數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫

西華師范大學(xué)計算機學(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)

關(guān)系數(shù)據(jù)庫簡介

系統(tǒng)而嚴(yán)格地提出關(guān)系模型的是美國

IBM公司的E.F.Codd

-1970年提出關(guān)系數(shù)據(jù)模型

?E.F.Codd,“ARelationalModelofDataforLarge

SharedDataBanks”,iCommunicationofthe

ACM》,1970

-之后，提出了關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算的概念

-1972年提出了關(guān)系的第一、第二、第三范式

—1974年提出了關(guān)系的BNF范式

關(guān)系數(shù)據(jù)庫簡介

?關(guān)系數(shù)據(jù)庫應(yīng)用數(shù)學(xué)方法來處理數(shù)據(jù)庫

中的數(shù)據(jù)

?80年代后，關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)成為最重要、

最流行的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

關(guān)系數(shù)據(jù)庫簡介

?典型實驗系統(tǒng)

-SystemR

-UniversityINGRES

?典型商用系統(tǒng)

-ORACLE

-SYBASE

-INFORMIX

-DB2

-INGRES

第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫

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)

2.1關(guān)系模型概述

?關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

-是支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

?關(guān)系模型的組成

-關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

-關(guān)系操作集合

-關(guān)系完整性約束

1.關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

■單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一一關(guān)系

-現(xiàn)實世界的實體以及實體間的各種聯(lián)系均用關(guān)系來

表示

職工登記表

2.關(guān)系操作集合

-1）常用的關(guān)系操作

?2）關(guān)系操作的特點

-3）關(guān)系數(shù)據(jù)語言的種類

?4）關(guān)系數(shù)據(jù)語言的特點

關(guān)系操作集合（續(xù)）

-1）常用的關(guān)系操作

-查詢

?選擇、投影、連接、除、并、交、差

-數(shù)據(jù)更新

?插入、刪除、修改

-查詢的表達(dá)能力是其中最主要的部分

關(guān)系操作集合（續(xù)）

-2）關(guān)系操作的特點

-集合操作方式，即操作的對象和結(jié)果都是集

合。

?非關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)操作方式：一次一記錄

關(guān)系操作集合（續(xù)）

?3）關(guān)系數(shù)據(jù)語言的種類

-關(guān)系代數(shù)語言

?用對關(guān)系的運算來表達(dá)查詢要求

?典型代表：ISBL

關(guān)系操作集合（續(xù)）

?關(guān)系數(shù)據(jù)語言的種類（續(xù)）

-關(guān)系演算語言：用謂詞來表達(dá)查詢要求

?元組關(guān)系演算語言

-謂詞變元的基本對象是元組變量

-典型代表：APLHA,QUEL

?域關(guān)系演算語言

-謂詞變元的基本對象是域變量

-典型代表：QBE

-具有關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算雙重特點的語言

?典型代表：SQL

關(guān)系操作集合（續(xù)）

?4）關(guān)系數(shù)據(jù)語言的特點

-關(guān)系語言是一種高度非過程化的語言

?存取路徑的選擇由DBMS的優(yōu)化機制來完成

?用戶不必用循環(huán)結(jié)構(gòu)就可以完成數(shù)據(jù)操作

-能夠嵌入高級語言中使用

-關(guān)系代數(shù)、元組關(guān)系演算和域關(guān)系演算三種

語言在表達(dá)能力上完全等價

3.關(guān)系的三類完整性約束

■實體完整性

-實體完整性規(guī)則：關(guān)系中的主鍵不能為空值（Null）。

空值就是“不知道”或“無意義”，通常由關(guān)系系統(tǒng)

自動支持

?參照完整性

-參照完整性規(guī)則：表的外鍵必須是另一個表主鍵的有

效值，或者是空值。早期系統(tǒng)不支持，目前大型系統(tǒng)

能自動支持

■用戶定義的完整性

-反映應(yīng)用領(lǐng)域需要遵循的約束條件，體現(xiàn)了具體領(lǐng)域

中的語義約束，用戶定義后由系統(tǒng)支持

學(xué)號姓名性別出生日期所在系

0022102王雪蓮女1980-9-15電子系

0051309白亞春男1981-1-25計算機系

0052201陳韜男1981-5-6計算機系

0052217袁更旭男1980-12-8計算機系

課程號學(xué)號成績

C201002210275

C505005130995

參照完整性示例C508A10286992

C506005221780

第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫

2.1關(guān)系模型概述

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)

2.2關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

?關(guān)系模型建立在集合代數(shù)的基礎(chǔ)上

?關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念

-關(guān)系

-關(guān)系模式

-關(guān)系數(shù)據(jù)庫

2.2關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

?2.2.2關(guān)系模式

?2.2.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫

2.2.1關(guān)系

?1?域(Domain)

?2.笛卡爾積(CartesianProduct)

?3.關(guān)系(Relation)

1?域(Domain)

?域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。

例：

?整數(shù)

?實數(shù)

?介于某個取值范圍的整數(shù)

■指定長度的字符串集合

?{‘男'，'女'}

?介于某個取值范圍的日期

2.笛卡爾積(CartesianProduct)

-1)笛卡爾積

給定一組域。1，。2，…，Dn,這些域中可以

有相同的。Dp。2，…，2的笛卡爾積為：

D]XD?X...XD〃--{(4,d?,...?dn)

d：GD：,，=1,2,??.，n}

If。

-所有域的所有取值的一個組合

-不能重復(fù)

笛卡爾積（續(xù)）

例給出三個域：

。產(chǎn)SUPERVISOR=｛張清玫，劉逸｝

O2=SPECIALITY=｛計算機專業(yè)，信息專業(yè)｝

/）3=POSTGRADUATE=｛李勇，劉晨，王敏｝

則。1，Q,。3的笛卡爾積為：

3X0X03=

｛（張清玫，計算機專業(yè)，李勇），（張清玫，計算機專業(yè)，劉晨）,

（張清玫，計算機專業(yè)，王敏），（張清玫，信息專業(yè)，李勇），

（張清玫，信息專業(yè)，劉晨），（張清玫，信息專業(yè)，王敏），

（劉逸，計算機專業(yè)，李勇），（劉逸，計算機專業(yè)，劉晨），

（劉逸，計算機專業(yè)，王敏），（劉逸，信息專業(yè)，李勇），

（劉逸，信息專業(yè)，劉晨），（劉逸，信息專業(yè)，王敏）｝

笛卡爾積（續(xù)）

?2）元組（Tuple）

—笛卡爾積中每一個元素（4，d?,…,弘）

叫作一個〃元組（n-tuple）或簡稱元組。

?3）分量（Component）

—笛卡爾積元素（必，dvdn）中的每一

個值4叫作一個分量。

笛卡爾積（續(xù)）

?4）基數(shù)（Cardinalnumber）

-若Dj（z=l,2,…，〃）為有限集，其基數(shù)

為（，=1,2,??.，〃），則

。。。〃的基數(shù)71/為：

1*2*.?.*n

M=IImi

—可以理解基數(shù)為"客域中數(shù)據(jù)的個數(shù)”，而

后形成的乘積中為“關(guān)系中元組個數(shù)”.

在上例中，基數(shù)：2X2X3=12,即

。1*。2*。3共有2義2義3=12個元組

笛卡爾積（續(xù)）

?5）笛卡爾積的表示方法

-笛卡爾積可表示為一個二維表。表中的每行

對應(yīng)一個元組，表中的每列對應(yīng)一個域。

在上例中，12個元組可列成一張二維表

表2.1Z)2,。3的笛卡爾積

SUPERVISORSPECIALITYPOSTGRADUATE

張清玫計算機專業(yè)李勇

張清玫計算機專業(yè)劉晨

張清玫計算機專業(yè)王敏

張清玫信息專業(yè)李勇

張清玫信息專業(yè)Xll晨

張清玫信息專業(yè)王敏

劉逸計算機專業(yè)李勇

劉逸計算機專業(yè)劉晨

劉逸計算機專業(yè)王敏

劉逸信息專業(yè)李勇

劉逸信息專業(yè)文”晨

文U逸信息專業(yè)王敏

關(guān)系中屬性個數(shù)稱為“元數(shù)”,

也稱目或度

?關(guān)系元數(shù)為5,基數(shù)為4

一般術(shù)語關(guān)系模型術(shù)語

字段、數(shù)據(jù)項屬性

ABCD記錄類型關(guān)系模式

記錄1

HibiCidi元組1

記錄2元組2

@2b2c2dz

記錄3元組3

a?baC3ch

記錄4元組4

b4Cddi

字段值屬性值

關(guān)系模型的術(shù)語

3.關(guān)系(Relation)

1）關(guān)系

3XQX…X。”的子集叫作在域。1，Q,

2上的關(guān)系，表示為

R（乃，Dv.?.，D〃）

R：關(guān)系名

n：關(guān)系的目或度（Degree）

關(guān)系(續(xù))

注意：

關(guān)系是笛卡爾積的有限子集。無限關(guān)系在數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)中是無意義的。

由于笛卡爾積不滿足交換律，即

(由,d2,…，dn)7^(d2,d],…，dn)

但關(guān)系滿足交換律，即

(d\，d?,???,4，dj,?..,4?)(di,d?，...,dj，dj,...,

df“I)(z,J7=1,2,,n)

解決方法：為關(guān)系的每個列附加一個屬性名以取

消關(guān)系元組的有序性

關(guān)系（續(xù)）

例在表2.1的笛卡爾積中取出有實際意義的元組

來構(gòu)造關(guān)系I

關(guān)系：SAP（SUPERVISOR,SPECIALITY,POSTGRADUATE）

-關(guān)系名，屬性名

假設(shè)：導(dǎo)師與專業(yè)：1:1,導(dǎo)師與研究生：l:n

于是：SAP關(guān)系可以包含三個元組

｛（張清玫，信息專業(yè)，李勇），

（張清玫，信息專業(yè)，劉晨），

（劉逸，信息專業(yè)，王敏）｝

關(guān)系(續(xù))

2)元組

關(guān)系手的每個元素是關(guān)系中的元組，通常用，

表不。

3)單元關(guān)系與二元關(guān)系

當(dāng)n=l時，稱該關(guān)系為單元關(guān)系(Unary

relation)。

當(dāng)n=2時，稱該關(guān)系為二元關(guān)系(Binary

relation)。

關(guān)系（續(xù)）

4）關(guān)系的表示

關(guān)系也是一個二維表，表的每行對應(yīng)一個元組,

表的每列對應(yīng)一個域。

表2.2SAP關(guān)系

SUPERVISORSPECIALITYPOSTGRADUATE

張清玫信息專業(yè)李勇

張清玫信息專業(yè)劉晨

劉逸信息專業(yè)王敏

關(guān)系（續(xù)）

5）屬性

關(guān)系中不同列可以對應(yīng)相同的域，為了加以區(qū)

分，必須對每列起一個名字，稱為屬性

（Attribute）。

〃目關(guān)系必有〃個屬性。

關(guān)系（續(xù)）

6）碼

候選碼（Candidatekey）

若關(guān)系中的某一屬性組的值能唯一地標(biāo)識

一個元組，則稱該屬性組為候選碼

在最簡單的情況下，候選碼只包含一個屬性。

稱為全碼（All-key）

在最極端的情況下，關(guān)系模式的所有屬性組

是這個關(guān)系模式的候選碼，稱為全碼（A11-

key）

關(guān)系(續(xù))

碼(續(xù))

主碼

若一個關(guān)系有多個候選碼，則選定其中一個

為主碼(Primarykey)

主碼的諸屬性稱為主屬性(Primeattribute)。

不包含在任何侯選碼中的屬性稱為韭碼屬性

(Non-keyattribute)

關(guān)系（續(xù)）

7）三類關(guān)系

基本關(guān)系（基本表或基表）

實際存在的表，是實際存儲數(shù)據(jù)的邏輯表示

查詢表

查詢結(jié)果對應(yīng)的表

視圖表

由基本表或其他視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不對

應(yīng)實際存儲的數(shù)據(jù)

8)基本關(guān)系的性質(zhì)

①列是同質(zhì)的(Homogeneous)

每一列中的分量是同一類型的數(shù)據(jù)，來自同

一個域

②不同的列可出自同一個域

其中的每一列稱為一個屬性

不同的屬性要給予不同的屬性名

基本關(guān)系的性質(zhì)(續(xù))

上例中也可以只給出兩個域：

人(PERSON)=張清玫，劉逸，李勇，劉晨，王敏

專業(yè)(SPECIALITY)=計算機專業(yè)，信息專業(yè)

SAP關(guān)系的導(dǎo)師屬性和研究生屬性都從PERSON域中取值

為了避免混淆，必須給這兩個屬性取不同的屬性名，而不能直接使

用域名。

例如定義：

導(dǎo)師屬性名為SUPERVISOR-PERSON(或SUPERVISOR)

研究生屬性名為POSTGRADUATE-PERSON(或POSTGRADUATE)

基本關(guān)系的性質(zhì)（續(xù)）

③列的順序無所謂

列的次序可以任意交換

遵循這一性質(zhì)的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品（如ORACLE）,

增加新屬性時，永遠(yuǎn)是插至最后一列

但也有許多關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品沒有遵循這一

性質(zhì)，例如FoxPro仍然區(qū)分了屬性順序

基本關(guān)系的性質(zhì)（續(xù)）

④任意兩個元組不能完全相同

由笛卡爾積的性質(zhì)決定

但許多關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品沒有遵循這一性質(zhì)。

例如：

Oracle,FoxPro等都允許關(guān)系表中存在兩個完全相同

的元組，除非用戶特別定義了相應(yīng)的約束條件。

基本關(guān)系的性質(zhì)（續(xù)）

⑤行的順序無所謂

行的次序可以任意交換

遵循這一性質(zhì)的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品（如ORACLE）,

插入一個元組時永遠(yuǎn)插至最后一行

但也有許多關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品沒有遵循這一性

質(zhì)，例如FoxPro仍然區(qū)分了元組的順序

基本關(guān)系的性質(zhì)（續(xù)）

⑥分量必須取原子值

每一個分量都必須是不可分的數(shù)據(jù)項。

這是規(guī)范條件中最基本的一條

表2.3非規(guī)范化關(guān)系

POSTGRADUATE

SUPERVISOR

PG1PG2

SPECIALITY

張清玫信息專業(yè)李勇劉晨

劉逸信息專業(yè)王敏

2.2關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.2.1關(guān)系

2.2.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫

2.2.2關(guān)系模式

1.什么是關(guān)系模式

2.定義關(guān)系模式

3.關(guān)系模式與關(guān)系

1.什么是關(guān)系模式

關(guān)系模式(RelationSchema)是型

關(guān)系是值

關(guān)系模式是對關(guān)系的描述

元組集合的結(jié)構(gòu)

屬性構(gòu)成

屬性來自的域

屬性與域之間的映象關(guān)系

元組語義以及完整性約束條件

元組語義：一個n目謂詞(n:屬性集中屬性的個數(shù))；關(guān)系就是由

符合元組語義的那部分元素，即令該n目謂詞為真的笛卡爾積中

的元素的全體構(gòu)成的。

屬性間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系集合

2.定義關(guān)系模式

關(guān)系模式可以形式化地表示為：

RCU,D,dom,F)

R關(guān)系名

U組成該關(guān)系的屬性名集合

D屬性組。中屬性所來自的域

dom屬性向域的映象集合

F屬性間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系集合

定義關(guān)系模式(續(xù))

例：

導(dǎo)師和研究生出自同一個域——人，

取不同的屬性名，并在模式中定義屬性向域

的映象，即說明它們分別出自哪個域：

dom(SUPERVISOR-PERSON)

=dom(POSTGRADUATE-PERSON)

^PERSON

定義關(guān)系模式（續(xù)）

關(guān)系模式通?？梢院営洖?/p>

R（u）或

&（4,A2,…，4”）

R關(guān)系名

AvAvAn屬性名

注：域名及屬性向域的映象常常直接說明為

屬性的類型、長度

3.區(qū)別關(guān)系模式與關(guān)系

關(guān)系模式

對關(guān)系的描述

靜態(tài)的、穩(wěn)定的

關(guān)系

關(guān)系模式在某一時刻的狀態(tài)或內(nèi)容

動態(tài)的、隨時間不斷變化的

關(guān)系模式和關(guān)系往往統(tǒng)稱為關(guān)系，通過上下文加以區(qū)別

2.2關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.2.1關(guān)系

2.2.2關(guān)系模式

2.2.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫

1.關(guān)系數(shù)據(jù)庫

2.關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型與值

1.關(guān)系數(shù)據(jù)庫

在一個給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有實體及實

體之間聯(lián)系的關(guān)系的集合構(gòu)成一個關(guān)系數(shù)

據(jù)庫。

2.關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型與值

關(guān)系數(shù)據(jù)庫也有型和值之分

關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式,是對關(guān)系

數(shù)據(jù)庫的描述

若干域的定義

在這些域上定義的若干關(guān)系模式

關(guān)系數(shù)據(jù)庫的侑是這叱關(guān)系模式在某一時刻對應(yīng)

的關(guān)系的集合，通常簡稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫

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)

2.4關(guān)系代數(shù)

2.5關(guān)系演算

2.6小結(jié)

2.3關(guān)系的完整性

關(guān)系模型的完整性規(guī)則是對關(guān)系的某種約束條件。

關(guān)系模型中三類完整性約束：

實體完整性

參照完整性

用戶定義的完整性

實體完整性和參照完整性是關(guān)系模型必須滿足的完

整性約束條件，被稱作是關(guān)系的兩個不變性,應(yīng)

該由關(guān)系系統(tǒng)自動支持。

關(guān)系的完整性（續(xù)）

2.3.2.參照完整性

233.用戶定義的完整性

2.3.1實體完整性

實體完整性規(guī)則(EntityIntegrity)

若屬性，是基本關(guān)系R的主屬性，則屬性

，不能取空值

例

SAP(SUPERVISOR,SPECIALITY,POSTGRADUATE)

POSTGRADUATE^性為主碼

(假設(shè)研究生不會重名)，則其不能取空值

實體完整性(續(xù))

關(guān)系模型必須遵守實體完整性規(guī)則的原因

(1)實體完整性規(guī)則是針對基本關(guān)系而言的。一

個基本表通常對應(yīng)現(xiàn)實世界的一個實體集或多

對多聯(lián)系。

(2)現(xiàn)實世界中的實體和實體間的聯(lián)系都是可區(qū)

分的，即它們具有某種唯一性標(biāo)識。

(3)相應(yīng)地，關(guān)系模型中以主碼作為唯一性標(biāo)識。

實體完整性（續(xù)）

關(guān)系模型必須遵守實體完整性規(guī)則的原因（續(xù)）

（4）主碼中的屬性即主屬性不能取空值。

空值就是“不知道”或“無意義”的值。

主屬性取空值，就說明存在某個不可標(biāo)識

的實體，即存在不可區(qū)分的實體，這與

第（2）點相矛盾，因此這個規(guī)則稱為實

體完整性。

實體完整性（續(xù)）

注意

實體完整性規(guī)則規(guī)定基本關(guān)系的所有

主屬性都不能取空值

例

選修（學(xué)號，課程號，成績）

“學(xué)號、課程號”為主碼，則兩個屬性

都不能取空值。

關(guān)系的完整性

2.3.1實體完整性

233.用戶定義的完整性

2.3.2參照完整性

1.關(guān)系間的引用

2.外碼

3.參照完整性規(guī)則

1.關(guān)系間的引用

在關(guān)系模型中實體及實體間的聯(lián)系都是用

關(guān)系來描述的，因此可能存在著關(guān)系與關(guān)

系間的引用。

例1學(xué)生實體、專業(yè)實體以及專業(yè)與學(xué)生

間的一對多聯(lián)系

學(xué)生（生號，姓名，性別，，年齡）

專業(yè)（，專業(yè)名）

學(xué)生（堂號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡）

學(xué)號姓名T生另U專、Lk號年齒令

801張三1女O119

802李四男O120

803王五男O120

804趙六女0220

805錢七男0219

專1k號專業(yè)名

oi信息

02專業(yè)（專業(yè)號，泰業(yè)名）

03計算機

回

關(guān)系間的引用（續(xù)）

例2學(xué)生、課程、學(xué)生與課程之間的多對

多聯(lián)系

學(xué)生（學(xué)號,姓名，性別，專業(yè)號，年齡）

課程（課程號,課程名，學(xué)分）

選修（，課程號,成績）

學(xué)生

學(xué)號姓名T生別專、1k號年齡

801弓長三1女O119

802李四男O120

803王五男O120

804趙六女0220

805錢七男0219

課程學(xué)生選課

課程號課程名學(xué)分學(xué)號課程號成績

01數(shù)據(jù)庫48010492

02數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)48010378

8010285

03編譯4

8020382

04PASCAL2

8020490

8030488

關(guān)系間的引用（續(xù)）

例3學(xué)生實體及其內(nèi)部的領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)系（一對多）

學(xué)生（軍號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡，班長）

學(xué)號姓名性別專業(yè)號年齡班長

801張三女0119802

802李四男0120

803王五男0120802

804趙六女0220805

805錢七男0219