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1、内容与要求n知识点q（1）知识点一：关系模型概述q（2）知识点二：关系数据结构q（3）知识点三：关系代数理论q（4）知识点四：关系数据库标准语言SQLq（5）知识点五：关系数据库的规范化理论q实验1 SQL语言的应用n教学基本要求q了解关系数据结构的基本概念，了解关系模型的各种操作和关 系代数的基本原理，掌握关系数据模型的完整性约束机制，掌 握SQL语言，了解函数依赖等基本概念，掌握关系模式的规范 化概念、方法、原理与过程。引言n关系模型是当前的主流逻辑数据模型 q由IBM公司的高级研究员E.F.Codd于1970年提出 n应用广泛的原因：q单一的数据建模概念 q坚实的数学理论基础 q提供高级
2、接口：数据库语言SQL关系模型的基本概念n关系模型（Relational Model）q用二维表格表示实体集，用关键码表示实体之间联系的数据模型 称为关系模型q理解n用二维表格（table）表示实体集及其间联系，n用关键码（或键）进行数据导航n关系模型是逻辑模型的一种，也具有三个要素q关系数据结构q关系操作q数据完整性约束规则关系模型的基本概念n示例关系模型的基本概念n关系数据结构：二维表q字段称为属性，也称为列（column）n反映事物的一个特征，每个字段都有字段名和字段值n属性的取值范围(所有可取值的集合) 称为属性域Domain n大写字母A、B、C、 表示单个属性；大写字母 、X、Y
3、、Z 表示属性集n小写字母a、b、c、 表示属性值q记录称为元组（tuple），也称为行（row）n记录类型称为关系模式，由模式名和属性列表组成n元组集合称为关系（relation）或实例（instance），也称 为表格关系模型的基本概念n关系数据结构：二维表q元组用关键字（Key word简称键）来标识q属性个数称为元数（Arity），也称为目q元组个数为基数（Cardinality） 一般术语关系模型术语字段、数据项属性记录类型关系模式记录1元组1记录2元组2记录3元组3记录4元组4字段值属性值文 件关 系R（A，B，C，D，E）关系模型的基本概念n关键码（key，简称键）q由一个或多个
4、属性组成。在实际使用中，有下列几种键q1）超键（Super Key）n其值能唯一地决定其它所有属性的值的属性集q2）候选键（Candidate Key）n不含多余属性的超键n其值能唯一地决定关系中其它所有属性的值、而它的任何真 子集无此性质的属性或属性组 q3）主键（Primary Key）n用户选作元组标识的候选键，称为主键（PK），简称键关系模型的基本概念n关键码（key，简称键）q4）候补键（Alternate Key）n主键之外的候选键q5）全键 ：由关系的所有属性构成的主键 q6）外键（Foreign Key，FK）n如果模式R中的属性K是其它模式的主键，那么K在模式R中 称为外键n
5、不是本关系的键，却引用了其它关系或本关系的键的属性或 属性组q7）主属性与非主属性nSUPPLY(供应商，零件名，工程名) 项目供应mp 零件供应商2.1 关系模型的基本概念n示例q关系模式STUDENT（学号，姓名，性别，出生日期，籍贯）q假设：不允许学生重名，问：n（学号，姓名，性别，出生日期，籍贯）？n（学号，性别）？n（学号，姓名）？n（学号）？n（姓名）？n哪些是主属性？关系模型的基本概念n关系的定义和性质q关系是一个属性数目相同的元组的集合n有限关系q在关系模型中，关系的规范性限制：n1）关系中每一个属性值都是不可分解的（原子的）n2）关系中不允许出现重复元组（即不允许出现相同的元
6、组 ）n3）由于关系是一个集合，因此不考虑元组间的顺序，即没 有行序q注：关系中元组的排列是有序的，取决于索引n4）元组中的属性在理论上也是无序的，但使用时按习惯考 虑列的顺序关系模型的基本概念n关系模型的完整性规则q实体完整性规则（entity integrity rule）n关系内的约束n每个关系都应有一个主键n每个元组的主键的值应当唯一；组成主键的属性，不能有空 值（NULL）q否则，主键值就起不了惟一标识元组的作用关系模型的基本概念n关系模型的完整性规则q实体完整性规则（entity integrity rule）n例如关系模型的基本概念n关系模型的完整性规则q参照完整性规则（refe
7、rence integrity rule）n不同关系或同一关系的不同元组间的约束n参照完整性规则的形式定义q如果属性集K是关系模式R1的主键，K也是关系模式R2的 外键，那么在R2的关系中，K的取值只允许两种可能，或 者为空值，或者等于R1关系中某个主键值n规则的实质：不允许引用不存在的实体n在上述形式定义中q关系模式R1的关系称为“参照关系”，也称“主表”、“父表”q关系模式R2的关系称为“依赖关系”，也称“副表”、“子表”关系模型的基本概念n关系模型的完整性规则q参照完整性规则（reference integrity rule）n规则在具体使用时，有三点变通：n外键和相应主键可以不同名，只
8、要定义在相同值域上即可nR1和R2可以是不同关系模式，也可以是同一个关系模式q同一个关系模式中，表示了同一个关系中不同元组之间的 联系n外键值是否允许空，应视具体问题而定q当外键属性是主键的组成成分时，不允许为空关系模型的基本概念n关系模型的完整性规则q参照完整性规则（reference integrity rule）n示例关系模型的基本概念n关系模型的完整性规则q用户定义的完整性规则n和数据的具体内容有关的约束n构建关系模式时，属性的数据类型，可能满足不了需求，需 要显式定义额外的约束规则说明qCHECK()子句、触发器、断言、过程n说明q各种DBMS产品对完整性约束的支持程度不同q 数据库
9、中完整性约束检查，由DBMS实现对DB进行更新 (I/D/U)操作时检查，保证数据与现实世界的一致性关系模型的基本概念n关系模型的完整性规则q用户定义的完整性规则n示例1关系模型的基本概念n关系模型的完整性规则q用户定义的完整性规则n示例2关系模型的基本概念n关系模型的三层体系结构 关系模型也遵循数据库的三级体系结构q关系模式n记录类型称为关系模式n关系模式的集合就是数据库的概念模式，是问题域数据的全 局逻辑视图n是对数据的特征描述，不涉及物理存储方面的描述n由数据定义语言（DDL）实现q定义模式名、属性名、值域、模式主键q定义时，模式名和属性名一般都用英文单词表示关系模型的基本概念n关系模型
10、的三层体系结构 关系模型也遵循数据库的三级体系结构q关系模式用户(应用程序) 用户记录模式/内模式映像外模式模式内模式DB模式/外模式映像关系模型的基本概念n关系模型的三层体系结构 关系模型也遵循数据库的三级体系结构q子模式n是用户所用到的局部数据的描述n构建子模式时，需要指出数据与关系模式中相应数据的联系n由数据定义语言（DDL）实现q定义时需要考虑用户对数据的操作权限q对子模式的操作（如插入、修改、删除）是受限的关系模型的基本概念n关系模型的三层体系结构 关系模型也遵循数据库的三级体系结构q子模式n例如q构建成绩子模式，要求显示学号、姓名、课程号和成绩G(S#，SNAME，C#，SCORE
11、) 关系模型的基本概念n关系模型的三层体系结构 关系模型也遵循数据库的三级体系结构q子模式用户(应用程序) 用户记录模式/内模式映像外模式模式内模式DB模式/外模式映像关系模型的基本概念n关系模型的三层体系结构 关系模型也遵循数据库的三级体系结构q存储模式n在有些DBMS中，关系存储是作为文件看待的n每个元组就是一个记录n由于关系模式有键，因此存储一个关系可用散列方法或索引 方法实现n如果关系的元组数目较少（100个以内），那么也可以用“堆 文件”方式实现（即没有特定的次序）n可对任意的属性集建立辅助索引关系模型的基本概念n关系模型的形式定义和优点q关系模型的三个要素n1）关系数据结构q关系，
12、二维表q数据库中全部数据及其相互联系都被组织成“关系” n2）关系操作q一组完备的关系运算，支持对数据库的各种操作q关系运算分成关系代数、关系演算和关系逻辑等三类n3）数据完整性约束规则q实体完整性、参照完整性和用户自定义的完整性关系模型的基本概念n关系模型的形式定义和优点q关系模型的优点n1）单一的数据结构形式，具有高度的简明性和精确性n2）逻辑结构和相应的操作，完全独立于数据存储方式q具有高度的数据独立性n3）坚实的数学基础q关系运算的完备性和规范化设计理论n4）数据库技术的基础q关系数据库语言与一阶谓词逻辑的固有内在联系，为以关 系数据库为基础的推理系统和知识库系统研究提供了方便关系模型
13、的基本概念n关系查询语言和关系运算q数据库语言SQL分为：DDL，DML、QL和DCLq数据操纵语言DML，描述插入、删除、修改等操作q查询语言QL，描述用户的各种检索要求n理论基础是“关系运算理论”，分为3部分：q1）关系代数语言q2）关系演算语言q3）关系逻辑语言关系代数n五个基本操作q并（Union）n前提q相同的关系模式（并兼容：两关系具有相同的目，对应属 性域相同且两个关系的属性排列次序一样）n定义qR和S的并，是由属于R或属于S的元组构成的集合q记为RSn形式定义qRS t | tR tS，t是元组变量关系代数n五个基本操作q差（Difference）n前提q相同的关系模式（并兼容
14、：两关系具有相同的目，对应属 性域相同且两个关系的属性排列次序一样）n定义qR和S的差，是由属于R但不属于S的元组构成的集合q记为RSn形式定义qRS t | tR tS， t是元组变量关系代数n五个基本操作q笛卡尔积（Cartesian Product）n形式定义q假设：R的元数r，基数为m；S的元数s，基数为nqRSt | t trR tsS RS的元数为r + s，基数mn 参与运算的R和S关系，不要求有同名属性 若有同名属性，在属性名前加“关系名.”来标注关系代数n五个基本操作q投影（Projection）n对关系进行垂直分割（感兴趣的列），属性可任意排列n表示q（）n形式定义qi1，
15、im(R)t | t R n性质q(（R） ) （R）属性表1属性表2关系代数n五个基本操作q选择（Selection）n据条件对关系做水平分割，选取符合条件的元组n表示q（） F（R），F是命题公式 n形式定义qF（R） t | tR F（t）= true n性质qa) (R) ) （R）qb) ( ( R) (R)关系代数n五个基本操作q示例关系代数n四个组合操作q交（intersection）n前提q相同的关系模式（并兼容：两关系具有相同的目，对应属 性域相同且两个关系的属性排列次序一样）n定义qR和S的交，是由属于R又属于S的元组构成的集合q记为RSn形式定义qRS ttR tS n推
16、导qRS = R-（R-S），或 RS = S-（S-R）关系代数n四个组合操作q交（intersection）n示例关系代数n四个组合操作q连接（join）n形式定义qR S tt = trRtsStritsj n推导qR S i(r+j) （R S），其中r是关系R的元数q表示连接是在（R S）中，挑选第i个分量和第(r+j)个分 量满足操作的元组n说明：两个关系的同域属性比较q连接： ， q等值连接： qF连接： F F1 Fn，Fk i j （、）关系代数n四个组合操作q连接（join）n示例q1）连接： R S， 或 R Sq2）等值连接： R S，或 R Sq3）F连接： R S， 或
