第1章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識

1、Visual FoxPro程序設(shè)計教程程序設(shè)計教程（第（第3版）版）北京郵電大學(xué)出版社北京郵電大學(xué)出版社劉衛(wèi)國劉衛(wèi)國第1章 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識本章要點：計算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)模型。關(guān)系數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方法。21.1.1 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)是人們用于記錄事物情況的物理符號。信息是數(shù)據(jù)中所包含的意義。信息是經(jīng)過加工處理并對人類社會實踐和生產(chǎn)活動產(chǎn)生決策影響的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是用來表示信息的，但并非任何數(shù)據(jù)都能表示信息；信息是加工處理后的數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)所表達(dá)的內(nèi)容。信息不隨表示它的數(shù)據(jù)形式而改變，它是反映客觀現(xiàn)實世界的知識；而數(shù)據(jù)則具有任意性，用不同的數(shù)據(jù)形式可以表示同樣的信息。1

2、.1 計算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)32數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是指將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息的過程，它包括對數(shù)據(jù)的收集、存儲、分類、計算、加工、檢索和傳輸?shù)纫幌盗谢顒?。計算機(jī)是一個具有程序執(zhí)行能力的數(shù)據(jù)處理工具，如圖所示。41.1.2 計算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1. 人工管理階段20世紀(jì)50年代中期以前，數(shù)據(jù)管理是以人工管理方式進(jìn)行的。數(shù)據(jù)管理的特點如下。(1)數(shù)據(jù)不保存(2)由應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)(3)數(shù)據(jù)有冗余，無法實現(xiàn)共享(4)數(shù)據(jù)對應(yīng)用程序不具有獨立性52. 文件管理階段20世紀(jì)50年代后期至60年代后期，計算機(jī)開始大量用于數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序利用操作系統(tǒng)的文件管理功能，將相關(guān)數(shù)據(jù)按一定的規(guī)則構(gòu)成文件，通過文件系

3、統(tǒng)對文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取和管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的文件管理方式。其特點可概括為如下兩點。數(shù)據(jù)可以長期保存數(shù)據(jù)對應(yīng)用程序有一定的獨立性6當(dāng)數(shù)據(jù)量增加、使用數(shù)據(jù)的用戶越來越多時，文件管理便不能適應(yīng)更有效地使用數(shù)據(jù)的需要了，其癥結(jié)表現(xiàn)在3個方面。(1)數(shù)據(jù)的共享性差、冗余度大，容易造成數(shù)據(jù)不一致(2)數(shù)據(jù)獨立性差(3)數(shù)據(jù)之間缺乏有機(jī)的聯(lián)系，缺乏對數(shù)據(jù)的統(tǒng)一控制和管理73.數(shù)據(jù)庫管理階段20世紀(jì)60年代后期，數(shù)據(jù)管理技術(shù)在文件管理的基礎(chǔ)上發(fā)展到數(shù)據(jù)庫管理。數(shù)據(jù)庫(Database，DB)是按一定的組織方式存儲起來的、相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。在數(shù)據(jù)庫管理階段，由一種叫做數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(Database Manag

4、ement System，DBMS)的系統(tǒng)軟件來對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的控制和管理。在應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫之間保持較高的獨立性，數(shù)據(jù)具有完整性、一致性和安全性高等特點，并且具有充分的共享性，有效地減少了數(shù)據(jù)冗余。84. 新型數(shù)據(jù)管理技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展先后經(jīng)歷了層次數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫。層次數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫可以看作第1代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫可以看作第2代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。實際應(yīng)用中涌現(xiàn)出的許多問題，促使數(shù)據(jù)庫技術(shù)不斷向前發(fā)展，出現(xiàn)了許多不同類型的新型數(shù)據(jù)管理技術(shù)。（1）分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（2）面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)（3）多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（4）數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)（5）大數(shù)據(jù)技術(shù)91.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)

5、庫系統(tǒng)是由計算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及其描述機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和有關(guān)人員組成的具有高度組織性的整體。1計算機(jī)硬件計算機(jī)硬件是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是存儲數(shù)據(jù)庫及運(yùn)行數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的硬件資源，主要包括計算機(jī)主機(jī)、存儲設(shè)備、輸入輸出設(shè)備及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。1.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)102計算機(jī)軟件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的軟件包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心軟件之一，它提供數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)庫建立和維護(hù)及通信等功能。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須運(yùn)行在相應(yīng)的系統(tǒng)平臺上，有操作系統(tǒng)和相關(guān)系統(tǒng)軟件的支持。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)是指系統(tǒng)開發(fā)人員利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)資源開發(fā)出來的、面向某一類實

6、際應(yīng)用的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。113數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中按照一定的方式組織的、存儲在外部存儲設(shè)備上的、能為多個用戶共享的、與應(yīng)用程序相互獨立的相關(guān)數(shù)據(jù)集合。它不僅包括描述事物的數(shù)據(jù)本身，而且還包括相關(guān)事物之間的聯(lián)系。4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的有關(guān)人員數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的有關(guān)人員主要有3類：最終用戶、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)人員和數(shù)據(jù)庫管理員(Database Administrator，DBA)。121.2.2 數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)體系數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)是三級模式結(jié)構(gòu)及二級映射，三級模式包括外模式、概念模式和內(nèi)模式，二級映射則分別是概念模式/內(nèi)模式的映射及外模式/概念模式的映射。這種三級模式與二級映射構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)體

7、系，如圖所示。13141數(shù)據(jù)庫的三級模式(1)概念模式概念模式又稱邏輯模式，或簡稱為模式，對應(yīng)于概念級。它是由數(shù)據(jù)庫設(shè)計者綜合所有用戶的數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一的觀點構(gòu)造的全局邏輯結(jié)構(gòu)，是對數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的總體描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖(全局視圖)。15(2)外模式外模式又稱子模式或用戶模式，對應(yīng)于用戶級。它是某個或某幾個用戶所看到的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。外模式是從概念模式導(dǎo)出的一個子集，包含概念模式中允許特定用戶使用的那部分?jǐn)?shù)據(jù)。16(3)內(nèi)模式內(nèi)模式又稱存儲模式或物理模式，對應(yīng)于物理級。它是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的內(nèi)部表示或底層描述，是數(shù)據(jù)庫最低一級的邏

8、輯描述，它描述了數(shù)據(jù)在存儲介質(zhì)上的存儲方式和物理結(jié)構(gòu)，對應(yīng)著實際存儲在外存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)庫。172三級模式間的二級映射為了實現(xiàn)這3個抽象級別的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在三級模式之間提供了二級映射，正是這二級映射保證了數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有較高的物理獨立性和邏輯獨立性。(1)概念模式/內(nèi)模式的映射(2)外模式/概念模式的映射181.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，每一個數(shù)據(jù)庫都是為某一應(yīng)用領(lǐng)域服務(wù)的，這些應(yīng)用彼此之間都有著密切的聯(lián)系。因此，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中不僅要考慮某個應(yīng)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還要考慮整個組織(多個應(yīng)用)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這種數(shù)據(jù)組織方式使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化了，這就要求在描述數(shù)據(jù)時不僅

9、要描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。192數(shù)據(jù)共享性高、冗余度低數(shù)據(jù)共享是指多個用戶或應(yīng)用程序可以訪問同一個數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供并發(fā)和協(xié)調(diào)機(jī)制，保證在多個應(yīng)用程序同時訪問、存取和操作數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)時，不產(chǎn)生任何沖突，從而保證數(shù)據(jù)不遭到破壞。數(shù)據(jù)冗余既浪費(fèi)存儲空間，又容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致等問題。203具有較高的數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)獨立性是指應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間相互獨立。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，因為采用了數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)，保證了數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的獨立性。在數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)改變時，不影響數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)，這樣保證了數(shù)據(jù)的物理獨立性。在全局邏輯結(jié)構(gòu)改變時，不影響用戶的局部邏輯結(jié)構(gòu)及應(yīng)用程序，

10、這樣就保證了數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。214有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供了一套有效的數(shù)據(jù)控制手段，包括數(shù)據(jù)安全性控制、數(shù)據(jù)完整性控制、數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制和數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)等，增強(qiáng)了多用戶環(huán)境下數(shù)據(jù)的安全性和一致性保護(hù)。 221.3.1 數(shù)據(jù)模型的組成要素數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作及數(shù)據(jù)的完整性約束也被稱為數(shù)據(jù)模型的3個組成要素。1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究數(shù)據(jù)之間的組織形式(數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu))、數(shù)據(jù)的存儲形式(數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu))及數(shù)據(jù)對象的類型等。存儲在數(shù)據(jù)庫中的對象類型的集合是數(shù)據(jù)庫的組成部分。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，通常按照其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型。例如，層次結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和關(guān)系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型分別命名為層次模型、

11、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。1.3 數(shù)據(jù)模型232數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作用于描述系統(tǒng)的動態(tài)特性，是指對數(shù)據(jù)庫中的各種數(shù)據(jù)所允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則。數(shù)據(jù)庫主要有查詢和更新(包括插入、刪除和修改等)兩大類操作。數(shù)據(jù)模型必須定義這些操作的確切含義、操作符號、操作規(guī)則(如優(yōu)先級)及實現(xiàn)操作的語言。243數(shù)據(jù)的完整性約束數(shù)據(jù)的完整性約束是一組完整性規(guī)則的集合。數(shù)據(jù)模型應(yīng)該反映和規(guī)定數(shù)據(jù)必須遵守的、基本的、通用的完整性約束。此外，數(shù)據(jù)模型還應(yīng)該提供定義完整性約束條件的機(jī)制，以反映具體所涉及的數(shù)據(jù)必須遵守的、特定的語義約束條件。251.3.2 數(shù)據(jù)抽象的過程數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實世界進(jìn)行抽象和轉(zhuǎn)換的結(jié)果

12、，這一過程如圖所示。261對現(xiàn)實世界的抽象計算機(jī)處理的對象是現(xiàn)實世界中的客觀事物，在對其實施處理的過程中，首先應(yīng)了解和熟悉現(xiàn)實世界，從對現(xiàn)實世界的調(diào)查和觀察中抽象出大量描述客觀事物的事實，再對這些事實進(jìn)行整理、分類和規(guī)范，進(jìn)而將規(guī)范化的事實數(shù)據(jù)化，最終實現(xiàn)由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲和處理。272觀念世界中的概念模型概念模型的特征是按用戶需求觀點對數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，表達(dá)了數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)，是系統(tǒng)用戶對整個應(yīng)用項目涉及的數(shù)據(jù)的全面描述。概念模型主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計，它獨立于實現(xiàn)時的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。概念模型的表示方法很多，目前較常用的是E-R模型。283機(jī)器世界中的邏輯模型和物理模型在選定數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)后，就要將

13、E-R圖表示的概念模型轉(zhuǎn)換為具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的邏輯模型。通常，也把數(shù)據(jù)的邏輯模型直接稱為數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中主要的邏輯模型有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。物理模型是對數(shù)據(jù)最底層的抽象，用以描述數(shù)據(jù)在物理存儲介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu)，與具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和硬件有關(guān)。291.3.3 概念模型1實體與實體集實體(Entity)是現(xiàn)實世界中任何可以相互區(qū)分和識別的事物，它可以是能觸及的客觀對象，還可以是抽象的事件。性質(zhì)相同的同類實體的集合稱為實體集(Entity Set)。2屬性每個實體都具有一定的特征或性質(zhì)，這樣才能區(qū)分一個個實體。實體的特征稱為屬性(Attribute)，一個實體可用

14、若干屬性來刻畫。能唯一標(biāo)識實體的屬性或?qū)傩约Q為實體標(biāo)識符。303類型與值屬性和實體都有類型(Type)和值(Value)之分。屬性類型就是屬性名及其取值類型，屬性值就是屬性所取的具體值。屬性類型是個變量，屬性值是變量所取的值，而值域是變量的取值范圍。實體類型就是實體的結(jié)構(gòu)描述，通常是實體名和屬性名的集合。具有相同屬性的實體，有相同的實體類型。實體值是一個具體的實體，是屬性值的集合。314實體間的聯(lián)系(1)一對一聯(lián)系如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至多只有一個實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實體集A與實體集B具有一對一聯(lián)系，記為1 1。(2)一對多聯(lián)系如果對于實體集A中的每一個實體，實體

15、集B中可以有多個實體與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B有一對多聯(lián)系，記為1 n。(3)多對多聯(lián)系如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中可以有多個實體與之聯(lián)系，而對于實體集B中的每一個實體，實體集A中也可以有多個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B之間有多對多聯(lián)系，記為m n。325E-R圖E-R圖是用一種直觀的圖形方式建立現(xiàn)實世界中實體及其聯(lián)系模型的工具，也是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的一種基本工具。E-R圖用矩形框表示現(xiàn)實世界中的實體，用菱形框表示實體間的聯(lián)系，用橢圓形框表示實體和聯(lián)系的屬性。下圖用來表示讀者實體和圖書實體的多對多聯(lián)系模

16、型。33341.3.4 邏輯模型1層次模型層次模型(Hierarchical Model)用樹形結(jié)構(gòu)來表示實體及其之間的聯(lián)系。根據(jù)樹形結(jié)構(gòu)的特點，建立數(shù)據(jù)的層次模型需要滿足如下兩個條件。有一個結(jié)點沒有父結(jié)點，這個結(jié)點即根結(jié)點。其他結(jié)點有且僅有一個父結(jié)點。352網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型(Network Model)用以實體類型為結(jié)點的有向圖來表示各實體及其之間的聯(lián)系。其特點如下?？梢杂幸粋€以上的結(jié)點無父結(jié)點。至少有一個結(jié)點有多于一個的父結(jié)點。363關(guān)系模型關(guān)系模型(Relational Model)用二維表格來表示實體及其相互之間的聯(lián)系。在關(guān)系模型中，把實體集看成一個二維表，每一個二維表稱為一個關(guān)系。每

17、個關(guān)系均有一個名字，稱為關(guān)系名。教師關(guān)系371.4.1 關(guān)系模型的基本概念1關(guān)系通常將一個沒有重復(fù)行、重復(fù)列，并且每個行列的交叉點只有一個基本數(shù)據(jù)的二維表格看成一個關(guān)系。二維表格包括表頭和表中的內(nèi)容，相應(yīng)地，關(guān)系包括關(guān)系模式和記錄的值，表包括表結(jié)構(gòu)(記錄類型)和表的記錄，而滿足一定條件的規(guī)范化關(guān)系的集合，就構(gòu)成了關(guān)系模型。1.4 關(guān) 系 數(shù)據(jù)庫38關(guān)系是一種規(guī)范化了的二維表格。在關(guān)系模型中，對關(guān)系作了種種規(guī)范性限制，關(guān)系具有以下6條性質(zhì)。關(guān)系必須規(guī)范化，每一個屬性都必須是不可再分的數(shù)據(jù)項。每一列中的分量是同一類型的數(shù)據(jù)，來自同一個域。在同一關(guān)系中不允許出現(xiàn)相同的屬性名。關(guān)系中不允許有完全相同的

18、元組。在同一關(guān)系中元組的次序無關(guān)緊要。在同一關(guān)系中屬性的次序無關(guān)緊要。392. 元組二維表格的每一行在關(guān)系中稱為元組(Tuple)，相當(dāng)于表的一條記錄(Record)。二維表格的一行描述了現(xiàn)實世界中的一個實體。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，行是不能重復(fù)的，即不允許兩行的全部元素完全對應(yīng)相同。403. 屬性二維表格的每一列在關(guān)系中稱為屬性(Attribute)，相當(dāng)于記錄中的一個字段(Field)或數(shù)據(jù)項。每個屬性有一個屬性名，一個屬性在其每個元組上的值稱為屬性值，因此，一個屬性包括多個屬性值，只有在指定元組的情況下，屬性值才是確定的。同時，每個屬性有一定的取值范圍，稱為該屬性的值域。同樣，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，列

19、是不能重復(fù)的，即關(guān)系的屬性不允許重復(fù)。屬性必須是不可再分的，即屬性是一個基本的數(shù)據(jù)項，不能是幾個數(shù)據(jù)的組合項。414.關(guān)鍵字關(guān)系中能唯一區(qū)分、確定不同元組的單個屬性或?qū)傩越M合，稱為該關(guān)系的一個關(guān)鍵字。關(guān)鍵字又稱為鍵或碼(Key)。單個屬性組成的關(guān)鍵字稱為單關(guān)鍵字，多個屬性組合的關(guān)鍵字稱為組合關(guān)鍵字。需要強(qiáng)調(diào)的是，關(guān)鍵字的屬性值不能取“空值”，因為“空值”無法唯一地區(qū)分、確定元組。所謂“空值”，就是“不知道”或“不確定”的值。關(guān)系中能夠作為關(guān)鍵字的屬性或?qū)傩越M合可能不是唯一的。凡在關(guān)系中能夠唯一區(qū)分、確定不同元組的屬性或?qū)傩越M合，稱為候選關(guān)鍵字(Candidate Key)。在候選關(guān)鍵字中選定一

20、個作為關(guān)鍵字，稱為該關(guān)系的主關(guān)鍵字或主鍵(Primary Key)。關(guān)系中主關(guān)鍵字是唯一的。425. 外部關(guān)鍵字如果關(guān)系中某個屬性或?qū)傩越M合是另一個關(guān)系的關(guān)鍵字，則稱這樣的屬性或?qū)傩越M合為本關(guān)系的外部關(guān)鍵字或外鍵(Foreign Key)。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，用外部關(guān)鍵字表示兩個表之間的聯(lián)系。436. 關(guān)系模式關(guān)系模型是由若干個關(guān)系組成的，關(guān)系用關(guān)系模式(Relational Schema)來描述。關(guān)系模式就相當(dāng)于前面提到的實體類型，它代表了關(guān)系的結(jié)構(gòu)，也就是二維表格的框架（表頭）。對于教師關(guān)系可以表示為：教師(編號，姓名，性別，出生日期，職稱，基本工資，研究方向) 441.4.2 關(guān)系運(yùn)算利用集

21、合論的觀點，關(guān)系是元組的集合，每個元組包含的屬性數(shù)目相同，其中屬性的個數(shù)稱為元組的維數(shù)。 將關(guān)系與二維表進(jìn)行比較可以看出兩者存在簡單的對應(yīng)關(guān)系，關(guān)系模式對應(yīng)一個二維表的表頭，而關(guān)系的一個元組就是二維表的一行。例如，職工關(guān)系R(E1，張一，女)，(E2，王二，男)，(E3，李三，男)，(E3，成四，女)，相應(yīng)的二維表格表示形式如表所示。職工關(guān)系R451傳統(tǒng)的關(guān)系運(yùn)算(1)并(Union)設(shè)R和S同為n元關(guān)系，且相應(yīng)的屬性取自同一個域，則R和S的并也是一個n元關(guān)系，記作RS。RS包含了所有分屬于R和S或同屬于R和S的元組。因為集合中不允許有重復(fù)元素，因此，同時屬于R和S的元組在RS中只出現(xiàn)一次。(

22、2)差(Difference)設(shè)R和S同為n元關(guān)系，且相應(yīng)的屬性取自同一個域，則R和S的差也是一個n元關(guān)系，記作R-S。R-S包含了所有屬于R但不屬于S的元組。46(3)交(Intersection)設(shè)R和S同為n元關(guān)系，且相應(yīng)的屬性取自同一個域，則R和S的交也是一個n元關(guān)系，記作RS。RS包含了所有同屬于R和S的元組。實際上，交運(yùn)算可以通過差運(yùn)算的組合來實現(xiàn)，如ABA(AB)或B(BA)。47(4)廣義笛卡爾積設(shè)R是一個包含m個元組的j元關(guān)系，S是一個包含n個元組的k元關(guān)系，則R和S的廣義笛卡爾積是一個包含mn個元組的jk元關(guān)系，記作RS，并定義RS(r1，r2，rj，s1，s2，sk)|(

23、r1，r2，rj)R且s1，s2，skS即RS的每個元組的前j個分量是R中的一個元組，而后k個分量是S中的一個元組。48例1-1 設(shè)R(a1，b1，c1)，(a1，b2，c2)，(a2，b2，c1)，S(a1，b2，c2)，(a1，b3，c2)，(a2，b2，c1)，求RS，RS，RS，RS。根據(jù)運(yùn)算規(guī)則，有如下結(jié)果。RS(a1，b1，c1)，(a1，b2，c2)，(a2，b2，c1)，(a1，b3，c2)RS(a1，b1，c1)RS(a1，b2，c2)，(a2，b2，c1)RS(a1，b1，c1，a1，b2，c2)，(a1，b1，c1，a1，b3，c2)，(a1，b1，c1，a2，b2，c1

24、)，(a1，b2，c2，a1，b2，c2)，(a1，b2，c2，a1，b3，c2)，(a1，b2，c2，a2，b2，c1)，(a2，b2，c1，a1，b2，c2)，(a2，b2，c1，a1，b3，c2)，(a2，b2，c1，a2，b2，c1)RS是一個包含9個元組的6元關(guān)系。492專門的關(guān)系運(yùn)算(1)選擇(Selection)設(shè)R(a1，a2，an)是一個n元關(guān)系，F(xiàn)是關(guān)于(a1，a2，an)的一個條件，R中所有滿足F條件的元組組成的子關(guān)系稱為R的一個選擇，記作F(R)，并定義F(R)(a1，a2，an)|(a1，a2，an)R且(a1，a2，an)滿足條件F簡言之，對R關(guān)系按一定規(guī)則篩選一個

25、子集的過程就是對R施加了一次選擇運(yùn)算。50)()(211miiiAAARR，miiiAAA，21miiiAAA，21)()(21RmiiiAAA，(2)投影(Projection)設(shè)RR(A1，A2，An)是一個n元關(guān)系，i1，i2，im是1，2，n的一個子集，并且i1i2im，定義即(R)是R中只保留屬性的新的關(guān)系，稱(R)是R在屬性上的一個投影，通常記作通俗地講，關(guān)系R上的投影是從R中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系。51(3)連接(Join)連接是從兩個關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組，記作其中A和B分別為R和S上維數(shù)相等且可比的屬性組，是比較運(yùn)算符。連接運(yùn)算從R和S的笛卡爾積R

26、S中選取(R關(guān)系)在A屬性組上的值與(S關(guān)系)在B屬性組上值滿足比較關(guān)系的元組。 RS52連接運(yùn)算中有兩種最為重要也最為常用的連接，一種是等值連接，另一種是自然連接。為“”的連接運(yùn)算稱為等值連接，它是從關(guān)系R與S的笛卡爾積中選取A和B屬性值相等的那些元組。自然連接是一種特殊的等值連接，它要求在結(jié)果中把重復(fù)的屬性去掉。一般的連接操作是從行的角度進(jìn)行運(yùn)算，但自然連接還需要取消重復(fù)列，所以是同時從行和列的角度進(jìn)行運(yùn)算。53例1-2 一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫由職工關(guān)系E和工資關(guān)系W組成，關(guān)系模式如下。E(編號，姓名，性別)W(編號，基本工資，標(biāo)準(zhǔn)津貼，業(yè)績津貼)寫出實現(xiàn)以下功能的關(guān)系運(yùn)算表達(dá)式。查詢?nèi)w男職工的

27、信息。查詢?nèi)w男職工的編號和姓名。查詢?nèi)w職工的基本工資、標(biāo)準(zhǔn)津貼和業(yè)績津貼。541.4.3 關(guān)系的完整性約束在關(guān)系模型中，數(shù)據(jù)完整性包括實體完整性(Entity Integrity)、參照完整性(Referential Integrity)及用戶自定義完整性(User defined Integrity)3種。1實體完整性現(xiàn)實世界中的實體是可區(qū)分的，即它們具有某種唯一性標(biāo)識。相應(yīng)地，關(guān)系模型中以主關(guān)鍵字作為唯一性標(biāo)識。實體完整性就是指關(guān)系的主屬性不能取“空值”，并且不允許兩個元組的關(guān)鍵字值相同。也就是一個二維表中沒有兩個完全相同的行，因此實體完整性也稱為行完整性。552參照完整性設(shè)F是關(guān)系R

28、的一個或一組屬性，但不是關(guān)系R的關(guān)鍵字，如果F與關(guān)系S的主關(guān)鍵字Ks相對應(yīng)，則稱F是關(guān)系R的外部關(guān)鍵字，并稱關(guān)系R為參照關(guān)系(Referencing Relation)，關(guān)系S為被參照關(guān)系(Referenced Relation)或目標(biāo)關(guān)系(Target Relation)。參照完整性規(guī)則就是定義外部關(guān)鍵字與主關(guān)鍵字之間的引用規(guī)則，即對于R中每個元組在F上的值必須取“空值”或等于S中某個元組的主關(guān)鍵字值。563用戶自定義完整性實體完整性和參照完整性適用于任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。除此之外，不同的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境的不同，往往還需要一些特殊的約束條件，用戶自定義完整性就是針對某一具體關(guān)系數(shù)據(jù)

29、庫的約束條件，它反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求，如規(guī)定關(guān)系中某一屬性的取值范圍。571.5.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟考慮數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)全過程，可以將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為6個階段：需求分析、概念設(shè)計、邏輯設(shè)計、物理設(shè)計、數(shù)據(jù)庫實施、數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)。1需求分析階段需求分析的任務(wù)是通過詳細(xì)調(diào)查現(xiàn)實世界要處理的對象(組織、部門、行業(yè)等)，充分了解用戶單位目前的工作狀況，明確用戶的各種需求，然后在此基礎(chǔ)上確定新系統(tǒng)的功能。1.5 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方法582概念設(shè)計階段將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)即概念模型的過程就是概念設(shè)計，它是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵。在需求分析階段所得到的應(yīng)用需求應(yīng)該首先抽象為概念模型，以便更好、更準(zhǔn)確地用某一數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)這些需求。概念模型是各種邏輯模型的共同基礎(chǔ)，它比邏輯模型更獨立于機(jī)器、更抽象，從而更加穩(wěn)定。描述概念模型的有力工具是E-R圖。593邏輯設(shè)計階段數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計是將概念模型轉(zhuǎn)換為邏輯模型，也就是被某個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型，并對轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行規(guī)范化處理。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的邏輯