第二章关系数据库

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偶陈
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1 第二章关系数据库

2 本章内容针对关系数据模型的三要素进行论述 1. 数据结构 2. 数据操作 3. 数据的完整性约束条件

3 2.1 关系数据模型概述关系数据库, 是建立在关系数据模型基础上的数据库系统关系系统基于关系模型, 关系模型又是基于数学方面的数据抽象理论关系数据库, 用数学的方法来处理数据库中的数据

4 关系数据模型 E.F.Codd,1970 年提出关系模型理论大型共享数据库数据的关系模型单一的数据结构扁平的二维表以关系的形式来描述现实世界实体 ( 学生课程 ) 实体间的联系 ( 学生选课表 )

5 关系数据模型关系操作集合操作非过程化用户不必关心路径关系数据操作语言关系代数关系演算 SQL( 结构化的查询语言 )

6 关系数据模型 ( 续 ) 完整性约束实体完整性参照完整性用户定义的完整性

7 2.2 关系数据结构的定义域域是一组具有相同数据类型的值的集合关系模型要求域必须是原子数据的集合

8 关系数据结构的定义笛卡儿积给定一组域 D 1,D 2,,D n, 这些域中可以有相同的 D 1,D 2,,D n 的笛卡儿积为 : D 1 D 2 D n = {(d 1,d 2,,d n ) d i D i, i=1,2,,n} 其中, 每一个元素 (d 1,d 2,,d n ) 叫作一个 n 元组 (n-tuple) 或简称元组

9 关系关系数据结构的定义 D 1 D 2 D n 的子集叫作在域 D 1,D 2,,D n 上的关系, 表示为 R(D 1,D 2,,D n,) 关系是笛卡儿积的子集, 是一张二维表, 表的每行对应一个元组, 列对应一个域, 给每个列取名属性名以示区别

10 关系数据结构的定义码若关系中的某一组属性的值能唯一地标识一个元组, 则称该属性组为候选码候选码的超集为超码候选码之一可被选作主码 (PrimaryKey,PK) 候选码中的属性称为主属性

11 关系数据结构的定义基本关系 ( 基本表 ) 实际存在的表实际存储数据的逻辑表示查询表查询结果对应的表视图表由基本表或其他视图表导出的表虚表, 无实际存储的物理表相对应关系有三种类型

12 关系数据结构的定义基本表的性质列是同质的, 来自同一个域不同的属性具有不同的属性名, 但可以来自同一个域列的顺序无关行的顺序无关分量 ( 每个元组中的每个属性 ) 必须取原子值任意两个元组不能完全相同 *

13 关系数据结构的定义关系模式关系模式是采用关系数据模型对数据的描述是型关系是相应关系模式的值 ( 实例 ) 是相应实体集在某一时刻的快照

14 关系数据结构的定义关系模式 R(U,D,dom,F) R(U) R(A1,A2,,An) 关系 U: 属性名集合 D: U 中属性域的集合 Dom: 属性到域的映像集合 F: 属性间数据的依赖关系是关系模式在某一时刻的状态或内容关系模式是静态的, 稳定的, 而关系是动态的, 随时间变化的

15 关系数据结构的定义关系数据库基于关系数据模型的数据库 RDB 关系数据库管理系统 RDBMS 关系数据库模式关系数据库中所有关系模式的集合关系数据库的值关系数据库在某一时刻的快照

16 2.3 关系的完整性对关系的某种约束条件关系模型的完整性约束实体完整性参照完整性用户定义的完整性

17 关系的完整性实体完整性规则主属性 ( 组成主码的属性 ) 不能取空值 (Null) NULL 例不知道未提供短缺不能简单地认为没有 student(sno,sname,ssex) 不能取 NULL

18 关系的完整性参照完整性是关于联系的约束关系与关系间的引用引用被引用例 : 学生 ( 学号, 姓名, 性别, 专业号, 年龄 ) 引用专业 ( 专业号, 专业名 )

19 关系的完整性参照完整性外码 (Foreign Key) 设 F 是基本关系 R 中的一个或一组属性 ( 但不是 R 的码 ), 如果 F 与基本关系 S 的主码 K S 相对应, 则称 F 是基本关系 R 的外码 R 为参照关系,S 为被参照关系例 : 学生 ( 学号, 姓名, 性别, 专业号, 年龄 ) 参照关系 ( 从表 ) 引用外码专业 ( 专业号, 专业名 ) 被参照关系 ( 主表 )

20 关系的完整性参照完整性参照完整性规则若属性 ( 或属性组 )F 是基本关系 R 的外码, 它与基本关系 S 的主码相对应, 则对于 R 中每个元组在 F 上的值必须为 : 或者取空值 (NULL) 或者等于 S 中某个元组的主码值

21 关系的完整性参照完整性

22 关系的完整性参照完整性参照完整性的各种违例情况从表插入从表元组, 且外键不为 Null 修改从表外键, 且不为 Null 主表删除主表元组, 其已被参照修改主表主键, 其已被参照删除主表

23 关系的完整性参照完整性参照可能发生在同一个关系中非主属性引用主码属性例 : 学生 ( 学号, 姓名, 性别, 班长 ) 引用

24 关系的完整性用户定义的完整性特殊的约束条件与特定的应用相关

25 2.4 关系代数属于关系操作的一种关系代数是一种抽象的查询语言通过对关系的运算来表达查询操作运算对象结果均为关系运算集合运算关系运算比较运算逻辑运算

26 关系代数运算符

27 关系代数集合运算集合 (Set) 无重复顺序无关包 (Bag) 可重复顺序无关列表 (List) 可重复顺序相关集合运算并交差广义笛卡儿积二目运算

28 集合运算并 Union ( ) R 和 S 的并,R S, 是在 R 或 S 或两者中的元素的集合一个元素在并集中只出现一次 R 和 S 必须同类型 ( 属性集相同次序相同, 但属性名可以不同 ) R S

29 集合运算并 Union ( )

30 集合运算交 Intersect ( ) R 和 S 的交,R S, 是在 R 和 S 中都存在的元素的集合一个元素在交集中只出现一次 R 和 S 必须同类型 ( 属性集相同次序相同, 但属性名可以不同 ) R S

31 集合运算交 Intersect ( )

32 集合运算差 Minus (-) R 和 S 的差,R-S, 是在 R 中而不在 S 中的元素的集合 [ R S=R-(R-S) ] R 和 S 必须同类型 ( 属性集相同次序相同, 但属性名可以不同 ) R - S

33 集合运算差 Minus (-)

34 集合运算笛卡儿积 ( ) 关系 R S 的笛卡儿积是两个关系的元组对的集合所组成的新关系 R S: 属性是 R 和 S 的组合 ( 有重复 ) 元组是 R 和 S 所有元组的可能组合是 R S 的无条件连接, 使任意两个关系的信息能组合在一起

35 集合运算笛卡儿积 ( )

36 关系代数专门的关系运算选择投影连接除法

37 关系运算选择 (σ) 从关系 R 中选择符合条件的元组构成新的关系 σf(r), 表示从 R 中选择满足条件 ( 使逻辑表达式 F 为真 ) 的元组行的运算 (Where)

38 关系运算选择 (σ) 例 : σssex = 男 AND sdep = IS (Student)

39 关系运算投影 (π) 从关系 R 中选择若干属性组成新的关系 πa 1, A 2,, A n (R), 表示从 R 中选择属性集 A 1,A 2,,A n 组成新的关系列的运算 (Select) 投影运算的结果中, 也要去除可能的重复元组

40 关系运算投影 (π) 例 : πssex,sage(student)

41 关系运算条件连接 (θ) 从 R S 的结果集中, 选取在指定的属性集上满足 θ 条件的元组, 组成新的关系 θ 是一个关于属性集的逻辑表达式 R θs

42 关系运算条件连接 (θ)

43 关系运算等值连接 (θ) R S R.B=S.B

44 关系运算自然连接 ( ) 从 R S 的结果集中, 选取在某些公共属性上具有相同值的元组, 组成新的关系 R S 的公共属性属性集的交集 ( 名称及类型相同 ) 公共属性在结果中只出现一次例 : student sc

45 关系运算自然连接 ( ) R S

46 关系运算除 ( )

47 关系代数实例

48 关系代数实例 1 查询选修了 2 号课程的学生的学号课程号学号 SC 表

49 关系代数实例 1 2 号课程的选课情况 σ cno= 2 (SC)

50 关系代数实例 1 选修 2 号课程的学号 π sno (σ cno= 2 (SC))

51 关系代数实例 2 列出选修数学课的学生的学号姓名以及成绩学号姓名 Student 表课程名称 Course 表成绩 SC 表 Student SC Course sno cno

52 关系代数实例 2 数学课 σcname = 数学 (Course)

53 关系代数实例 2

54 关系代数实例 2 选修数学课的记录 SC (σcname = 数学 (Course))

55 关系代数实例 2 选修数学的学生记录 Student (SC (σcname = 数学 (Course)))

56 关系代数实例 2 选修数学的学生的学号姓名成绩 π sno,sname,grade Student (SC (σ cname = 数学 (Course)))

57 关系代数实例 2

58 关系演算关系代数是用对关系的运算来表示查询关系演算是用谓词来表达查询分为 : 元组关系演算语言 : Quel, Aplha 域关系演算语言 : QBE

59 元组关系演算语言 ALPHA 以元组变量作为谓词演算的基本对象. 语句格式 : 操作语句工作空间 ( 表达式 ): 操作条件表达式说明要查询的结果, 关系名或属性名操作条件是一个逻辑表达式, 表示要满足的条件

60 ALPHA 实例查询信息系中年龄小于 20 岁的学生的学号和年龄. GET W (student.sno, student.sage): student.sdept= IS AND student.sage<20

61 ALPHA 实例 : 使用元组变量查询选修了这样课程的学生学号, 其直接先行课是 6 号课程 RANGE course CX GET W(sc.sno): 存在 CX (CX.cno=sc.cno AND CX.peno= 6 ) 元组变量的好处 : 简化关系名, 可以使用量词存在量词, 全称量词 : 表达能力扩展

62 ALPHA 实例 : 使用全称量词查询选修了所有课程的学生名字 RANGE course cx sc scx GET W(student.sname): 任意 cx 存在 scx(scx.sno=student.sno AND scx.cno=cx.cno)

63 ALPHA 实例 : 多个关系的查询查询 90 分以上学生名字和课程名字 RANGE sc scx GET W (student.sname, course,cname): 存在 scx(scx.grade>=90 AND scx.sno=student.sno AND course.cno=scx.cno)

64 域演算语言 :QBE 以元组变量的分量作为谓词的变元求计算机系年龄大于 19 岁的学生学号 student sno sname ssex sage sdept P >19 CS

65 域演算语言 QBE: 多个关系查询查询选修 1 号课程的学生姓名 Student sno sname ssex sage sdept P. XYZ SC sno cno Grade

66 课堂作业 (1) 在以下的四个关系代数表达式中有一个与其他的三个是不等价的这些表达式都是基于关系 R(A, B) 和 S(B, C) 的请指出其中的哪一个与其它的不等价 (a) π A,B (R S) (b) R π B (S) (c) R (π A (R) x π B (S)) (d) π A, R.B (R x S)

67 课堂作业 (2) 习题 5 用关系代数,alpha, QBE 表示下述查询 : S(sno,sname,status,city) 供应商 P(pno,pname,color,weight) 零件 J(jno,jname,city) 工程项目 SPJ(sno,pno,jno,qty) 3) 求供应工程 j1 红色零件的供应商代码 (sno) 4) 求没有使用天津供应商生产的红色零件的工程项目代码 (jno)

68 实验 : 认识 DBMS 安装一个数据库软件

数据库系统概论

数据库系统概论第二章关系数据库兴义民族师范学院关系数据库简介 1970 年美国 IBM 公司的 E.F.Codd 提出关系数据模型 A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks, Communication of the ACM,1970 随后提出了关系代数和关系演算的概念 1972 年提出了关系的第一第二第三范式 1974

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