4.1關(guān)系模型及其定義4.2關(guān)系代數(shù)課件

1、4.1 關(guān)系模型及其定義4.2 關(guān)系代數(shù)第四章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL Server 2000第1頁，共34頁。 關(guān)系模型由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合和完整性約束三部分組成。一、關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、域：一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。 例：正數(shù)，男，女，信管系所有學(xué)生的姓名4.1 關(guān)系模型及其定義SQL Server 2000第2頁，共34頁。一、關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2、笛卡爾積： 設(shè)給定一組域D1，D2，Dn，這些域可以完全不同，也可以部分或全部相同。 D1，D2，Dn的笛卡爾積為D1 D2 Dn=(d1，d2，dn)| di Dj ， j1,2,n其中每一個(gè)元素(d1，d2，dn)稱為一個(gè)n元組，簡(jiǎn)稱元組。

2、元素中的每一個(gè)值di稱作一個(gè)分量。D1 D2 Dn的基數(shù)為：M= mi 笛卡爾積可以表示成一個(gè)二維表。表中的每一行對(duì)應(yīng)一個(gè)元組每一列對(duì)應(yīng)一個(gè)域。 4.1 關(guān)系模型及其定義SQL Server 2000第3頁，共34頁。例： D1=姓名=王平，李麗 D2=性別=男，女 D3=年齡=19，20 則D1 D2 D3=(王平，男，19), (王平，男，20),(王平，女，19)，(王平，女，20)，(李麗，男，19)，(李麗，男，20)，(李麗，女，19)，(李麗，女，20) 基數(shù)=222=84.1 關(guān)系模型及其定義SQL Server 2000第4頁，共34頁。一、關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 3、關(guān)系 D1 D2

3、 Dn的子集叫做域D1，D2，Dn上的關(guān)系，表示為R（ D1，D2，Dn），R為關(guān)系名，n為關(guān)系的目或度關(guān)系也是一個(gè)二維表。4.1 關(guān)系模型及其定義SQL Server 2000第5頁，共34頁。 關(guān)系的性質(zhì)： 同一個(gè)屬性的數(shù)據(jù)是同質(zhì)的，即來自同一個(gè)域 同一個(gè)關(guān)系的屬性名不能重復(fù) 列位置順序無關(guān) 關(guān)系具有元組無冗余性 元組位置順序無關(guān) 每個(gè)分量必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)4.1 關(guān)系模型及其定義SQL Server 2000第6頁，共34頁。 關(guān)系的組成：關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模式元組4.1 關(guān)系模型及其定義SQL Server 2000第7頁，共34頁。二、關(guān)系操作 1、內(nèi)容 關(guān)系操作包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)維

4、護(hù)和數(shù)據(jù)控制三大功能。 數(shù)據(jù)查詢指數(shù)據(jù)檢索、統(tǒng)計(jì)、排序、分組以及用戶對(duì)信息的需求等功能。 數(shù)據(jù)維護(hù)指數(shù)據(jù)增加、刪除、修改等數(shù)據(jù)自身更新的功能。 數(shù)據(jù)控制指為了保護(hù)數(shù)據(jù)的安全性和完整性而采用的數(shù)據(jù)存取控制和并發(fā)控制等功能。4.1 關(guān)系模型及其定義SQL Server 2000第8頁，共34頁。二、關(guān)系操作 2、特點(diǎn) 關(guān)系操作的方式為一次一集合。 3、關(guān)系操作語言 關(guān)系代數(shù)語言：用關(guān)系的運(yùn)算來表達(dá)查詢要求的語言。 關(guān)系演算語言：用查詢得到的元組替代滿足的謂詞條件來表達(dá)查詢要求的語言。 基于映射的語言：具有關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算雙重特點(diǎn)的語言。SQL是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)語言。4.1 關(guān)系模型及其定義SQL

5、 Server 2000第9頁，共34頁。 三、關(guān)系的完整性 1、實(shí)體完整性規(guī)則：主屬性的值不能為空值 候選碼（碼、關(guān)鍵字）：關(guān)系中能唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)元組的屬性或?qū)傩越M。 主碼（主鍵、主關(guān)鍵字）：當(dāng)一個(gè)關(guān)系有多個(gè)候選碼時(shí)，應(yīng)選定其中一個(gè)候選碼為主碼。 主屬性：候選碼中的屬性稱為主屬性。 全碼：若關(guān)系中只有一個(gè)侯選碼，且這個(gè)侯選碼中包括全部屬性，則這種侯選碼稱為全碼。4.1 關(guān)系模型及其定義SQL Server 2000第10頁，共34頁。注： 候選碼是一個(gè)屬性或一組屬性，主屬性則指單個(gè)的屬性。 如果候選碼由單個(gè)屬性組成，主屬性就是候選碼。如對(duì)于學(xué)生關(guān)系（學(xué)號(hào)，姓名，性別)，學(xué)號(hào)既是候選碼，也是主

6、屬性。 如果候選碼由多個(gè)屬性組成，主屬性就不是候選碼。如對(duì)于學(xué)生選課關(guān)系（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)），（學(xué)號(hào)，課程號(hào)）是候選碼，學(xué)號(hào)是主屬性，課程號(hào)也是主屬性，而單個(gè)的學(xué)號(hào)和課程號(hào)都不是候選碼。4.1 關(guān)系模型及其定義SQL Server 2000第11頁，共34頁。 2、參照完整性規(guī)則：外碼必須為空值或等于被參照表中某個(gè)元組的主碼。 外碼：設(shè)F是基本關(guān)系R的一個(gè)屬性或?qū)傩越M，但不是R的主碼，如果F與關(guān)系S的主碼SF相對(duì)應(yīng)，則稱F是R的外碼，R為參照表，S為R的被參照表，4.1 關(guān)系模型及其定義SQL Server 2000第12頁，共34頁。 例：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)號(hào)） 專業(yè)（專業(yè)號(hào)，專

7、業(yè)名稱） 課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)分） 選課（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)） 則學(xué)生表中的專業(yè)號(hào)為外碼，專業(yè)表為學(xué)生表的被參照表，選課表中的學(xué)號(hào)、課程號(hào)為外碼，學(xué)生表是選課表的被參照表，課程表也是選課表的被參照表。4.1 關(guān)系模型及其定義SQL Server 2000第13頁，共34頁。3、用戶定義的完整性：是針對(duì)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(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。 例：考試成績(jī)必須在0100之間 身份證號(hào)必須是18位數(shù)字 4.1 關(guān)系模型及其定義SQL Server 2000第14頁，共34頁。 定義 一組建立在關(guān)系上的高級(jí)運(yùn)算，每個(gè)運(yùn)算都以一個(gè)或多個(gè)關(guān)系作為它的運(yùn)算對(duì)象，

8、并且生成一個(gè)關(guān)系作為運(yùn)算結(jié)果。 (1) 運(yùn)算對(duì)象：關(guān)系 (2) 運(yùn)算結(jié)果：關(guān)系 關(guān)系運(yùn)算分兩類 (1)一般的集合運(yùn)算：合并、相交、求差、乘積（廣義笛卡爾積） (2)專門的關(guān)系運(yùn)算：選擇、投影、連接、除 4.2 關(guān)系代數(shù)SQL Server 2000第15頁，共34頁。 1、合并具有相同的屬性的兩個(gè)關(guān)系R1，R2 的合并，是由屬于R1或?qū)儆赗2（或?qū)儆趦烧撸┑乃性Mt（不計(jì)重復(fù)元組）組成的一個(gè)新的關(guān)系，新關(guān)系具有和R1 或R2相同的屬性名集合。運(yùn)算符：“”，記為： 一、傳統(tǒng)的集合運(yùn)算4.2 關(guān)系代數(shù)SQL Server 2000第16頁，共34頁。 2、求差（相減） 具有相同的屬性的兩個(gè)關(guān)系R

9、1, R2的求差，是由屬于R1而不屬于R2的所有元組t組成的一個(gè)新的關(guān)系，新關(guān)系具有和R1或R2相同的屬性名集合。運(yùn)算符： 記為： 4.2 關(guān)系代數(shù)一、傳統(tǒng)的集合運(yùn)算SQL Server 2000第17頁，共34頁。 3、相交具有相同的屬性的兩個(gè)關(guān)系R1, R2的相交，是由既屬于R1又屬于R2的所有元組t組成的一個(gè)新的關(guān)系，新關(guān)系具有和R1或R2相同的屬性名集合。 運(yùn)算符：記為： 4.2 關(guān)系代數(shù)一、傳統(tǒng)的集合運(yùn)算SQL Server 2000第18頁，共34頁。 4、乘積 兩個(gè)關(guān)系R,S（設(shè)R為n目的k1元關(guān)系，S為m目的k2元關(guān)系）的廣義笛卡兒乘積，是一個(gè)（n+m)目的元組集合，由屬于R1

10、的任何一個(gè)元組tk1和屬于S的元組tk2連接而成的新元組t所組成的 一個(gè)新關(guān)系。 運(yùn)算符：“” 記為：4.2 關(guān)系代數(shù)一、傳統(tǒng)的集合運(yùn)算SQL Server 2000第19頁，共34頁。例：ABCA1B1C1A2B2C2A3B3C3R1DED1E1D2E2R2R1R2 A1B1C1D1E1A3B3C3D2E24.2 關(guān)系代數(shù)A1B1C1D2E2A3B3C3D1E1A2B2C2D2E2A2B2C2D1E1ABCDESQL Server 2000第20頁，共34頁。 二、專門的關(guān)系運(yùn)算 1、選擇指關(guān)系R中選擇滿足給定條件的元組 記為： F（R）=t|t R F(t)=真4.2 關(guān)系代數(shù)SQL Se

11、rver 2000第21頁，共34頁。學(xué)號(hào)姓名年齡所在系98001王平20計(jì)算機(jī)98002李麗21數(shù)學(xué)98003陳紅20計(jì)算機(jī)例 查詢計(jì)算機(jī)系的所有學(xué)生 學(xué)生 所在系=計(jì)算機(jī) （學(xué)生）學(xué)號(hào)姓名年齡所在系98001王平20計(jì)算機(jī)98003陳紅20計(jì)算機(jī)4.2 關(guān)系代數(shù)SQL Server 2000第22頁，共34頁。 二、專門的關(guān)系運(yùn)算 2、投影指關(guān)系R中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系 記為： A（R）=tA|t R 其中A為R中的屬性列4.2 關(guān)系代數(shù)SQL Server 2000第23頁，共34頁。例 查詢學(xué)生的姓名和所在系 姓名，所在系 （學(xué)生）姓名所在系王平計(jì)算機(jī)李麗數(shù)學(xué)陳紅計(jì)算機(jī)4.2

12、關(guān)系代數(shù)學(xué)號(hào)姓名年齡所在系98001王平20計(jì)算機(jī)98002李麗21數(shù)學(xué)98003陳紅20計(jì)算機(jī)學(xué)生SQL Server 2000第24頁，共34頁。注：投影操作是從列的角度進(jìn)行運(yùn)算的，但投影操作 后，不僅取消了某些列，而且也取消了某些元組，因?yàn)槿∠四承傩院螅涂赡艹霈F(xiàn)重復(fù)元組，關(guān)系操作自動(dòng)取消重復(fù)元組。例： 年齡，所在系 （學(xué)生）年齡所在系20計(jì)算機(jī)21數(shù)學(xué)20計(jì)算機(jī)4.2 關(guān)系代數(shù)年齡所在系20計(jì)算機(jī)21數(shù)學(xué)SQL Server 2000第25頁，共34頁。3、連接指從兩關(guān)系R，S的廣義笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組,記為： R S=tr ts|tr R ts S trA ts

13、B AB 其中A和B分別為R和S上度數(shù)相等且可比的屬性組，為比較運(yùn)算符。 連接運(yùn)算中有兩種常用的連接：一種是等值連接，另一種是自然連接。等值連接是從關(guān)系R和S的廣義笛卡爾積中選取A和B屬性相等的元組，自然連接是一種特殊的等值連接，它要求兩個(gè)關(guān)系中進(jìn)行比較的分量必須是相同的屬性組，并且在結(jié)果中把重復(fù)的屬性列去掉4.2 關(guān)系代數(shù)SQL Server 2000第26頁，共34頁。學(xué)號(hào)姓名年齡所在系98001王平20計(jì)算機(jī)98002李麗21數(shù)學(xué)98003陳紅20計(jì)算機(jī)學(xué)生學(xué)號(hào)課程號(hào)成績(jī)98001C19598001C38098003C18598003C275選課學(xué)生 選課學(xué)生.學(xué)號(hào)姓名年齡所在系選課.學(xué)

14、號(hào)課程號(hào)成績(jī)98001王平20計(jì)算機(jī)98001C19598001王平20計(jì)算機(jī)98001C38098001王平20計(jì)算機(jī)98003C18598001王平20計(jì)算機(jī)98003C27598002李麗21數(shù)學(xué)98001C19598002李麗21數(shù)學(xué)98001C38098002李麗21數(shù)學(xué)98003C19598002李麗21數(shù)學(xué)98003C27598003陳紅20計(jì)算機(jī)98001C19598003陳紅20計(jì)算機(jī)98001C38098003陳紅20計(jì)算機(jī)98003C18598003陳紅20計(jì)算機(jī)98003C275SQL Server 2000第27頁，共34頁。學(xué)生.學(xué)號(hào)姓名年齡所在系選課.學(xué)號(hào)課程號(hào)成

15、績(jī)98001王平20計(jì)算機(jī)98001C19598001王平20計(jì)算機(jī)98001C38098003陳紅20計(jì)算機(jī)98003C18598003陳紅20計(jì)算機(jī)98003C275學(xué)生 選課學(xué)生.學(xué)號(hào)=選課.學(xué)號(hào)等值連接學(xué)號(hào)姓名年齡所在系98001王平20計(jì)算機(jī)98002李麗21數(shù)學(xué)98003陳紅20計(jì)算機(jī)學(xué)生學(xué)號(hào)課程號(hào)成績(jī)98001C19598001C38098003C18598003C275選課SQL Server 2000第28頁，共34頁。學(xué)生 選課自然連接學(xué)號(hào)姓名年齡所在系課程號(hào)成績(jī)98001王平20計(jì)算機(jī)C19598001王平20計(jì)算機(jī)C38098003陳紅20計(jì)算機(jī)C18598003陳紅2

16、0計(jì)算機(jī)C275學(xué)號(hào)姓名年齡所在系98001王平20計(jì)算機(jī)98002李麗21數(shù)學(xué)98003陳紅20計(jì)算機(jī)學(xué)生學(xué)號(hào)課程號(hào)成績(jī)98001C19598001C38098003C18598003C275選課SQL Server 2000第29頁，共34頁。三、用關(guān)系代數(shù)表示檢索的例子學(xué)生選課庫的關(guān)系模式為：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，所在系）課程（課程號(hào)，課程名，先行課）選課（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）學(xué)號(hào)，姓名（課程號(hào)=C2（選課 學(xué)生）例1、求選修了課程號(hào)為“C2”課程的學(xué)生學(xué)號(hào) 學(xué)號(hào)（課程號(hào)=C2（選課）例2、求選修了課程號(hào)為“C2”課程的學(xué)生學(xué)號(hào)和姓名 4.2 關(guān)系代數(shù)SQL Server 200

17、0第30頁，共34頁。學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，所在系）課程（課程號(hào)，課程名，先行課）選課（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）例3、求年齡大于20的所有女學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名學(xué)號(hào)，姓名（年齡20 性別=女（學(xué)生）例4、求選了課的學(xué)生的學(xué)號(hào)和姓名例5、求沒有選課的學(xué)生的學(xué)號(hào)和姓名 學(xué)號(hào)，姓名（選課 學(xué)生）學(xué)號(hào)，姓名（學(xué)生）-學(xué)號(hào)，姓名（選課 學(xué)生）4.2 關(guān)系代數(shù)SQL Server 2000第31頁，共34頁。學(xué)號(hào)（課程號(hào)=C2（選課）學(xué)號(hào)（課程號(hào)=C3（選課）或?qū)W號(hào)（課程號(hào)=C2 課程號(hào)=C3（選課）例6、求沒有選修課程號(hào)為“C1”課程的學(xué)生學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)（學(xué)生）-學(xué)號(hào)（課程號(hào)=C1（選課）例7、選修“C2”課程或選修“C3”課程的學(xué)生學(xué)號(hào)學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，所在系）課程（課程號(hào)，課程名，先行課）選課（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）不能寫成：學(xué)號(hào)（課程號(hào) C1（選課）4.2 關(guān)系代數(shù)SQL Server 2000第32頁，共34頁。例8、既選修“C2”課程又選修“C3”課程的學(xué)生學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)（課程號(hào)=C2（選課）學(xué)號(hào)（課程號(hào)=C3（選課）不能寫為： 學(xué)號(hào)（課程號(hào)=C2 課程號(hào)=C3（選課） 因?yàn)檫x擇運(yùn)算是集合運(yùn)算，在同一