數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)：第02章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

1、第2章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2第2章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)2.1 關(guān)系模型的基本概念2.2 關(guān)系代數(shù)2.3 關(guān)系規(guī)范化2.1 關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的基本術(shù)語 部門號(hào)部門名部門經(jīng)理電話號(hào)碼101技術(shù)部林克26540214102財(cái)務(wù)部徐瑩華26540652103公關(guān)部張文韜26544852104策劃部謝海26543298職工號(hào)職工名性別年齡部門號(hào)101001王軍男24101101003黃明業(yè)男34101103018張華女35103104024吳林華女27104表2.1 職工信息表表2.2 部門信息表2.1 關(guān)系模型的基本概念1關(guān)系一個(gè)關(guān)系就是一張二維表，通常將一個(gè)沒有重復(fù)行、重復(fù)列的二維表看成一個(gè)關(guān)系，

2、每個(gè)關(guān)系都有一個(gè)關(guān)系名。2. 屬性及值域二維表的每一列在關(guān)系中稱為屬性(Attribute)，每個(gè)屬性都有一個(gè)屬性名，各個(gè)屬性的取值稱為屬性值。每個(gè)屬性有一定的取值范圍，稱為值域。3. 關(guān)系模式對關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式，關(guān)系模式的一般形式為： 關(guān)系名(屬性1，屬性2，屬性n) 例如，職工信息關(guān)系(職工號(hào)，職工名，性別，年齡，部門號(hào))2.1 關(guān)系模型的基本概念4元組二維表的每一行在關(guān)系中稱為元組(Tuple)。一行描述了現(xiàn)實(shí)世界中的一個(gè)實(shí)體，或者描述了不同實(shí)體間的一種聯(lián)系。5. 鍵（1） 超鍵：在關(guān)系中能唯一標(biāo)識(shí)元組的屬性或?qū)傩缘慕M合稱為該關(guān)系的超鍵。（2）候選鍵：不含有多余屬性的超鍵稱為候選鍵

3、。（3）主鍵：用戶選作元組標(biāo)識(shí)的一個(gè)候選鍵稱為主鍵。 例如，表2.1的職工信息關(guān)系中，屬性組合(職工號(hào)，職工名)是超鍵，但不是候選鍵 。2.1 關(guān)系模型的基本概念6. 主屬性與非主屬性關(guān)系中包含在任何一個(gè)候選鍵中的屬性稱為主屬性，不包含在任何一個(gè)候選鍵中的屬性稱為非主屬性。 例如，表2.1職工關(guān)系中，職工號(hào)和職工名是主屬性，其他屬性是非主屬性。7. 外鍵、參照關(guān)系與依賴關(guān)系如果關(guān)系中某個(gè)屬性或?qū)傩越M合并非關(guān)鍵字，但卻是另一個(gè)關(guān)系的主關(guān)鍵字，則稱此屬性或?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(gè)表間的聯(lián)系。以外鍵作為主鍵的關(guān)系稱為參照關(guān)系或

4、主關(guān)系，外鍵所在的關(guān)系稱為依賴關(guān)系或從關(guān)系。 2.1 關(guān)系模型的基本概念關(guān)系的定義和性質(zhì) 在關(guān)系模型中，對關(guān)系作了下列規(guī)范性限制。（1）關(guān)系中的每一個(gè)屬性值是不可分解的。 （2）每一個(gè)關(guān)系模式中屬性的數(shù)據(jù)類型以及屬性的個(gè)數(shù)是固定的，并且每個(gè)屬性必須命名，在同一個(gè)關(guān)系模式中，屬性名必須是不同的。（2）每一個(gè)關(guān)系僅有一種關(guān)系模式。（4）在關(guān)系中沒有行序。 （5）在關(guān)系中沒有列序。（6）在同一個(gè)關(guān)系中不允許出現(xiàn)完全相同的元組。 2.1 關(guān)系模型的基本概念關(guān)系模型的三要素1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2. 關(guān)系操作（1）代數(shù)方法，也稱為關(guān)系代數(shù)，是以集合(關(guān)系是元組的集合)操作為基礎(chǔ)，應(yīng)用對關(guān)系的專門運(yùn)算來表達(dá)查詢的

5、要求。（2）邏輯方法，也稱為關(guān)系演算，是以謂詞演算為基礎(chǔ)，通過元組必須滿足的謂詞公式來表達(dá)查詢要求。3. 關(guān)系模型的三類完整性規(guī)則2.1 關(guān)系模型的基本概念（1）實(shí)體完整性所謂實(shí)體完整性，就是一個(gè)關(guān)系模型中的所有元組都是惟一的，沒有兩個(gè)完全相同的元組，也就是一個(gè)二維表中沒有兩個(gè)完全相同行，也稱為行完整性。 例如，表2.1的職工信息關(guān)系，根據(jù)實(shí)體完整性，“職工號(hào)”不能取空值 。（2）參照完整性當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)表中有外部關(guān)鍵字(即該列是另外一個(gè)表的關(guān)鍵字)時(shí)，外部關(guān)鍵字列的所有值，都必須出現(xiàn)在其所對應(yīng)的表中，這就是參照完整性的含義 。例如，表2.1的職工信息表和表2.2的部門信息表。（3）用戶定義完整性

6、2.2 關(guān)系代數(shù)傳統(tǒng)的集合運(yùn)算 對二維表格進(jìn)行運(yùn)算的機(jī)制。 1并設(shè)A、B同為n元關(guān)系，則A、B的并也是一個(gè)n元關(guān)系，記作AB。2差設(shè)A、B同為n元關(guān)系，則A、B的差也是一個(gè)n元關(guān)系，記作A-B。A-B包含了所有屬于A但不屬于B的元組。 3交設(shè)A、B同為n元關(guān)系，則A、B的交也是一個(gè)n元關(guān)系，記作AB。AB包含了所有同屬于A、B的元組。2.2 關(guān)系代數(shù)4廣義笛卡爾積設(shè)A1、A2、An為任意集合，A1、A2、An的笛卡爾乘積記做：A1A2An,并且定義D= A1A2An =(a1，a2，an)|aiAi，i=1，2，n，其中(a1，a2，an)是一個(gè)元組，它的每個(gè)元素ai取自對應(yīng)的集合Ai。例如，

7、設(shè)A=1，2，B=a，b，則AB=(1，a)，(1，b)，(2，a)，(2，b)。2.2 關(guān)系代數(shù)【例2.1】2.2 關(guān)系代數(shù)專門的關(guān)系運(yùn)算1. 選擇對關(guān)系作水平分割 定義如下：t是元組變量，F(xiàn)是元組需滿足的公式。2. 投影對關(guān)系作垂直分割設(shè)關(guān)系R是k元關(guān)系，R在其分量，(mk，i1，im為1到k間的整數(shù))上的投影用 表示，它是一個(gè)m元元組的集合，定義如下：（t是元組變量 ）2.2 關(guān)系代數(shù)【例2.2】 (a)是關(guān)系R，(b)表示 C3(R)，(c)表示C，A(R)。2.2 關(guān)系代數(shù)3. 連接連接運(yùn)算的結(jié)果是笛卡爾積的子集（1） 連接從關(guān)系R和S的笛卡爾積中選取屬性值滿足某一 操作的元組。形式

8、定義如下：分別表示元組tr的第i個(gè)分量、元組ts的第j個(gè)分量 表示這兩個(gè)分量的 操作2.2 關(guān)系代數(shù)（2）F連接F連接操作是從關(guān)系R和S的笛卡爾積中選取屬性值滿足某一公式F的元組，記為 R S。（3）自然連接兩個(gè)關(guān)系R和S的自然連接操作用RS表示，計(jì)算過程如下：計(jì)算RS；設(shè)R和S的公共屬性是A1，Ak，挑選RS中滿足R.A1=S.A1，R.Ak=S.Ak的那些元組；去掉S.A1，S.Ak這些列。因而RS定義如下：RS2.2 關(guān)系代數(shù)【例2.3】 (a)和(b)是兩個(gè)關(guān)系R和S，(c)表示連接，(d)表示F連接，(e)表示自然連接。2.2 關(guān)系代數(shù)4. 除法設(shè)關(guān)系R和S的元數(shù)分別為r和s(設(shè)rs

9、0)，那么R S是一個(gè)(r-s)元的元組集合。 (R S)是滿足下列條件的最大關(guān)系：其中每個(gè)元組t與S中每個(gè)元組u組成的新元組必在關(guān)系R中。 2.2 關(guān)系代數(shù)【例2.4】 (a)和(b)是兩個(gè)關(guān)系R和S，(c)表示除法運(yùn)算。 2.2 關(guān)系代數(shù)關(guān)系代數(shù)表達(dá)式及其應(yīng)用實(shí)例 【例2.5】設(shè)教學(xué)數(shù)據(jù)庫中有三個(gè)關(guān)系： 學(xué)生關(guān)系(學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，所在系，專業(yè)) 課程關(guān)系(課程號(hào)，課程名，學(xué)時(shí)數(shù)) 選課關(guān)系(學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績) 下面用關(guān)系代數(shù)表達(dá)式表達(dá)每個(gè)查詢語句。（1）檢索課程號(hào)為C201的學(xué)生的學(xué)號(hào)與成績。（2）檢索選修課程名為應(yīng)用數(shù)學(xué)的學(xué)生的學(xué)號(hào)與姓名。1,3(2.2 關(guān)系代數(shù)（3）檢索選修

10、全部課程的學(xué)生姓名。 過程如下： 學(xué)生選課情況表示如下： 全部課程表示如下： 選修了全部課程的學(xué)生學(xué)號(hào)可用除法操作表示，操作結(jié)果是學(xué)號(hào)集 ，表示如下：從學(xué)號(hào)求學(xué)生姓名，可用自然連接和投影操作組合而成：2.3 關(guān)系規(guī)范化關(guān)系模式的設(shè)計(jì)問題引例：表2.3關(guān)系模型存在如下幾方面的問題。數(shù)據(jù)冗余；修改異常；插入異常；刪除異常 SNOSNAMESCITYCODEPNOPNAMEWEIGHTQTYS1迅飛公司上海021P102六角螺栓2.58280S2網(wǎng)達(dá)公司天津022P432轉(zhuǎn)管45.14360S2網(wǎng)達(dá)公司天津022P761水暖三通34.96200S3新嘉公司北京010P432轉(zhuǎn)管45.14480S4中

11、聯(lián)公司北京010P761水暖三通34.96100表2.3 商品供應(yīng)關(guān)系模式SUPPLY的實(shí)例2.3 關(guān)系規(guī)范化要解決上述3個(gè)問題，可將商品供應(yīng)關(guān)系模式SUPPLY分解以下為四個(gè)模式：SUPPLIER(SNO，SNAME，SCITY)CITY(SCITY，CODE)PART(PNO，PNAME，WEIGHT)S_P(SNO，PNO，QTY)SNO SNAME SCITY S1 迅飛公司 上海 S2網(wǎng)達(dá)公司 天津 S3 新嘉公司 北京 S4 中聯(lián)公司 北京 SNO PNO QTY S1P102280S2P432360S2P761200S3 P432480S4 P761100SCITY SNAME

12、上海 021天津 022 北京 010PNO PNAME WEIGHT P102六角螺栓 2.58 P432轉(zhuǎn)管 45.14 p761水暖三通 34.96 關(guān)系模式SUPPLIER的實(shí)例 關(guān)系模式CITY的實(shí)例 關(guān)系模式PART的實(shí)例 關(guān)系模式S_P的實(shí)例 表2.4 關(guān)系模式SUPPLY的分解實(shí)例2.3 關(guān)系規(guī)范化函數(shù)依賴 定義1 設(shè)RR(A1,A2,An)是一個(gè)關(guān)系模式(A1,A2,An是R的屬性)，X A1,A2,An ，Y A1,A2,An ，即X和Y是R的屬性子集，T1、T2是R的兩個(gè)任意元組，即T1T1(A1,A2,An)，T2T2(A1,A2,An)，如果當(dāng)T1(X)T2(X)成立

13、時(shí)，總有T1(Y)T2(Y)，則稱X決定Y，或稱Y函數(shù)依賴于X。記為：XY。2.3 關(guān)系規(guī)范化定義2 R，X，Y如定義1所設(shè)，如果XY成立，但對X的任意真子集X1，都有X1Y不成立，稱Y完全函數(shù)依賴于X，否則，稱Y部分函數(shù)依賴于X。定義3 設(shè)X，Y，Z是關(guān)系模式R的不同屬性集，若XY(并且YX不成立)，YZ，稱X傳遞決定Z，或稱Z傳遞函數(shù)依賴于X。2.3 關(guān)系規(guī)范化關(guān)系模式的范式與規(guī)范化 對關(guān)系模式的規(guī)范化要求分成從低到高不同的層次，分別稱為第1范式、第2范式、第3范式、Boyce-Codd范式、第4范式。圖2.1 各種范式之間的關(guān)系2.3 關(guān)系規(guī)范化1. 第1范式當(dāng)關(guān)系模式R的所有屬性都不能分解為更基本的數(shù)據(jù)單位時(shí)，稱R是滿足第1范式的，簡記為1NF。2.