华中科技大学数据库ppt课件第02章关系数据库.ppt
An Introduction to Database System,2.1 关系模型概述2.2 关系数据结构2.3 关系的完整性2.4 关系代数2.5 关系演算2.6 小结,第2章 关系数据库,An Introduction to Database System,2.1 关系模式概述,IBM公司的E.F.Codd于70年代初提出关系数据理论，他因此获得1981年的ACM图灵奖1970年提出关系数据模型E.F.Codd, “A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks”, Communication of the ACM,1970之后，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年提出了关系的BC范式关系理论是建立在集合代数理论基础上的，有着坚实的数学基础80年代后，关系数据库系统成为最重要、最流行的数据库系统,An Introduction to Database System,2.1 关系模式概述,典型实验系统System R (由IBM公司研制)University INGRES(由加州Berkeley分校研制)典型商用系统ORACLESYBASEINFORMIXDB2Microsoft SQL ServerAccess，Foxpro，Foxbase,An Introduction to Database System,2.1 关系模式概述,关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统关系模型的组成关系数据结构关系操作集合关系完整性约束,An Introduction to Database System,2.1 关系模式概述,1. 关系数据结构单一的数据结构-关系现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示数据的逻辑结构-二维表从用户角度，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表。,An Introduction to Database System,2.1 关系模式概述,2. 关系操作集合1) 常用的关系操作2) 关系操作的特点3) 关系数据语言的种类4) 关系数据语言的特点,An Introduction to Database System,2.1 关系模式概述,关系操作集合(续)1) 常用的关系操作查询选择(select)、投影(project)、连接(join)除(divide)、并(union)、交(intersection)差(difference)数据更新插入(insert)、删除(delete)、修改(updated)查询的表达能力是其中最主要的部分,An Introduction to Database System,2.1 关系模式概述,关系操作集合(续)2) 关系操作的特点集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合。(set at a time)非关系数据模型的数据操作方式：一次一记录 (record at a time)文件系统的数据操作方式,An Introduction to Database System,2.1 关系模式概述,关系操作集合(续)3) 关系数据语言的种类 关系代数语言 元组关系演算语言关系数据语言 关系演算语言 域关系演算语言 关系代数和关系演算结合的语言,An Introduction to Database System,2.1 关系模式概述,关系操作集合(续)关系数据语言的种类(续)关系代数语言 用对关系的运算来表达查询要求典型代表：ISBL,An Introduction to Database System,2.1 关系模式概述,关系操作集合(续)关系数据语言的种类(续)关系演算语言：用谓词来表达查询要求元组关系演算语言谓词变元的基本对象是元组变量典型代表：APLHA, QUEL域关系演算语言 谓词变元的基本对象是域变量典型代表：QBE具有关系代数和关系演算双重特点的语言典型代表：SQL,An Introduction to Database System,2.1 关系模式概述,关系操作集合(续)4) 关系数据语言的特点关系语言是一种高度非过程化的语言存取路径的选择由DBMS的优化机制来完成用户不必用循环结构就可以完成数据操作能够嵌入高级语言中使用关系代数、元组关系演算和域关系演算三种语言在表达能力上完全等价,An Introduction to Database System,2.1 关系模式概述,3. 关系的三类完整性约束实体完整性通常由关系系统自动支持参照完整性早期系统不支持，目前大型系统能自动支持用户定义的完整性反映应用领域需要遵循的约束条件，体现了具体领域中的语义约束用户定义后由系统支持,An Introduction to Database System,2.1 关系模型概述2.2 关系数据结构2.3 关系的完整性2.4 关系代数2.5 关系演算2.6 小结,第2章 关系数据库,An Introduction to Database System,2.2 关系数据结构,2.2.1 关系2.2.2 关系模式2.2.3 关系数据库,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,2.2.1 关系1. 域（Domain）2. 笛卡尔积（Cartesian Product）3. 关系（Relation）,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,1. 域（Domain）域是一组具有相同数据类型的值的集合。如：整数实数介于某个取值范围的整数长度指定长度的字符串集合男，女介于某个取值范围的日期,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,2. 笛卡尔积（Cartesian Product）1）笛卡尔积给定一组域D1，D2，Dn，这些域中可以有相同的。D1，D2，Dn的笛卡尔积为：D1D2Dn（d1，d2，dn）diDi，i1，2，n所有域的所有取值的一个组合不能重复,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,笛卡尔积（续）例：设 D1为姓名集合 = 刘德华，王菲 D2为性别集合 = 男，女 则D1D2是个二元组集合，元组个数为22，是所有可能的（姓名，性别）元组集合,D1D2 =,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,笛卡尔积（续）2）元组（Tuple）笛卡尔积中每一个元素（d1，d2，dn）叫作一个n元组（n-tuple）或简称元组。 3) 分量（Component）笛卡尔积元素（d1，d2，dn）中的每一个值di叫作一个分量。,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,笛卡尔积（续）4）基数（Cardinal number）若Di（i1，2，n）为有限集，其基数为mi（i1，2，n），则D1D2Dn的基数M为：在上例中，基数：224，即D1D2共有224个元组,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,笛卡尔积（续）基数（续）例：设 D1为教师集合（T）= 赵，钱 D2为学生集合（S）= s1，s2 ，s3 D3为课程集合（C）= 数据库，操作系统 则D1D2D3是个三元组集合，元组个数为232，是所有可能的（教师，学生，课程）元组集合在本例中，基数：23212，即D1D2D3共有23212个元组你能列出全部12个元组吗？,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,笛卡尔积（续）5) 笛卡尔积的表示方法笛卡尔积可表示为一个二维表。表中的每行对应一个元组，表中的每列对应一个域。在上例中，12个元组可列成一张二维表,An Introduction to Database System,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,3. 关系（Relation）1)关系D1D2Dn的子集叫作在域D1，D2，Dn上的关系，表示为 R（D1，D2，Dn） R：关系名 n：关系的目或度（Degree）关系是笛卡尔积中有意义的子集关系也可以表示为二维表,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,关系（续）,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,关系（续）2)元组关系中的每个元素是关系中的元组，通常用t表示。3) 单元关系与二元关系当n=1时，称该关系为单元关系（Unary relation）。当n=2时，称该关系为二元关系（Binary relation）。,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,关系（续）4) 关系的表示 关系也是一个二维表，表的每行对应一个元组，表的每列对应一个域。5) 属性 关系中不同列可以对应相同的域，为了加以区分，必须对每列起一个名字，称为属性（Attribute）。n目关系必有n个属性。,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,关系（续）6)码候选码（Candidate key） 若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组，且去掉这组属性中的任意属性或属性组都不能唯一标识元组，则称该属性组为候选码。在最简单的情况下，候选码只包含一个属性。全码（All-key） 在最极端的情况下，关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码，称为全码（All-key）,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,关系（续）码（续）主码(Primary Key)若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码（Primary key）主码的诸属性称为主属性（Prime attribute）。不包含在任何侯选码中的属性称为非码属性（Non-key attribute）外码(Foreign Key)关系R的属性组，跟与R联系的另一关系S中的码相对应，则称这个属性组为外码。,An Introduction to Database System,候选码,候选码,主码,外码,主码,主码,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,关系（续）7) 三类关系基本关系（基本表或基表）实际存在的表，是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，是虚表，不对应实际存储的数据,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,关系（续）8) 关系的基本性质 列是同质的（Homogeneous）每一列中的分量是同一类型的数据，来自同一个域 不同的列可出自同一个域其中的每一列称为一个属性, 不同的属性要给予不同的属性名 列的顺序无所谓 列的次序可以任意交换,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,关系（续）关系的基本性质(性质) 任意两个元组不能完全相同由笛卡尔积的性质决定但许多关系数据库产品没有遵循这一性质。例如:Oracle，FoxPro等都允许关系表中存在两个完全相同的元组，除非用户特别定义了相应的约束条件。,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,关系（续）关系的基本性质(性质) 行的顺序无所谓行的次序可以任意交换 分量必须取原子值 每一个分量都必须是不可分的数据项。 这是规范条件中最基本的一条,An Introduction to Database System,非规范化的关系：很容易转化为规范的关系。(怎么转？),2.2.1 关系,An Introduction to Database System,2.2.1 关系,关系（续）9) 数据结构 单一的结构：表实体，联系均用表来表示,系(系代码 ,系名称)学生(学号,姓名 , 性别, 系别）课程(课号,名称 ,学分)选课(学号,课号,成绩)教师(工号,姓名,系别)授课(工号,课号),An Introduction to Database System,2.2 关系数据结构,2.2.1 关系2.2.2 关系模式2.2.3 关系数据库,An Introduction to Database System,2.2.2 关系模式,1什么是关系模式2定义关系模式3. 关系模式与关系,An Introduction to Database System,2.2.2 关系模式,1. 什么是关系模式关系模式（Relation Schema）是型关系是值关系模式是对关系的描述元组集合的结构属性构成属性来自的域 属性与域之间的映象关系元组语义以及完整性约束条件属性间的数据依赖关系集合,An Introduction to Database System,2.2.2 关系模式,2. 定义关系模式关系模式可以形式化地表示为： R（U，D，dom，F）R 关系名U 组成该关系的属性名集合D 属性组U中属性所来自的域dom 属性向域的映象集合F 属性间的数据依赖关系集合,An Introduction to Database System,2.2.2 关系模式,定义关系模式(续)关系模式通常可以简记为 R (U) 或 R (A1，A2，An) R 关系名A1，A2，An 属性名注：域名及属性向域的映象常常直接说明为 属性的类型、长度,An Introduction to Database System,2.2.2 关系模式,3. 关系模式与关系关系模式对关系的描述静态的、稳定的关系关系模式在某一时刻的状态或内容动态的、随时间不断变化的关系模式和关系往往统称为关系通过上下文加以区别,An Introduction to Database System,2.2 关系数据结构,2.2.1 关系2.2.2 关系模式2.2.3 关系数据库,An Introduction to Database System,2.2.3 关系数据库,1. 关系数据库2. 关系数据库的型与值,An Introduction to Database System,2.2.3 关系数据库,1. 关系数据库在一个给定的应用领域中，所有实体及实体之间联系的关系的集合构成一个关系数据库。其型是关系模式的集合，即数据库描述，称作数据库的内涵(Intension)其值是某一时刻关系的集合，称作数据库的外延(Extension),An Introduction to Database System,2.2.3 关系数据库,2. 关系数据库的型与值关系数据库也有型和值之分关系数据库的型称为关系数据库模式，是对关系数据库的描述若干域的定义在这些域上定义的若干关系模式关系数据库的值是这些关系模式在某一时刻对应的关系的集合，通常简称为关系数据库,An Introduction to Database System,2.1 关系模型概述2.2 关系数据结构2.3 关系的完整性2.4 关系代数2.5 关系演算2.6 小结,第2章 关系数据库,An Introduction to Database System,2.3 关系的完整性,关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条件。关系模型中三类完整性约束：实体完整性参照完整性用户定义的完整性实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，被称作是关系的两个不变性，应该由关系系统自动支持。,An Introduction to Database System,2.3 关系的完整性,2.3.1 实体完整性2.3.2. 参照完整性2.3.3. 用户定义的完整性,An Introduction to Database System,2.3.1 实体完整性,实体完整性规则（Entity Integrity）若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值例Student(SNO,Sname,Gender,Birthdate,Depart,Addr) SNO属性为主码，则其不能取空值,An Introduction to Database System,2.3.1 实体完整性,关系模型必须遵守实体完整性规则的原因(1) 实体完整性规则是针对基本关系而言的。一个基本表通常对应现实世界的一个实体集或多对多联系。(2) 现实世界中的实体和实体间的联系都是可区分的，即它们具有某种唯一性标识。(3) 相应地，关系模型中以主码作为唯一性标识。(4) 主码中的属性即主属性不能取空值。 空值就是“不知道”或“无意义”的值。 主属性取空值，就说明存在某个不可标识的实体，即存在不可区分的实体，这与第（2）点相矛盾，因此这个规则称为实体完整性。,An Introduction to Database System,2.3.1 实体完整性,注意实体完整性规则规定基本关系的所有主属性都不能取空值例选修（学号，课程号，成绩）“学号、课程号”为主码，则两个属性都不能取空值。,An Introduction to Database System,2.3 关系的完整性,2.3.1 实体完整性2.3.2. 参照完整性2.3.3. 用户定义的完整性,An Introduction to Database System,2.3.2 参照完整性,1. 关系间的引用2. 外码3. 参照完整性规则,An Introduction to Database System,2.3.2 参照完整性,1. 关系间的引用在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的，因此可能存在着关系与关系间的引用。例1 学生实体、系别实体以及系别与学生 间的一对多联系 学生（学号，姓名，性别，系别，年龄） 系别（系号，系名）,An Introduction to Database System,2.3.2 参照完整性,An Introduction to Database System,2.3.2 参照完整性,2. 外码（Foreign Key）设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的码。如果F与基本关系S的主码Ks相对应，则称F是基本关系R的外码基本关系R称为参照关系（Referencing Relation）基本关系S称为被参照关系（ReferencedRelation）或目标关系（Target Relation）,An Introduction to Database System,2.3.2 参照完整性,外码（续）说明关系R和S不一定是不同的关系目标关系S的主码Ks 和参照关系的外码F必须定义在同一个（或一组）域上外码并不一定要与相应的主码同名 当外码与相应的主码属于不同关系时，往往 取相同的名字，以便于识别,An Introduction to Database System,2.3.2 参照完整性,主码,外码,主码,学生,系别,参照关系,被参照关系,外码与主码可以不同名,An Introduction to Database System,2.3.2 参照完整性,3. 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Ks相对应（基本关系R和S不一定是不同的关系），则对于R中每个元组在F上的值必须为： 或者取空值（F的每个属性值均为空值） 或者等于S中某个元组的主码值。,An Introduction to Database System,2.3.2 参照完整性,参照完整性规则(续)学生关系中每个元组的“系别”属性只能取下面两类值：（1）空值，表示尚未给该学生分配到系（2）非空值，这时该值必须是系别关系中某个元组的“系号”值，表示该学生不可能分配到一个不存在的系中,An Introduction to Database System,2.3.2 参照完整性,参照完整性规则(续)例2 选修（学号，课程号，成绩）“学号”和“课程号”是选修关系中的主属性按照实体完整性和参照完整性规则，它们只能取相应被参照关系中已经存在的主码值,An Introduction to Database System,2.3.2 参照完整性,参照完整性规则(续)例3 分组（学号，姓名，搭档）,An Introduction to Database System,2.3 关系的完整性,2.3.1 实体完整性2.3.2. 参照完整性2.3.3. 用户定义的完整性,An Introduction to Database System,2.3.3 用户定义的完整性,用户定义的完整性是针对某一具体关系数据库的约束条件，反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。如SNO要求是8位整数Gender取值为“男”或“女”学分只能在(1,2,3,4)中取值关系模型应提供定义和检验这类完整性的机制，以便用统一的系统的方法处理它们，而不要由应用程序承担这一功能。,An Introduction to Database System,2.3 关系的完整性,今要向关系P中插入新行，新行的值分别列出如下。哪些行能够插入？A. (037，绿，null)B. (null，黄，T20)C. (201，红，T20)D. (105，蓝，B01)E. (101，黄，T11)Null表示为空,零件关系P（主码是“零件号”，外码是“供应商号”）,供应商关系S（主码是“供应商号”）,An Introduction to Database System,2.1 关系模型概述2.2 关系数据结构2.3 关系的完整性2.4 关系代数2.5 关系演算2.6 小结,第2章 关系数据库,
