计算机软件基础(孟彩霞)关系数据库系统

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1、第7章 关系数据库系统 第7章 关系数据库系统 7.1 关系模型概述 7.2 关系数据结构及形式化定义 7.3 关系的完整性 7.4 关系代数 7.5 关系数据库标准语言SQL 习题 第7章 关系数据库系统 7.1 关系模型概述关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统。关系模型由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束3部分组成。1关系数据结构关系模型的数据结构非常单一，只有关系。在关系模型中，现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示。在用户看来，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表。第7章 关系数据库系统 2关系操作关系模型中常用的关系操作包括：选择、投影、连接、除、并、交、差等查

2、询操作，以及增、删、改等更新操作两大部分。查询的表达能力是其中最主要的部分。关系操作的特点是集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合。这种操作方式也称为一次一集合(set-at-a-time)的方式。相应地，非关系数据模型的数据操作方式则为一次一记录(record-at-a-time)的方式。第7章 关系数据库系统 早期的关系操作能力通常用代数方法和逻辑方法来表示，分别称为关系代数和关系演算。关系代数是用对关系的运算来表达查询要求的方式；关系演算是用谓词来表达查询要求的方式。关系演算又可按谓词变元的基本对象是元组变量还是域变量分为元组关系演算和域关系演算。关系代数、元组关系演算和域关系演算这三

3、种语言在表达能力上是完全等价的。稍后只对关系代数进行阐述。第7章 关系数据库系统 关系模型给出了关系操作的能力和特点，关系操作通过关系语言实现。关系语言是一种高度非过程化的 语言，用户不必请求DBA为其建立特殊的存取路径，也不必求助于循环结构就可以完成数据操作。SQL(Structured Query Language)是一种介于关系代数和关系演算之间的语言。SQL不仅具有丰富的查询功能，而且具有数据定义和数据控制功能，是集查询 、DDL、DML和DCL于一体的关系数据语言。它充分体现了关系数据语言的特点和优点，是关系数据库的标准语言。第7章 关系数据库系统 因此，关系数据语言可以分为三类：关

4、系代数语言，例如ISBL元组关系演算语言，例如ALPHA、QUEL关系数据语言 关系演算语言域关系演算语言，例如QBE具有关系代数和关系演算双重特点的语言，例如SQL这些关系数据语言的共同特点是：语言具有完备的表达能力，是非过程化的集合操作语言，功能强，能够嵌入高级语言中使用。第7章 关系数据库系统 3关系的完整性约束数据库的数据完整性是指数据库中数据的正确性和相容性。例如，学生的学号必须惟一，性别只能是男或女，学生所在的系必须是学校已开设的系，等等。可见，数据库中数据是否具有完整性关系到数据库系统能否真实地反映现实世界，因此，数据库的数据完整性是十分重要的。第7章 关系数据库系统 数据完整性

5、由完整性规则来定义，关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条件。关系模型中有三类完整性约束：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。其中实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，应该由关系系统自动支持；而用户定义的完整性是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。完整性约束由DBMS提供定义手段，并由DBMS的完整性检查机制负责检查。 第7章 关系数据库系统 7.2 关系数据结构及形式化定义在关系模型中，无论是实体还是实体之间的联系均用单一的结构类型即关系来表示。前面已经非形式化地介绍了关系模型及有关的基本概念。关系模型是建立在集合代数的基础上的，这里从集合论角

6、度对关系数据结构进行较为严格的定义和描述。第7章 关系数据库系统 7.2.1 关系的形式化定义1域(Domain)域是一组具有相同数据类型的值的集合。例如：D1=姓名集合(NAME)= 丁中，王芳，李兵D2=性别集合(SEX)= 男，女D3=年龄集合(AGE)= 17，18，19以上共给出了三个域，其中D1，D3各有3个值，称它们的基数(Cardinal Number)为3；D2只含2个值，故其基数为2。第7章 关系数据库系统 2笛卡尔乘积(Cartesian Product)按照集合论的观点，上述三个域D1，D2，D3的笛卡尔乘积可以表示为： 第7章 关系数据库系统 D1D2D3 = (丁中

7、，男，17)，(丁中，男，18)，(丁中，男，19)，(丁中，女，17)，(丁中，女，18)，(丁中，女，19)，(王芳，男，17)，(王芳，男，18)，(王芳，男，19)，(王芳，女，17)，(王芳，女，18)，(王芳，女，19)，(李兵，男，17)，(李兵，男，18)，(李兵，男，19)，(李兵，女，17)，(李兵，女，18)，(李兵，女，19)第7章 关系数据库系统 由此可见，笛卡尔乘积也是一个集合。它的每一个元素都用圆括号括起，称之为元组。本例中的笛卡尔 乘积共有18个元组，或者说这个乘积的基数为18。显然，笛卡尔乘积的基数等于构成这个笛卡尔乘积的所有域的基数的累乘乘积，即m = (本

8、例中m = 323)其中： m 笛卡尔乘积的基数mi 第i个域的基数n 域的个数第7章 关系数据库系统 使用集合论的符号，笛卡尔乘积可定义为：定义7-1 给定一组域D1，D2，Dn，这些域中可以有相同的。D1，D2，Dn的笛卡尔乘积为：D1D2Dn = (d1，d2，dn)|diDi，i=1,2, ,n可以读作：该笛卡尔乘积的集合由形如(d1，d2，dn)的元素组成，元素中的di分别属于第i个域Di。第7章 关系数据库系统 笛卡尔乘积中的每一个元素(d1,d2,dn)叫做一个n元组(n-tuple)，简称元组(Tuple)，di为元组中的第i个分量(Component)。n=1的元组称为单元组

9、, n=2的元组为二元组, 依此类推。注意：n元组(d1，d2，dn)中各个分量的位置不 能任意颠倒，因为diDi。有时，构成笛卡尔乘积的域可能是无限集(如某区间的所有实数)，这时笛卡尔乘积也是无限集。第7章 关系数据库系统 笛卡尔乘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。表7-1中给出了D1，D2，D3三个域的笛卡尔乘积。第7章 关系数据库系统 表7-1 D1，D2，D3的笛卡尔乘积NAMESEXAGE丁中 丁中 丁中 丁中 丁中 丁中 王芳 王芳 王芳 王芳 王芳 王芳 李兵 李兵 李兵 李兵 李兵 李兵男 男 男 女 女 女 男 男 男 女 女 女 男 男 男

10、 女 女 女17 18 19 17 18 19 17 18 19 17 18 19 17 18 19 17 18 19第7章 关系数据库系统 3关系(Relation)在笛卡尔乘积中取出一个子集，可以构成关系。定义7-2 笛卡尔乘积D1D2Dn的有限子集称为域D1，D2，Dn上的n元关系，简称关系。通常表示为：R(D1，D2，Dn)这里R表示关系的名字，n是关系的目或度(Degree)。第7章 关系数据库系统 关系是笛卡尔乘积的有限子集，所以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。由于域可以相同，为了加以区分，必须给表的每 一列起一个名字，称为属性，则n元关系有n个属性。

11、n=1的关系只含有一个属性，称为单元关系，n=2为二元关系，依此类推。在同一个关系中，属性名应该是惟一的。属性的取值范围Di(i=1,2, ,n)称为值域。第7章 关系数据库系统 若关系中的某一属性组的值能惟一地标识一个元组，则称该属性组为候选码(Candidate Key)。若一个关系中有多个候选码，则选定其中一个为主码(Primary Key)。候选码中的诸属性称为主属性(Prime Attribute)。不包含在任何候选码中的属性称为非主属性(Non-key Attribute)。在最简单的情况下，候选码只包含一个属性；在最极端的情况下，关系模式的所有属性组是 这个关系模式的候选码，称为

12、全码(All-key)。第7章 关系数据库系统 例如，可以在表7-1的笛卡尔乘积中取出一个子集来构造一个关系。由于一个学生的性别和年龄只能分别取一个值，所以笛卡尔乘积中的许多元组是无实际意义的，从中取出有实际意义的元组来构造关系。该关 系的名字为STUDENT，属性名就取域名，即NAME，SEX，AGE。则这个关系可以表示为：STUDENT(NAME，SEX，AGE)用二维表表示，关系STUDENT的内容如表7-2所示。第7章 关系数据库系统 表7-2 STUDENT(学生)关系NAME SEX AGE丁中王芳李兵男女男191718第7章 关系数据库系统 4关系模型(Relation Mode

13、l)在数据库中要区分型和值。在关系数据库中，关系模式是型，关系是值。关系模式是对关系的描述，通常它要描述一个关系由哪些属性组成，这些属性来自哪些域，以及属性与域之间的映象关系，另外还要描述关系中元组的语义。因此，一个关系模式应当是一 个5元组。第7章 关系数据库系统 定义7-3 关系的描述称为关系模式(Relation Schema)。它可以形式化地表示为：R(U，D，dom，F)其中，R为关系名，U为组成该关系的属性名集合，D为属性组U中属性所来自的域，dom为属性向域的映象集合，F为属性间数据的依赖关系集合。通常关系模式可以简记为：R(U)或R(A1，A2，An)第7章 关系数据库系统 其

14、中R为关系名，A1，A2，An为属性名。而域名及属性向域的映象常常直接说明为属性的类型、长度。关系模式有时也称为关系框架。第7章 关系数据库系统 定义7-4 关系模型是在某数据处理工作中的所有关系模式及其关键字的汇集。例7-1 某大学采用计算机来管理其教学工作。在教学中涉及三个实体：教师，课程和学生。同时教师和课程，课程和学生之间都有联系。因此可以确定该大学教学工作的关系模型由以下几个关系模式和关键字构成。第7章 关系数据库系统 关系模式：teachers(工作证号，单位，姓名，职称)student(学号，班级，姓名)subjects(课程号，课程名，学分)t-s(工作证号，课程号，教室)s-

15、s(学号，课程号，成绩)第7章 关系数据库系统 关键字:teachers中的“工作证号”student中的“学号”subjects中的“课程号”t-s中的“工作证号”和“课程号”s-s中的“学号”和“课程号”第7章 关系数据库系统 5关系数据库在关系模型中，实体以及实体间的联系都是用关系来表示的。在一个给定的应用领域中，所有实体及实体之间联系的集合构成一个关系数据库。关系数据库也有型和值之分。关系数据库的型称为关系数据库模式，是对关系数据库的描述，它包括若干域的定义以及在这些域上定义的若干关系模式。关系数据库的值是这些关系模式在某一时刻对应的关系的集合，通常就称为关系数据库。 第7章 关系数据

16、库系统 7.2.2 关系的性质关系数据库中的关系具有下列一些性质： (1) 任意两个元组(两行)不能完全相同。(2) 关系中元组(行)的次序是不重要的，即行的次序可以任意交换。例如，把表7-2中丁中和王芳两行位置对调，对关系的内容并无影响。(3) 关系中属性(列)的次序也是不重要的，即列的次序可以任意交换。第7章 关系数据库系统 例如，把表7-2中SEX移到第三列，AGE移到第二列，也是允许的。(4) 同一列中分量必须来自同一个域，是同一类型的数据。例如，表7-2中的第二列只能从域D2(SEX)中取值， 非“男”即“女”，不能取另外的值。(5) 属性必须有不同的名称，但不同的属性可出自相同的域，即它们的分量可以取值于同一个域。例如，在表7-3中，职业与兼职是两个不同的属性，但它们都取自同一个域集合(职业=教师，工人