关系数据库与应用(第02章关系模型与关系代数).ppt

《关系数据库与应用(第02章关系模型与关系代数).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《关系数据库与应用(第02章关系模型与关系代数).ppt（76页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第2章 关系模型与关系代数,本章主要内容：深入讨论关系模型的三要素（关系数据结构、关系操作和关系完整性约束条件）以及关系代数。,第2章 关系模型与关系代数,插入参照第4章,4.1、数据库设计过程,数据库设计步骤,关系1（属性1、属性2、属性3）关系2（属性4、属性5、属性6）关系3（属性1、属性2、属性7）关系4（属性4、属性8、属性9）,R1（A1、A2、A3）R2（A4、A5、A6）,R3（A1、A2、A7）R4（A4、A8、A9）,数据库,需求分析,概念结构设计,逻辑结构设计,物理结构设计,数据库实施,数据库运行维护,4.2、E-R模型基本概念及表示,1、实体与实体集2、属性3、联系与联

2、系集,学生,课程,上课,引子,一、现实世界的信息化过程,？,4.3、约束,一、现实世界的信息化过程,抽象化数字化,一、现实世界的信息化过程,第一步：现实世界向信息世界转化概念模型,厂名，厂址，生产产品，产品型号，邮政编码，联系电话，传真，网址，电子信箱，,姓名，性别，出生年月，家庭住址，邮政编码，身份证号，籍贯，本人身份，电话，传真，手机，,景点名称，景点特色，景点地址，入门票价，行车路线，景点所属省，景点所属市，,设备名称，设备型号，硬盘容量，显示器型号，光驱型号，主频，内存，,设备名称，车牌，车型，尺寸，车排量，发动机型号，纽距，,比赛名称，比赛项目，类（级）别，主办单位，协办单位，比赛开

3、始时间，比赛终止时间，基本规则,一、现实世界的信息化过程,厂名，厂址，生产产品，产品型号，邮政编码，联系电话，传真，网址，电子信箱，,实体：客观存在的事物、概念或人 工厂、人、旅游景点、计算机设备、汽车、足球赛事,属性：实体固有的特征,域：属性的取值范围,一、现实世界的信息化过程,第一步的结果：将现实世界转换成由实体、属性、域等概念组成的概念模型概念模型的描述方式：ER图,二、概念模型及ER图,域：一个属性的取值范围。例如：姓名的取值范围字符出生日期的取值范围日期电话号码的取值范围数字入门票价的取值范围大于零的实数码：惟一标识某一个具体实体的属性集。人（姓名，性别，出生年月，家庭住址，邮政编码

4、，身份证号，籍贯，本人身份，电话，传真，手机，）姓名？本人身份？身份证号？人员编码,二、概念模型及ER图,图中实体的表示方法,学生,教师,学号,教工号,二、概念模型及ER图,联系：实体与实体之间客观存在着相互间的联系即称为实体间的联系。例如：一个学生只能属于某一个学院的某一个班级一个学院有多个班级，一个班级只能属于某一个学院一个教师只能属于某一个学院的某一个教研室一个学院有多个教研室，一个教研室只能属于某一个学院一个教师可以讲授多门课程，一个课程可以有多个教师来讲授。一个学生可以选修多个课程，一门课程可以被多个学生选修一个人（学生和教师）只能有一个身份证号,学院,班级,教研室,课程,学生,教师

5、,身份证,班级编号,联系的种类,两个实体之间的联系一对一联系（1:1）：例如：学生和身份证之间、教师和身份证之间一对多联系（1:n）：例如：学生和班级、教师和教研室班级和学院、教研室和学院多对多联系（n:m）：例如：学生选课、教师授课,三、数据模型暨关系模型,学生信息表,三、数据模型暨关系模型（实体转换为关系模型结果）,学生信息表（学号，姓名，性别，出生日期，籍贯，民族）教师信息表（教工号，姓名，性别，出生日期，籍贯，民族）课程信息表（课程号，课程名称，学时数，学分数，先修课程）班级表（班级编号，班级名称，班级人数）学院信息表（学院名称，学院地址）教研室信息表（教研室名称，教研室人数）身份证信

6、息表（身份证号，发证单位）,三、数据模型暨关系模型（联系向关系模型的转换）,多对多关系（n:m）向关系模型的转换,学生选课表（学号，课程号，成绩）,学生选课表,三、数据模型暨关系模型（联系向关系模型的转换）,多对多关系（n:m）向关系模型的转换,教师授课表（教工号，课程号）,教师授课表,三、数据模型暨关系模型（联系向关系模型的转换）,一对一联系向关系模型的转换,方案1：身份证信息1表（身份证号，发证单位，人员编号）方案2：教师信息表（教工号，身份证号）,方案1：身份证信息1表,方案2：教师信息表,三、数据模型暨关系模型（联系向关系模型的转换）,一对一联系向关系模型的转换,方案1：身份证信息2表

7、（身份证号，发证单位，人员编号）方案2：学生信息表（学号，身份证号）,方案1：身份证信息2表,方案2：学生信息表,三、数据模型暨关系模型（联系向关系模型的转换）,一对多联系向关系模型的转换,方案：学生信息表（学号，班级编号）,方案：学生信息表,三、数据模型暨关系模型（联系向关系模型的转换）,一对多联系向关系模型的转换,方案：班级信息表（班级编号，班级名称。班级人数，学院名称）,方案：班级信息表,三、数据模型暨关系模型（联系向关系模型的转换）,一对多联系向关系模型的转换,方案：教研室信息表（教研室名称，教研室人数，学院名称）,方案：教研室信息表,三、数据模型暨关系模型（联系向关系模型的转换）,一

8、对多联系向关系模型的转换,方案：教师信息表（教工号，教研室名称）,方案：教研室信息表,三、数据模型暨关系模型,ER图向关系模型转换的重要方法实体一个实体可以转换为一个关系联系N:M联系将联系转换为一个关系1:1联系 将联系体现在任一个实体中1:N联系 将联系体现在多端的实体中,概念模型与关系模型,实体N:M联系,实体1表,实体2表,联系1表,概念模型与关系模型,实体1:1联系,实体1表,实体2表,概念模型与关系模型,实体1:N联系,实体1表,实体2表,三、数据模型暨关系模型,E-R图完整的关系模式（教学管理系统关系模式）学生信息表（学号，姓名，性别，出生日期，籍贯，民族，身份证号，班级编号）教

9、师信息表（教工号，姓名，性别，出生日期，籍贯，民族，身份证号，教研室名称）课程信息表（课程号，课程名称，学时数，学分数，先修课程）班级表（班级编号，班级名称，班级人数，学院名称）学院信息表（学院名称，学院地址）教研室信息表（教研室名称，教研室人数，学院名称）身份证信息表（身份证号，发证单位）学生选课表（学号，课程号，成绩）教师授课表（教工号，课程号）,概念模型与关系模型练习,学院为学生建立档案在通讯档案里要包括学生学号、姓名、入学年份、出生日期、家庭住址、家庭邮政编码、家庭联系电话、本人联系电话、家长姓名。一个学生只能属于一个班级、一个班级可以有多名学生一个学生只能来自一个省份、一个省份有多名

10、学生一个学生只能在一个专业学习，一个专业可以有多个班级，但一个班级只能属于一个专业一个班级只有一位班长。,域域是一组具有相同数据类型的值的集合。例如：男人=张晓，王和，李东 女人=刘红，钱丽，孙倩 男人女人=（张晓、刘红），（张晓、钱丽），（张晓、孙倩），（王和、刘红），（王和、钱丽），（王和、孙倩），（李东、刘红），（李东、钱丽），（李东、孙倩）数学表示：D1D2=（d1,d2)|diDi,i=1,2笛卡儿积,2.1 关系模型,2.1.1 关系数据结构,笛卡儿积的一般性描述：给定一组域D1，D2，D3，DN，则D1D2D3DN=（d1,d2,d3,，dn)|diDi,i=1,2,n其中：（d

11、1,d2,d3,，dn)称为一个元组，元组中的每个di是Di域中的一个值，称为分量。当n=1时 单元组当n=2时 二元组,2.1 关系模型,一、关系的定义,一、关系的定义,关系的定义：给定一组域D1，D2，D3，DN，则D1D2D3DN的子集称为D1D2D3DN 上的关系记为：R（D1，D2，D3，DN）男人女人=（张晓、刘红），（张晓、钱丽），（张晓、孙倩），（王和、刘红），（王和、钱丽），（王和、孙倩），（李东、刘红），（李东、钱丽），（李东、孙倩）夫妻（男人，女人）=（张晓、刘红），（王和、钱丽），（李东、孙倩）,一、关系的定义,关系的二维表表示：,夫妻关系,属性的取值范围称为域,关键字

12、：用来唯一标识某个记录的一个或一组属性,笛卡儿积和关系的练习,关系的练习：学校开设了一些课程，因此有课程集合是：课程=（高等数学，信息专业），（英语，信息专业），（英语，人文专业），（文学，人文专业）学生=050001，050002，050003，050011，050012，050013,学生课程=（050001，高等数学，信息专业），（050001，英语，信息专业），（050001，英语，人文专业），（050001，文学，人文专业），（050002，高等数学，信息专业），（050002，英语，信息专业），（050002，英语，人文专业），（050002，文学，人文专业），（050003，高等

13、数学，信息专业），（050003，英语，信息专业），（050003，英语，人文专业），（050003，文学，人文专业），（050011，高等数学，信息专业），（050011，英语，信息专业），（050011，英语，人文专业），（050011，文学，人文专业），（050012，高等数学，信息专业），（050012，英语，信息专业），（050012，英语，人文专业），（050012，文学，人文专业），（050013，高等数学，信息专业），（050013，英语，信息专业），（050013，英语，人文专业），（050013，文学，人文专业）,课程=（高等数学，信息专业），（英语，信息专业），（英语，人

14、文专业），（文学，人文专业）学生=050001，050002，050003，050011，050012，050013,笛卡儿积和关系的练习,课程=（高等数学，信息专业），（英语，信息专业），（英语，人文专业），（文学，人文专业）学生=050001，050002，050003，050011，050012，050013假设学号中的第五位是“0”表示该学生是信息专业，第五位是“1”表示该学生是人文专业。求学生选课关系，条件是本专业学生只能选本专业的课程。,学生课程=（050001，高等数学，信息专业），（050001，英语，信息专业），（050001，英语，人文专业），（050001，文学，人文专业

15、），（050002，高等数学，信息专业），（050002，英语，信息专业），（050002，英语，人文专业），（050002，文学，人文专业），（050003，高等数学，信息专业），（050003，英语，信息专业），（050003，英语，人文专业），（050003，文学，人文专业），（050011，高等数学，信息专业），（050011，英语，信息专业），（050011，英语，人文专业），（050011，文学，人文专业），（050012，高等数学，信息专业），（050012，英语，信息专业），（050012，英语，人文专业），（050012，文学，人文专业），（050013，高等数学，信息专业）

16、，（050013，英语，信息专业），（050013，英语，人文专业），（050013，文学，人文专业）,学生选课=（050001，高等数学，信息专业），（050001，英语，信息专业），（050002，高等数学，信息专业），（050002，英语，信息专业），（050003，高等数学，信息专业），（050003，英语，信息专业），（050011，英语，人文专业），（050011，文学，人文专业），（050012，英语，人文专业），（050012，文学，人文专业），（050013，英语，人文专业），（050013，文学，人文专业）,关系的二维表表示,二、关系的性质,1、关系可以是空关系2、关系中的

17、列为属性，N度关系必有N个属性，属性必须命名。3、不同的属性可以来自同一个域；同一列中的分量只能来自同一个域，是同类型的数据,二、关系的性质,4、列的次序无关紧要，可以任意交换5、关系中的元组顺序无关紧要，但在同一个关系中不能有相同的元组。,二、关系的性质,6、关系中的每个属性必须是原子的，是不可分的数据项（属性）。7、由于在对关系数据库操作时，随时都可能做修改性操作，则会使关系发生变化。,二、关系的性质,8、判断两个关系是否相等，与属性次序无关，与关系的命名也无关。如果两个关系的差别只是关系名不同，属性次序不同或元组次序不同，那么这两个关系相等。,A,B,C,关系模型中的完整性约束,实体完整

18、性规则关系中每一个元组中的主键不能为空且取值必须唯一。例如：学生信息表（学号，姓名，性别，出生年月，籍贯，民族，身份证号，所属班级）学院信息表（学院名称，学院地址）学生选课表（学号，课程号，成绩）,2.1.2 关系完整性约束条件,关系模型中的完整性约束,学生信息表（学号，姓名，性别，出生日期，家庭地址，身份证号，班级名称）班级信息表（班级名称，班级人数，学院名称）学院信息表（学院名称，学院地址）,学生信息表,班级表,学院信息表,？,关系模型中的完整性约束,学院,班级,学生,隶属1,隶属2,1,n,n,1,学生信息表（学号，姓名，性别，出生日期，籍贯，民族，身份证号，班级编号）班级信息表（班级编

19、号，班级名称，班级人数，学院名称）学院信息表（学院名称，学院地址）,外键：关系与关系之间的联系是通过公共属性相联系的，这个公共属性是一个关系的关键字和另一个关系的非关键字属性,班级信息表是学生信息表的参照表学院信息表是班级信息表的参照表利用外键可以实现了E-R图中的联系,关系模型中的完整性约束,参照完整性规则一个关系中的外键的取值或者为空，或者取参照关系中的某个关键字值。删除参照关系时：受限删除。禁止删除，即如果删除参照关系中的元组会破坏参照完整性规则，则不允许删除。例如：删除学院信息表中的“管理学院”，将破坏完整性规则，不允许删除。级联删除。如果要删除参照关系中的元组，则同时将依赖该关系的表

20、中对应的元组都全部删除。例如：删除学院信息表中的“管理学院”，则同时将班级表中对应的四个元组都删除，而删除了班级表中的四个元组后，应同时删除学生信息表中与这四个元组相对应的两个元组。置空值删除。在删除参照关系中的元组时，同时将依赖该关系的表中的外键置为空值。,关系模型中的完整性约束,用户定义的完整性规则例如：学生信息表（学号，姓名，性别，出生日期，籍贯，民族，身份证号，班级编号）性别 男，女出生日期用户定义的完整性规则是根据具体的应用需求来确定的，它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。,2.2 关系代数,关系代数中常用的运算及运算符：集合运算符：（并），（差），（交），（笛卡儿积）

21、；关系运算符：（投影），（选择），（连接）；算术比较符：（大于），（大于等于），（小于），（小于等于），（不等于）逻辑运算符：（非），（与），（或）,2.2 关系代数,集合运算：（并），（差），（交），（笛卡儿积）；,并运算,交运算,差运算,2.2 关系代数,A,B,AB,含义：信息专业和人文专业学生的选课情况,2.2 关系代数,A,B,AB,含义：学生在地和地进行选课，学生在两个地方同时选修了哪些课程,AB,含义：学生在地和地进行选课，学生仅在地选的课程,AB,含义：学生在地和地共选修了哪些课程,？,2.2 关系代数,学生信息表,A,1、有新生入学，将学生吴东的信息输入到学生信息表中,答案：

22、学生信息表 A,2、有学生退学，退学的学生是050002，将该生信息从学生信息表中删除,答案：学生信息表 B,B,3、信息管理专业学生信息放在学生信息表1中，人文专业学生信息放在学生信息表2，查询获得两个专业全部的学生信息,2.2 关系代数,关系运算符：（投影），（选择），（连接）；,学生信息表,1、投影运算（）Project对单个关系的运算，从一个关系中选择所需要的属性，并重新排列组成一个新的关系。是列方向的运算。,例如：求学生的学号、姓名和所学专业,学生名单,数学表达：学号，姓名，所学专业（学生信息表）,2.2 关系代数,投影运算的数学描述：设R是k度关系，Ai1，Ai2，Aik分别是它的

23、第i1，i2，ik个属性，即：R(Ai1，Ai2，Aik)则关系R在Ai1，Ai2，Aik上的投影是一个m度关系，记做 Ai1，Ai2，Aim（R）（m k）,2.2 关系代数,投影运算练习：关系课程信息（课程号，课程名称，考试方式，学分，学时数，周学时数，上机时数，开课学期）问题：1、学生需要从课程信息中了解课程号，课程名称，学分，考试方式。2、教师需要从课程信息中了解课程号，课程名称，学分，学时数，周学时数，上机时数，考试方式。3、教学管理人员需要从课程信息中了解全部课程信息。,答案：1、课程号，课程名称，学分，考试方式（课程信息）2、课程号，课程名称，学分，学时数，周学时数，上机时数，考

24、试方式（课程信息）3、课程号，课程名称，考试方式，学分，学时数，周学时数，上机时数，开课学期（课程信息）,2.2 关系代数,2.2 关系代数,2、选择运算（）Select 对单个关系的运算，从一个关系中选择出满足条件的元组构成新的关系，这个新关系是原关系的子集。是行方向的运算。例如：选择开课学期是“一上”的课程,课程信息表,“一上”学期课程信息表,数学表达：开课学期 一上（课程信息表）,2.2 关系代数,选择运算的数学描述：设F是一个条件，则在关系R上的F选择运算记做F(R)，且 F(R)t R|满足F 其中：t为元组，F是条件表达式，是属性名或常数，但不能同时为常数；是算术比较运算符（大于）

25、，（大于等于），（小于），（小于等于），（不等于）,2.2 关系代数,选择运算练习：关系课程信息（课程号，课程名称，考试方式，学分，学时数，周学时数，上机时数，开课学期）问题：1、学生需要知道“一下”学期有哪些课程。2、教师需要知道“三上”学期上机时数30的课程有哪些。3、教学管理人员需要知道考试方式为“考试”且上机时数为0的课程有哪些。,答案：1、开课学期 一下（课程信息表）2、开课学期 三上 上机时数30（课程信息表）3、考试方式 考试 上机时数0（课程信息表）,2.2 关系代数,学生的角度,教师的角度,教学管理人员的角度,2.2 关系代数,投影与选择的混合运算：,R,1、信息管理专业的女

26、生?2、信息管理专业女生的学号和姓名?,2.2 关系代数,投影与选择的混合运算：,R,信息专业的女生,信息专业女生的学号和姓名,所学专业 信息管理 性别 女（R）,学号，姓名（所学专业 信息管理 性别 女（R）,2.2 关系代数,投影与选择的混合运算：课程信息（课程号，课程名称，考试方式，学分，学时数，周学时数，上机时数，开课学期）考试方式为“考查”的课程号、课程名称学时数大于40 的课程号、课程名称、考试方式开课学期是“三上”且上机时数大于等于30的课程号、课程名称、学分考试方式为“考试”的全部课程信息周学时数小于8的全部课程信息考试方式为“考试”且周学时为8的课程的学分开课学期是“二上”的

27、全部课程信息考试方式为“考查”且周学时大于等于4的课程号、课程名称,2.2 关系代数,3、连接运算（）Join,R,S,RS,2.2 关系代数,等值连接,RS,2.2 关系代数,自然连接,S,R,RS,第一步：连接,第二步：条件选择,第三步：去掉重复属性,RS,S,R,关系代数操作综合练习（一）,学生信息表（学号，姓名，性别，出生日期，民族，身份证号，班级编号）教师信息表（教工号，姓名，性别，出生日期，民族，身份证号，教研室名称）课程信息表（课程号，课程名称，学时数，学分数，上机时数，考试方式）学生选课表（学号，课程号，成绩）教师授课表（教工号，课程号）,1、全部女生信息2、“信息管理”教研室

28、的教师信息3、班级编号是“CS0801”年龄大于21的学生信息4、学时数大于等于60且考试方式为“考查”的课程信息5、学号为“080001”的学生所选修课程的课程号6、学号为“080001”的学生所选修课程的全部课程信息7、姓名为“李鸿”的学生所选修课程的课程号，课程名称，学分数,2.2 关系代数,4、除运算（）关系R和S，R能被S除的条件有两个：、R中的属性包含S中的属性、R中的有些属性不出现在S中R除以S表示为 R S，设商为T：、T的属性由R中那些不出现在S中的属性组成、T的元组是S中所有元组在R中对应值相同的那些元组值。,4、除运算（）,必修课,选课,选修课,选课 必修课,学号，课号（

29、选课）必修课,选课 选修课,4、除运算（）,选课 必修课,学号，课号（选课）必修课,选课 选修课,含义：表示选择必修课表中给定的全部课程“C1”和“C3”，且成绩一样的学生的学号和成绩。,含义：表示选择选修课表中给定的全部课程（本例中只有C2一门课），且成绩一样的学生的学号和成绩。,含义：表示学过必修课中规定的全部课程的学生学号。,关系代数操作综合练习（二）,学生信息表S（SNO，SNAME，SEX，AGE）教师授课表T（CNO，CNAME，TEACHER）学生选课表ST（SNO，CNO，SCORE）,1、查询“隋老师”所授课程的课程号（CNO）和课程名（CNAME）2、查询年龄大于20岁的男生学号（SNO）和姓名（SNAME）3、查询至少选修“隋老师”所授全部课程的学生姓名（SNAME）4、查询“吴梅”同学不学课程的课程号（CNO）5、查询全部学生都选修的课程的课程号（CNO）和课程名（CNAME）6、查询选修课程包含“隋老师”所授课程之一的学生学号（SNO）7、查询选修了“C语言”的学生学号（SNO）8、查询选修了全部课程的学生姓名（SNAME）9、查询选修张岳同学所修课程的学生学号（SNO）和姓名（SNAME）,总结,关系的基本概念笛卡儿积、域、关系、元组（记录）、属性、关键字关系的性质关系中列、行顺序关系中的属性的规定关系代数集合操作关系操作,