数据库原理 关系数据库

第二章关系数据库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1.关系数据结构2.关系操作集合3.关系完整性约束3今天，国际上主流数据库产品都采用了关系数据库技术典型实验系统SystemRUniversityINGRES典型商用系统ORACLE,SYBASE,DB2,SQLServerINFORMIX,INGRES5第二章关系数据库2.1关系数据结构及其形式化定义（重点）2.2关系操作2.3关系的完整性2.4关系代数（重点）2.5小结6关系模型建立在集合代数的基础上关系数据结构的基本概念关系域（Domain）笛卡尔积（CartesianProduct）关系（Relation）关系模式关系数据库2.1关系数据结构及其形式化定义7⒈域（Domain）域是一组具有相同数据类型的值的集合。例整数实数指定长度的字符串集合介于某个取值范围的整数{‘男’，‘女’}介于某个取值范围的日期一、关系82.笛卡尔积（CartesianProduct）1)笛卡尔积给定一组域D1，D2，…，Dn，这些域中可以有相同的。D1，D2，…，Dn的笛卡尔积为：D1×D2×…×Dn＝{(d1,d2,…,dn)｜diDi，i＝1,2,…,n｝所有域的所有取值的一个组合不能重复2)元组（Tuple）笛卡尔积中每一个元素（d1，d2，…，dn）叫作一个n元组（n-tuple）或简称元组。3)分量（Component）笛卡尔积元素（d1，d2，…，dn）中的每一个值di叫作一个分量。9笛卡尔积(续)例给出三个域：D1=SUPERVISOR={张清玫，刘逸}D2=SPECIALITY={计算机专业，信息专业}D3=POSTGRADUATE={李勇，刘晨，王敏}则D1，D2，D3的笛卡尔积为：D1×D2×D3＝｛(张清玫，计算机专业，李勇)，(张清玫，计算机专业，刘晨)，(张清玫，计算机专业，王敏)，(张清玫，信息专业，李勇)，(张清玫，信息专业，刘晨)，(张清玫，信息专业，王敏)，(刘逸，计算机专业，李勇)，(刘逸，计算机专业，刘晨)，(刘逸，计算机专业，王敏)，(刘逸，信息专业，李勇)，(刘逸，信息专业，刘晨)，(刘逸，信息专业，王敏)｝10笛卡尔积(续)4)基数（Cardinalnumber）若Di（i＝1，2，…，n）为有限集，其基数为mi（i＝1，2，…，n），则D1×D2×…×Dn的基数M为：在上例中，基数：2×2×3＝12，即D1×D2×D3共有2×2×3＝12个元组mMin1i11笛卡尔积(续)5)笛卡尔积的表示方法笛卡尔积可表示为一个二维表。表中的每行对应一个元组，表中的每列对应一个域。在上例中，12个元组可列成一张二维表12笛卡尔积(续)表2.1D1，D2，D3的笛卡尔积SUPERVISORSPECIALITYPOSTGRADUATE张清玫计算机专业李勇张清玫计算机专业刘晨张清玫计算机专业王敏张清玫信息专业李勇张清玫信息专业刘晨张清玫信息专业王敏刘逸计算机专业李勇刘逸计算机专业刘晨刘逸计算机专业王敏刘逸信息专业李勇刘逸信息专业刘晨刘逸信息专业王敏133.关系（Relation）1)关系D1×D2×…×Dn的子集叫作在域D1,D2,…,Dn上的关系，表示为R（D1，D2，…，Dn）R：关系名n：关系的目或度（Degree）14关系（续）2)元组关系中的每个元素是关系中的元组，通常用t表示。3)单元关系与二元关系当n=1时，称该关系为单元关系（Unaryrelation）。当n=2时，称该关系为二元关系（Binaryrelation）。4)关系的表示关系也是一个二维表，表的每行对应一个元组，表的每列对应一个域。表2.2SAP关系SUPERVISORSPECIALITYPOSTGRADUATE张清玫信息专业李勇张清玫信息专业刘晨刘逸信息专业王敏15关系（续）5)属性关系中不同列可以对应相同的域，为了加以区分，必须对每列起一个名字，称为属性（Attribute）。n目关系必有n个属性。16关系（续）6)码候选码若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码（Candidatekey）。候选码的诸属性称为主属性（Primeattribute）。不包含在任何侯选码中的属性称为非主属性(Non-Primeattribute)或非码属性（Non-keyattribute）。在最简单的情况下，候选码只包含一个属性。在最极端的情况下，关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码，称为全码（All-key）。主码若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码（Primarykey）。17关系（续）例在表2.1的笛卡尔积中取出有实际意义的元组来构造关系关系：SAP(SUPERVISOR，SPECIALITY，POSTGRADUATE)关系名，属性名假设：专业与导师：1:n，导师与研究生：1:n于是：SAP关系可以包含三个元组{(张清玫，信息专业，李勇)，(张清玫，信息专业，刘晨)，(刘逸，信息专业，王敏)}18关系（续）7)三类关系基本关系（基本表或基表）实际存在的表，是实际存储数据的逻辑表示查询表查询结果对应的表视图表由基本表或其他视图表导出的表，是虚表，不对应实际存储的数据19关系（续）注意关系是笛卡尔积的有限子集。无限关系在数据库系统中是无意义的。笛卡尔积不满足交换律，即(d1，d2，…，dn)≠(d2，d1，…，dn)但关系满足交换律，即(d1，d2，…，di，dj，…，dn）=（d1，d2，…，dj，di，…，dn）（i，j=1，2，…，n）解决方法：为关系的每个列附加一个属性名以取消关系元组的有序性20关系（续）8)基本关系的性质①列是同质的（Homogeneous）每一列中的分量是同一类型的数据，来自同一个域。②不同的列可出自同一个域其中的每一列称为一个属性不同的属性要给予不同的属性名21基本关系的性质(续)③列的顺序无所谓列的次序可以任意交换④任意两个元组不能完全相同由笛卡尔积的性质决定22基本关系的性质(续)⑤行的顺序无所谓行的次序可以任意交换⑥分量必须取原子值每一个分量都必须是不可分的数据项。这是规范条件中最基本的一条表2.3非规范化关系23二、关系模式（重点）1．什么是关系模式2．定义关系模式3.关系模式与关系241．什么是关系模式关系模式（RelationSchema）是型，关系是值关系模式是对关系的描述元组集合的结构属性构成属性来自的域属性与域之间的映象关系元组语义完整性约束条件属性间的数据依赖关系集合252．定义关系模式关系模式可以形式化地表示为：R（U，D，dom，F）R关系名U组成该关系的属性名集合D属性组U中属性所来自的域dom属性向域的映象集合F属性间的数据依赖关系集合。26定义关系模式(续)例导师和研究生出自同一个域——人，取不同的属性名，并在模式中定义属性向域的映象，即说明它们分别出自哪个域，如：DOM（SUPERVISOR-PERSON）=DOM（POSTGRADUATE-PERSON）=PERSON27定义关系模式(续)关系模式通常可以简记为R(U)或R(A1，A2，…，An)R关系名A1，A2，…，An属性名注：域名及属性向域的映象常常直接说明为属性的类型、长度。283.关系模式与关系关系模式对关系的描述静态的、稳定的关系关系模式在某一时刻的状态或内容动态的、随时间不断变化的关系模式和关系往往统称为关系，通过上下文加以区别。29三、关系数据库关系数据库在一个给定的应用领域中，所有关系的集合构成一个关系数据库关系数据库的型与值30关系数据库的型与值关系数据库的型:关系数据库模式对关系数据库的描述。关系数据库模式包括若干域的定义在这些域上定义的若干关系模式关系数据库的值:关系模式在某一时刻对应的关系31第二章关系数据库2.1关系数据结构及其形式化定义（重点）2.2关系操作2.3关系的完整性2.4关系代数（重点）2.5小结322.2关系操作1)常用的关系操作2)关系操作的特点3)关系数据语言的种类4)关系数据语言的特点33关系操作(续)1)常用的关系操作查询选择、投影、连接、除、并、交、差数据更新插入、删除、修改查询的表达能力是其中最主要的部分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。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34关系操作(续)3)关系数据语言的种类关系代数语言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：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：SQL35关系操作(续)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DBMS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36第二章关系数据库2.1关系数据结构及其形式化定义（重点）2.2关系操作2.3关系的完整性2.4关系代数（重点）2.5小结372.3关系的完整性关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条件。关系模型中三类完整性约束：实体完整性参照完整性用户定义的完整性实体完整性和参照完整性关系模型必须满足的完整性约束条件称作是关系的两个不变性，应该由关系系统自动支持。38一、实体完整性实体完整性规则（EntityIntegrity）若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值。例SAP(SUPERVISOR,SPECIALITY,POSTGRADUATE)POSTGRADUATE属性为主码（假设研究生不会重名），则其不能取空值。40实体完整性(续)注意实体完整性规则规定基本关系的所有主属性都不能取空值，而不仅是主码整体不能取空值。例：选修（学号，课程号，成绩）“学号、课程号”为主码，则学号和课程号两个属性都不能取空值41二、参照完整性1.关系间的引用2.外码3.参照完整性规则421.关系间的引用在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的，因此可能存在着关系与关系间的引用。例1学生实体、专业实体学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄）专业（专业号，专业名）主码主码学生关系引用了专业关系的主码“专业号”。学生关系中的“专业号”值必须是确实存在的专业的专业号，即专业关系中有该专业的记录。43学号姓名性别专业号年龄801张三女0119802李四男0120803王五男0120804赵六女0220805钱七男0219专业号专业名01信息02数学03计算机学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄）专业（专业号，专业名）44关系间的引用(续)例2学生、课程、学生与课程之间的多对多联系学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄）课程（课程号，课程名，学分）选修（学号，课程号，成绩）45课程号课程名学分01数据库402数据结构403编译404PASCAL2学号姓名性别专业号年龄801张三女0119802李四男0120803王五男0120804赵六女0220805钱七男0219学号课程号成绩801049280103788010285802038280204908030488学生学生选课课程46关系间的引用(续)例3学生实体及其内部的一对多联系学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄，班长）学号姓名性别专业号年龄班长801张三女0119802802李四男0120803王五男0120802804赵六女0220805805钱七男0219“学号”是主码，“班长”是外码，它引用了本关系的“学号”“班长”必须是确实存在的学生的学号472．外码（ForeignKey）设F是基本关系R的一个