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An Introduction to Database System,数据库系统概论An Introduction to Database System第二章 关系数据库,An Introduction to Database System,第二章 关系数据库,2.1 关系数据结构及形式化定义2.2 关系操作2.3 关系的完整性2.4 关系代数2.5 关系演算2.6 小结,An Introduction to Database System,2.1 关系数据结构及形式化定义,2.1.1 关系2.1.2 关系模式2.1.3 关系数据库,An Introduction to Database System,关系,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,关系(续),域（Domain）2.笛卡尔积（Cartesian Product）3.关系（Relation）,An Introduction to Database System,域（Domain）,域是一组具有相同数据类型的值的集合。例: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 域中所包含的值的个数称域的基数(用m表示),An Introduction to Database System,在关系中用域来表示属性的取值范围D1=李力，王平，刘伟 m1=3D2=男，女 m2=2D3=47,28,30 m3=3其中，D1，D2，D3为域名，分别表示教师关系中姓名、性别、年龄的取值范围。,An Introduction to Database System,2.笛卡尔积（Cartesian Product）,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,笛卡尔积（续),例 给出三个域：D1=SUPERVISOR=张清玫，刘逸 D2=SPECIALITY=计算机专业，信息专业 D3=POSTGRADUATE=李勇，刘晨，王敏则D1，D2，D3的笛卡尔积为：D1D2D3(张清玫，计算机专业，李勇)，(张清玫，计算机专业，刘晨)，(张清玫，计算机专业，王敏)，(张清玫，信息专业，李勇)，(张清玫，信息专业，刘晨)，(张清玫，信息专业，王敏)，(刘逸，计算机专业，李勇)，(刘逸，计算机专业，刘晨)，(刘逸，计算机专业，王敏)，(刘逸，信息专业，李勇)，(刘逸，信息专业，刘晨)，(刘逸，信息专业，王敏),An Introduction to Database System,笛卡尔积（续),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：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,An Introduction to Database System,An Introduction to Database System,笛卡尔积,D2=花色=,，,D1=牌值=A,2,3,Q,k，,基数：134=52,An Introduction to Database System,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）,An Introduction to Database System,关系（续）,2)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,An Introduction to Database System,关系（续）,3)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，则称该属性组为候选码 简单的情况：候选码只包含一个属性全码（All-key）最极端的情况：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）学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）,An Introduction to Database System,关系（续）,码(续)主码若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码（Primary key）主属性候选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主属性（Non-Prime attribute）或非码属性（Non-key attribute）,An Introduction to Database System,学生：S(S#,SNAME,SA,SD)课程：C(C#,CNAME,PC)选课：SC(S#,C#,GR)S:候选码：S#,SNAME；主码：S#C:候选码：C#，CNAME;主码：C#SC:候选码：(S#,C#)；主 码：(S#,C#)；,An Introduction to Database System,关系（续）,4)基本关系的性质 列是同质的（Homogeneous）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 任意两个元组的候选码不能相同 行的顺序无所谓，行的次序可以任意交换,An Introduction to Database System,基本关系的性质(续),分量必须取原子值这是规范条件中最基本的一条 表2.3 非规范化关系,An Introduction to Database System,2.1 关系数据结构,2.1.1 关系2.1.2 关系模式2.1.3 关系数据库,An Introduction to Database System,1什么是关系模式,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,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,2.1 关系数据结构,2.1.1 关系2.1.2 关系模式2.1.3 关系数据库,An Introduction to Database System,2.1.3 关系数据库,关系数据库在一个给定的应用领域中，所有关系的集合构成一个关系数据库,An Introduction to Database System,第二章 关系数据库,2.1 关系模型概述2.2 关系操作2.3 关系的完整性2.4 关系代数2.5 关系演算2.6 小结,An Introduction to Database System,基本关系操作,常用的关系操作查询：选择、投影、连接、除、并、交、差数据更新：插入、删除、修改查询的表达能力是其中最主要的部分选择、投影、并、差、笛卡尔基是5种基本操作 关系操作的特点集合操作方式：操作的对象和结果都是集合，一次一集合的方式,An Introduction to Database System,2.2.2 关系数据库语言的分类,关系代数语言用对关系的运算来表达查询要求代表：ISBL关系演算语言：用谓词来表达查询要求具有关系代数和关系演算双重特点的语言代表：SQL（Structured Query Language）重点掌握,An Introduction to Database System,第二章 关系数据库,2.1 关系数据结构及形式化定义2.2 关系操作2.3 关系的完整性2.4 关系代数2.5 关系演算2.6 小结,An Introduction to Database System,2.3 关系的完整性,2.3.1 关系的三类完整性约束2.3.2 实体完整性2.3.3 参照完整性2.3.4 用户定义的完整性,An Introduction to Database System,2.3.1 关系的三类完整性约束,实体完整性和参照完整性：关系模型必须满足的完整性约束条件 称为关系的两个不变性，应该由关系系统自动支持用户定义的完整性：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,An Introduction to Database System,2.3 关系的完整性,关系的三类完整性约束2.3.2 实体完整性2.3.3 参照完整性2.3.4 用户定义的完整性,An Introduction to Database System,2.3.2 实体完整性,规则2.1 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 例学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级）哪个属性为主码？其不能取空值。,An Introduction to Database System,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,An Introduction to Database System,2.3关系的完整性,关系的三类完整性约束2.3.2 实体完整性2.3.3 参照完整性2.3.4 用户定义的完整性,An Introduction to Database System,学生,学生选课,课程,An Introduction to Database System,2.3.3 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,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、专业实体学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄）专业（专业号，专业名）,主码,主码,学生关系引用了专业关系的主码“专业号”。学生关系中的“专业号”值必须是确实存在的专业的专业号，即专业 关系中有该专业的记录。,An Introduction to Database System,An Introduction to Database System,关系间的引用(续),例2 学生、课程、学生与课程之间的多对多联系 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄）课程（课程号，课程名，学分）选修（学号，课程号，成绩）,An Introduction to Database System,学生,学生选课,课程,An Introduction to Database System,关系间的引用(续),例3 学生实体及其内部的一对多联系 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄，班长）,“学号”是主码，“班长”是外码，它引用了本关系的“学号”“班长”必须是确实存在的学生的学号,An Introduction to Database System,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（Referenced Relation）或目标关系（Target Relation）,An Introduction to Database System,外码(续),例1：学生关系的“专业号与专业关系的主码“专业号”相对应“专业号”属性是学生关系的外码专业关系是被参照关系，学生关系为参照关系,An Introduction to Database System,外码(续),例2：选修关系的“学号”与学生关系的主码“学号”相对应 选修关系的“课程号”与课程关系的主码“课程号”相对应“学号”和“课程号”是选修关系的外码学生关系和课程关系均为被参照关系选修关系为参照关系,An Introduction to Database System,外码(续),例3：“班长”与本身的主码“学号”相对应“班长”是外码学生关系既是参照关系也是被参照关系,An Introduction to Database System,外码(续),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,3.参照完整性规则,规则2.2 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,参照完整性规则(续),例1：学生关系中每个元组的“专业号”属性只取两类值：（1）空值，表示尚未给该学生分配专业（2）非空值，这时该值必须是专业关系中某个元组的“专业号”值，表示该学生不可能分配一个不存在的专业,An Introduction to Database System,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”可能的取值：（1）选修关系中的主属性，不能取空值（2）只能取相应被参照关系中已经存在的主码值,An Introduction to Database System,参照完整性规则(续),例3：学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄，班长）“班长”属性值可以取两类值：（1）空值，表示该学生所在班级尚未选出班长（2）非空值，该值必须是本关系中某个元组的学号值,An Introduction to Database System,关系的完整性(续),关系的三类完整性约束2.3.2 实体完整性2.3.3 参照完整性2.3.4 用户定义的完整性,An Introduction to Database System,2.3.4 用户定义的完整性,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,用户定义的完整性(续),例:课程(课程号，课程名，学分)“课程号”属性必须取唯一值非主属性“课程名”也不能取空值“学分”属性只能取值1，2，3，4,An Introduction to Database System,休息一会儿。,追求,
