數(shù)據(jù)庫原理與技術(shù)：第2章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫1

1、1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論An Introduction to Database System第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫2第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫2.1 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義2.2 關(guān)系操作2.3 關(guān)系的完整性2.4 關(guān)系代數(shù)2.5 小結(jié)32.1 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義2.1.1 關(guān)系2.1.2 關(guān)系模式2.1.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫42.1.1 關(guān)系單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-關(guān)系 現(xiàn)實世界的實體以及實體間的各種聯(lián)系均用關(guān)系來表示 數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)-二維表 從用戶角度，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表。5例如，教學(xué)數(shù)據(jù)庫中教師與課程的關(guān)系模型如圖所示。教師關(guān)系課程關(guān)系C 授課關(guān)系SCTNO教師號TN姓名SEX性別AGE年齡PR

2、OF職稱SAL工資COMM崗位津貼DEPT系CNO課程號CN課程名CT課時TNO教師號CNO課程號關(guān)聯(lián)聯(lián)系關(guān)聯(lián)實體實體6關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式化定義-從集合論角度 域（Domain） 2. 笛卡爾積（Cartesian Product） 3. 關(guān)系（Relation） 7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）。域中所包含的值的個數(shù)稱為域的基數(shù)（用m表示）。例如： D1=李力，王平，劉偉 m1=D2=男，女 m2=D3=47,28,30 m3=3238笛卡爾積（Cartesian Product）笛卡爾積 給定一組域D1，D2，Dn，這些域中可以有相同的。D1

3、，D2，Dn的笛卡爾積為：D1D2Dn（d1，d2，dn）diDi，i1，2，n其中：每一個元素（d1，d2，dn）叫作一個n元組（n-tuple）或簡稱元組。 元素（d1，d2，dn）中的每一個值di叫作一個分量。 所有域的所有取值的一個組合9笛卡爾積（續(xù))若Di（i1，2，n）為有限集，其基數(shù)為mi（i1，2，n），則D1D2Dn的基數(shù)M為：10笛卡爾積（續(xù))笛卡爾積的表示方法笛卡爾積可表示為一個二維表。表中的每行對應(yīng)一個元組，表中的每列對應(yīng)一個域。11圖2.1 笛卡爾積是所有域中所有取值的一個組合。12關(guān)系（Relation）關(guān)系D1D2Dn的子集叫作在域D1，D2，Dn上的關(guān)系，表示為

4、 R（D1，D2，Dn） R：關(guān)系名 n：關(guān)系的目或度（Degree）13關(guān)系（續(xù)）元組關(guān)系中的每個元素是關(guān)系中的元組，通常用t表示。單元關(guān)系與二元關(guān)系當(dāng)n=1時，稱該關(guān)系為單元關(guān)系（Unary relation）。當(dāng)n=2時，稱該關(guān)系為二元關(guān)系（Binary relation）。14關(guān)系（續(xù)）關(guān)系的表示關(guān)系也是一個二維表，表的每行對應(yīng)一個元組，表的每列對應(yīng)一個域。元組tD1XD2XD3的子集關(guān)系名15關(guān)系（續(xù)）屬性（Attribute） 關(guān)系中不同列可以對應(yīng)相同的域，為了加以區(qū)分，必須對每列起一個名字，稱為屬性。 n 目關(guān)系必有n個屬性。16關(guān)系（續(xù)）候選碼（Candidate key） 若

5、關(guān)系中的某一屬性組的值能唯一地標(biāo)識一個元組，則稱該屬性組為候選碼。在最簡單的情況下，候選碼只包含一個屬性。在最極端的情況下，關(guān)系模式的所有屬性組是這個關(guān)系模式的候選碼，稱為全碼（All-key）17思考：候選碼是什么？學(xué)院+系+教研室18關(guān)系（續(xù)）主碼（Primary key） 若一個關(guān)系有多個候選碼，則選定其中一個為主碼。候選碼的諸屬性稱為主屬性（Prime attribute）。不包含在任何侯選碼中的屬性稱為非碼屬性（Non-key attribute） 19主碼（鍵）是關(guān)系模型中的一個重要概念。它具有以下特點：每個關(guān)系有且僅有一個主碼，主碼一旦選定后不能隨意改變。通常用較小的屬性組合作為

6、主關(guān)系碼。如：“控制點號”，“X+Y+H”都可作為主鍵，但一般選“控制點號”作為主鍵。20主碼非碼非碼21關(guān)系（續(xù)）關(guān)系的三種類型基本關(guān)系（基本表或基表）實際存在的表，是實際存儲數(shù)據(jù)的邏輯表示查詢表查詢結(jié)果對應(yīng)的表視圖表由基本表或其他視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不對應(yīng)實際存儲的數(shù)據(jù)22基本關(guān)系的性質(zhì) 列是同質(zhì)的（Homogeneous）每一列中的分量是同一類型的數(shù)據(jù)，來自同一個域 不同的列可出自同一個域其中的每一列稱為一個屬性不同的屬性要給予不同的屬性名23 列的順序無所謂 列的次序可以任意交換，但交換時，應(yīng)連同屬性名一起交換，否則將得到不同的關(guān)系。 任意兩個元組的候選碼不能相同注意：有的關(guān)系數(shù)據(jù)

7、庫產(chǎn)品沒有遵循這一性質(zhì)。允許關(guān)系表中存在兩個完全相同的元組，除非用戶特別定義了相應(yīng)的約束條件。24 分量必須取原子值 每一個分量都必須是不可分的數(shù)據(jù)項。這是規(guī)范條件中最基本的一條 行的順序無所謂行的次序可以任意交換。252.1 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義2.1.1 關(guān)系2.1.2 關(guān)系模式2.1.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫262.1.2 關(guān)系模式1什么是關(guān)系模式2. 定義關(guān)系模式3關(guān)系模式與關(guān)系271什么是關(guān)系模式關(guān)系模式（Relation Schema）是型關(guān)系是值關(guān)系模式是對關(guān)系的描述元組集合的結(jié)構(gòu)屬性構(gòu)成屬性來自的域 屬性與域之間的映象關(guān)系元組語義以及完整性約束條件屬性間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系集合282定義關(guān)

8、系模式關(guān)系模式可以形式化地表示為： R（U，D，dom，F(xiàn)） R 關(guān)系名U 組成該關(guān)系的屬性名集合D 屬性組U中屬性所來自的域dom 屬性向域的映象集合F 屬性間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系集合29關(guān)系模式通?？梢院営洖?R (U ) 或 R (A1，A2，An) 其中：R 關(guān)系名A1，A2，An 屬性名如：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，年齡，系別）注：域及屬性向域的映象常常直接說明為 屬性的類型、長度303關(guān)系模式與關(guān)系關(guān)系模式（Relation Schema）是對關(guān)系的描述,它是相對穩(wěn)定和不隨時間改變的。 關(guān)系是關(guān)系模式在某一時刻的狀態(tài)或內(nèi)容,它是動態(tài)的隨時間不斷變化的。關(guān)系模式和關(guān)系往往統(tǒng)稱為關(guān)系。關(guān)系模式

9、是型，關(guān)系是值。312.1 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義2.1.1 關(guān)系2.1.2 關(guān)系模式2.1.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫321 關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫：在一個給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有實體及實體之間聯(lián)系的關(guān)系的集合構(gòu)成一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫。如：學(xué)生課程數(shù)據(jù)庫是三個關(guān)系的集合學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡）課程（課程號，課程名，學(xué)分）選修（學(xué)號，課程號，成績）332. 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型與值關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式，是對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的描述。包括：若干域的定義以及在這些域上定義的若干關(guān)系模式關(guān)系數(shù)據(jù)庫的值是這些關(guān)系模式在某一時刻對應(yīng)的關(guān)系的集合，通常簡稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫34第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫2.1 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形

10、式化定義2.2 關(guān)系操作2.3 關(guān)系的完整性2.4 關(guān)系代數(shù)2.5 小結(jié)352.2.1基本關(guān)系操作 常用的關(guān)系操作查詢：選擇、投影、連接、除、并、交、差、笛卡爾集數(shù)據(jù)更新：插入、刪除、修改關(guān)系操作的特點集合操作方式：操作的對象和結(jié)果都是集合，一次一集合的方式362.2.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言的分類 關(guān)系代數(shù)語言用對關(guān)系的運(yùn)算來表達(dá)查詢要求代表：ISBL關(guān)系演算語言：用謂詞來表達(dá)查詢要求元組關(guān)系演算語言謂詞變元的基本對象是元組變量代表：APLHA, QUEL域關(guān)系演算語言 謂詞變元的基本對象是域變量代表：QBE具有關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算雙重特點的語言代表：SQL（Structured Query Lan

11、guage） 37第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫2.1 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義2.2 關(guān)系操作2.3 關(guān)系的完整性2.4 關(guān)系代數(shù)2.5 小結(jié)382.3 關(guān)系的完整性關(guān)系模型的完整性規(guī)則是對關(guān)系的某種約束條件。關(guān)系模型中三類完整性約束：實體完整性參照完整性用戶定義的完整性實體完整性和參照完整性是關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件，被稱作是關(guān)系的兩個不變性，應(yīng)該由關(guān)系系統(tǒng)自動支持。39關(guān)系的完整性(續(xù))2.3.1 實體完整性2.3.2. 參照完整性2.3.3. 用戶定義的完整性40實體完整性規(guī)則 若屬性A（一個或一組屬性）是基本關(guān)系R的主屬性，則屬性A不能取空值。實體完整性（Entity Integrity

12、）41實體完整性規(guī)則的原因：(1) 實體完整性規(guī)則是針對基本關(guān)系而言的。一個基本表通常對應(yīng)現(xiàn)實世界的一個實體集或多對多聯(lián)系。(2) 現(xiàn)實世界中的實體和實體間的聯(lián)系都是可區(qū)分的，即它們具有某種唯一性標(biāo)識。(3) 相應(yīng)地，關(guān)系模型中以主碼作為唯一性標(biāo)識。(4) 主碼中的屬性即主屬性不能取空值。主屬性取空值，就說明存在某個不可標(biāo)識的實體，即存在不可區(qū)分的實體，這與第（2）點相矛盾，因此這個規(guī)則稱為實體完整性。422.3.1 實體完整性2.3.2. 參照完整性2.3.3. 用戶定義的完整性43參照完整性1. 關(guān)系間的引用2. 外碼3. 參照完整性規(guī)則441. 關(guān)系間的引用 在關(guān)系模型中實體及實體間的聯(lián)

13、系都是用關(guān)系來描述的，因此可能存在著關(guān)系與關(guān)系間的引用。45例1 學(xué)生實體、專業(yè)實體以及專業(yè)與學(xué)生間的一對多聯(lián)系 學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡） 專業(yè)（專業(yè)號，專業(yè)名）學(xué)生專業(yè)主碼主碼學(xué)生關(guān)系引用了專業(yè)關(guān)系的主碼“專業(yè)號”。 學(xué)生關(guān)系中的“專業(yè)號”值必須是確實存在的專業(yè)的專業(yè)號 ，即專業(yè)關(guān)系中有該專業(yè)的記錄。46例2 學(xué)生、課程、學(xué)生與課程之間的多對多聯(lián)系 學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡） 課程（課程號，課程名，學(xué)分） 選修（學(xué)號，課程號，成績）47 學(xué)生選修課程48例3 學(xué)生實體及其內(nèi)部的領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)系學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡，班長）492外碼（Foreign Key）定

14、義：設(shè)F是基本關(guān)系R的一個或一組屬性，但不是關(guān)系R的碼。如果F與基本關(guān)系S的主碼Ks相對應(yīng)，則稱F是基本關(guān)系R的外碼。學(xué)生專業(yè)關(guān)系R關(guān)系SF：外碼主碼Ks思考：外碼是什么？50基本關(guān)系R稱為參照關(guān)系（Referencing Relation）基本關(guān)系S稱為被參照關(guān)系（ReferencedRelation）或目標(biāo)關(guān)系（Target Relation）。51外碼(續(xù))例1：學(xué)生關(guān)系的“專業(yè)號”與專業(yè)關(guān)系的主碼“專業(yè)號”相對應(yīng)?！皩I(yè)號”屬性是學(xué)生關(guān)系的外碼專業(yè)關(guān)系是被參照關(guān)系，學(xué)生關(guān)系為參照關(guān)系 52外碼(續(xù))例2： 選修關(guān)系的“學(xué)號” 與學(xué)生關(guān)系的主碼“學(xué)號”相對應(yīng) 選修關(guān)系的“課程號”與課程關(guān)

15、系的主碼“課程號”相對應(yīng)“學(xué)號”和“課程號”是選修關(guān)系的外碼學(xué)生關(guān)系和課程關(guān)系均為被參照關(guān)系選修關(guān)系為參照關(guān)系 53外碼(續(xù))例3：“班長”與本身的主碼“學(xué)號”相對應(yīng)“班長”是外碼學(xué)生關(guān)系既是參照關(guān)系也是被參照關(guān)系 54說明關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系。目標(biāo)關(guān)系S的主碼Ks 和參照關(guān)系的外碼F必須定義在同一個（或一組）域上。外碼并不一定要與相應(yīng)的主碼同名 當(dāng)外碼與相應(yīng)的主碼屬于不同關(guān)系時，往往取相同的名字，以便于識別553. 參照完整性規(guī)則參照完整性規(guī)則（即定義外碼與主碼之間的引用規(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相對應(yīng)（基本關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系）

16、，對于R中每個元組在F上的值必須為： 或者取空值（F的每個屬性值均為空值） 或者等于S中某個元組的主碼值。56學(xué)生關(guān)系中每個元組的“專業(yè)號”屬性只取下面兩類值：（1）空值，表示尚未給該學(xué)生分配專業(yè)（2）非空值，這時該值必須是專業(yè)關(guān)系中某個元組的“專業(yè)號”值，表示該學(xué)生不可能分配到一個不存在的專業(yè)中例：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡） 專業(yè)（專業(yè)號，專業(yè)名）57例：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡） 課程（課程號，課程名，學(xué)分） 選修（學(xué)號，課程號，成績）“學(xué)號”和“課程號”是選修關(guān)系中的主屬性，按照實體完整性原則它們不能取空值，所以只能取相應(yīng)被參照關(guān)系中已經(jīng)存在的主碼值。58例：學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡，班長）“班長”屬性值可以取兩類值：（1）空值，表示該學(xué)生所在班級尚未選出班長，或該學(xué)生本人即是班長；（2）非空值，這時該值必須是本關(guān)系中某個元組的學(xué)號值59關(guān)系的完整性(續(xù))2.3.1 實體完整性2.3.2. 參照完整性2.3.3. 用戶定義的完整性60用戶定義的完整性用戶定義的完整