數(shù)據(jù)庫課件-版數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論-2

1、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論An Introduction to Database System第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(續(xù))數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫2.1 關(guān)系模型概述2.2 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.3 關(guān)系的完整性2.4 關(guān)系代數(shù)2.5 關(guān)系演算2.6 小結(jié)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院2.4 關(guān)系代數(shù) 概述 傳統(tǒng)的集合運算 專門的關(guān)系運算數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院集合運算符-并差交笛卡爾積比較運算符 大于大于等于小于小于等于等于不等于運算符含義運算符含義表2.4 關(guān)系代數(shù)運算符 概 述數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院專門的關(guān)系運算符 選擇投影連接除邏輯運算符 非與或運算符含義運算

2、符含義表2.4 關(guān)系代數(shù)運算符（續(xù)） 概 述(續(xù))數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院2.4 關(guān)系代數(shù) 概述傳統(tǒng)的集合運算 專門的關(guān)系運算數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院1. 并（Union）R和S具有相同的目n（即兩個關(guān)系都有n個屬性）相應(yīng)的屬性取自同一個域RS 仍為n目關(guān)系，由屬于R或?qū)儆赟的元組組成 RS = t|t Rt S 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院并(續(xù))數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院2. 差（Difference）R和S具有相同的目n相應(yīng)的屬性取自同一個域R - S 仍為n目關(guān)系，由屬于R而不屬于S的所有元組組成 R -S = t|tRtS 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院差(續(xù))數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)

3、院3. 交（Intersection）R和S具有相同的目n相應(yīng)的屬性取自同一個域RS仍為n目關(guān)系，由既屬于R又屬于S的元組組成 RS = t|t Rt S RS = R (R-S）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院交 (續(xù))數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院4. 笛卡爾積（Cartesian Product）嚴格地講應(yīng)該是廣義的笛卡爾積（Extended Cartesian Product） R: n目關(guān)系，k1個元組S: m目關(guān)系，k2個元組RS 列：（n+m）列元組的集合元組的前n列是關(guān)系R的一個元組后m列是關(guān)系S的一個元組行：k1k2個元組RS = tr ts |tr R tsS 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息

4、學(xué)院交 (續(xù))數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院2.4 關(guān)系代數(shù)概述傳統(tǒng)的集合運算專門的關(guān)系運算數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院2.4.2 專門的關(guān)系運算先引入幾個記號 （1） R，tR，tAi 設(shè)關(guān)系模式為R(A1，A2，An) 它的一個關(guān)系設(shè)為R tR表示t是R的一個元組 tAi則表示元組t中相應(yīng)于屬性Ai的一個分量 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院專門的關(guān)系運算(續(xù))（2） A，tA， A 若A=Ai1，Ai2，Aik，其中Ai1，Ai2，Aik是A1，A2，An中的一部分，則A稱為屬性列或?qū)傩越M。 tA=(tAi1，tAi2，tAik)表示元組t在屬性列A上諸分量的集合。 A則表示A1，A2，An中去掉A

5、i1，Ai2，Aik后剩余的屬性組。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院專門的關(guān)系運算(續(xù))（3） tr ts R為n目關(guān)系，S為m目關(guān)系。 tr R，tsS， tr ts稱為元組的連接。 tr ts是一個n + m列的元組，前n個分量為R中的一個n元組，后m個分量為S中的一個m元組。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院專門的關(guān)系運算(續(xù))（4）象集Zx 給定一個關(guān)系R（X，Z），X和Z為屬性組。 當tX=x時，x在R中的象集（Images Set）為： Zx=tZ|t R，tX=x 它表示R中屬性組X上值為x的諸元組在Z上分量的集合 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院專門的關(guān)系運算(續(xù))x1在R中的象集 Zx1 =

6、Z1，Z2，Z3，x2在R中的象集 Zx2 =Z2，Z3，x3在R中的象集 Zx3=Z1，Z3象集舉例 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院專門的關(guān)系運算(續(xù))選擇投影連接除數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院專門的關(guān)系運算(續(xù))(a) Student4) 學(xué)生-課程數(shù)據(jù)庫: 學(xué)生關(guān)系Student、課程關(guān)系Course和選修關(guān)系SC學(xué)號Sno姓名Sname性別Ssex年齡Sage所在系Sdept200215121李勇男20CS200215122劉晨女19IS200215123王敏女18MA200215125張立男19IS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院專門的關(guān)系運算(續(xù))課程號Cno課程名Cname先行課Cpno學(xué)分

7、Ccredit1數(shù)據(jù)庫542數(shù)學(xué)23信息系統(tǒng)144操作系統(tǒng)635數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)746數(shù)據(jù)處理27PASCAL語言64Course(b)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院專門的關(guān)系運算(續(xù))(c)SC學(xué)號Sno課程號Cno成績Grade200215121192200215121285200215121388200215122290200215122380數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院1. 選擇（Selection） 1) 選擇又稱為限制（Restriction）2) 選擇運算符的含義在關(guān)系R中選擇滿足給定條件的諸元組 F(R) = t|tRF(t)= 真F：選擇條件，是一個邏輯表達式，基本形式為： X1Y1數(shù)據(jù)庫

8、系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院選擇（續(xù)）3) 選擇運算是從關(guān)系R中選取使邏輯表達式F為真的元組，是從行的角度進行的運算數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院選擇（續(xù)）例1 查詢信息系（IS系）全體學(xué)生 Sdept = IS (Student)或 5 =IS (Student) 結(jié)果： SnoSnameSsexSageSdept200215122劉晨女19IS200215125張立男19IS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院選擇（續(xù)）例2 查詢年齡小于20歲的學(xué)生 Sage 20(Student) 或 4 20(Student)結(jié)果： SnoSnameSsexSageSdept200215122劉晨女19IS20021512

9、3王敏女18MA200215125張立男19IS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院2. 投影（Projection） 1）投影運算符的含義從R中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系 A(R) = tA | t R A：R中的屬性列數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院2. 投影（Projection） 2）投影操作主要是從列的角度進行運算但投影之后不僅取消了原關(guān)系中的某些列，而且還可能取消某些元組（避免重復(fù)行）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院投影（續(xù)）例3 查詢學(xué)生的姓名和所在系即求Student關(guān)系上學(xué)生姓名和所在系兩個屬性上的投影 Sname，Sdept(Student)或 2，5(Student)結(jié)果：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈

10、信息學(xué)院投影（續(xù)）SnameSdept李勇CS劉晨IS王敏MA張立IS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院投影（續(xù)）例4 查詢學(xué)生關(guān)系Student中都有哪些系 Sdept(Student)結(jié)果：SdeptCSISMA數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院3. 連接（Join） 1）連接也稱為連接2）連接運算的含義從兩個關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組 R S = | tr Rts StrAtsB A和B：分別為R和S上度數(shù)相等且可比的屬性組：比較運算符連接運算從R和S的廣義笛卡爾積RS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 ABtr ts數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院

11、 連接(續(xù)) 3）兩類常用連接運算等值連接（equijoin） 什么是等值連接為“”的連接運算稱為等值連接 等值連接的含義從關(guān)系R與S的廣義笛卡爾積中選取A、B屬性值相等的那些元組，即等值連接為： R S = | tr Rts StrA = tsB A=Btr ts數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院 連接(續(xù)) 自然連接（Natural join） 自然連接是一種特殊的等值連接兩個關(guān)系中進行比較的分量必須是相同的屬性組在結(jié)果中把重復(fù)的屬性列去掉自然連接的含義R和S具有相同的屬性組B R S = | tr Rts StrB = tsB tr ts數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院連接(續(xù))4）一般的連接操作是從

12、行的角度進行運算。 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行運算。 ABRS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院連接(續(xù))例5關(guān)系R和關(guān)系S 如下所示：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院連接(續(xù))一般連接 R S的結(jié)果如下： CE數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院連接(續(xù)) 等值連接 R S 的結(jié)果如下：R.B=S.B 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院連接(續(xù)) 自然連接 R S的結(jié)果如下： 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院連接(續(xù))外連接如果把舍棄的元組也保存在結(jié)果關(guān)系中，而在其他屬性上填空值(Null)，這種連接就叫做外連接（OUTER JOIN）。左外連接如果只把左邊關(guān)系R中要舍棄的元組保留就叫做左外連接(LE

13、FT OUTER JOIN或LEFT JOIN)右外連接如果只把右邊關(guān)系S中要舍棄的元組保留就叫做右外連接(RIGHT OUTER JOIN或RIGHT JOIN)。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院連接(續(xù))下圖是例5中關(guān)系R和關(guān)系S的外連接 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院連接(續(xù))圖(b)是例5中關(guān)系R和關(guān)系S的左外連接,圖(c)是右外連接 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院4. 除（Division） 給定關(guān)系R (X，Y) 和S (Y，Z)，其中X，Y，Z為屬性組。R中的Y與S中的Y可以有不同的屬性名，但必須出自相同的域集。R與S的除運算得到一個新的關(guān)系P(X)，P是R中滿足下列條件的元組在 X 屬性列

14、上的投影：元組在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合，記作： RS = tr X | tr RY (S) Yx Yx：x在R中的象集，x = trX數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院除(續(xù))2）除操作是同時從行和列角度進行運算RS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院除(續(xù))例6設(shè)關(guān)系R、S分別為下圖的(a)和(b)，RS的結(jié)果為圖(c) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院分析在關(guān)系R中，A可以取四個值a1，a2，a3，a4 a1的象集為 (b1，c2)，(b2，c3)，(b2，c1) a2的象集為 (b3，c7)，(b2，c3) a3的象集為 (b4，c6) a4的象集為 (b6，c6)S在(B，C)上的投影為

15、 (b1，c2)，(b2，c1)，(b2，c3) 只有a1的象集包含了S在(B，C)屬性組上的投影 所以 RS =a1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院5綜合舉例 以學(xué)生-課程數(shù)據(jù)庫為例 (P56)例7 查詢至少選修1號課程和3號課程的學(xué)生號碼首先建立一個臨時關(guān)系K： 然后求：Sno,Cno(SC)K Cno 1 3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院綜合舉例(續(xù))例 7續(xù) Sno,Cno(SC)200215121象集1，2，3200215122象集2，3 K=1，3 于是：Sno,Cno(SC)K=200215121SnoCno2002151211200215121220021512132002151222

16、2002151223數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院綜合舉例(續(xù))例 8 查詢選修了2號課程的學(xué)生的學(xué)號。 Sno（Cno=2（SC） 200215121，200215122數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院綜合舉例(續(xù))例9 查詢至少選修了一門其直接先行課為5號課程的 的學(xué)生姓名 Sname(Cpno=5(Course SC Student)或 Sname(Cpno=5(Course) SC Sno，Sname(Student)或 Sname (Sno (Cpno=5 (Course) SC) Sno，Sname (Student) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院綜合舉例(續(xù))例10 查詢選修了全部課程的學(xué)生

17、號碼和姓名。 Sno，Cno（SC）Cno（Course） Sno，Sname（Student） 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院小結(jié) 關(guān)系代數(shù)運算關(guān)系代數(shù)運算并、差、交、笛卡爾積、投影、選擇、連接、除基本運算并、差、笛卡爾積、投影、選擇交、連接、除可以用5種基本運算來表達 引進它們并不增加語言的能力，但可以簡化表達數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院小結(jié)(續(xù)) 關(guān)系代數(shù)表達式關(guān)系代數(shù)運算經(jīng)有限次復(fù)合后形成的式子典型關(guān)系代數(shù)語言ISBL（Information System Base Language）由IBM United Kingdom研究中心研制用于PRTV（Peterlee Relational Te

18、st Vehicle）實驗系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫2.1 關(guān)系模型概述2.2 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.3 關(guān)系的完整性2.4 關(guān)系代數(shù)2.5 關(guān)系演算2.6 小結(jié)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院2.5 關(guān)系演算 關(guān)系演算以數(shù)理邏輯中的謂詞演算為基礎(chǔ)按謂詞變元不同 進行分類1.元組關(guān)系演算： 以元組變量作為謂詞變元的基本對象 元組關(guān)系演算語言ALPHA2.域關(guān)系演算： 以域變量作為謂詞變元的基本對象 域關(guān)系演算語言QBE數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院2.5.1 元組關(guān)系演算語言ALPHA由E.F.Codd提出INGRES所用的QUEL語言是參照ALPHA語言研制的語句檢索語句GET更新語

19、句PUT，HOLD，UPDATE，DELETE，DROP數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院一、檢索操作 語句格式： GET工作空間名 （定額）（表達式1） ：操作條件 DOWN/UP 表達式2定額：規(guī)定檢索的元組個數(shù)格式： 數(shù)字表達式1：指定語句的操作對象格式：關(guān)系名| 關(guān)系名. 屬性名| 元組變量. 屬性名| 集函數(shù) ， 操作條件：將操作結(jié)果限定在滿足條件的元組中格式： 邏輯表達式表達式2：指定排序方式格式： 關(guān)系名. 屬性名| 元組變量. 屬性名， 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院一、檢索操作 （1）簡單檢索 GET工作空間名 （表達式1）例1 查詢所有被選修的課程號碼。 GET W ( o)例2 查詢

20、所有學(xué)生的數(shù)據(jù)。 GET W (Student)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院（2）限定的檢索格式 GET工作空間名（表達式1）：操作條件例3查詢信息系(IS)中年齡小于20歲的學(xué)生的學(xué)號和年齡 GET W (Student.Sno，Student.Sage): Student.Sdept=IS Student.Sage19數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院條件查詢（與條件）例4 求計算機科學(xué)系年齡大于19歲的學(xué)生的學(xué)號。方法(1)：把兩個條件寫在同一行上StudentSnoSnameSsexSageSdeptP.20021512119CS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院條件查詢（與條件） 方法(2)：把兩個條

21、件寫在不同行上，但使用相同的示例元 素值StudentSnoSnameSsexSageSdeptP.200215121P.20021512119CS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院條件查詢（與條件）例5 查詢既選修了1號課程又選修了2號課程的學(xué)生的學(xué)號。 ScSnoCnoGradeP.200215121P.20021512112數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院條件查詢（或條件）例6查詢計算機科學(xué)系或者年齡大于19歲的學(xué)生的 學(xué)號。StudentSnoSnameSsexSageSdeptP.200215121P.20021512219CS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院條件查詢（多表連接）例7 查詢選修1號課程的

22、學(xué)生姓名。 StudentSnoSnameSsexSageSdept200215121P.李勇注意：示例元素Sno是連接屬性，其值在兩個表中要相同。 ScSnoCnoGrade2002151211數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院條件查詢（非條件）例8 查詢未選修1號課程的學(xué)生姓名 StudentSnoSnameSsexSageSdept200215121P.李勇思路：顯示學(xué)號為200215121的學(xué)生名字，而該學(xué)生選修1號課程的情況為假ScSnoCnoGrade2002151211數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院條件查詢（續(xù)）例9 查詢有兩個人以上選修的課程號。思路：查詢這樣的課程1，它不僅被200215

23、121選修 而且也被另一個學(xué)生（200215121）選修了ScSnoCnoGrade200215121 200215121P.11數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院3. 聚集函數(shù)常用聚集函數(shù)：QBE中的聚集函數(shù) 函數(shù)名功能CNT對元組計數(shù)SUM求總和AVG求平均值MAX求最大值MIN求最小值數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院聚集函數(shù)（續(xù)）例10 查詢信息系學(xué)生的平均年齡。 StudentSnoSnameSsexSageSdeptP.AVG.ALLIS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院4.對查詢結(jié)果排序升序排序：對查詢結(jié)果按某個屬性值的升序排序，只需在相應(yīng)列中填入“AO.”降序排序：按降序排序則填“DO.”多列排序：如

24、果按多列排序，用“AO(i).”或“DO(i).”表示，其中i為排序的優(yōu)先級，i值越小，優(yōu)先級越高 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院對查詢結(jié)果排序（續(xù)）例11 查全體男生的姓名，要求查詢結(jié)果按所在系升序排序，對相同系的學(xué)生按年齡降序排序。StudentSnoSnameSsexSageSdeptP.李勇男DO（2）.AO（1）.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院二、更新操作1.修改操作例12 把200215121學(xué)生的年齡改為18歲。方法(1) ：將操作符“U.”放在值上StudentSnoSnameSsexSageSdept200215121U.18數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院修改操作(續(xù))方法(2)： 將操作符“U.”放在關(guān)系上碼200215121標明要修改的元組?！癠.”標明所在的行是修改后的新值。由于主碼是不能修改的，所以系統(tǒng)不會混淆要修改的屬性。StudentSnoSnameSsexSageSdeptU.20021512118數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論國脈信息學(xué)院修改操作(續(xù))例13 把200215121學(xué)生的年齡增加1歲 操作涉及表達式，必須將操作符“U.”放在關(guān)系上StudentSnoSnameS