數據庫關系數據模型

1、第3章關系數據模型3.1關系數據模型和關系數據庫關系模型由三部分組成：數據結構操作集合完整性約束這三部分也稱為關系模型三要素。3.1.1據結構關系數據模型用二維表來組織數據。這個二維表在關系數據庫中就稱為關系。關系數據庫就是表或者說是關系的集合表是邏輯結構而不是物理結構。3.1.2據操作關系數據模型中的操作包括：傳統(tǒng)的關系運算：并、交、差、廣義笛卡爾乘積專門的關系運算：選擇、投影、連接、除;有關的數據操作：查詢、插入、刪除、更改。操作特點關系模型中操作的數據以及查詢的結果都是完整的集合（或表），這些集合可以只包含一行數據，也可以是不包含任何數據的空集合。非關系模型數據庫中典型的操作是一次一行或

2、一次一個記錄。集合處理能力是關系系統(tǒng)區(qū)別于其他系統(tǒng)的重要特征。關系模型與非關系模型區(qū)別在非關系模型中，各個數據記錄之間是通過指針等方式連接的，當要定位到某條記錄時，需要用戶自己按指針的鏈接方向逐層查找導航。在關系模型中，用戶只需指定數據的定位條件，數據庫管理系統(tǒng)就可以自動定位到該數據記錄非導航。關系操作關系模型的數據操作主要包括：查詢、插入、刪除、更改關系數據庫中的信息表示方式：表中的行列位置有明確的值邏輯層。關系數據庫的物理層關系數據庫在物理層也使用指針，但這些物理層的存儲細節(jié)對用戶來說都是不可見的，用戶所看到的物理層實際上就是存放數據的數據庫文件:文件名存放位置關系語言特點關系操作是通過關

3、系語言實現的，關系語言的特點是高度非過程化：用戶不必關心數據的存取路徑和存取過程，只需要提出數據請求DBMS會自動完成用戶請求的操作；用戶沒有必要編寫程序代碼來實現對數據的重復操作。3.1.3據完整性約束數據的完整性是指保證數據正確性的特征。數據完整性是一種語義概念，包括：與現實世界中應用需求的數據的相容性和正確性；數據庫內數據之間的相容性和正確性。數據完整性數據完整性由一組完整性規(guī)則定義，關系模型的完整性規(guī)則是對關系的某種約束條件在關系數據模型中將數據完整性分為三類：實體完整性參照完整性（引用完整性）用戶定義的完整性3.2關系模型的基本術語與形式化定義3.2.1基本術語關系：關系就是二維表，

4、二維表的名字就是關系的名字。屬性：二維表中的每個列就稱為一個屬性（或叫字段），每個屬性有一個名字屬性名某一列的值屬性值列的個數一一關系的元數。如果一個二維表有n個列，則稱其為n元關系。值域：二維表中屬性的取值范圍稱為值域。例如：“年齡”的取值為大于0的整數“性別”列的取值為男,女元組:二維表中的一行數據稱為一個元組（記錄值）。分量：元組中的每一個屬性值稱為元組的一個分量。n元關系的每個元組有n個分量。例：（0811101，李勇，21，男，計算機系），有5個分量關系模式：二維表的結構稱為關系模式。設有關系名為R,屬性分別為A1,A2,，An,則關系模式可以表示為：R（A1,A2,，An）如果將關

5、系模式理解為數據類型，則關系就是該數據類型的一個具體值。關系數據庫：對應于一個關系模型的所有關系的集合稱為關系數據庫。候選鍵：如果一個屬性或屬性集的值能夠惟一標識一個關系的元組而又不包含多余的屬性,則稱該屬性或屬性集為候選鍵。主鍵：當一個關系中有多個候選鍵時,從中選擇一個作為主鍵。每個關系只能有一個主鍵。主鍵也稱為主碼或主關鍵字,用于惟一地確定一個元組。主鍵可以由一個屬性組成,也可以由多個屬性共同組成。主屬性：包含在任一候選鍵中的屬性稱為主屬性。非主屬性：不包含在任一候選鍵中的屬性稱為非主屬性。術語對比一蚩的缶詰術語其疥鞍式表頭（表序含列的惴迖）：張）辺老或f1親記求中XtJJ的值3.2.2形

6、式化定義定義笛卡爾積：設D1，D2,，Dn為任意集合，定義笛卡爾積D1,D2,，Dn為：D1XD2XXDn=（d1,d2,，dn）|diGDi,i=1,2,，n其中每一個元素（di,d2,，dn）稱為一個n元組，簡稱元組。元組中每一個di稱為是一個分量。笛卡爾積示例D1=計算機系，信息管理系D2=李勇，劉晨，吳賓D3=男，女則DiXD2XD3笛卡爾積為：（計算機系，李勇，男），（計算機系，李勇，女），計算機系，劉晨，男），（計算機系，劉晨，女），計算機系，吳賓，男），（計算機系，吳賓，女），（信息管理系，李勇，男），（信息管理系，李勇，女），（信息管理系，劉晨，男），（信息管理系，劉晨，女）（

7、信息管理系，吳賓，男），（信息管理系，吳賓，女）笛卡爾乘積實際就是二維表DDDD1D2D3計算機系李勇男計算機系李勇女計算機系劉晨男計算機系劉晨女計算機系吳賓男計算機系吳賓女信息管理系李勇男信息管理系李勇女信息管理系劉晨男信息管理系劉晨女信息管理系吳賓男信息管理系吳賓女關系的形式化定義笛卡爾積Di,D2,，Dn的任意一個子集稱為Di,D2,，Dn上的一個n元關系。形式化的關系定義同樣可以把關系看成二維表，給表中的每個列取一個名字，稱為屬性n元關系有n個屬性，一個關系中的屬性的名字必須是唯一的。屬性Di的取值范圍（i=i,2,，n）稱為該屬性的值域。對關系的限定關系中的每個分量都是不可再分的最小

8、屬性表中列的數據類型是固定的，即列中的每個分量都是同類型的數據，來自相同的值域。不同列的數據可以取自相同的值域。關系表中列的順序不重要。關系表行的順序也不重要。同一個關系中的元組不能重復。3.3關系代數個關系，而關系代數是關系操作語言的一種傳統(tǒng)表示方式，是一種抽象的查詢語言。是一種純理論語言，它定義了一些操作，運用這些操作可以從一個或多個關系中得到另不改變源關系。關系代數的操作數和操作結果都是關系，而且一個操作的輸出可以是另一個操作的輸入。關系代數的運算關系代數的運算對象是關系，運算結果也是關系。與一般的運算一樣，運算對象、運算符和運算結果是關系代數的三大要素。關系代數的運算可分為以下兩大類：

9、傳統(tǒng)的集合運算：并、交、差、笛卡爾積專門的關系運算：選擇、投影、連接、除運算符并運算(Union)交運算(Intersection)差運算(Except)廣義笛卡爾積(CartesianProduct)并、交、差運算示意圖(c)R-S并運算并（RUS）:設關系R與關系S均是n目關系，關系R與關系S的并記為：RUS=t|tRVtS其結果仍是n目關系，由屬于R或屬于S的元組組成。元組在新關系中的順序不重要。交運算交（RQS）:設關系R與關系S均是n目關系，關系R與關系S的交記為：RHS=t|tGRAtS其結果仍是n目關系，由屬于R并且也屬于S的元組組成。差運算差（RS）:設關系R與關系S均是n目關

10、系，關系R與關系S的差記為：R-S=t|tGRAtS其結果仍是n目關系，由屬于R但不屬于S的元組組成。RQS=R-（R-S）廣義笛卡爾積兩個分別為n目和m目的關系R和關系S的笛卡爾積是一個（m+n）列的元組的集合。元組的前n個列是R的一個元組，后m個列是S的一個元組。若R有K1個元組，S有K2個元組，則關系R和關系S的廣義笛卡爾積有K1XK2個元組，記做：RXS=trAts|trWRAtsStrAts表示由元組tr和ts前后有序連接而成的一個元組。任取元組tr和ts,當且僅當tr屬于R且ts屬于S時，tr和ts的有序連接即為RXS的一個元組。3.3.2專門的關系運算選擇運算(Select)投影

11、運算(Project)連接運算(Join)除運算(Division)選擇運算從指定的關系中選擇滿足給定條件(用邏輯表達式表達)的元組而組成一個新的關系。F(R)=r|rWRAF(r)=真條件表達式，取邏輯“真”值或“假”4.選擇運算示意圖H(R)例題法仃個|腳關系如心rlUil11-r2irl)例題：凹牛C知關系如右七Mnpn3rn$ULU連接運算連接運算用來連接相互之間有聯系的兩個關系，從而產生一個新的關系。連接運算具有如下幾種形式：e連接等值連接(e連接的特例)自然連接外部連接(或稱外連接)半連接R11SAeb=t化丨tGRAtGSAtAetBrsrsrsA、B是關系R和S上語義相同的屬性

12、或屬性組，e是比較運算符。連接運算從R和S的廣義笛卡爾積中選擇R關系在A屬性組上的值與S關系在B屬性組上的值滿足e的元組。等值連接e為“=”的連接成為等值連接。它是從關系R與S的笛卡爾積中選取A,B屬性值相等的那些元組:-ISA=BtAtIteRAteSAtA=tBTOC o 1-5 h zrsrsrs自然連接是一種特殊的等值連接，它去掉了等值連接結果中的重復的屬性列即若R與S具有相同的屬性組B,則自然連接可記作：RsS=t人tteRateSatA=tBrsrsrsS=SBt=tBss例題：四個已知關系如右*關系丫ABCB3ba4ib趣4cd5cd3lbd4bd5cABP4b事3cb4bc3c

13、d3cd5電d4ABCC43eb3cd當f4bd5f!3cd4b3ABCA4b4db4b4dd5e5hd4b4寸ABcB.4bdb4bd-d5EbdJbi等值連接與門然連接示例POI34平為電舅PQ234FOi處啟酣電規(guī)9600賀皐弓踴售加格P013200F022W-2-J5600F012800阻5500P012fflkMJ52350帽25號亟總韋童左階福呂號印曲日陽售削1niiJimKI9Ml期手X理祖24MK-L2CIM4-LD鶉KiJ4干“匂載恆1KIZdN-3-LS1LS4HI14苒皋電褻dXDQfc?MM機K2SBjsa*POJ1400J0W2322Q0旳j4電:a24*6204-1

14、-1DMQQ34WC2I50R：墾電視剛曲！S5M0KQ罪酒電垃4EDD3W1Q4外連接如果希望不滿足連接條件的元組也出現在連接結果中,則可以通過外連接實現外連接有三種：左外連接：R*Es右外連接：RF*S全外連接：外連接含義左（右）外連接：把連接符號左（右）邊的關系中不滿足連接條件的元組也保留到連接后的結果中，并在連接結果中將該元組所對應的右（左）邊關系的各個屬性均置成空值（NULL）。全外連接：把連接符號兩邊的關系中不滿足連接條件的元組均保留到連接后的結果中，并在連接結果中將不滿足連接條件的各元組的相關屬性均置成空值（NULL）。左外連接示例商品*銷售全外連接示例商品號商品名囂售日期PD1

15、胡平面電觀24002DD9-2-32測P01刑平面電視2400200-3-102B00P01刑平面電視24002005-2-152150P02刑液晶電視4咖2002-35600P02初液晶電視4咖20D9-2-S5500PD352液晶電觀幀MULLNULLAB*LX1*1EEJDblGilvlbldluH13dl勺blL.Zbl.ri?cidiW話1*3dlJlBB：FDaibldlis1dlalblcld!Za2b2clNULLNULLa)blc?-lldl胡Itilc2A3dzb3cld!b3cld!b2clULLNULLNlUiLLib4O1.Le-43半連接在兩個關系之間執(zhí)行連接操作，

16、并將其結果投影在第一個操作關系的所有屬性上半連接的一個優(yōu)點是可以減少必須參與連接的元組的數目。半連接操作的表達形式為：上述半連接是一個半e連接，其他還有半等值連接、半自然連接等。Example:R.*S=R.uob30d(SxR)AC3丐10；V15；7.25:w32TFEaR=2,10,25,3010ib251cACw：V25:w除運算設關系S的屬性是關系R的屬性的一部分，則RFS為這樣一個關系：此關系的屬性是由屬于R但不屬于S的所有屬性組成；RFS的任一元組都是R中某元組的一部分。但必須符合下列要求，即任取屬于RFS的一個元組t,則t與S的任一元組連接后，都為R中原有的一個元組。除運算示意

17、圖RS除運算的一般形式設有關系R(X,Y)和S(Y7)，其中X、Y、Z為關系的屬性組，則:R(X,Y)三S(Z)=R(X,Y)三口丫象集定義Sno設有關系R(X,Y),其中X,Y為屬性(組)，X=x在R上的象集是：Yx=tY|tGRAtX=xtY和tX分別表示R中的元組t在屬性組Y和X上的分量的集合。象集示例1有元組：(0821101，張立，男，20,信息管理系)設X=Sdept,Ssex，Y=Sno,Sname，Sage，tX的一個值：x=(信息管理系，男)則Yx為tX=x=(信息管理系，男)時所有tY啲值:Yx=(0821101，張立,20),(0821103,張海，20)SnameSse

18、xSage0811101081110208111030811104082110108211020821103象集示例2李勇劉晨王敏張小紅張立吳賓張海21202019201920Sdept計算機系計算機系計算機系計算機系信息管理系信息管理系信息管理系設X=Sno,Y=Cno,Grade,則當X取0811101”時，Y的象集為：Yx=(C001,96),(C002，80),(C003,84),(C005,62)再討論除法的一般形式設有關系R(X,Y)和S(Y,Z),其中X、Y、Z為關系的屬性組,貝9：RFS=trX|trRAnY(S)Yx除運算示例至夕臨了ucoor和005-9!程訊學生95121

19、0195211D2snoeno0612101cOI9512101cOe9512102c029512102c049521102(019S21102c029521102dJ4C1Ucmmec01cteVE關系代數優(yōu)先級運算(高到低)投影-選擇-乘積-連接、除-交-并、差關系代數綜合示例-例5.查詢選了應號謊程的學生的學號和咸績a(SC)例&杳詢信息管理系選了coa號課程的學生的姓名和成玻nTTstaEE&a覽(010=004-就眾二信g暫建系(SCxStudent)或：肛皿心也(aGmoo-f(SC)M0陸比：肓賓曹遂陽(Student)*例7.査詢選了第2學期開設的課程的學生的姓氛所在系幀選的誅

20、程號匸旨咤Sd爭.仏(Sass3=:(Course沖SC旳Dtudent)namiSdr.&w(口乜：廬：(CUTSt)MSCMStUMflt)例&查詢選了篥高等數學”且咸績犬于等于90分的學生的姓盤所在系和成績期娜：3*(Jw昭哥養(yǎng)聲；tii=9c(CoursrMSCMStudent)或；TJ沁電罰e詼(吐曲験學(Cputsb)M時諮wq(SC)MStudent/-例9查詢沒選VB誅程的學生的姓名和所在系。Tsus!.田也(Student|血血戈諭(。山工壬嚀(Coutse兇SC網Student)成：fh咤:起(Student)-Hemsf.関那(弋注m：:(%ursu)MSCMStudentj-例10一查詢選了