数据库系统概论PPT教程第二章 关系数据库.ppt
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1、第二章关系数据库,简介,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。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。早期代表系统System:由IBM研制。INGRES:由加州Berkeley分校研制。目前主流的商业数据库系统Oracle,Sybase,SQL Server,DB2。Access,FoxPro,Foxbase。,关系数据模型,关系模型是关系数据库系统的基础,它由以下部分组成:数据结构:关系(二维表)。关系模型的数据结构非常单一,无论是实体还是实体间的联系均由关系表示。完整性约束:包括关系模型所要求的完整性约束(实体完整性约束,参照
2、完整性约束),以及应用领域需要遵循的用户定义完整性约束。,关系数据模型(续I),DEPT(D#,DN,DEAN)S(S#,SN,SEX,AGE,D#)C(C#,CN,PC#,CREDIT)SC(S#,C#,GRADE)PROF(P#,PN,D#,SAL)TEACH(P#,C#),关系数据模型(续II),关系操作:包括:选择、投影、连接、除、并、交、差等查询操作和增加、删除、修改操作两大部分。其特点是集合操作方式,操作的对象及结果都是集合。关系数据语言:关系代数:用对关系的运算来表达查询,需要指明所用操作。关系演算:用谓词来表达查询,只需描述所需信息的特性。元组关系演算:谓词变元的基本对象是元组
3、变量。域关系演算:谓词变元的基本对象是域变量。SQL语言,关系数据模型(续III),特点:面向集合的存取方式。关系操作是集合操作,操作的对象及结果都是集合,是一次一集合(Set-at-a-time)的方式。而非关系型的数据操作方式是一次一记录(Record-at-a-time)。非过程化。关系操作不要求用户提供存取路径,存取路径的选择由DBMS完成。用户只需提出“做什么”,无须说明“怎么做”,存取路径的选择和操作过程由系统自动完成。,数据结构,域(Domain)一组具有相同的数据类型的值的集合。如整数的集合、字符串的集合、全体学生的集合。笛卡尔积(Cartesian Product)给定一组域
4、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,i=1,n笛卡尔积的每个元素(d1,d2,dn)称作一个n-元组(n-tuple)或简称元组。元组的每一个值di叫做一个分量(component)。若Di(i=1,n)为有限集,其基数(Cardinal number)为mi,则笛卡尔积的基数为,数据结构(续I),例:设D1为教师集合(Teacher)=T1,T2 D2为专业集合(Speciality)=CS,MATH D3为学生集合(Student)=S1,S2,S3 则D1D2D3是个三元组集合,元组个数为223是所有可能的(
5、教师,专业,学生)元组集合。笛卡尔积可表为二维表的形式:,数据结构(续II),数据结构(续III),关系笛卡尔积D1D2Dn的子集叫做在域D1,D2,Dn上的关系,用R(D1,D2,Dn)表示。R是关系的名字,n是关系的度或目(Degree)。当n=1时称为单元关系,当n=2时称为二元关系,依此类推。关系可以表示为二维表,表的每一行对应一个元组,每列对应一个域。由于域有可能相同,为了加以区分,必须对每个列起一个名称,称为属性。n元关系必有n个属性。关系TEACH(Teacher,Speciality,Student),属性,元组,数据结构(续IV),关系模型对关系的限定和扩充无限关系在数据库系
6、统中是无意义的。因此,限定关系数据模型中的关系必须是有限集合。通过为关系的每一个列附加一个属性名取消关系的有序性,即(d1,d2,di,dj,dn,)=(d1,d2,dj,di,dn,)(i,j=1,2,,n),数据结构(续V),关系的性质列是同质的(Homogeneous)即每一列中的分量来自同一域,是同一类型的数据。如TEACH(Teacher,Speciality,Student)=(t1,CS,s1),(t1,t2,s1)是错误的。不同的列可出自同一域,每列必须有不同的属性名。如Person=t1,t2,s1,s2,s3,Speciality=c1,c2,则TEACH不能写成TEACH
7、(Person,Speciality,Person),还应写成TEACH(Teacher,Speciality,Student)。,数据结构(续VI),列的顺序无关紧要,即列次序可以互换。任意两个元组不能完全相同(集合内不能有相同的两个元素)。行的顺序无关紧要,即行次序可以互换。每一分量必须是不可再分的数据。满足这一条件的关系称作满足第一范式(1NF)的。,数据结构(续VII),关系模式关系的描述称作关系模式,它可以形式化地表示为:R(U,D,dom,F,I),其中,R为关系名,U为组成该关系的属性名集合,D为属性集U所来自的域,dom为属性向域的映象集合、F为属性间的数据依赖关系集合,I为完
8、整性约束集合。关系模式通常可以简记作R(A1,A2,An)。关系是关系模式在某一时刻的状态或内容。关系模式是相对稳定的。而关系是动态的,是随时间不断变化的。,数据结构(续VIII),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的联系的关系的集合构成一个关系数据库。关系数据库也有型和值之分:其型是关系模式的集合,即数据库描述,称为关系数据库模式。其值是这些关系模式在某一时刻对应的关系的集合,通常称为关系数据库。,完整性约束,候选码关系模式R(U)的属性集合k U是候选码,如果(1)R(U)的任何一个关系实例的任意两个元组在属性集合k上的值都不同。即唯一性,候选码的属性值必须能够唯一地标识
9、关系中的所有元组。(2)k的任何真子集都不满足条件(1)。即最小性,候选码不能包含多余属性。,完整性约束(续I),主码若一个关系具有多个候选码时,选择其中一个作为该关系的主码。主属性与非主属性候选码中的诸属性称为主属性,不包含在任何候选码中的属性称为非主属性。在最简单的情况下,候选码只包括一个属性。在最极端的情况下,关系模式的所有属性是这个关系模式的候选码,称为全码。,完整性约束(续II),外部码设F是基本关系R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Ks相对应,则称F是关系R的外部码(Foreign Key),并称R为参照关系(Referencing Relation),S为
10、被参照关系(Referenced Relation)或目标关系(Target Relation)。R和S不一定是不同的关系。显然,目标关系S的主码Ks和参照关系的外部码F必须定义在一个域上。,完整性约束(续III),实体完整性定义:关系R主码中所包含的任意属性都不能取空值。空值:不知道或无意义。意义:关系对应到现实世界中的实体集,元组对应到实体,实体是相互可区分的,通过主码来唯一标识,若主码为空,则出现不可标识的实体,这是不容许的。参照完整性如果关系R2的外部码Fk与关系R1的主码Pk相对应,则R2中的每一个元组的Fk值或者等于R1 中某个元组的Pk 值,或者为空值。意义:如果关系R2的某个元
11、组t2参照了关系R1的某个元组t1,则t1必须存在。,完整性约束(续IV),例如关系Student在Sdept上的取值有两种可能:空值,表示该学生尚未分到任何系中。若非空值,则必须是DEPT关系中某个元组的Sdept值,表示该学生不可能分到一个不存在的系中。用户定义的完整性用户针对具体的应用环境定义的完整性约束条件。如Sno要求是8位字符,Ssex要求取值为“男”或“女”。系统支持实体完整性和参照完整性由系统自动支持。系统应提供定义和检验用户定义的完整性的机制。,关系代数,传统的集合运算集合并、集合交、集合差、广义笛卡儿积专门的关系运算选择、投影、连接、商基本运算集合并、集合差、广义笛卡儿积、
12、选择、投影,关系代数运算符,并运算,定义设R和S是n元关系,并且两者各对应属性的数据类型也相同。则R和S的并运算定义为:RS=t|t R tS 其结果仍为n元关系,由属于R或属于S的元组构成。,并运算(续I),RS,R,S,差运算,定义设R和S是n元关系,并且两者各对应属性的数据类型也相同。则R和S的差运算定义为:RS=t|tR tS 其结果仍为n元关系,由属于R而不属于S的元组构成。,RS,差运算(续I),RS,R,S,交运算,定义设R和S是n元关系,并且两者各对应属性的数据类型也相同。则R和S的交运算定义为:RS=t|tR tS 其结果仍为n元关系,由既属于R又属于S的元组构成。交运算可以
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