第2章(2)關(guān)系數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫原理DatabasePrinciples第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫(續(xù)1）第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫2.1關(guān)系模型概述2.2關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.3關(guān)系的完整性2.4關(guān)系代數(shù)2.5關(guān)系演算2.4關(guān)系代數(shù)

概述:1.關(guān)系代數(shù) 一種抽象的查詢語言用對關(guān)系的運算來表達查詢2．關(guān)系代數(shù)運算的三個要素運算對象：關(guān)系運算結(jié)果：關(guān)系運算符：四類集合運算符將關(guān)系看成元組的集合運算是從關(guān)系的“水平”方向即行的角度來進行專門的關(guān)系運算符不僅涉及行而且涉及列算術(shù)比較符輔助專門的關(guān)系運算符進行操作邏輯運算符輔助專門的關(guān)系運算符進行操作集合運算符∪-∩×并差交廣義笛卡爾積比較運算符＞≥＜≤＝≠大于大于等于小于小于等于等于不等于運算符含義運算符含義表2.4關(guān)系代數(shù)運算符

概述(續(xù))專門的關(guān)系運算符σπ

÷選擇投影連接除邏輯運算符∧∨非與或運算符含義運算符含義概述(續(xù))4．關(guān)系代數(shù)運算的分類 傳統(tǒng)的集合運算：并、差、交、廣義笛卡爾積 專門的關(guān)系運算：選擇、投影、連接、除5．表示記號（1）R，tR，t[Ai]，設(shè)關(guān)系模式為R(A1，A2，…，An)它的一個關(guān)系設(shè)為R。tR表示t是R的一個元組,t[Ai]則表示元組t中相應(yīng)于屬性Ai的一個分量（2）A，t[A]，A若A={Ai1，Ai2，…，Aik}，其中Ai1，Ai2，…，Aik是A1，A2，…，An中的一部分，則A稱為屬性列或域列。t[A]=(t[Ai1]，t[Ai2]，…，t[Aik])表示元組t在屬性列A上諸分量的集合。A則表示{A1，A2，…，An}中去掉{Ai1，Ai2，…，Aik}后剩余的屬性組。概述(續(xù))（3）trtsR為n目關(guān)系，S為m目關(guān)系。trR，tsS，trts稱為元組的連接。它是一個n+m列的元組，前n個分量為R中的一個n元組，后m個分量為S中的一個m元組。（4）象集Zx給定一個關(guān)系R（X，Z），X和Z為屬性組。當(dāng)t[X]=x時，x在R中的象集（ImagesSet）為：

Zx={t[Z]|tR，t[X]=x}它表示R中屬性組X上值為x的諸元組在Z上分量的集合。2.4.1傳統(tǒng)的集合運算1.并（Union）R和S具有相同的目n（即兩個關(guān)系都有n個屬性）相應(yīng)的屬性取自同一個域R∪S

仍為n目關(guān)系，由屬于R或?qū)儆赟的元組組成R∪S={t|t

R∨tS}ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b1c1a1b2c2a1b3c2a2b2c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSR∪S

2.差（Difference）R和S具有相同的目n相應(yīng)的屬性取自同一個域R-S

仍為n目關(guān)系，由屬于R而不屬于S的所有元組組成

R-S={t|tR∧tS}ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b1c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSR-S

3.交（Intersection）R和S具有相同的目n相應(yīng)的屬性取自同一個域R∩S仍為n目關(guān)系，由既屬于R又屬于S的元組組成R∩S={t|t

R∧tS} R∩S=R

–(R-S）ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b2c2a2b2c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSR∩S

4.廣義笛卡爾積(ExtendedCartesianProduct)R；n目關(guān)系，k1個元組S：m目關(guān)系，k2個元組R×S

列：（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的一個元組行：k1×k2個元組R×S={tr

ts|tr

R∧tsS}ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSABCa1b1c1a1b1c1a1b1c1a1b2c2a1b2c2a1b2c2a2b2c1a2b2c1a2b2c1R×S

ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1a1b2c2a1b3c2a2b2c1a1b2c2a1b3c2a2b2c12.4.2專門的關(guān)系運算選擇（Selection）1)選擇又稱為限制（Restriction）2)選擇運算符的含義在關(guān)系R中選擇滿足給定條件的諸元組

σF(R)={t|tR∧F(t)='真'}F：選擇條件，是一個邏輯表達式，基本形式為：

[(]

X1θY1[)][φ[(]X2θY2[)]]…θ：比較運算符（＞，≥，＜，≤，＝或<>）X1，Y1等：屬性名、常量、簡單函數(shù)；屬性名也可以用它的序號來代替；φ：邏輯運算符（∧或∨）[]：表示任選項…：表示上述格式可以重復(fù)下去選擇（續(xù)）3)選擇運算是從行的角度進行的運算4)舉例:設(shè)有一個學(xué)生-課程數(shù)據(jù)庫，包括學(xué)生關(guān)系Student、課程關(guān)系Course和選修關(guān)系SC。σ學(xué)號Sno姓名Sname性別Ssex年齡Sage所在系Sdept95001李勇男20CS95002劉晨女19IS95003王敏女18MA95004張立男19IS(a)

Student例1例2例4例3例9選擇（續(xù)）(b)Course課程號課程名先行課學(xué)分CnoCnameCpnoCcredit1數(shù)據(jù)庫542數(shù)學(xué)

23信息系統(tǒng)144操作系統(tǒng)635數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)746數(shù)據(jù)處理

27PASCAL語言64(c)SC學(xué)號課程號成績SnoCnoGrade9500119295001285950013889500229095002380例7例9選擇（續(xù)）[例1]查詢信息系（IS系）全體學(xué)生 σSdept

='IS'(Student)或σ5='IS'(Student)結(jié)果：SnoSnameSsexSageSdept95002劉晨女19IS95004張立男19IS[例2]查詢年齡小于20歲的學(xué)生

σSage<20(Student) 或σ4<20(Student)結(jié)果：SnoSnameSsexSageSdept95002劉晨女19IS95003王敏女18MA95004張立男19IS2.投影（Projection）1）投影運算符的含義從R中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系πA(R)={t[A]|tR} A：R中的屬性列2）投影操作主要是從列的角度進行運算但投影之后不僅取消了原關(guān)系中的某些列，而且還可能取消某些元組（避免重復(fù)行）π投影（續(xù)）3)舉例[例3]查詢學(xué)生的姓名和所在系 即求Student關(guān)系上學(xué)生姓名和所在系兩個屬性上的投影πSname，Sdept(Student) 或π2，5(Student)結(jié)果：SnameSdept李勇CS劉晨IS王敏MA張立IS[例4]查詢學(xué)生關(guān)系Student中都有哪些系πSdept(Student) 結(jié)果：SdeptCSISMA3.連接（Join）1）連接也稱為θ連接2）連接運算的含義從兩個關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組

RS={|tr

R∧ts

S∧tr[A]θts[B]}A和B：分別為R和S上度數(shù)相等且可比的屬性組θ：比較運算符

連接運算從R和S的廣義笛卡爾積R×S中選取（R關(guān)系）在A屬性組上的值與（S關(guān)系）在B屬性組上值滿足比較關(guān)系的元組。

AθBtrts連接(續(xù))3）兩類常用連接運算等值連接（equijoin）什么是等值連接：為“＝”的連接運算稱為等值連接等值連接的含義：從關(guān)系R與S的廣義笛卡爾積中選取A、B屬性值相等的那些元組，即等值連接為：

RS={|tr

R∧tsS∧tr[A]=ts[B]}A=Btrts自然連接（Naturaljoin）

什么是自然連接：自然連接是一種特殊的等值連接兩個關(guān)系中進行比較的分量必須是相同的屬性組在結(jié)果中把重復(fù)的屬性列去掉自然連接的含義：R和S具有相同的屬性組B

R

S={|tr

R∧ts

S∧tr[B]=ts[B]}trts連接(續(xù))4）一般的連接操作是從行的角度進行運算。自然連接還需要取消重復(fù)列，所以是同時從行和列的角度進行運算。

AθBRS5）舉例 [例5]ABCa1b15a1b26a2b38a2b412BEb13b27b310b32b52RS連接(續(xù))R

S

AR.BCS.BEa1b15b27a1b15b310a1b26b27a1b26b310a2b38b310

C＜E等值連接R

SR.B=S.B

AR.BCS.BEa1b15b13a1b26b27a2b38b310a2b38b32連接(續(xù))自然連接R

S

ABCEa1b153a1b267a2b3810a2b3824）象集Z給定一個關(guān)系R（X，Z），X和Z為屬性組。當(dāng)t[X]=x時，x在R中的象集（ImagesSet）為：Zx={t[Z]|tR，t[X]=x} 它表示R中屬性組X上值為x的諸元組在Z上分量的集合。4.除（Division）給定關(guān)系R(X，Y)和S(Y，Z)，其中X，Y，Z為屬性組。R中的Y與S中的Y可以有不同的屬性名，但必須出自相同的域集。R與S的除運算得到一個新的關(guān)系P(X)，P是R中滿足下列條件的元組在X屬性列上的投影：元組在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。

R÷S={tr[X]|tr

R∧πY(S)

Yx}

Yx：x在R中的象集，x=tr[X]2）除操作是同時從行和列角度進行運算

3）舉例

[例6](p62)÷RS除(續(xù))ABCa1b1c2a2b3c7a3b4c6a1b2c3a4b6c6a2b2c3a1b2c1BCDb1c2d1b2c1d1b2c3d2R÷SAa1RS分析：在關(guān)系R中，A可以取四個值{a1，a2，a3，a4}a1的象集為{(b1，c2)，(b2，c3)，(b2，c1)}

a2的象集為{(b3，c7)，(b2，c3)}

a3的象集為{(b4，c6)}

a4的象集為{(b6，c6)}S在(B，C)上的投影為{(b1，c2)，(b2，c1)，(b2，c3)}只有a1的象集包含了S在(B，C)屬性組上的投影所以R÷S={a1}5．綜合舉例以學(xué)生-課程數(shù)據(jù)庫為例(P.59)[例7]查詢至少選修1號課程和3號課程的學(xué)生號碼

首先建立一個臨時關(guān)系K：然后求：πSno.Cno(SC)÷K

Cno

1

3例7續(xù)πSno.Cno(SC)

95001象集{1，2，3} 95002象集{2，3}πCno(K)={1，3}于是：πSno.Cno(SC)÷K={95001}SnoCno950011950012950013950022950023綜合舉例(續(xù))[例8]查詢選修了2號課程的學(xué)生的