Course和选修关系SC。学号Sno姓名Sname性别Ssex年龄Sage所在系Sdept95001李勇男20CS95002刘晨女19IS95003王敏女18MA95004张立男19IS(a)学生关系Student例1例2例4例3例9例10(b)课程关系Course例9例10课程号Cno课程名Cname先行课Cpno学分Ccredit1数据库542数学23信息系统144操作系统635数据结构746数据处理27PASCAL语言64(c)选修关系SC例7例9例8例10学号Sno课程号Cno成绩Grade9500119295001285950013889500229095002380σSdept='IS'(Student)或σ5='IS'(Student)SnoSnameSsexSageSdept95002刘晨女19IS95004张立男19IS[例1]查询信息系（IS系）全体学生。σSage20(Student)或σ420(Student)SnoSnameSsexSageSdept95002刘晨女19IS95003王敏女18MA95004张立男19IS[例2]查询年龄小于20岁的学生。2.投影（Projection）—基本运算①是列上的选择，相当于对关系进行垂直分解，产生不同类关系。②投影运算符的含义从R中选择出若干属性列组成新的关系。记作：πA(R)={t[A]|tR}其中A为R中的一组属性名或属性序号组，并要消除重复元组。专门的关系运算（续）ππSname，Sdept(Student)或π2，5(Student)[例3]查询学生的姓名和所在系。SnameSdept李勇CS刘晨IS王敏MA张立ISπSdept(Student)SdeptCSISMA[例4]查询学生关系中都有哪些系。3.连接（Join）—非基本运算①连接也称为θ连接，涉及多个表之间的操作时使用②连接运算的含义从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定连接条件的元组。记作：RS={|trR∧tsS∧tr[A]θts[B]}A和B：分别为R和S上度数相等且可比的属性组θ：比较运算符从R×S中选取R关系在A属性组上的值与S关系在B属性组上的值满足比较关系θ的元组。AθBtrts专门的关系运算（续）是笛卡尔积、选择和投影操作的组合③两类常用连接运算等值连接（Equijoin）θ为“＝”的连接运算称为等值连接等值连接的含义从关系R与S的广义笛卡尔积中选取A、B属性值相等的那些元组，即等值连接为：RS={|trR∧tsS∧tr[A]=ts[B]}A=Btrts专门的关系运算（续）自然连接（Naturaljoin）是一种特殊的等值连接，连接条件默认为两个关系的同名属性的值相等，并且在结果中去掉同名属性。自然连接的含义R和S具有相同的属性组B，则自然连接记作：RS={|trR∧tsS∧tr[B]=ts[B]}trts专门的关系运算（续）AθBRS专门的关系运算（续）④一般的连接操作是从行的角度进行运算。但自然连接还需要去掉重复列，所