數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論 關(guān)系的數(shù)據(jù)描述ppt課件.ppt

現(xiàn)存在兩個(gè)集合為 A 張三 李四 王二 B 數(shù)據(jù)庫(kù)原理 離散數(shù)學(xué) 算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 如何描述A與B的關(guān)系呢 張三 數(shù)據(jù)庫(kù)原理 關(guān)系的數(shù)學(xué)描述 1 表達(dá)學(xué)生與課程的關(guān)系 可以用如下有序?qū)Ρ硎?張三 數(shù)據(jù)庫(kù)原理 李四 離散數(shù)學(xué) 這樣的有序?qū)Φ募戏Q為二元關(guān)系 簡(jiǎn)稱關(guān)系 關(guān)系的數(shù)學(xué)描述 2 關(guān)系的數(shù)學(xué)描述 在數(shù)學(xué)上 以上關(guān)系的產(chǎn)生可以通過(guò)如下數(shù)學(xué)運(yùn)算完成 A B 表示A中取一個(gè)元素 B中取一個(gè)元素 顯然 二元關(guān)系是A B的一個(gè)子集 數(shù)學(xué)演示乘法結(jié)果A B的結(jié)果表示什么含義呢 如何使用關(guān)系描述概念模型中的實(shí)體 學(xué)號(hào) 姓名 年齡 3 由E F Codd于1970年提出關(guān)系模型 概念模型中的各種要素 包括實(shí)體 聯(lián)系均用關(guān)系表示一個(gè)關(guān)系就是一張二維表現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)基本上都是關(guān)系型的SQLServerOracleInformixAccessFoxpro 第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù) 4 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)及其形式化定義 2 1 1關(guān)系域 一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合 1 2 3 10 a b C T F 笛卡爾積給定一組域D1 D2 Dn 這些域中可以有相同的 D1 D2 Dn的笛卡爾積為 D1 D2 Dn d1 d2 dn di Di i 1 2 n 所有域的所有取值的一個(gè)組合不能重復(fù) 5 d1 d2 dn 稱為元組 Tuple di稱為一個(gè)分量 Component 若Di為有限集 其基數(shù)為 Di mi 則D1 D2 Dn的基數(shù)M為 6 例 給出3個(gè)域 分別是則D1 D2 D3 張清梅 計(jì)算機(jī)專業(yè) 李勇 其可以用二維表表示 實(shí)際上 笛卡爾積表達(dá)了一種關(guān)系 7 從中取出有意義的元組 即構(gòu)成了關(guān)系 8 關(guān)系D1 D2 Dn的子集叫作在域D1 D2 Dn上的關(guān)系 表示為R D1 D2 Dn R 關(guān)系名n 關(guān)系的目或度 Degree 9 一個(gè)關(guān)系是一張二維表 表的一行對(duì)應(yīng)一個(gè)元組 一列對(duì)應(yīng)一個(gè)域 給域取名 稱為屬性 候選碼 若關(guān)系中的某一屬性組的值能唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)元組 則稱該屬性組為候選碼簡(jiǎn)單的情況 候選碼只包含一個(gè)屬性 當(dāng)候選碼包括所有的屬性 稱為全碼 主碼 若干候選碼 選定其中一個(gè) 稱為主碼 10 主碼的判別 關(guān)系模式如下 課程 課程號(hào) 課程名 學(xué)分 選修 學(xué)號(hào) 課程號(hào) 成績(jī) 個(gè)人基本信息 身份證號(hào) 駕駛證號(hào) 姓名 年齡 性別 找出它們的候選碼和主碼 11 主屬性 候選碼的諸屬性稱為主屬性不包含在候選碼中的屬性稱為非主屬性關(guān)系表示 R A1 A2 An 其中R為關(guān)系名 A1 A2 An屬性名 例如SAP SUPERVISOR SPECIALITY POSTGRADUATE 12 關(guān)系的三種類型 基本關(guān)系實(shí)際存在的表 是實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的邏輯表示查詢表查詢結(jié)果對(duì)應(yīng)的表視圖表由基本關(guān)系導(dǎo)出的表 是虛表三種關(guān)系示例 13 關(guān)系模式 關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式關(guān)系模式是型 關(guān)系是值R U D DOM F R 關(guān)系名U 屬性名的集合D U所來(lái)自的域DOM 屬性向域的映像集合F 屬性之間的函數(shù)依賴關(guān)系關(guān)系模式示例學(xué)生 學(xué)號(hào) 姓名 性別 年齡 專業(yè) 14 2 2關(guān)系操作 關(guān)系是笛卡爾積的子集 所以關(guān)系是集合 因此 關(guān)系操作實(shí)質(zhì)就是集合運(yùn)算 其操作對(duì)象和結(jié)果都是集合 關(guān)系操作包括 查詢和更新 增 改 刪 查詢操作對(duì)應(yīng)集合運(yùn)算的選擇 投影 連接 除 并 差 交 笛卡爾積等 對(duì)應(yīng)的意義 只要設(shè)計(jì)出集合運(yùn)算的算法 即可很方便地對(duì)關(guān)系進(jìn)行操作了 15 關(guān)系操作的語(yǔ)言 關(guān)系代數(shù)語(yǔ)言用對(duì)關(guān)系的運(yùn)算來(lái)表達(dá)查詢要求 交 并 補(bǔ)等集合運(yùn)算 代表 ISBL關(guān)系演算語(yǔ)言 用謂詞來(lái)表達(dá)查詢要求元組關(guān)系演算語(yǔ)言謂詞變?cè)幕緦?duì)象是元組變量代表 APLHA QUEL域關(guān)系演算語(yǔ)言謂詞變?cè)幕緦?duì)象是域變量代表 QBE上述三種演算語(yǔ)言在表達(dá)能力上是完全等價(jià)的具有關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算雙重特點(diǎn)的語(yǔ)言它既有關(guān)系運(yùn)算 又有謂詞和量詞代表 SQL StructuredQueryLanguage 16 關(guān)系數(shù)據(jù)語(yǔ)言的分類 關(guān)系代數(shù) 元組關(guān)系演算 域關(guān)系演算都是抽象的查詢語(yǔ)言 實(shí)際的RDBMS語(yǔ)言還包括聚集函數(shù) 關(guān)系賦值 算數(shù)運(yùn)算等功能 使其更加強(qiáng)大 而上述三種語(yǔ)言一般作為評(píng)估實(shí)際系統(tǒng)中查詢語(yǔ)言能力的標(biāo)準(zhǔn) 17 2 3關(guān)系的完整性 是關(guān)系的值應(yīng)該滿足的某種約束條件 是現(xiàn)實(shí)世界的語(yǔ)義要求三類完整性約束實(shí)體完整性若屬性 屬性組 A是關(guān)系R的主屬性 則A不能取空 null 學(xué)生基本信息表中 學(xué)號(hào)不能為空 學(xué)生成績(jī)表中 學(xué)號(hào)和課程號(hào)均不能為空 如果兩條記錄為空 該屬性則不能稱為主屬性參照完整性用戶完整性 18 參照完整性 在學(xué)生數(shù)據(jù)庫(kù)中 有兩張表學(xué)生 學(xué)號(hào) 姓名 專業(yè)號(hào) 專業(yè) 專業(yè)號(hào) 專業(yè)名稱 19 設(shè)F是基本關(guān)系R的一個(gè)或一組屬性 但不是關(guān)系R的碼 如果F與基本關(guān)系S的主碼Ks相對(duì)應(yīng) 則稱F是基本關(guān)系R的外碼基本關(guān)系R稱為參照關(guān)系 ReferencingRelation 基本關(guān)系S稱為被參照關(guān)系 ReferencedRelation 或目標(biāo)關(guān)系 TargetRelation 20 外碼的要求不是關(guān)系R的主碼與另外一個(gè)關(guān)系的主碼相對(duì)應(yīng) 21 參照完整性規(guī)則 若屬性 或?qū)傩越M F是基本關(guān)系R的外碼 它與基本關(guān)系S的主碼Ks相對(duì)應(yīng) 基本關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系 則對(duì)于R中每個(gè)元組在F上的值必須為 或者取空值 F的每個(gè)屬性值均為空值 或者等于S中某個(gè)元組的主碼值 22 例 學(xué)生 課程 學(xué)生與課程之間的多對(duì)多聯(lián)系學(xué)生 學(xué)號(hào) 姓名 性別 專業(yè)號(hào) 年齡 課程 課程號(hào) 課程名 學(xué)分 選修 學(xué)號(hào) 課程號(hào) 成績(jī) 23 例3學(xué)生實(shí)體及其內(nèi)部的一對(duì)多聯(lián)系 學(xué)生 學(xué)號(hào) 姓名 性別 專業(yè)號(hào) 年齡 班長(zhǎng) 學(xué)號(hào) 是主碼 班長(zhǎng) 是外碼 它引用了本關(guān)系的 學(xué)號(hào) 班長(zhǎng) 必須是確實(shí)存在的學(xué)生的學(xué)號(hào) 24 用戶定義完整性 針對(duì)特定數(shù)據(jù)庫(kù)所設(shè)置的約束條件 如 性別的設(shè)置 國(guó)內(nèi)電話區(qū)號(hào)以0開頭 等 25 2 4關(guān)系代數(shù) 用關(guān)系運(yùn)算來(lái)表達(dá)查詢運(yùn)算對(duì)象 運(yùn)算結(jié)果 運(yùn)算符 26 27 2 4 1傳統(tǒng)的集合運(yùn)算 1 并 Union 操作條件 R和S具有相同的目n 即兩個(gè)關(guān)系都有n個(gè)屬性 相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域R S仍為n目關(guān)系 由屬于R或?qū)儆赟的元組組成R S t t R t S 28 29 2 差 Difference 操作條件 R和S具有相同的目n相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域R S仍為n目關(guān)系 由屬于R而不屬于S的所有元組組成R S t t R t S 30 R S 31 3 交 Intersection 操作條件 R和S具有相同的目n相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域R S仍為n目關(guān)系 由既屬于R又屬于S的元組組成R S t t R t S R S R R S 32 33 4 笛卡爾積 CartesianProduct 嚴(yán)格地講應(yīng)該是廣義的笛卡爾積 ExtendedCartesianProduct R n目關(guān)系 k1個(gè)元組S m目關(guān)系 k2個(gè)元組R S列 n m 列元組的集合元組的前n列是關(guān)系R的一個(gè)元組后m列是關(guān)系S的一個(gè)元組行 k1 k2個(gè)元組R S trts tr R ts S 元組的連接或者串結(jié) 34 trtsR為n目關(guān)系 S為m目關(guān)系 tr R ts S trts稱為元組的連接 trts是一個(gè)n m列的元組 前n個(gè)分量為R中的一個(gè)n元組 后m個(gè)分量為S中的一個(gè)m元組 35 A 張三 李四 王二 目B 數(shù)據(jù)庫(kù) 4 離散數(shù)學(xué) 4 算法 4 A B 36 37 2 4 2專門的關(guān)系運(yùn)算 幾個(gè)記號(hào)R t R t Ai 設(shè)關(guān)系模式為R A1 A2 An 它的一個(gè)關(guān)系設(shè)為R如R 學(xué)號(hào) 姓名 年齡 t R表示t是R的一個(gè)元組t Ai 則表示元組t中相應(yīng)于屬性Ai的一個(gè)分量t 學(xué)號(hào) 001 38 A t A A若A Ai1 Ai2 Aik 其中Ai1 Ai2 Aik是A1 A2 An中的一部分 則A稱為屬性列或?qū)傩越M t A t Ai1 t Ai2 t Aik 表示元組t在屬性列A上諸分量的集合 如t 姓名 年齡 張三 20 A則表示 A1 A2 An 中去掉 Ai1 Ai2 Aik 后剩余的屬性組 如A 學(xué)號(hào) 39 象集Zx給定一個(gè)關(guān)系R X Z X和Z為屬性組 當(dāng)t X x時(shí) x在R中的象集 ImagesSet 為 Zx t Z t R t X x 它表示R中屬性組X上值為x的諸元組在Z上分量的集合 40 x1在R中的象集Zx1 Z1 Z2 Z3 x2在R中的象集Zx2 Z2 Z3 x3在R中的象集Zx3 Z1 Z3 41 Z張清玫 Z 張清玫 計(jì)算機(jī)專業(yè) 42 選擇投影連接除 43 例題用表 student 44 course 45 SC 46 1 選擇 Selection 選擇又稱為限制 Restriction 選擇運(yùn)算符的含義在關(guān)系R中選擇滿足給定條件的諸元組 F R t t R F t 真 F 選擇條件 是一個(gè)邏輯表達(dá)式 基本形式為 X1 Y1 47 選擇 續(xù) 例1 查詢信息系 IS系 全體學(xué)生 Sdept IS Student 或 5 IS Student 結(jié)果 48 例2 查詢年齡小于20歲的學(xué)生 Sage 20 Student 或 4 20 Student 結(jié)果 49 查詢女生年齡大于18歲的記錄查詢2002年入學(xué)的學(xué)生紀(jì)錄 50 選擇運(yùn)算是從關(guān)系R中選取使邏輯表達(dá)式F為真的元組 是從行的角度進(jìn)行的運(yùn)算 51 2 投影 Projection 投影運(yùn)算符的含義從R中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系 A R t A t R A R中的屬性列 52 投影 Projection 投影操作主要是從列的角度進(jìn)行運(yùn)算但投影之后不僅取消了原關(guān)系中的某些列 而且還可能取消某些元組 避免重復(fù)行 53 投影 例3 查詢學(xué)生的姓名和所在系即求Student關(guān)系上學(xué)生姓名和所在系兩個(gè)屬性上的投影 Sname Sdept Student 或 2 5 Student 結(jié)果 54 投影 例4 查詢學(xué)生關(guān)系Student中都有哪些系 Sdept Student 結(jié)果 55 查詢李勇所在的系找出李勇的記錄求取系順序顛倒是否可以 56 3 連接 Join 連接也稱為 連接連接運(yùn)算的含義從兩個(gè)關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組RS tr R ts S tr A ts B A和B 分別為R和S上度數(shù)相等且可比的屬性組 比較運(yùn)算符連接運(yùn)算從R和S的廣義笛卡爾積R S中選取 R關(guān)系 在A屬性組上的值與 S關(guān)系 在B屬性組上值滿足比較關(guān)系 的元組 57 R 工資 E 工資 RS 58 連接 續(xù) 兩類常用連接運(yùn)算等值連接 equijoin 為 的連接運(yùn)算稱為等值連接等值連接的含義從關(guān)系R與S的廣義笛卡爾積中選取A B屬性值相等的那些元組 即等值連接為 RS tr R ts S tr A ts B 59 連接 續(xù) 自然連接 Naturaljoin 自然連接是一種特殊的等值連接兩個(gè)關(guān)系中進(jìn)行比較的分量必須是相同的屬性組在結(jié)果中把重復(fù)的屬性列去掉自然連接的含義R和S具有相同的屬性組BRS tr R ts S tr B ts B trts 60 連接 續(xù) 一般的連接操作是從行的角度進(jìn)行運(yùn)算 自然連接還需要取消重復(fù)列 所以是同時(shí)從行和列的角度進(jìn)行運(yùn)算 61 連接 續(xù) 例5 關(guān)系R和關(guān)系S如下所示 62 連接 續(xù) 一般連接RS的結(jié)果如下 C E 63 連接 續(xù) 等值連接RS的結(jié)果如下 64 連接 續(xù) 自然連接RS的結(jié)果如下 65 連接 續(xù) 外連接如果把舍棄的元組也保存在結(jié)果關(guān)系中 而在其他屬性上填空值 Null 這種連接就叫做外連接 OUTERJOIN 左外連接如果只把左邊關(guān)系R中要舍棄的元組保留就叫做左外連接 LEFTOUTERJOIN或LEFTJOIN 右外連接如果只把右邊關(guān)系S中要舍棄的元組保留就叫做右外連接 RIGHTOUTERJOIN或RIGHTJOIN 66 連接 續(xù) 下圖是例5中關(guān)系R和關(guān)系S的外連接 67 連接 續(xù) 圖 b 是例5中關(guān)系R和關(guān)系S的左外連接 圖 c 是右外連接 68 4 除 Division 可以看作是笛卡爾積的逆運(yùn)算 但不完全是R是m n度關(guān)系 S是n度關(guān)系R的第 m i 個(gè)屬性和S的第i個(gè)屬性 i 1 n 必須是在相同的域上定義 R S元組在X上分量值x的象集Yx包含S 則R S x 69 S 70 5 綜合舉例 以學(xué)生 課程數(shù)據(jù)庫(kù)為例 P56 例7 查詢至少選修1號(hào)課程和3號(hào)課程的學(xué)生號(hào)碼 首先建立一個(gè)臨時(shí)關(guān)系K 然后求 Sno Cno SC K 71 綜合舉例 續(xù) 例7續(xù) Sno Cno SC 200215121象集 1 2 3 200215122象集 2 3 K 1 3 于是 Sno Cno SC K 200215121 查詢選修了全部課程的學(xué)生學(xué)號(hào) 72 綜合舉例 續(xù) 例8 查詢選修了2號(hào)課程的學(xué)生的學(xué)號(hào) Sno Cno 2 SC 200215121 200215122 73 查詢選修了課程號(hào)1的學(xué)生姓名 涉及2張表 為跨表查詢 Sname cno 1 studentSC 查詢李勇參與的考試的課程號(hào)查詢李勇的先修課程號(hào) 74 綜合舉