数据库系统原理教程清华大学

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1、第2章 关系数据库2.1 关系数据库概述 2.2 关系数据结构 2.3 关系的完整性 2.4 关系代数 2.5 关系演算 2.6 关系数据库管理系统 2.7 小结关系数据库简介l系统而严格地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范式关系数据库简介l关

2、系数据库应用数学方法来处理数 据库中的数据l80年代后，关系数据库系统成为最 重要、最流行的数据库系统关系数据库简介l典型实验系统 System R University INGRESl典型商用系统 ORACLE SYBASE DB2 SQL Server INFORMIX INGRES第2章 关系数据库2.1 关系数据库概述 2.2 关系数据结构 2.3 关系的完整性 2.4 关系代数 2.5 关系演算 2.6 关系数据库管理系统 2.7 小结2.1 关系数据库概述l关系数据库系统是支持关系模型的 数据库系统l关系模型的组成关系数据结构 关系操作集合 关系完整性约束1. 关系数据结构l单一的

3、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l数据的逻辑结构-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。 2. 关系操作l1) 常用的关系操作l2) 关系操作的特点l3) 关系数据语言的种类l4) 关系数据语言的特点关系操作 (续）l1) 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关系操作（续）l2) 关系操作的特点集合操作方式，即操作的对象和结果都 是集合。非关系数据模型的数据操作方式：一次一记录文件系统的数据操作方式关系操作（续）l3) 关系数据语言的种类关系代数语言 用对关系的运算

4、来表达查询要求典型代表：ISBL关系操作（续）l关系数据语言的种类（续） 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 典型代表：APLHA, QUEL域关系演算语言 谓词变元的基本对象是域变量 典型代表：QBE 具有关系代数和关系演算双重特点的语言 典型代表：SQL关系操作（续）l4) 关系数据语言的特点关系语言是一种高度非过程化的语言 存取路径的选择由DBMS的优化机制 来完成 用户不必用循环结构就可以完成数据 操作能够嵌入高级语言中使用关系代数、元组关系演算和域关系演算 三种语言在表达能力上完全等价3. 关系的三类完整性约束l实体完整性 通常由关系系

5、统自动支持l参照完整性 早期系统不支持，目前大型系统能自动 支持l用户定义的完整性 反映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 用户定义后由系统支持第2章 关系数据库2.1 关系数据库概述 2.2 关系数据结构 2.3 关系的完整性 2.4 关系代数 2.5 关系演算 2.6 关系数据库管理系统 2.7 小结2.2 关系数据结构l关系模型建立在集合代数的基础上l关系数据结构的基本概念 关系 关系模式 关系数据库2.2 关系数据结构l1.关系l2.关系模式l3.关系数据库一、 关系l 域（Domain）l 2. 笛卡尔积（Cartesian Product）l 3. 关系（Re

6、lation） 域（Domain）l域是一组具有相同数据类型的值的 集合。 例 整数 实数 指定长度的字符串集合 介于某个取值范围的整数 男，女 介于某个取值范围的日期2. 笛卡尔积（Cartesian Product ）l1) 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：D1D2 Dn(d1, d2, , dn)diDi， i1, 2, , n所有域的所有取值的一个组合 不能重复笛卡尔积（续)例 给出三个域：D1=SUPERVISOR = 张清玫，刘逸 D2=SPECIALITY=计算机专业，信息专业D3=POSTGRADUATE=李勇

7、，刘晨，王敏 则D1，D2，D3的笛卡尔积为： D1D2D3 (张清玫，计算机专业，李勇)，(张清玫，计算机专业 ，刘晨)，(张清玫，计算机专业，王敏)，(张清玫，信息专业， 李勇)， (张清玫，信息专业，刘晨)，(张清玫，信息专业，王 敏)， (刘逸，计算机专业，李勇)，(刘逸，计算机专业，刘 晨)，(刘逸，计算机专业，王敏)，(刘逸，信息专业，李勇 )， (刘逸，信息专业，刘晨)，(刘逸，信息专业，王敏) 笛卡尔积（续)l2) 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。例l3) 分量（Component） 笛卡尔积元素（d

8、1，d2， ，dn）中的每一个 值di叫作一个分量。例笛卡尔积（续)l4) 基数（Cardinal number） 若Di（i1，2， ，n）为有限集，其 基数为mi（i1，2， ，n），则 D1D2 Dn的基数M为：在上例中，基数：22312，即 D1D2D3共有22312个元组笛卡尔积（续)l5)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 。在上例中，12个元组可列成一张二维表 笛卡尔积（续)3. 关系（Relation）l1) 关系 D1D2 Dn的子集叫作在域D1, D2, , Dn上的关系，表示为R（D1，D2， ，Dn）R：关系名n

9、：关系的目或度（Degree）关系（续）l1) 关系(续) 注意 关系是笛卡尔积的有限子集。无限关系在 数据库系统中是无意义的。 由于笛卡尔积不满足交换律，即(d1，d2， ，dn )(d2，d1， ，dn )但关系满足交换律，即 (d1，d2 ， ，di ，dj ， ，dn）=（d1，d2 ， ， dj ， di， ，dn） （i，j = 1，2，n）解决方法：为关系的每个列附加一个属 性名以取消关系元组的有序性关系（续）例 在表2.1 的笛卡尔积中取出有实际意 义的元组来构造关系 关系：SAP(SUPERVISOR，SPECIALITY， POSTGRADUATE) 关系名，属性名 假设：

10、导师与专业：1:1，导师与研究生：1:n 于是：SAP关系可以包含三个元组 (张清玫，信息专业，李勇)，(张清玫，信息专业，刘晨)，(刘逸，信息专业，王敏) 关系（续）l2) 元组 关系中的每个元素是关系中的元组，通常用 t 表示。l3) 单元关系与二元关系 当n=1时，称该关系为单元关系（Unary relation）。 当n=2时，称该关系为二元关系（Binary relation）。关系（续）l4) 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。关系（续）l5) 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（Attribu

11、te）。 n目关系必有n个属性。关系（续）l6) 码 候选码 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（Candidate key）。 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码属 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，称为全码（All-key ）。关系（续）l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）。关系（续）l7) 三类关系基本关系（基本表或基表） 实际

12、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）l8) 基本关系的性质 列是同质的（Homogeneous）每一列中的分量是同一类型的数据，来自 同一个域。 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关系（续）例： 上例中也可以只给出两个域： 人（PERSON）=张清玫，刘逸，李勇，刘晨， 王敏 专业（SPECIALITY）=计算机专业，信息专业 SAP关系的导师属性和研究生属性都从PERSON 域中取值。 为了避免混淆，必须给这两个属性取不同的属性 名，而不能直接使用域

13、名。 例如定义导师属性名为SUPERVISOR-PERSON （或SUPERVISOR）研究生属性名为POSTGRADUATE-PERSON （或POSTGRADUATE） SAP(SUPERVISOR-PERSON, SPECIALITY , POSTGRADUATE-PERSON)关系（续）l基本关系的性质(续) 列的顺序无所谓列的次序可以任意交换遵循这一性质的数据库产品(如ORACLE)，增加新属性时，永远是插至最后一列但也有许多关系数据库产品没有遵循这一 性质，例如FoxPro仍然区分了属性顺序关系（续）l基本关系的性质(续) 任意两个元组不能完全相同由笛卡尔积的性质决定但许多关系数据

14、库产品没有遵循这一性质 。例如Oracle，FoxPro等都允许关系表中存在两个完全相同的元组，除非用户特别定义了相应的 约束条件。关系（续）l基本关系的性质(续) 行的顺序无所谓行的次序可以任意交换遵循这一性质的数据库产品(如ORACLE)，插入一个元组时永远插至最后一行但也有许多关系数据库产品没有遵循这一 性质，例如FoxPro仍然区分了元组的顺序关系（续）l基本关系的性质(续) 分量必须取原子值每一个分量都必须是不可分的数据项。这 是规 范条件中最基本的一条二、 关系模式l1什么是关系模式l2定义关系模式l3. 关系模式与关系1什么是关系模式l关系模式（Relation Schema）是

15、型，关 系是值l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 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l关系模式可以形式化地表示为：R（U，D，dom，F）R 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)例在上面例子中，由于导师和研究生出自 同一个域人，所以要取不同的属性名， 并在模式中定义属性向域的映象，即说明它 们分别出自哪个域，如：dom（SUPERVISOR-PERSON） = dom（POSTGRADUATE-PERSON） =PERSON定义关系模式 (续)l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l关系模式 对关系的描述 静态的、稳定的l关系 关系模式在某一时刻的状态或内容 动态的、随时间不