第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫

1、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))第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型概述關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系的完整性關(guān)系代數(shù)關(guān)系演算小結(jié)2.4關(guān)系代數(shù)概述傳統(tǒng)的集合運(yùn)算專門的關(guān)系運(yùn)算概 述表2.4關(guān)系代數(shù)運(yùn)算符運(yùn)算符含義運(yùn)算符含義集合運(yùn)算符-并差交笛卡爾積比較運(yùn)算符大于大于等于小于小于等于等于不等于概 述(續(xù))表2.4關(guān)系代數(shù)運(yùn)算符（續(xù)）運(yùn)算符含義運(yùn)算符含義專門的關(guān)系運(yùn)算符 選擇投影連接除邏輯運(yùn)算符非與或2.4關(guān)系代數(shù)概述傳統(tǒng)的集合運(yùn)算專門的關(guān)系運(yùn)算1.并（Union）R和S 具有相同的目n（即兩個(gè)關(guān)系都有n個(gè)屬性

2、） 相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)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 并(續(xù))2. 差（Difference）R和S 具有相同的目n 相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)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 差(續(xù))3. 交（Intersection）R和S 具有相同的目n 相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)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）交 (續(xù))4. 笛卡爾積（Cartesian Product）嚴(yán)格地講應(yīng)該是廣義的笛卡爾積（Extended Cartesian Prod

3、uct）R: n目關(guān)系，k1個(gè)元組S: m目關(guān)系，k2個(gè)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(gè)元組 后m列是關(guān)系S的一個(gè)元組 行：k1k2個(gè)元組 RS = tr ts |tr R tsS 笛卡爾積(續(xù))2.4關(guān)系代數(shù)概述傳統(tǒng)的集合運(yùn)算專門的關(guān)系運(yùn)算2.4.2專門的關(guān)系運(yùn)算先引入幾個(gè)記號(hào)（1） R，tR，tAi設(shè)關(guān)系模式為R(A1，A2，An) 它的一個(gè)關(guān)系設(shè)為RtR表示t是R的一個(gè)元組tAi則表示元組t中相應(yīng)于屬性Ai的一個(gè)分量專門的關(guān)系運(yùn)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

4、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Ai1，Ai2， Aik后剩余的屬性組。專門的關(guān)系運(yùn)算(續(xù))（3） tr tsR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(gè)n + m列的元組，前n個(gè)分量為R 中的一個(gè)n元組，后m個(gè)分量為S中的一個(gè)m元組。專門的關(guān)系運(yùn)算(續(xù))（4）象集Zx給定一個(gè)關(guān)系R（X，Z），X和Z為屬性組。 當(dāng)tX=x時(shí)，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上分量的集合專門的關(guān)系運(yùn)算(續(xù))x

5、1在R中的象集=Z1，Z2，Z3，Zx1x2在R中的象集=Z2，Z3，Zx2x3在R中的象集Zx3=Z1，Z3象集舉例專門的關(guān)系運(yùn)算(續(xù))選擇投影連接除專門的關(guān)系運(yùn)算(續(xù))4) 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SCStudent(a)學(xué)號(hào)Sno姓名Sname性別Ssex年齡Sage所在系Sdept200215121200215122200215123200215125李勇劉晨王敏張立男女女男20191819CS IS MAIS專門的關(guān)系運(yùn)算(續(xù))Course(b)課程號(hào)Cno課程名Cname先行課Cpno學(xué)分Ccredit1234567數(shù)據(jù)庫數(shù)學(xué)信息系統(tǒng)

6、操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理PASCAL語言516764243424專門的關(guān)系運(yùn)算(續(xù))SC(c)學(xué)號(hào)Sno課程號(hào)Cno成績Grade2002151212002151212002151212002151222002151221232392858890801. 選擇（Selection）1) 選擇又稱為限制（Restriction）2) 選擇運(yùn)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(gè)邏輯表達(dá)式，基本形式為：X1Y1選擇（續(xù)）3)選擇運(yùn)算是從關(guān)系R中選取使邏輯表達(dá)式F為真的元組，是從行的角度進(jìn)行的運(yùn)算選擇（續(xù)）例1查詢信息系（IS系）全體

7、學(xué)生Sdept = IS (Student)5 =IS (Student)或結(jié)果S：noSnameSsexSageSdept200215122200215125劉晨張立女男1919ISIS選擇（續(xù)）例2查詢年齡小于20歲的學(xué)生Sage 20(Student) 4 20(Student)或結(jié)果：SnoSnameSsexSageSdept200215122200215123200215125劉晨王敏張立女女男191819IS MAIS2. 投影（Projection）1）投影運(yùn)算符的含義 從R中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系A(chǔ)(R) = tA | t R A為R中的屬性列2. 投影（Projecti

8、on）2）投影操作主要是從列的角度進(jìn)行運(yùn)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）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(gè)屬性上的投影Sname，Sdept(Student)2，5(Student)或結(jié)果：投影（續(xù)）SnameSdept李勇劉晨王敏張立CS IS MAIS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：SdeptCSIS MA3.連接（Join）1） 連接也稱為連接2） 連接運(yùn)算的含義從兩個(gè)關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組| tr Rts StrAts

9、B RS = tr tsAB 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(yùn)算符 連接運(yùn)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)系的元組連接(續(xù))3） 兩類常用連接運(yùn)算 等值連接（equijoin） 什么是等值連接為“”的連接運(yùn)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：| tr Rts StrA = tsB RS = tr tsA=B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(gè)關(guān)系中進(jìn)行比較的分量必須是相同的屬性組 在結(jié)果中把重復(fù)

10、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| tr Rts StrB = tsB RS = tr ts連接(續(xù))4）一般的連接操作是從行的角度進(jìn)行運(yùn)算。RABS自然連接還需要取消重復(fù)列，所以是同時(shí)從行和列的角度進(jìn)行運(yùn)算。連接(續(xù))例5關(guān)系R和關(guān)系S 如下所示：連接(續(xù))RCES的結(jié)果如下：一般連接連接(續(xù))等值連接 RS 的結(jié)果如下：R.B=S.B連接(續(xù))自然連接 RS的結(jié)果如下：連接(續(xù))在自然連中討論以下內(nèi)容外連接 如果把舍棄（沒匹配上）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

11、（沒匹配上）的元組保留就叫做左外連接(LEFT OUTER JOIN或LEFT JOIN)右外連接 如果只把右邊關(guān)系S中要舍棄（沒匹配上）的元組保留就叫做右外連接(RIGHT OUTER JOIN或RIGHT JOIN)。連接(續(xù))下圖是例5中關(guān)系R和關(guān)系S的外連接連接(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(yùn)算得到一個(gè)新的關(guān)系P(X)，P是R中滿足下列條件的元組在X屬性列上的投影：元組在X上分量值x的象集Yx包含

12、S在Y上投影的集合，記作：| tr (S) RS= tr XRYtrXYxYx：x在R中的象集，x=除(續(xù))2）除操作是同時(shí)從行和列角度進(jìn)行運(yùn)算RS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)分析在關(guān)系R中，A可以取四個(gè)值a1，a2，a3，a4a1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(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RS =a1所以5綜合舉例以學(xué)生-課程數(shù)據(jù)庫為例

13、 (P56)例7查詢至少選修1號(hào)課程和3號(hào)課程的學(xué)生號(hào)碼首先建立一個(gè)臨時(shí)關(guān)系K：Cno13然后求：Sno,Cno(SC)K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=20021512 1SnoCno20021512120021512120021512120021512220021512212323綜合舉例(續(xù))例 8查詢選修了2號(hào)課程的學(xué)生的學(xué)號(hào)。Sno（Cno=2（SC） 200215121，200215122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(hào)課程的學(xué)生姓名Sna

14、me(Cpno=5(CourseSCStudent)或Sno，Sname(Student)Sname(Cpno=5(Course)SC或Sname (Sno (Cpno=5 (Course)Sno，Sname (Student)SC)綜合舉例(續(xù))例10查詢選修了全部課程的學(xué)生號(hào)碼和姓名。Sno，Cno（SC）Cno（Course）Sno，Sname（Student）小結(jié)關(guān)系代數(shù)運(yùn)算關(guān)系代數(shù)運(yùn)算并、差、交、笛卡爾積、投影、選擇、連接、除基本運(yùn)算并、差、笛卡爾積、投影、選擇交、連接、除可以用5種基本運(yùn)算來表達(dá)引進(jìn)它們并不增加語言的能力，但可以簡化表達(dá)小結(jié)(續(xù))關(guān)系代數(shù)表達(dá)式 關(guān)系代數(shù)運(yùn)算經(jīng)有限次

15、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 Test Vehicle）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型概述關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系的完整性關(guān)系代數(shù)關(guān)系演算小結(jié)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?cè)煌M(jìn)行分類1.元組關(guān)系演算：以元組變量作為謂詞變?cè)幕緦?duì)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?cè)幕緦?duì)象域關(guān)系演算語言QBE2.5.1 元組關(guān)系演算

16、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n GET更新語句n PUT，HOLD，UPDATE，DELETE，DROP一、檢索操作語句格式：GET（定額）（表達(dá)式1）工作空間名：操作條件 DOWN/UP 表達(dá)式2定額：規(guī)定檢索的元組個(gè)數(shù) 格式：數(shù)字表達(dá)式1：指定語句的操作對(duì)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(dá)式表達(dá)式2：指定排序方式 格式：關(guān)系名. 屬性名| 元組變量. 屬性名，（1）簡單檢索GET工作空間名 （表達(dá)式1）例1查詢所有被選修的

17、課程號(hào)碼。GETW(SC.Cno)例2查詢所有學(xué)生的數(shù)據(jù)。GETW(Student)（2）限定的檢索格式GET工作空間名（表達(dá)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(hào)和年齡GETW(Student.Sno，Student.Sage):Student.Sdept=IS Student.Sage19條件查詢（與條件）例4求計(jì)算機(jī)科學(xué)系年齡大于19歲的學(xué)生的學(xué)號(hào)。方法(1)：把兩個(gè)條件寫在同一行上StudentSnoSnameSsexSageSdeptP.20021512119CS條件查詢（與條件）方法(2)：把兩個(gè)條件寫在不同行上，但使用相同的示例元素值StudentSn

18、oSnameSsexSageSdeptP.200215121P.20021512119CS條件查詢（與條件）例5查詢既選修了1號(hào)課程又選修了2號(hào)課程的學(xué)生的學(xué)號(hào)。ScSnoCnoGradeP.200215121P.20021512112條件查詢（或條件）例6查詢計(jì)算機(jī)科學(xué)系或者年齡大于19歲的學(xué)生的學(xué)號(hào)。StudentSnoSnameSsexSageSdeptP.200215121P.20021512219CS條件查詢（多表連接）查詢選修1號(hào)課程的學(xué)生姓名。例7注意：示例元素Sno是連接屬性，其值在兩個(gè)表中要相同。ScSnoCnoGrade2002151211Stude ntSnoSnameS

19、sexSageSdept200215121P.李勇條件查詢（非條件）例8查詢未選修1號(hào)課程的學(xué)生姓名思路：顯示學(xué)號(hào)為200215121的學(xué)生名字，而該學(xué)生選修1號(hào)課程的情況為假ScSnoCnoGrade2002151211StudentSnoSnameSsexSageSdept200215121P.李勇條件查詢（續(xù)）例9查詢有兩個(gè)人以上選修的課程號(hào)。思路：查詢這樣的課程1，它不僅被200215121選修而且也被另一個(gè)學(xué)生（200215121）選修了ScSnoCnoGrade200215121 200215121P.1 13.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 SUM AV

20、GMAXMIN對(duì)元組計(jì)數(shù)求 總 和 求平均值求最大值求最小值聚集函數(shù)（續(xù)）例10查詢信息系學(xué)生的平均年齡。StudentSnoSnameSsexSageSdep tP.AVG.ALLIS4.對(duì)查詢結(jié)果排序升序排序： 對(duì)查詢結(jié)果按某個(gè)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(jí)，i值越小，優(yōu)先級(jí)越高對(duì)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(duì)相同系的學(xué)生按年齡降序排序。StudentSnoSnameSsexSageSdeptP.李勇男DO（2）.AO（1）.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Studen tSnoSnameSsexSageSdept200215121U.18修改操作(續(xù))方法(2)： 將操作符“U.”放在關(guān)系上碼200215121標(biāo)明要修改的元組。“U.”標(biāo)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(huì)混淆要修改的屬性。StudentSnoSnameSsexSageSdeptU.20021512118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(dá)式，必須將操作符“U.”放在關(guān)系上Studen