數(shù)據(jù)庫基礎知識

數(shù)據(jù)庫基礎知識,蔣望東副教授,湖南財政經(jīng)濟學院信息管理系,1概論1.1數(shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)處理1.2計算機數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.3數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.5數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展,1.1數(shù)據(jù)、信息、數(shù)據(jù)處理（1）數(shù)據(jù)：描述事物的符號記錄。數(shù)據(jù)與語義(含義)密不可分。舉例：數(shù)字、文字、圖形、圖像、聲音、語言等。例如:(200505101,張三,男,21,上海,計算機專業(yè))（2）信息：經(jīng)加工處理后獲取的有價值的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系?（3）數(shù)據(jù)處理：指對各種數(shù)據(jù)進行收集、存儲、加工和傳播的一系列活動總和。數(shù)據(jù)管理：指對數(shù)據(jù)進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護，它是數(shù)據(jù)處理的中心問題。信息=數(shù)據(jù)+數(shù)據(jù)處理,現(xiàn)實世界:客觀存在的世界中的事物及其聯(lián)系。數(shù)據(jù)庫方法中：客觀事物及聯(lián)系抽象實體（信息世界）轉(zhuǎn)換記錄（計算機世界）,信息世界（或概念世界）：現(xiàn)實世界在人腦中的反映，是對客觀事物及其聯(lián)系的一種抽象描述。描述方法：常用E-R模型來描述（以后介紹）。,計算機世界（又稱數(shù)據(jù)世界）：是在信息世界基礎上的進一步抽象。描述方法：數(shù)據(jù)模型。常用術(shù)語：數(shù)據(jù)項（Field）(字段)：標記實體屬性的符號集。（描述屬性）數(shù)據(jù)庫中可以命名及存取的最小邏輯數(shù)據(jù)單位。記錄（Record）：數(shù)據(jù)項的有序數(shù)據(jù)集合。（描述實體）注:關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中稱為元組。,字段、屬性、列,記錄、元組、行,學生基本信息表,學,號,姓,名,年,齡,性,別,系,名,年,級,95004,王小明,19,女,社會學,95,95006,黃大鵬,20,男,商品學,95,95008,張文斌,18,女,法律學,95,1.2計算機數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展（1）人工管理階段：20世紀50年代中期以前。特點：a、數(shù)據(jù)不能長期保存。b、數(shù)據(jù)不共享與程序不具有獨立性。c、系統(tǒng)中無對數(shù)據(jù)進行管理的軟件。,圖1-2人工管理階段應用程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系,（2）文件系統(tǒng)階段:20世紀50年代后期60年代中后期。特點：a、數(shù)據(jù)可以長期保存,多次訪問。b、由文件系統(tǒng)管理相應的數(shù)據(jù)（無集中管理）。c、程序和數(shù)據(jù)有了一定的獨立性，存儲分開。d、數(shù)據(jù)共享差，冗余度大。,應用程序1,數(shù)據(jù)組1,數(shù)據(jù)組2,應用程序2,數(shù)據(jù)組N,應用程序N,文件系統(tǒng),圖1-3文件系統(tǒng)階段應用程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系,（3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段：20世紀60年代后期開始。例：學生基本信息記錄表：,這個表格的缺點：有些同學的獎懲記錄很多，但大部分沒有，因此“獎懲情況”這一欄該留多大的位置很難確定。而且很難統(tǒng)計獎勵的次數(shù),修改后的記錄表：將學生基本信息和獎懲情況分開來,獎懲情況表,修改后的學生基本信息記錄表,特點：描述數(shù)據(jù)時不僅描述數(shù)據(jù)本身，還描述了數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。,特點：a、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，信息完整，功能通用。b、實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，減少數(shù)據(jù)冗余，易擴充。c、采用了特定的數(shù)據(jù)模型。d、數(shù)據(jù)獨立性高。物理獨立性：應用程序的處理與數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)無關(guān)。邏輯獨立性：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)的改變，用戶程序可以不改變。,e、數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制。,返回,應用程序1,應用程序2,應用程序N,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS,數(shù)據(jù)庫,圖1-4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段應用程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系,數(shù)據(jù)管理技術(shù)三個發(fā)展階段的詳細比較,應用背景科學計算科學計算、管理大規(guī)模管理,硬件背景無直接存取存儲設備磁盤、磁鼓大容量磁盤,軟件背景沒有操作系統(tǒng)有文件系統(tǒng)有DBMS,處理方式批處理實時處理、批處理,數(shù)據(jù)的管理者用戶（程序員）文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),數(shù)據(jù)面向的對象某一應用程序某一應用現(xiàn)實世界,數(shù)據(jù)的共享程度無共享，冗余度很大共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小,獨立性差,實時處理、分布處理、批處理,具有高度的物理獨立性和一定的邏輯獨立性,數(shù)據(jù)的獨立性,不獨立，完全依靠于程序,記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)、整體無結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu)化，用數(shù)據(jù)模型描述,數(shù)據(jù)控制能力應用程序自己控制文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),1.3數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（1）數(shù)據(jù)庫（DataBase,簡稱DB）定義：長期存放在計算機存儲設備上有組織的、可共享的、相關(guān)的數(shù)據(jù)集合。特征：數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存；可為各種用戶共享；冗余度較??；數(shù)據(jù)獨立性較高；易擴展。（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)DBS的核心，是被管理的對象）（2）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem,簡稱DBMS）功能：負責對DB進行管理與維護。,圖1-5數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位,DBMS應包含的功能：數(shù)據(jù)定義功能：數(shù)據(jù)定義語言（DataDefinitionLanguage,簡稱DDL）數(shù)據(jù)操縱功能：數(shù)據(jù)操縱語言（DataManipulationLanguage,簡稱DML）如：插入、查找、修改和刪除等操作。數(shù)據(jù)庫的運行管理：數(shù)據(jù)控制語言（DataControlLanguage,簡稱DCL）數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能,DBMS須提供的數(shù)據(jù)控制功能：數(shù)據(jù)安全性（Security）保護。數(shù)據(jù)完整性（Integrity）檢查。完整性：數(shù)據(jù)的正確性、有效性、一致性。并發(fā)（Concurrency）控制：能實現(xiàn)多個用戶同時對數(shù)據(jù)庫庫中的數(shù)據(jù)或同一數(shù)據(jù)進行合理存取。數(shù)據(jù)庫恢復（Recovery）。注：目前典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）有Oracle、Sybase、DB2、Informix、SQLserver、Foxpro、access。,（3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem,簡稱DBS）即具有管理和控制數(shù)據(jù)庫功能的計算機系統(tǒng)。注：常將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據(jù)庫。a、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的5個組成部分：硬件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫DB數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS相關(guān)軟件（支持軟件，如操作系統(tǒng)等；應用開發(fā)工具軟件等）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用戶：數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）：負責數(shù)據(jù)庫管理的和維護操作。,數(shù)據(jù)庫設計者：負責數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的確定、存取方式、數(shù)據(jù)庫最后的定義等。最終用戶：數(shù)據(jù)庫的主要用戶，對數(shù)據(jù)庫提出查詢和更新等操作要求。最終用戶分三類：偶然用戶、簡單用戶、復雜用戶。系統(tǒng)分析員和應用程序員。系統(tǒng)分析員：負責分析最終用戶需求，對這些需求做出數(shù)據(jù)庫事務的準確的定義。應用程序員：把系統(tǒng)分析員提供的數(shù)據(jù)事務定義編制成計算機軟件，并進行編碼、測試、維護。,b、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特征：實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享減少數(shù)據(jù)冗余度保持數(shù)據(jù)的一致性數(shù)據(jù)的獨立性安全保密性并發(fā)控制故障恢復,應用系統(tǒng),應用開發(fā)工具,操作系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),用戶,用戶,用戶,數(shù)據(jù)庫,圖1-6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),本小結(jié)結(jié)束,DBA,1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）模式（Schema）是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。（不涉及到具體的值）例：學生選課數(shù)據(jù)庫模式：學生（學號，姓名，性別，專業(yè)班級，出生年月）課程（課程號，課程名，學分）選課（學號，課程號，成績）注意：模式中不包含具體的記錄數(shù)據(jù)模式的實例：模式的具體值稱為模式的實例。,學生表實例,模式與實例的關(guān)系：1）、模式相對穩(wěn)定。2）、同一個模式，可以有很多實例，實例是相對變動的。3）、模式反映的是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系，而實例反映的是數(shù)據(jù)庫某一時刻的狀態(tài)值。數(shù)據(jù)庫中的模式：用數(shù)據(jù)描述語言精確定義數(shù)據(jù)模型的全部語句。,（）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式兩級映射結(jié)構(gòu)：1)、外模式（ExternalSchema）(子模式Subschema、用戶模式）：用子模式數(shù)據(jù)描述語言（子模式DDL）來定義外模型的全部語句。2)、概念模式（簡稱模式，Schema）又稱邏輯模式：用模式數(shù)據(jù)描述語言（模式DDL）來定義概念模型的全部語句。3)、內(nèi)模式（InternalSchema）也稱物理模式、存儲模式（StorageSchema）:用設備介質(zhì)語言（內(nèi)模式DDL）來定義內(nèi)模型的模式。（是對數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述。）,實例,（3）三類模式之間的關(guān)系與區(qū)別：（重點）1)、子模式是概念模式的子集。2)、一個數(shù)據(jù)庫只有一個概念模式，只有一個內(nèi)模式，可以有多個外模式。3)、外模式是保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個有力措施。4)、一個外模式可以對應多個應用，但一個應用只能對應一個外模式。（4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)三級模式之間的兩級映射：1)、子模式模式映射：保證了邏輯數(shù)據(jù)獨立性：用戶數(shù)據(jù)獨立于全局邏輯數(shù)據(jù)的特性（模式變，子模式可以不變）。2)、模式物理模式映射：保證了物理數(shù)據(jù)獨立性：全局邏輯數(shù)據(jù)獨立于物理數(shù)據(jù)的特性。,圖1-15數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)圖,邏輯獨立性,物理獨立性,外模式(子模式)面向用戶,人事登記表,科研登記表,工資卡片,基本文件,職工信息表,項目表,工資表,第一層,第二層,第三層,（概念）模式(面向系統(tǒng)整體),內(nèi)模式(物理模式)(面向計算機存儲),主數(shù)據(jù)文件擴展名為.mdf,物理組織最佳的形式,全校數(shù)據(jù)庫,教務處：教務管理系統(tǒng),學生處：學生信息管理系統(tǒng),現(xiàn)代化教學中心：一卡通管理系統(tǒng),。,數(shù)據(jù)庫的物理存儲模式,外模式,模式,內(nèi)模式,邏輯獨立性,物理獨立性,例：,全校數(shù)據(jù)庫,教務處：教務管理系統(tǒng),學生處：學生信息管理系統(tǒng),現(xiàn)代化教學中心：一卡通管理系統(tǒng),。,數(shù)據(jù)庫的物理存儲模式,學生（學號，姓名，性別，專業(yè)班級，出生年月，籍貫，家庭地址，聯(lián)系方式）課程（課程號，課程名，學分，開課單位）獎懲信息（學號，獎懲記錄）選課（學號，課程號，成績）一卡通（。）,學生（學號，姓名，性別，專業(yè)班級）課程（課程號，課程名，學分，開課單位）選課（學號，課程號，成績）,學生（學號，姓名）一卡通（。）,學生（學號，姓名，性別，專業(yè)班級，出生年月，籍貫，家庭地址，聯(lián)系方式）獎懲信息（學號，獎懲記錄）,數(shù)據(jù)庫文件的存儲形式，如文件名，是否索引等。,思考：1、學生表中增加一個字段，對3個系統(tǒng)有影響嗎？2、將字段名“專業(yè)班級”改名為“班級”，對3個系統(tǒng)有影響嗎？,1.5數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展,第一代數(shù)據(jù)庫的代表是1969年IBM公司研制的層次模型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)IMS和70年代美國數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)語言協(xié)商CODASYL下屬數(shù)據(jù)庫任務組DBTG提議的網(wǎng)狀模型。層次數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型是有根的定向有序樹，網(wǎng)狀模型對應的是有向圖。這兩種數(shù)據(jù)庫奠定了現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫發(fā)展的基礎。這兩種數(shù)據(jù)庫具有如下共同點：1.支持三級模式（外模式、模式、內(nèi)模式）。保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性和一定的邏輯獨立性；2.用存取路徑來表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系；3.有獨立的數(shù)據(jù)定義語言；4.導航式的數(shù)據(jù)操縱語言,第二代數(shù)據(jù)庫的主要特征是支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型。這一理論是在20世紀70年代由時任IBM研究員的E.F.Codd博士提出的。關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)較為簡單，數(shù)據(jù)本身以二維表的形式進行存儲；表之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系是通過一個表的碼與另一個表的碼的連接來實現(xiàn)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為其管理的數(shù)據(jù)提供并發(fā)控制、應急恢復和可伸縮性等功能。值得注意的是關(guān)系數(shù)據(jù)庫最重要的特征不是其存儲和讀取數(shù)據(jù)的能力，而是關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供的強大的查詢功能以及提供的十分方便、易于使用的非過程化查詢語言SQL，這些優(yōu)點使得關(guān)系型數(shù)據(jù)庫得到廣泛的應用。,第三代數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生于80年代，隨著科學技術(shù)的不斷進步，不同領域的數(shù)據(jù)庫應用提出了更多新的數(shù)據(jù)管理的需求，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫已經(jīng)不能完全滿足需求，于是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究和發(fā)展進入了新時代。主要有以下特征：1.支持數(shù)據(jù)管理、對象管理和知識管理；2.保持和繼承了第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的技術(shù)；3.對其它系統(tǒng)開放，支持數(shù)據(jù)庫語言標準，支持標準網(wǎng)絡協(xié)議，有良好的可移植性、可連接性、可擴展性和互操作性等。第三代數(shù)據(jù)庫支持多種數(shù)據(jù)模型（比如關(guān)系模型和面向?qū)ο蟮哪Ｐ停?，并和諸多新技術(shù)相結(jié)合（比如分布處理技術(shù)、并行計算技術(shù)、人工智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、模糊技術(shù)），廣泛應用于多個領域（商業(yè)管理、GIS、計劃統(tǒng)計等），由此也衍生出多種新的數(shù)據(jù)庫技術(shù)。,2數(shù)據(jù)模型,2.1數(shù)據(jù)模型的概念,2.1.1數(shù)據(jù)的三個范疇數(shù)據(jù)需要人們的認識、理解、整理、規(guī)范和加工，然后才能存放到數(shù)據(jù)庫中。也就是說數(shù)據(jù)從現(xiàn)實生活進入到數(shù)據(jù)庫實際經(jīng)歷了若干個階段。一般分為三個階段，即現(xiàn)實世界階段、信息世界階段和機器世界階段，也稱為數(shù)據(jù)的三個范疇。,1.現(xiàn)實世界2.信息世界術(shù)語:實體（Entity）：客觀存在的、可以相互區(qū)別的事物稱為實體。實體可以是具體的對象，例如，一個學生、一輛汽車等。也可以是抽象的事件，例如，一次借書、一次足球賽等。實體集（EntitySet）：性質(zhì)相同的同類實體的集合，稱為實體集。例如，所有的學生、全國足球聯(lián)賽的所有比賽等。屬性（Attribute）：實體有很多特性，每一個特性稱為屬性。每個屬性有一個值域，其類型可以是整數(shù)型、實數(shù)型或字符串型等。例如，學生有學號、姓名、年齡、性別等屬性，相應值域為字符串、字符串、整數(shù)和字符串型。碼（Key）：能唯一標識每個實體的屬性或?qū)傩约?，稱為碼。,3.機器世界術(shù)語：字段（Field）：標記實體屬性的命名單位稱為字段或數(shù)據(jù)項。它是可以命名的最小信息單位。字段的命名往往和屬性名相同，例如，學生有學號、姓名、年齡、性別等字段。記錄（Record）：字段的有序集合稱為記錄。一般用一個記錄描述一個實體，例如，一個學生記錄由有序的字段集組成：（學號，姓名，年齡，性別）。文件（File）：同一類記錄的匯集稱為文件。文件是描述實體集的，例如，所有學生記錄組成了一個學生文件。碼（Key）：能惟一標識文件中每個記錄的字段或字段集，稱為記錄的碼。這個概念與實體的碼相對應。例如，學生的學號可以作為學生記錄的碼。,機器世界和信息世界術(shù)語的對應關(guān)系:信息世界機器世界實體記錄屬性字段（數(shù)據(jù)項）實體集文件碼.碼,以學生數(shù)據(jù)為例表示了信息在三個世界中的有關(guān)術(shù)語及其聯(lián)系:,2.1.2數(shù)據(jù)模型的組成要素及分類,數(shù)據(jù)模型通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束三要素組成。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述的是系統(tǒng)的靜態(tài)特性，即數(shù)據(jù)對象的數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、屬性，以及數(shù)據(jù)對象之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)操作描述的是系統(tǒng)的動態(tài)特性，是對各種對象的實例允許執(zhí)行的操作集合。完整性約束是一組完整性規(guī)則的集合，它是對數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依賴性規(guī)則，用來保證數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。,2.2E-R模型,2.2.1基本概念(1)實體實體是現(xiàn)實世界中客觀存在并可相互區(qū)別的事物。實體可以是具體的人、事、物，也可以是抽象的概念或聯(lián)系。例如一個員工、一個部門、物資設備等等都是實體。(2)屬性實體所具有的某一特性稱為屬性。將一個屬性賦予某實體集，則表明該實體集中每個實體都有相似信息，但每個實體在自己的每個屬性上都有各自的值。例如，實體集員工可能具有EmployeeID、EmployeeName屬性，對于某個特定的Employee實體，它的EmployeeID為20100012，EmployeeName為Jack。(3)碼（key）唯一表示實體的屬性集稱為碼，例如EmployeeID為Employee實體的碼。,(4)域（Domain）屬性的取值范圍稱為域。例如，EmployeeID的域為8位整數(shù)，EmployeeName的域為字符串集。（5）實體集實體集是具有相同特征或能用同樣特征描述的實體集合。例如，某個單位的所有員工的集合可被定義為實體集Employee。組成實體集的各實體稱為實體集的外延，例如某單位所有員工稱為實體集Employee的外延。（6）實體型實體型是指具有相同屬性的實體必然具有共同的特征和性質(zhì)。用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體，稱為實體型。例如，員工（員工編號、姓名、部門、性別、年齡、職稱）就是一個實體型。（7）聯(lián)系現(xiàn)實世界中，事物內(nèi)部或事物之間總是有聯(lián)系的，聯(lián)系反映了實體之間或?qū)嶓w內(nèi)部的關(guān)系。,兩個實體間的聯(lián)系集可分為3種：一對一聯(lián)系(1:1)如果對于實體集A至少和實體集B中的一個實體有聯(lián)系，反之亦然，則稱實體集A和實體集B具有一對一聯(lián)系，記為1:1.一對多聯(lián)系(1:n)如果實體集A中每個實體與實體集B中任意多個（含零個或多個）實體有聯(lián)系，而實體集B中每個實體至多與實體集A中一個實體有聯(lián)系，就稱實體集A和實體集B具有一對多聯(lián)系，記為1:n。多對多聯(lián)系(m:n)如果實體集A中每個實體與實體集B中任意多個（含零個或多個）實體有聯(lián)系，而實體集B中每個實體與實體集A中任意多個（含零個或多個）個實體有聯(lián)系，就稱實體集A和實體集B具有多對多聯(lián)系，記為m:n。,例：假設每個部門只能有一個負責人，每個負責人只能負責一個部門，則部門與負責人這兩個實體之間是一對一的聯(lián)系。每個部門可能有多個員工，而每個員工只能屬于一個部門，則部門實體集Depart和員工實體集Employee之間是一對多聯(lián)系。一個工程項目可能需要多個員工參與，而每個員工還可以參與其它項目，則工程項目與員工之間就是多對多聯(lián)系。,同一個實體集內(nèi)的各實體之間也可以存在一對一、一對多、多對多的聯(lián)系。例：實體集員工Employee各具體實體之間具有領導與被領導關(guān)系，即某一員工“領導”若干名員工，而一個員工僅被另外一個員工直接領導，這就是一對多的聯(lián)系。員工與員工之間還有配偶聯(lián)系，由于一個員工只能有一個配偶，所以員工之間的“配偶”聯(lián)系就是一對一的聯(lián)系,兩個以上實體型之間也存在一對一、一對多、多對多的聯(lián)系。例：學生選課系統(tǒng)中，有教師、學生、課程三個實體，并且有語義：同樣一門課程可能同時有幾位教師開設，而每位教師都可能開設幾門課，學生可以在選課的同時選擇教師。,（8）弱實體集在描述實體的過程中，有些實體集的屬性可能不足以形成主碼，需要依賴其他實體集中的部分屬性。這樣的實體集叫做弱實體集，不需要依賴其他的實體的實體集稱為強實體集。例如一個單位的員工實體集Employee與工作履歷實體集Career，則工作履歷實體集Career是以職工存在為前提的，即工作履歷實體集Career是弱實體集。,2.2.2E-R圖設計,1、E-R圖基本元素和表示方法E-R圖提供了表示實體集、屬性和聯(lián)系的方法，在E-R圖中：(1)實體集：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名。(2)屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體集連接起來。(3)聯(lián)系：用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實體集連接起來，同時在無向邊上表明聯(lián)系的類型(1:1，1:n或m:n)。如果聯(lián)系具有屬性，則該屬性仍用橢圓框表示，仍需要用無向邊將屬性與對應的聯(lián)系連接起來。(4)用虛邊矩形和虛邊菱形分別表示弱實體和弱實體之間的聯(lián)系。,例如：學生實體及屬性,完整的學生選課ER圖,綜合實例,【例2.1】某電力公司的配電物資存放在倉庫中，假設一個倉庫可以存放多種物資，一種配電物資只能存放在一個倉庫中；一個配電搶修工程可能需要多種配電物資，一種配電物資可以應用到多個搶修工程中。倉庫包含倉庫編號、倉庫名稱倉庫面積等屬性，配電物資包含物資編號、物資名稱、單價、規(guī)格、數(shù)量等屬性，搶修工程包含工程編號、工程名稱、工程開始日期、工程結(jié)束日期、工程狀態(tài)（工程是否完工）等屬性，某一搶修工程領取某配電物資時，必須標明領取數(shù)量、領取日期、領取部門。,【例2.2】某工廠有若干車間及倉庫，一個車間可以生產(chǎn)多種零件，每種零件只能在一個車間生產(chǎn)，一種零件可以組裝在不同產(chǎn)品中，一種產(chǎn)品需要多種零件，每種零件和產(chǎn)品都只能存放在一個倉庫中；車間有工人，工人有家屬。各實體的屬性為：車間：車間號、車間主任姓名、地址和電話；工人：工號、姓名、年齡、性別、工種；工廠：工廠名、廠長名；產(chǎn)品：產(chǎn)品號、產(chǎn)品名、價格；零件：零件號、零件規(guī)格、價格；倉庫：倉庫號、倉庫負責人、電話；家屬：姓名、親屬關(guān)系。,實體及其聯(lián)系圖,實體及其屬性圖,實體及其屬性圖,【例2.3】某學校有若干名教師和學生，并且教師和學生不能跨系；每個教師可以教授若干門課程，每門課程只能由一個教師任課；每個學生可以同時選修多門課程。請設計某學校的教學管理的E-R模型。其中實體有：系、教師、學生、課程。系屬性有：系編號、系名、系主任。教師屬性有：教師編號、教師姓名、職稱。學生屬性有：學號、姓名、性別、班號。課程屬性有：課程編號、課程名、學分。,答：E-R模型如下：,系,學生,課程,教師,系編號,系主任,系名,教師編號,職稱,教師姓名,學號,性別,姓名,課程號,學分,課程名,選修,從屬,任課,從屬,1,m,m,n,m,1,m,1,班號,學時,返回,成績,3關(guān)系數(shù)據(jù)庫,主要講述:關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系的定義和性質(zhì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本概念關(guān)系運算,3.1關(guān)系模型,關(guān)系模型就是用二維表格結(jié)構(gòu)來表示實體及實體之間聯(lián)系的模型。關(guān)系模型是各個關(guān)系的框架的集合，即關(guān)系模型是一些表格的格式，其中包括關(guān)系名、屬性名、關(guān)鍵字等。例如，教學數(shù)據(jù)庫中教師與課程的關(guān)系模型如圖。教師關(guān)系課程關(guān)系C授課關(guān)系SC圖3.1教師課程數(shù)據(jù)庫的關(guān)系模型,3.1關(guān)系模型,由上例可以看出，在一個關(guān)系中可以存放兩類信息：一類是描述實體本身的信息一類是描述實體（關(guān)系）之間的聯(lián)系的信息在層次模型和網(wǎng)狀模型中，把有聯(lián)系的實體（元組）用指針鏈接起來，實體之間的聯(lián)系是通過指針來實現(xiàn)的。而關(guān)系模型則采用不同的思想，即用二維表來表示實體與實體之間的聯(lián)系，這就是關(guān)系模型的本質(zhì)所在。所以，在建立關(guān)系模型時，只要把的所有的實體及其屬性用關(guān)系框架來表示，同時把實體之間的關(guān)系也用關(guān)系框架來表示，就可以得到一個關(guān)系模型。,關(guān)系模型具有以下特點：（1）描述的一致性。（2）利用公共屬性連接。（3）結(jié)構(gòu)簡單直觀。（4）有嚴格的理論基礎。（5）語言表達簡練。關(guān)系模型的缺點是在執(zhí)行查詢操作時，需要執(zhí)行一系列的查表、拆表、并表操作，故執(zhí)行時間較長，但是采用優(yōu)化技術(shù)的當代關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢操作的效率，完全不遜色于建立在其他數(shù)據(jù)模型上的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。,3.2關(guān)系的定義,在關(guān)系模型中，數(shù)據(jù)是以二維表的形式存在的，這個二維表就叫做關(guān)系。關(guān)系理論是以集合代數(shù)理論為基礎的，因此，我們可以用集合代數(shù)給出二維表的“關(guān)系”定義。為了從集合論的角度給出關(guān)系的定義，我們先引入域和笛卡爾積的概念。,3.2.1域（Domain）,域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合，又稱為值域。（用D表示）例如整數(shù)、實數(shù)、字符串的集合。域中所包含的值的個數(shù)稱為域的基數(shù)（用m表示）。關(guān)系中用域表示屬性的取值范圍。例如：D1=李力，王平，劉偉m1=3D2=男，女m2=2D3=47,28,30m3=3其中，D1，D2，D3為域名，分別表示教師關(guān)系中姓名、性別、年齡的集合。域名無排列次序，如D2=男，女=女，男,3.2.2笛卡爾積(CartesianProduct),給定一組域D1，D2，Dn（它們可以包含相同的元素，即可以完全不同，也可以部分或全部相同）。D1，D2，Dn的笛卡爾積為D1D2Dn=（d1，d2，dn）|diDi，i=1，2，n。由定義可以看出，笛卡爾積也是一個集合。其中：1.元素中的每一個di叫做一個分量(Component)，來自相應的域（diDi）2.每一個元素（d1，d2，d3，dn）叫做一個n元組（n-tuple），簡稱元組（Tuple）。但元組不是di的集合，元組的每個分量（di）是按序排列的。如：（1，2，3）（2，3，1）（1，3，2）；而集合中的元素是沒有排序次序的，如（1，2，3）=（2，3，1）=（1，3，2）,3.2.2笛卡爾積(CartesianProduct),3.若Di（i=1，2，n）為有限集，Di中的集合元素個數(shù)稱為Di的基數(shù)，用mi（i=1，2，n）表示，則笛卡爾積D1D2Dn的基數(shù)M（即元素（d1,d2,dn）的個數(shù)）為所有域的基數(shù)的累乘之積，即M=例如：上述表示教師關(guān)系中姓名、性別兩個域的笛卡爾積為：D1D2=（李力，男），（李力，女），（王平，男），（王平，女），（劉偉，男），（劉偉，女）其中：李力、王平、劉偉、男、女都是分量（李力，男），（李力，女）等是元組其基數(shù)M=m1m2=3*2=6;元組的個數(shù)為6,4.笛卡爾積可用二維表的形式表示。例如，上述的6個元組可表示成表3.1。表3.1D1和D2的笛卡爾積由上例可以看出，笛卡爾積實際是一個二維表，表的框架由域構(gòu)成，表的任意一行就是一個元組，表中的每一列來自同一域，如第一個分量來自D1，第二個分量來自D2。,3.2.3關(guān)系（Relation）,笛卡爾積D1D2Dn的任一子集稱為定義在域D1，D2，Dn上的n元關(guān)系（Relation），可用R（D1，D2Dn）表示如上例D1D2笛卡爾積的子集可以構(gòu)成教師關(guān)系T1，如下表：,幾點說明：1.R為關(guān)系名，n稱為關(guān)系的目或度（Degree）。當n=1時，稱為單元關(guān)系。當n=2時，稱為二元關(guān)系。當n=n時，稱為n元關(guān)系。如上例為二元關(guān)系，關(guān)系名為T。,幾點說明：2.該子集中的元素是關(guān)系中的元組，用r表示，關(guān)系中元組個數(shù)是關(guān)系的基數(shù)。如（李力，男），（王平，女），（劉偉，男）為三個元組，關(guān)系的基數(shù)為3。如果一個關(guān)系的元組個數(shù)是無限的，則稱為無限關(guān)系；如果一個關(guān)系的元組個數(shù)是有限的，則稱為有限關(guān)系。由于計算機存儲系統(tǒng)的限制，我們一般不去處理無限關(guān)系，而只考慮有限關(guān)系。,幾點說明：3.同樣可以把關(guān)系看成一個二維表。其中，（1）表的框架由域Di（i=1，2，n）構(gòu)成；（2）表的任意一行對應一個元組；（3）表的每一列來自同一域；（4）域可以相同，為了加以區(qū)別，每列起一個名字，稱為屬性，n目關(guān)系有n個屬性，屬性的名字唯一，屬性的取值范圍Di（i=1，2，n）稱為值域（5）具有相同關(guān)系框架的關(guān)系成為同類關(guān)系，例如，有另一個關(guān)系T2，如表3.3所示：T1和T2是同類關(guān)系。,幾點說明：4.數(shù)學上關(guān)系是笛卡爾積的任意子集，但在實際應用中關(guān)系是笛卡爾積中所取的有意義的子集。例如在表3.1中選取一個子集構(gòu)成如下關(guān)系，顯然不符合實際情況,在關(guān)系模型中，關(guān)系可進一步定義為：定義在域D1，D2，Dn（不要求完全相異）上的關(guān)系由關(guān)系頭（Heading）和關(guān)系體（Body）組成。關(guān)系頭：由屬性名A1，A2，An的集合組成，每個屬性Ai正好對應一個域Di（i=1，2，n），關(guān)系頭，也稱關(guān)系框架，相對固定，是關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述。關(guān)系體：是指關(guān)系結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容或者數(shù)據(jù)，并非固定不變，它隨元組的建立、刪除或修改而變化。,3.3關(guān)系的性質(zhì),盡管關(guān)系與二維表格、傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件是非常類似的，但它們之間又有重要的區(qū)別。嚴格地說，關(guān)系是種規(guī)范化了的二維表中行的集合，為了使相應的數(shù)據(jù)操作簡化，在關(guān)系模型中，對關(guān)系作了種種限制，關(guān)系具有如下特性：1.關(guān)系中不允許出現(xiàn)相同的元組。因為數(shù)學上集合中沒有相同的元素，而關(guān)系是元組的集合，所以作為集合元素的元組應該是唯一的。2.關(guān)系中元組的順序（即行序）是無關(guān)緊要的，在一個關(guān)系中可以任意交換兩行的次序。因為集合中的元素是無序的，所以作為集合元素的元組也是無序的。根據(jù)關(guān)系的這個性質(zhì)，可以改變元組的順序使其具有某種排序，然后按照順序查詢數(shù)據(jù)，可以提高查詢速度。,3.關(guān)系中屬性的順序是無關(guān)緊要的，即列的順序可以任意交換。交換時，應連同屬性名一起交換，否則將得到不同的關(guān)系。例如：關(guān)系T1作如下交換時，無任何影響，如下表所示,4.同一屬性名下的各個屬性值必須來自同一個域，是同一類型的數(shù)據(jù)。5.關(guān)系中各個屬性必須有不同的名字，不同的屬性可來自同一個域，即它們的分量可以取自同一個域。例如，有如下表中關(guān)系，職業(yè)與兼職是兩個不同的屬性，但它們?nèi)∽酝粋€域職業(yè)教師，工人，輔導員,6.關(guān)系中每一分量必須是不可分的數(shù)據(jù)項，或者說所有屬性值都是原子的，即是一個確定的值，而不是值的集合。屬性值可以為空值，表示“未知”或“不可使用”，即不可“表中有表”。滿足此條件的關(guān)系稱為規(guī)范化關(guān)系，否則稱為非規(guī)范化關(guān)系。,例如，在表3.2中，籍貫含有省、市縣兩項，出現(xiàn)了“表中有表”的現(xiàn)象，則為非規(guī)范化關(guān)系，而把籍貫分成省、市縣兩列，將其規(guī)范化，如表3.3所示,表3.2表3.3,3.4關(guān)系的鍵,2.4.1候選鍵與關(guān)系鍵能唯一標識關(guān)系中元組的屬性或?qū)傩约?，則稱該屬性或?qū)傩约癁楹蜻x鍵(CandidateKey)，也稱候選關(guān)鍵字或候選碼。如：“學生關(guān)系”中的學號能唯一標識每一個學生，則屬性學號是學生關(guān)系的候選鍵。在“選課關(guān)系”中，只有屬性的組合“學號+課程號”才能唯一地區(qū)分每一條選課記錄，則屬性集“學號+課程號”是選課關(guān)系的候選鍵,下面給出候選鍵的形式化定義：設關(guān)系R有屬性A1，A2，An，其屬性集K=（Ai，Aj，Ak），當且僅當滿足下列條件時，K被稱為候選鍵：1.唯一性（Uniqueness）：關(guān)系R的任意兩個不同元組，其屬性集K的值是不同的。2.最小性（Minimally）：組成關(guān)系鍵的屬性集（Ai，Aj，Ak）中，任一屬性都不能從屬性集K中刪掉，否則將破壞唯一性的性質(zhì),例如：“學生關(guān)系”中的每個學生的學號是唯一的，“選課關(guān)系”中“學號+課程號”的組合也是唯一的對于屬性集“學號+課程號”去掉任一屬性，都無法唯一標識選課記錄。,如果一個關(guān)系中有多個候選鍵，可以從中選擇一個作為查詢、插入或刪除元組的操作變量，被選用的候選鍵稱為主關(guān)系鍵(PrimaryKey)，或簡稱為主鍵、主碼、關(guān)系鍵、關(guān)鍵字。例如，假設在學生關(guān)系中沒有重名的學生，則“學號”和“姓名”都可作為學生關(guān)系的候選鍵。如果選定“學號”作為數(shù)據(jù)操作的依據(jù)，則“學號”為主關(guān)系鍵。,主關(guān)系鍵是關(guān)系模型中的一個重要概念。每個關(guān)系必需選擇一個主關(guān)系鍵，選定以后，不能隨意改變。每個關(guān)系必定有且僅有一個主關(guān)系鍵，因為關(guān)系的元組無重復，至少關(guān)系的所有屬性的組合可作為主關(guān)系鍵，通常用較小的屬性組合作為主關(guān)系鍵。,3.4.2主屬性與非主屬性,主屬性（PrimeAttribute）：包含在主碼中的的各屬性稱為主屬性。非主屬性（Non-PrimeAttribute）：不包含在任何候選碼中的屬性稱為非主屬性。在最簡單的情況下，一個候選碼只包含一個屬性，如學生關(guān)系中的“學號”，教師關(guān)系中的“教師號”。在最極終端的情況下，所有屬性的組合是關(guān)系的候選碼，這時稱為全碼（all-key）。,下面是一個全碼的例子：假設有教師授課關(guān)系TCS，分別有三個屬性教師（T）、課程（C）和學生（S）。一個教師可以講授多門課程，一門課程可以為多個教師講授，同樣一個學生可以選聽多門課程，一門課程可以為多個學生選聽。在這種情況下，T，C，S三者之間是多對多關(guān)系，(T,C,S)三個屬性的組合是關(guān)系TCS的候選碼，稱為全碼，T,C,S都是主屬性。,3.4.3外部關(guān)系鍵,如果關(guān)系R2的一個或一組屬性X不是R2的主碼，而是另一關(guān)系R1的主碼，則該屬性或?qū)傩越MX稱為關(guān)系R2的外部關(guān)系鍵或外鍵（Foreignkey）。并稱關(guān)系R2為參照關(guān)系(referencingrelation)，關(guān)系R1為被參照關(guān)系(referencedrelation)。由外部關(guān)系鍵的定義可知，被參照關(guān)系的主碼和參照關(guān)系的外碼必須定義在同一個域上。,習題1,學校,校長,聘用,姓名,校名,聘期,1,1,電話,地址,職稱,性別,學校（校名，電話，地址，校長名，聘期）校長（姓名，職稱，性別）,習題2,商店(商店編號，商店名，地址）職工(職工編號，姓名，性別，商店編號，聘期),商店,職工,聘用,職工編號,商店編號,聘期,1,N,商店名,地址,姓名,性別,習題3,設某商業(yè)集團數(shù)據(jù)庫中有3個實體集，一是“商店”實體集，屬性有商店編號、商店店名、地址等；二是“商品”實體集，屬性有商品號、商品名、規(guī)格、單價；三是“職工”實體集，屬性有職工編號、姓名、性別、業(yè)績等。商店與商品之間存在“銷售”聯(lián)系，每個商店可銷售多種商品，每種商品也可放在多個商店銷售，每個商店銷售一種商品，有月銷售量；商店與職工之間存在著“聘用”聯(lián)系，每個商店有多名職工，每個職工只能在一個商店工作，商店聘用制共有聘期和月薪。試畫出該系統(tǒng)的E-R模型；并將其轉(zhuǎn)化為關(guān)系模型。,習題3參考答案,E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式,商店(商店編號，商店名，地址）職工(職工編號，姓名，性別，業(yè)績，商店編號，聘期，月薪)商品(商品號，商品名，規(guī)格，單價）銷售(商店編號，商品號，月銷售量),習題4,設某商業(yè)集團數(shù)據(jù)庫中有3個實體集，一是“公司”實體集，屬性有公司編號、公司名、地址等；二是“倉庫”實體集，屬性有倉庫編號、倉庫名、地址；三是“職工”實體集，屬性有職工編號、姓名、性別等。公司與倉庫之間存在“隸屬”聯(lián)系，每個公司管轄多個倉庫，每個倉庫只能屬于一個公司管轄；倉庫與職工之間存在著“聘用”聯(lián)系，每個倉庫可聘用多名職工，每個職工只能在一個倉庫工作，倉庫聘用職工有聘期和月薪。試畫出該系統(tǒng)的E-R模型；并將其轉(zhuǎn)化為關(guān)系模型。,習題4參考答案,E-R圖轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式,公司(公司編號，公司名，地址）職工(職工編號，姓名，性別，倉庫編號，聘期，月薪)倉庫(倉庫編號，倉庫名，地址，公司編號）,3.4.4關(guān)系模型的完整性,為了維護數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)與現(xiàn)實世界的一致性，對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的插入、刪除和修改操作必須有一定的約束條件，這就是關(guān)系模型的三類完整性：1.實體完整性(EntityIntegrity)指主關(guān)系鍵的值不能為空或部分為空。關(guān)系模型中的一個元組對應一個實體，一個關(guān)系則對應一個實體集。例如，一條學生記錄對應著一個學生，學生關(guān)系對應著學生的集合。,2.參照完整性(Referentialintegrity)如果關(guān)系R2的外部關(guān)系鍵X與關(guān)系R1的主關(guān)系鍵相符,則X的每個值或者等于R1中主關(guān)系鍵的某一個值，或者取空值。如圖3.3所示，學生關(guān)系中某個學生（如s1）“系別”的取值，必須在參照的系別關(guān)系中主關(guān)系鍵“系別”的值中能夠找到，否則表示把該學生分配到一個不存在的部門中，顯然不符合語義。如果某個學生（如s11）“系別”取空值，則表示該學生尚未分配到任何一個系。否則，它只能取專業(yè)關(guān)系中某個元組的專業(yè)號值,S（學生關(guān)系）D（系別關(guān)系）圖3.3學生表和系別表,3.用戶定義完整性（User-definedIntegrity）用戶定義完整性是針對某一具體關(guān)系數(shù)據(jù)庫的約束條件。它反映某一具體應用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。例如，屬性值根據(jù)實際需要，要具備一些約束條件，如選課關(guān)系中成績不能為負數(shù)；某些數(shù)據(jù)的輸入格式要有一些限制等關(guān)系模型應該提供定義和檢驗這類完整性的機制，以便用統(tǒng)一的、系統(tǒng)的方法處理它們，而不要由應用程序承擔這一功能。,3.5.1關(guān)系模式和關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式,一個關(guān)系的屬性名的集合R(A1,A2,An)叫做關(guān)系模式。其中：R為關(guān)系名，A1，A2，An為屬性名(i=1,2,n)。由定義可以看出，關(guān)系模式是關(guān)系的框架，或者稱為表框架，指出了關(guān)系由哪些屬性構(gòu)成，是對關(guān)系結(jié)構(gòu)的描述。一組關(guān)系模式的集合叫做關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式,關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式是對關(guān)系數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的描述，或者說是對關(guān)系數(shù)據(jù)庫框架的描述，也就是前面所講過的關(guān)系頭，可以看作是關(guān)系的型。與關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式對應的數(shù)據(jù)庫中的當前值就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的實例，即前面所講過的關(guān)系體，可以看作是關(guān)系的值。例如，在下圖所示的教學數(shù)據(jù)庫中，共有五個關(guān)系，其關(guān)系模式分別為：學生（學號，姓名，性別，年齡，系別）教師（教師號，姓名，性別，年齡，系別）課程（課程號，課程名，課時）選課（學號，課程號，成績）授課（教師號，課程號）,在每個關(guān)系中，又有其相應的數(shù)據(jù)庫的實例例如：與學生關(guān)系模式對應的數(shù)據(jù)庫中的實例有如下6個元組：,3.5.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫,關(guān)系數(shù)據(jù)庫是“一組隨時間變化，具有各種度的規(guī)范化關(guān)系的集合”。因為關(guān)系是由關(guān)系頭和關(guān)系體組成的，所以關(guān)系數(shù)據(jù)庫也可以看作是一組關(guān)系頭和關(guān)系體的集合。由此可見，關(guān)系數(shù)據(jù)庫也有型和值的概念，其型就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式，相對固定；其值就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，代表現(xiàn)實世界中的實體，而實體是隨著時間不斷變化的，所以其值在不同的時刻會有所變化。比如，學生和教師的年齡隨時間而增長，教師的工資和崗位津貼也會發(fā)生變化,3.6關(guān)系代數(shù),關(guān)系模型與其他模型相比，最有特色的是它的數(shù)據(jù)庫語言。目前關(guān)系數(shù)據(jù)庫所使用的語言一般都具有定義、查詢、更新和控制一體化的特點，而查詢是最主要的部分。所以說，關(guān)系數(shù)據(jù)庫的核心部分是查詢，故又稱為查詢語言，而查詢的條件要使用關(guān)系運算表達式來表示。因此，關(guān)系運算是設計關(guān)系數(shù)據(jù)語言的基礎。按表達查詢的方法不同，關(guān)系運算可分為關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算兩大類。,3.6.1關(guān)系代數(shù)的分類及其運算符,關(guān)系代數(shù)是對關(guān)系進行集合代數(shù)運算，是基于關(guān)系代數(shù)的操作語言，稱為關(guān)系代數(shù)語言，簡稱關(guān)系代數(shù)。它是由IBM在一個實驗性的系統(tǒng)上實現(xiàn)的，稱為ISBL(InformationSystemBaseLanguage)語言。關(guān)系代數(shù)的運算對象是關(guān)系，運算結(jié)果也是關(guān)系,關(guān)系代數(shù)用到的運算符主要包括四類：集合運算符：（并），-（差），（交），X（廣義笛卡爾積）；專門的關(guān)系運算符：(選擇)，（投影），（連接），（自然連接），（除）；算術(shù)比較運算符：（大于），（大于等于），（小于），（小于等于），=（等于），（不等于）；邏輯運算符：（與），（或），（非）,關(guān)系代數(shù)運算按運算符的不同主要分為兩類：傳統(tǒng)的集合運算：把關(guān)系看成元組的集合，以元組作為集合中元素來進行運算，其運算是從關(guān)系的“水平”方向即行的角度進行的。包括并、差、交和笛卡爾積等運算。專門的關(guān)系運算：不僅涉及行運算，也涉及列運算，這種運算是為數(shù)據(jù)庫的應用而引進的特殊運算。包括選取、投影、連接和除法等運算。,3.6.2傳統(tǒng)的集合運算,對兩個關(guān)系的集合運算傳統(tǒng)的集合運算是二目運算，是在兩個關(guān)系中進行的。但是并不是任意的兩個關(guān)系都能進行這種集合運算，而是要在兩個滿足一定條件的關(guān)系中進行運算。設給定兩個關(guān)系R、S，若滿足：（）具有相同的度n;（）R中第i個屬性和S中第i個屬性必須來自同一個域。則說關(guān)系R、S是相容的。除笛卡爾積外，要求參加運算的關(guān)系必須滿足上述的相容性定義。,1.并（Union）關(guān)系R和關(guān)系S的并由屬于R或?qū)儆赟的元組組成，即R和S的所有元組合并，刪去重復元組，組成一個新關(guān)系，其結(jié)果仍為n目關(guān)系。記作：RS=t|tRtS對于關(guān)系數(shù)據(jù)庫，記錄的插入和添加可通過并運算實現(xiàn)。,并運算范例,R,S,RS,2.差（Difference）關(guān)系R與關(guān)系S的差由屬于R而不屬于S的所有元組組成，即R中刪去與S中相同的元組，組成一個新關(guān)系，其結(jié)果仍為n目關(guān)系。記作：R-S=t|tRtS通過差運算，可實現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫記錄的刪除,RS,差運算范例,R,S,RS,SR,3.交（Intersection）關(guān)系R與關(guān)系S的交由既屬于R又屬于S的元組組成，即R與S中相同的元組，組成一個新關(guān)系，其結(jié)果仍為n目關(guān)系。記作：RS=t|tRtS如果兩個關(guān)系沒有相同的元組，那么它們的交為空。交運算可以用差運算來表示：RS=R-(R-S),RS,交運算范例,R,S,RS,4.廣義笛卡爾積（ExtendedCartesianProduct）兩個分別為n目和m目關(guān)系R和S的廣義笛卡爾積是一個（n+m）列的元組的集合，元組的前n列是關(guān)系R的一個元組，后m列是關(guān)系S的一個元組。若R有k1個元組，S有k2個元組，則關(guān)系R和關(guān)系S的廣義笛卡爾積有k1*k2個元組，記作RS=trts|trRtsS關(guān)系的廣義笛卡爾積可用于兩關(guān)系的連接操作。,廣義笛卡爾積運算,A,B,11112222,C,D,1019201010102010,E,aabbaabb,rxs,【Example3.4】如圖(a)、(b)所示的兩個關(guān)系R與S為相容關(guān)系，(c)為R與S的并(d)為R與S的交，(e)為R與S的差，(f)為R與S的廣義笛卡爾積。RS(a)(b),RSR-S(c)(d)RS（e）,RS,圖3.4傳統(tǒng)的集合運算,3.6.3專門的關(guān)系運算,1、選擇（Selection）-水平分割F(R)=ttRF=TrueF(R)表示從關(guān)系R中挑選出滿足條件表達式F的那些元組所構(gòu)成的關(guān)系。F的形式：由邏輯運算符連接算術(shù)表達式而成邏輯表達式：，算術(shù)表達式：XYX，Y是屬性名、常量、或簡單函數(shù)是比較算符，,選擇運算,R,AD）等值連接（C=D）(c)(d),等值連接(R.B=S.B)自然連接(e)(f)圖3.5連接運算舉例,結(jié)合上例，可以看出等值連接與自然連接的區(qū)別：1.等值連接中不要求相等屬性值的屬性名相同，而自然連接要求相等屬性值的屬性名必須相同，即兩關(guān)系只有在同名屬性才能進行自然連接。如上例R中的C列和S中的D列可進行等值連接，但因為屬性名不同，不能進行自然連接。2.等值連接不將重復屬性去掉，而自然連接去掉重復屬性，也可以說，自然連接是去掉重復列的等值連接。如上例R中的B列和S中的B列進行等值連接時，結(jié)果有兩個重復的屬性列B,而進行自然連接時，結(jié)果只有一個屬性列B。,3.6.3專門的關(guān)系運算,5除法（Division）RS=tt=tk1tk2“如果tk2S，則R”R能被S除的充分必要條件是：R中的屬性包含S中的所有屬性；R中有一些屬性不出現(xiàn)在S中。,3.6.3專門的關(guān)系運算,RS的運算步驟是：T=1,2,r-s(R)W=(TS)R(計算TS中不在R中的元組）；V=1,2,r-s(W)RS=T-V。即RS=1,2,r-s(R)1,2,r-