數(shù)據(jù)庫第章關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論基礎(chǔ)課件

1、第2章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論基礎(chǔ)本章重點(diǎn)內(nèi)容 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義和性質(zhì)關(guān)系模式的完整性約束條件關(guān)系代數(shù)關(guān)系的規(guī)范化原則，范式的基本概念和分解方法2022/7/271數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)關(guān)系模型：關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 關(guān)系操作集合 關(guān)系完整性約束關(guān)系操作：查詢（選擇select 投影project 連接join 除divide 并union 交intersection 差 ）、增加 、刪除、修改關(guān)系操作的特點(diǎn)是集合操作方式關(guān)系操作的表示：代數(shù)方式、邏輯方式，分別稱為關(guān)系代數(shù) 和關(guān)系演算。表達(dá)查詢要求的方式SQL(structurel query language): 介于關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算之間的語言。是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)

2、準(zhǔn)語言。 2022/7/272數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2.1 關(guān)系的基本概念2.1.1 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義1域（Domain）域：是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值集合。例如：自然數(shù)，男，女，0，1等都可以是域?；鶖?shù)：域中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)稱為域的基數(shù)。域被命名后用如下方法表示：D1 = 白亞春，陳韜，王雪蓮，表示姓名的集合，基數(shù)是3；D2 = 計(jì)算機(jī)系，電子系2022/7/273數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2笛卡爾積（Cartesian Product）給定一組域D1，D2，Di，Dn（可以有相同的域），則笛卡爾積定義為：D1D2DiDn = （d1，d2，di，dn）diDi，i = 1，2，nD1XD2 = （陳韜，計(jì)算機(jī)系）

3、，（陳韜，電子系），（王雪蓮，計(jì)算機(jī)系），（王雪蓮，電子系），（白亞春，計(jì)算機(jī)系），（白亞春，電子系）其中每個(gè)（d1，d2，di，dn）叫做元組，元組中的每一個(gè)值di叫做分量，di必須是Di中的一個(gè)值。顯然，笛卡爾積的基數(shù)就是構(gòu)成該積所有域的基數(shù)累乘積，若Di（i = 1，2，n）為有限集合，其基數(shù)為mi(i = 1，2，n)，則D1D2DiDn笛卡爾積的基數(shù)M為：2022/7/274數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)該笛卡爾積的基數(shù)是M = m1m2 = 3*2 = 6，即該笛卡爾積共有6個(gè)元組，它可組成一張二維表姓名籍貫陳韜計(jì)算機(jī)系陳韜電子系王雪蓮計(jì)算機(jī)系王雪蓮電子系白亞春計(jì)算機(jī)系白亞春電子系2022/7/

4、275數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)3關(guān)系（Relation）關(guān)系：笛卡爾積D1D2DiDn的子集R稱作在域D1，D2，Dn上的關(guān)系，記作：R（D1，D2，Di，Dn）其中：R為關(guān)系名，n為關(guān)系的度或目（Degree），Di是域組中的第i個(gè)域名.當(dāng)n = 1 時(shí)，稱該關(guān)系為單元關(guān)系；當(dāng)n = 2 時(shí)，稱該關(guān)系為二元關(guān)系；以此類推，關(guān)系中有n個(gè)域，稱該關(guān)系為n元關(guān)系。把列稱為屬性（Attribute）。一般來說，一個(gè)取自笛卡爾積的子集才有意義。 2022/7/276數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)關(guān)系可以分為三種類型：基本關(guān)系（又稱基本表）：是實(shí)際存在的表，它是實(shí)際存儲數(shù)據(jù)的邏輯表示；查詢表：是對基本表進(jìn)行查詢后得到的結(jié)果表

5、；視圖表：是由基本表或其它視圖導(dǎo)出的表，是一個(gè)虛表，不對應(yīng)實(shí)際存儲的數(shù)據(jù)。 姓名籍貫陳韜計(jì)算機(jī)系王雪蓮電子系白亞春計(jì)算機(jī)系2022/7/277數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2.1.2 關(guān)系的性質(zhì)1列是同質(zhì)的。 2關(guān)系中行的順序、列的順序可以任意互換，不會改變關(guān)系的意義。 學(xué)號姓名性別出生日期所在系0022102王雪蓮女1980-9-15電子系計(jì)算機(jī)系白亞春男1981-1-2500513090052201陳韜男計(jì)算機(jī)系1981-5-60052217袁更旭男1980-12-8計(jì)算機(jī)系2022/7/278數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)3關(guān)系中的任意兩個(gè)元組不能相同。 4、關(guān)系中的元組分量具有原子性，即每一個(gè)分量都必須是不可分的

6、數(shù)據(jù)項(xiàng)。最基本的一條滿足一定的規(guī)范化條件的關(guān)系模型簡稱范式。 學(xué)號姓名性別出生日期所在系0022102王雪蓮女1980-9-15電子系0051309白亞春男1981-1-25計(jì)算機(jī)系0051309白亞春男1981-1-25計(jì)算機(jī)系0052217袁更旭男1980-12-8計(jì)算機(jī)系2022/7/279數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2.2 關(guān)系的完整性2.2.1 鍵1候選鍵（Candidate key）若關(guān)系中的某一屬性組的值能惟一地標(biāo)識一個(gè)元組，則稱該屬性組為候選鍵。2主鍵（Primary key）若一個(gè)關(guān)系中有多個(gè)候選鍵，則選定一個(gè)為主鍵。2022/7/2710數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)3主屬性（Primary Att

7、ribute）主鍵的屬性稱為主屬性。4外鍵（Foreign key）設(shè)F是基本關(guān)系R的一個(gè)或一組屬性，但不是R的鍵（主鍵或候選鍵），如果F與基本關(guān)系S的主鍵K相對應(yīng)，則稱F是R的外鍵，并稱R為參照關(guān)系，S為被參照關(guān)系。 2.2 關(guān)系的完整性2022/7/2711數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)學(xué)號姓名性別出生日期所在系0022102王雪蓮女1980-9-15電子系0051309白亞春男1981-1-25計(jì)算機(jī)系0052201陳韜男1981-5-6計(jì)算機(jī)系0052217袁更旭男1980-12-8計(jì)算機(jī)系課程號學(xué)號成績C201002210275C505005130995C508005220192C50600522

8、17802022/7/2712數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2.2.2 實(shí)體完整性實(shí)體完整性規(guī)則：關(guān)系中的主鍵不能為空值（Null）?？罩稻褪恰安恢馈被颉盁o意義”2.2.3 參照完整性參照完整性規(guī)則：表的外鍵必須是另一個(gè)表主鍵的有效值，或者是空值。 2.2 關(guān)系的完整性2022/7/2713數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)學(xué)號姓名性別出生日期所在系0022102王雪蓮女1980-9-15電子系0051309白亞春男1981-1-25計(jì)算機(jī)系0052201陳韜男1981-5-6計(jì)算機(jī)系0052217袁更旭男1980-12-8計(jì)算機(jī)系課程號學(xué)號成績C201002210275C505005130995C508A10286992

9、C506005221780實(shí)體完整性和參照完整性實(shí)例2022/7/2714數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2.2.4 用戶定義完整性用戶按照實(shí)際的數(shù)據(jù)庫運(yùn)行環(huán)境要求，對關(guān)系中的數(shù)據(jù)所定義的約束條件，它反映的是某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須要滿足的條件。 2.2 關(guān)系的完整性2022/7/2715數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2.3 關(guān)系代數(shù)關(guān)系代數(shù)是一種抽象的查詢語言，是關(guān)系數(shù)據(jù)操縱語言的一種傳統(tǒng)的表達(dá)方式，他是用對關(guān)系的運(yùn)算來表達(dá)查詢的。運(yùn)算的三大要素：運(yùn)算對象、運(yùn)算符、運(yùn)算結(jié)果。關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算對象是關(guān)系，運(yùn)算結(jié)果也是關(guān)系，運(yùn)算符包括4類：集合運(yùn)算符（交 并差）、專門的關(guān)系運(yùn)算符（笛卡爾積 選擇 投影 連接 除）、算術(shù)比較

10、符（大于 小于 等于等）和邏輯運(yùn)算符（與或非）關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算按運(yùn)算符的不同可分為傳統(tǒng)的集合運(yùn)算和專門的關(guān)系運(yùn)算。傳統(tǒng)的集合運(yùn)算是從關(guān)系的行來進(jìn)行的，專門的關(guān)系運(yùn)算涉及到行和列。2022/7/2716數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2.3.1 傳統(tǒng)的集合運(yùn)算包括并、差、交和笛卡爾積當(dāng)集合運(yùn)算并、交、差用于關(guān)系時(shí)，要求參與運(yùn)算的兩個(gè)關(guān)系必須是相容的，即兩個(gè)關(guān)系的度數(shù)一致，并且關(guān)系屬性的性質(zhì)必須一致。2022/7/2717數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)1并并：是將兩個(gè)關(guān)系中的所有元組構(gòu)成新的關(guān)系，并運(yùn)算的結(jié)果中必須消除重復(fù)值。關(guān)系R與S的并運(yùn)算記作：RS。 學(xué)號姓名性別出生日期所在系0022101何芊女1982-6-5電子系00

11、22102王雪蓮女1980-9-15電子系0022201葉媛媛女1982-3-5電子系0051309白亞春男1981-1-25計(jì)算機(jī)系0052201陳韜男1981-5-6計(jì)算機(jī)系0052217袁更旭男1980-12-8計(jì)算機(jī)系2022/7/2718數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)RS學(xué)號姓名性別出生日期所在系0051309白亞春男1981-1-25計(jì)算機(jī)系0052201陳韜 男1981-5-6計(jì)算機(jī)系0052217袁更旭男1980-12-8計(jì)算機(jī)系0022102王雪蓮 女1980-9-15電子系學(xué)號姓名性別出生日期所在系0022101何芊 女1982-6-5電子系0022201葉媛媛 女1982-3-5電子系

12、0051309白亞春男1981-1-25計(jì)算機(jī)系0052217袁更旭 男1980-12-8計(jì)算機(jī)系2022/7/2719數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2交交：將兩個(gè)關(guān)系中的公共元組構(gòu)成新的關(guān)系。關(guān)系R與S的交運(yùn)算記作：RS。 學(xué)號姓名性別出生日期所在系0051309白亞春男1981-1-25計(jì)算機(jī)系0052217袁更旭男1980-12-8計(jì)算機(jī)系2022/7/2720數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)3差差：運(yùn)算結(jié)果是由屬于一個(gè)關(guān)系并且不屬于另一個(gè)關(guān)系的元組構(gòu)成的新關(guān)系，就是從一個(gè)關(guān)系中減去另一個(gè)關(guān)系。關(guān)系R與S的差運(yùn)算記作：RS。 學(xué)號姓名性別出生日期所在系0022102王雪蓮女1980-9-15電子系0052201陳韜男

13、1981-5-6計(jì)算機(jī)系2022/7/2721數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2.3.2 專門的關(guān)系運(yùn)算專門的關(guān)系運(yùn)算包括：選擇、投影和連接，用于數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。1選擇（Selection）選擇：是按照給定條件從指定的關(guān)系中挑選出滿足條件的元組構(gòu)成新的關(guān)系?；蛘哒f，選擇運(yùn)算的結(jié)果是一個(gè)表的行的子集。記作 學(xué)號姓名性別出生日期所在系0051309白亞春男1981-1-25計(jì)算機(jī)系0052201陳韜男1981-5-6計(jì)算機(jī)系0052217袁更旭男1980-12-8計(jì)算機(jī)系2022/7/2722數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2投影（Projection）投影：是從指定的關(guān)系中挑選出某些屬性構(gòu)成新的關(guān)系?；蛘哒f，選擇運(yùn)算的結(jié)果是一個(gè)

14、表的列的子集。記作， 其中A為R的屬性列。投影的結(jié)果將取消由于取消了某些列而產(chǎn)生的重復(fù)元組。 學(xué)號姓名性別0022102王雪蓮女0051309白亞春男0052201陳韜男0052217袁更旭男2022/7/2723數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)3連接（Join）連接：是將兩個(gè)和多個(gè)關(guān)系連接在一起，形成一個(gè)新的關(guān)系。連接運(yùn)算是按照給定條件，把滿足條件的各關(guān)系的所有元組，按照一切可能組合成新的關(guān)系?；蛘哒f，連接運(yùn)算的結(jié)果是在兩關(guān)系的笛卡爾積上的選擇。記作：自然連接：當(dāng)連接的兩關(guān)系有相同的屬性名時(shí)，稱這種連接為自然連接，它是連接的一個(gè)特例。記作： 2022/7/2724數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)學(xué)號姓名性別出生日期所在系課

15、程號成績0022102王雪蓮女1980-9-15電子系C201750051309白亞春男1981-1-25計(jì)算機(jī)系C505950052201陳韜男1981-5-6計(jì)算機(jī)系C508920052217袁更旭男1980-12-8計(jì)算機(jī)系C50680 學(xué)生基本情況表 學(xué)生選課表 2022/7/2725數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2.4 關(guān)系規(guī)范化2.4.1 問題的提出關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的關(guān)系是要滿足一定要求的，滿足不同程度要求的為不同范式。插入異常：如果某個(gè)教師的所開課程某學(xué)期沒有，或者學(xué)生沒有選修他開的該課程，那么就無法將該教師及其所開課程的信息存入數(shù)據(jù)庫。 刪除異常：如果某屆學(xué)生全部畢業(yè)，在刪除該系學(xué)生時(shí)會將課程及

16、相關(guān)教師刪除。 數(shù)據(jù)冗余：比如，一門課程及其教師要與選修該課程的每一個(gè)學(xué)生出現(xiàn)的次數(shù)一樣多 解決這些問題的辦法就是重新設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫。2022/7/2726數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)學(xué)號姓名性別出生日期所在系課程名稱成績課程教師職稱0052201陳韜男1981-5-6計(jì)算機(jī)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)90陳剛副教授0052201陳韜男1981-5-6計(jì)算機(jī)系操作系統(tǒng)85溫翠靈講師0052201陳韜男1981-5-6計(jì)算機(jī)系C語言75陳剛副教授0051309白亞春男1981-1-25計(jì)算機(jī)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)95陳剛副教授0051309白亞春男1981-1-25計(jì)算機(jī)系操作系統(tǒng)88溫翠靈講師0051309白亞春男1981-1-25計(jì)

17、算機(jī)系編譯技術(shù)85李建義講師2022/7/2727數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)2.4.2 關(guān)系模式的規(guī)范化1范式（Normal form）范式：建立關(guān)系時(shí)需要滿足的約束條件劃分成若干標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)稱為范式，簡寫為NF。范式的級別越高，發(fā)生操作異常的可能性越小，數(shù)據(jù)冗余越小，但由于關(guān)聯(lián)多，讀取數(shù)據(jù)時(shí)花費(fèi)時(shí)間也會相應(yīng)增加。2第一范式（1NF）對于給定的關(guān)系R，如果R中的所有行、列交點(diǎn)處的值都是不可再分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，則稱關(guān)系R屬于第一范式，記作：R1NF。1NF是關(guān)系數(shù)據(jù)庫中對關(guān)系的最低要求，它是從關(guān)系的基本性質(zhì)而來的，任何關(guān)系必須遵守。2022/7/2728數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)3第二范式（2NF）如果關(guān)系R1NF，并且R的每一個(gè)非主屬性都決定于主鍵，則稱R屬于第二范式，記作：R2NF。思考：主鍵沒有冗余，非主鍵存在冗余。3第三范式（3NF）第三范式：如果關(guān)系R2NF，并且R的每一個(gè)非主屬性都不間接決定于主鍵，則稱R屬于第三范式，記作：R3NF。達(dá)到第三范式的關(guān)系仍有