第2章 数据库关系数据库

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1、第二章 关系数据库,关系数据库简介,提出关系模型的是美国IBM公司的E.F.Codd 1970年提出关系数据模型 E.F.Codd, “A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks”, Communication of the ACM,1970 之后，提出了关系代数和关系演算的概念 1972年提出了关系的第一、第二、第三范式 1974年提出了关系的BC范式,第二章 关系数据库,2.1 关系数据结构 2.2 关系操作 2.3 关系约束 2.4 关系代数,关系,单一的数据结构-关系 现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示 逻

2、辑结构-二维表 从用户角度，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表 建立在集合代数的基础上,关系(续), 域（Domain） 2. 笛卡尔积（Cartesian Product） 3. 关系（Relation）, 域（Domain）,域是一组具有相同数据类型的值的集合。例: 整数 实数 介于某个取值范围的整数 长度指定长度的字符串集合 男，女 ,2. 笛卡尔积（Cartesian Product）,笛卡尔积 给定一组域D1，D2，Dn，这些域中可以有相同的。 D1，D2，Dn的笛卡尔积为： D1D2Dn （d1，d2，dn）diDi，i1，2，n 所有域的所有取值的一个组合 不能重复,2. 笛卡

3、尔积,2. 笛卡尔积,笛卡尔积（续),元组（Tuple） 笛卡尔积中每一个元素（d1，d2，dn）叫作一个n元组（n-tuple）或简称元组(Tuple) （李景，男，内科），（刘秀，女，五官科）就是元组 分量（Component） 笛卡尔积元素（d1，d2，dn）中的每一个值di叫作一个分量 李景、男、内科等都是分量,笛卡尔积（续),基数（Cardinal number） 若Di（i1，2，n）为有限集，其基数为mi（i1，2，n），则D1D2Dn的基数M为： 前例中，基数为222=8 笛卡尔积的表示方法 笛卡尔积可表示为一个二维表 表中的每行对应一个元组，表中的每列对应一个域,3. 关系（

4、Relation）,1) 关系 D1D2Dn的子集叫作在域D1，D2，Dn上的 关系，表示为 R（D1，D2，Dn）,关系（续）,2) 关系的表示 关系也是一个二维表，表的每行对应一个元组，表的每列对应一个域 D1，D2，Dn的笛卡尔积的某个子集才有实际含义,关系（续）,3)属性 关系中不同列可以对应相同的域 为了加以区分，必须对每列起一个名字，称为属性（Attribute） n目关系必有n个属性,关系（续）,4) 码 候选码（Candidate key） 若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码 简单的情况：候选码只包含一个属性 全码（All-key） 最极端的情况

5、：关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码，称为全码（All-key）,关系（续）,码(续) 主码 若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码（Primary key） 主属性 候选码的诸属性称为主属性（Prime attribute） 不包含在任何侯选码中的属性称为非主属性（ Non-Prime attribute） 或非码属性（Non-key attribute）,关系（续）,5) 三类关系 基本关系（基本表或基表） 实际存在的表，是实际存储数据的逻辑表示 查询表 查询结果对应的表 视图表 由基本表或其他视图表导出的表，是虚表，不对 应实际存储的数据,关系（续）,6)基本关系的性质 列

6、是同质的（Homogeneous） 不同的列可出自同一个域 其中的每一列称为一个属性 不同的属性要给予不同的属性名 列的顺序无所谓,，列的次序可以任意交换 任意两个元组的候选码不能相同 行的顺序无所谓，行的次序可以任意交换 分量必须不可分,关系模式,1什么是关系模式 2定义关系模式 3. 关系模式与关系,1什么是关系模式,关系模式（Relation Schema）是型 关系是值 关系模式是对关系的描述 元组集合的结构 属性构成 属性来自的域 属性与域之间的映象关系 元组语义以及完整性约束条件 属性间的数据依赖关系集合,2定义关系模式,关系模式可以形式化地表示为： R（U，D，DOM，F） R

7、关系名 U 组成该关系的属性名集合 D 属性组U中属性所来自的域 DOM 属性向域的映象集合 F 属性间的数据依赖关系集合,定义关系模式 (续),关系模式通常可以简记为 R (U) 或 R (A1，A2，An) R: 关系名 A1，A2，An : 属性名 注：域名及属性向域的映象常常直接说明为 属性的类型、长度,3. 关系模式与关系,关系模式 对关系的描述 静态的、稳定的 关系 关系模式在某一时刻的状态或内容 动态的、随时间不断变化的 关系模式和关系往往统称为关系 通过上下文加以区别,关系数据库,关系数据库 在一个给定的应用领域中，所有关系的集合构成一个关系数据库,在医院门诊系统中包含的关系有

8、实体型关系：医生关系和病人关系，联系型关系：就诊关系 医生关系的属性dID、dName、Title、Department、Assistant分别表示医生ID、姓名、职称、科室和助手，医生ID为主键。 病人关系的属性pID、pName、Sex、Job、Tel和Birth分别表示病人ID、姓名、性别、职业、电话和出生日期，病人ID为主键。 就诊关系的属性pID、dID、Fee分别表示病人ID、医生ID和就诊总费用，病人ID和医生ID为联合主键。,关系实例,医生和病人之间有多对多的联系 一个医生可诊治多个病人 一个病人可以被多个医生诊治 这种联系通过就诊关系体现 医院门诊系统的关系模式集为： 医生关

9、系模式Doctor（dID，dName，Title，Department，Assistant）； 病人关系模式Patient（pID，pName，Sex，Job，Tel）； 就诊关系模式CureFee（pID，dID，Fee）；,关系实例,医生关系实例,病人关系实例,就诊关系实例,第二章 关系数据库,2.1 关系数据结构 2.2 关系操作 2.3 关系约束 2.4 关系代数,基本关系操作,常用的关系操作 查询：选择、投影、连接、除、并、交、差 数据更新：插入、删除、修改 查询的表达能力是其中最主要的部分 选择、投影、并、差、笛卡尔积是5种基本操作 关系操作的特点 集合操作方式：操作的对象和结果

10、都是集合，一次一集合的方式,关系数据库语言的分类,关系代数语言 用对关系的运算来表达查询要求 代表：ISBL 关系演算语言：用谓词来表达查询要求 元组关系演算语言 谓词变元的基本对象是元组变量 代表：APLHA, QUEL 域关系演算语言 谓词变元的基本对象是域变量 代表：QBE 具有关系代数和关系演算双重特点的语言 代表：SQL（Structured Query Language）,第二章 关系数据库,2.1 关系数据结构 2.2 关系操作 2.3 关系约束 2.4 关系代数,关系的三类完整性约束,实体完整性和参照完整性： 关系模型必须满足的完整性约束条件 称为关系的两个不变性，应该由关系系

11、统自动支持 用户定义的完整性： 应用领域需要遵循的约束条件，体现了具体领域中的语义约束,实体完整性,实体完整性规则（Entity Integrity） 若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值 例： 中医门诊系统的就诊关系（病人ID，医生ID，就诊总费用）中，病人ID和医生ID共同组成为主关键字，病人ID和医生ID两个属性都不能为空。因为没有病人ID的就诊或没有医生ID的就诊都是不存在的。,实体完整性,对于实体完整性，有如下规则： （1）实体完整性规则针对基本关系。一个基本关系表通常对应一个实体集，例如，医生关系对应医生集合。 （2）现实世界中的实体是可以区分的，它们具有一种唯一性标识

12、。例如，医生的ID，病人的病人ID等。 （3）在关系模型中，主关键字作为唯一的标识，且不能为空。,参照完整性,1. 关系间的引用 2. 外码 3. 参照完整性规则,1. 关系间的引用,在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的，因此可能存在着关系与关系间的引用。 例1 医生实体、病人实体、就诊联系用3个关系表示如下 医生（医生ID，姓名，职称，科室） 病人（病人ID，姓名，性别，年龄，职业） 就诊（医生ID，病人ID，就诊总费用）,就诊关系中的医生ID引用了医生关系中的医生ID，即就诊关系中的医生必须是存在医生关系中的一个真实的医生 就诊关系中的病人ID引用了病人关系中的病人ID，及就诊

13、关系中的病人必须是存在病人关系中的一个真实病人,关系间的引用(续),例2 医生（医生ID，姓名，职称，科室，助手） 分析医生关系时发现，助手也是医生，也有一个ID号，也就是说属性助手引用了属性医生ID，助手的ID号必须是一个真实存在的医生ID号。 上面2个例子说明了关系之间以及关系内部存在相互引用的情况,2外码（Foreign Key）,设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的码。如果F与基本关系S的主码Ks相对应，则称F是基本关系R的外码 基本关系R称为参照关系（Referencing Relation） 基本关系S称为被参照关系（Referenced Relation） 或目标关系

14、（Target Relation）,外码(续),例1：就诊关系的医生ID和医生关系的主码医生ID相对应，就诊关系的病人ID与病人关系的主码病人ID项对应 医生ID和病人ID属性是就诊关系的外码 医生、病人关系是被参照关系，就诊关系为参照关系,外码(续),例2：医生关系中的助手同主码医生ID相对应，因此助手是医生关系的外码，医生关系既是参照关系，又是被参照关系。,外码(续),关系R和S不一定是不同的关系 目标关系S的主码Ks 和参照关系的外码F必须定义在同一个（或一组）域上 外码并不一定要与相应的主码同名 当外码与相应的主码属于不同关系时，往往取相同的名 字，以便于识别,3. 参照完整性规则,若

15、属性（或属性组）F是基本关系R的外码它与基本关系S的主码Ks相对应（基本关系R和S不一定是不同的关系），则对于R中每个元组在F上的值必须为： 空值（F的每个属性值均为空值） 等于S中某个元组的主码值,参照完整性规则(续),例1：就诊关系中的外码医生ID的取值根据参照完整性规则只有两种可能：要么取空值，要么取对应的主码医生ID中的一个值。 由于就诊关系中，医生ID是主属性，根据实体完整性规则，主属性不能取空值。因此，在就诊关系中，其外码医生ID只能取医生关系中的一个医生ID值。 同理，就诊关系中的病人ID也只能取病人关系中的一个病人ID。,参照完整性规则(续),例2 ：医生关系的外码助手根据参照

16、完整性规则要么取空值，要么取医生ID中一个值。当助手为空值的时候，说明其同元组中的医生没有助手。,用户定义的完整性,针对某一具体关系数据库的约束条件，反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求 关系模型应提供定义和检验这类完整性的机制，以便用统一的系统的方法处理它们，而不要由应用程序承担这一功能,用户定义的完整性(续),例: 医生关系中的医生职称必须是（实习医生，主治医师，副主任医师，主任医师）中的一个值 病人关系中的性别必须是（男，女）中的一个值 就诊关系中的就诊总费用必须大于0等,第二章 关系数据库,2.1 关系数据结构 2.2 关系操作 2.3 关系约束 2.4 关系代数,关系代数,传统的集合运算 专门的关系运算,关系代数运算符,概 述,关系代数运算符（续）,概 述(续),1. 并（Union）,R和S 具有相同的目n（即两个关系都有n