关系模型ppt课件

1、1,第三章 关系模型,3.1 关系模型的数据结构 关系模型 关系模型是目前数据库技术的主流数据模型。关系模型有着坚实的理论基础，可以保证关系模型的合理设计和有效实现。 关系数据库，如DB2、Oracle、Sybase、SQL Server、Access等都是关系模型的数据库管理系统。 关系数据库的数据由一系列关系组成，而关系是以人们熟悉的表格的形式组织和呈现数据的，使用简单易懂的语言实现复杂查询。 关系模型适合处理规则的、结构化的数据。为适应传统数据处理领域以外的应用，如多媒体、网络大文本，大多数关系数据库管理系统对关系模型也进行了许多扩展,2,关系模型的数据结构,关系的概念 关系模型的基本组

2、成单元是关系(relation)。通俗地讲，关系就是一张二维表。 第一行是其余各行对应列的标题，称作属性或字段、列；而其余的行称为元组或记录。 例，描述产品的关系Product,3,关系模型的数据结构,描述产品的关系Product,4,关系模型的数据结构,关系的数学定义 域：具有相同数据类型的值的集合。 笛卡尔积：域 D1,D2,.,Dn 的笛卡尔积为： D1D2.Dn =(d1,d2,.,dn)diDi，i=1,2,.,n 。 其中每一个元素(d1,d2,.,dn)叫做一个n元组(n-tuple)，元素中第i个值di叫做第i个分量。 例：设D1 =1，2，3， D2 =a,b，则 D1D2

3、=(1,a),(1,b),(2,a),(2,b),(3,a),(3,b) 关系：集合D1,D2,.,Dn的笛卡尔积的任一个子集称该集合上的一个关系(Relation)。 集合 D1,D2,.,Dn 是关系中元组的取值范围，称为关系的域(domain)；n叫做关系的度(degree,5,关系模型的数据结构,关系术语 关系（Relation） 二维表，关系用关系名标识，如关系 r。 元组（Tuple） 表中的行，一般用变量 tr表示t是关系r的一个元组。 属性（Attribute） 表中的一列，如列Ai， domAi表示属性Ai的域 。 分量(item) 每个属性对应某一行的值。如t(pCode)

4、表示t元组在pCode取值。 键（Key，码) 可以唯一地确定一个元组的属性组,6,关系模型的数据结构,关系的性质 (关系数据库中对关系的限定) 列同质：每一列中的值是同类型的数据，来自同一个域。 列无序：列的顺序是无关紧要的。 行相异：任意二个元组不能完全相同。 行无序：行的顺序是无关紧要的。 原子性：关系中的每个分量都是原子值，是不可分的数据项。 关于分量的取值 分量取值来自于列规定的域。可以为空值(null)。 空值有两种可能： 未知：目前尚不知它的取值。如某产品403的成本。 不存在：如描述客户的关系里，属性tcusTelNo是描述客户的手机号码的，某客户可能根本就没有手机，该属性值就

5、不存在。 Null的含义与字符串类属性如t(pType)=“”含义是不同的,7,关系模型的数据结构,关系模式 一个关系的内容是随时间的变化而变化的，关系实际上是关系的实例的简称。而关系模式是关于关系的型的描述。 关系模式一般表示为：关系名（属性1:域，属性n:域）。如关系Product 的关系模式为： Product(pCode:char(3),pType:char(10),pName:char(50),cost:real,price:real) ； 或省略属性域的描述：Product(pCode,pType,pName,cost,real) 数据库模式 关系数据库是由若干互不相同的关系组成的

6、； 关系数据库模式则是由若干关系模式构成的。 例：与某公司销售系统相关的另外两个关系,8,关系模型的数据结构,关系模式Order(orderNo,custNo,orderDate,delivDate) Orderdetail(orderNo,pCode,qty,dicount) 关系的一个实例： Order,9,关系模型的数据结构,Orderdetail,10,关系模型的数据结构,键 设关系模式R(U)，K U，r是R上的任一关系，若对r中的任意二个不同的元组t1、t2满足: (1) t1K t2K； (2) 若 K K 而t1K t2K 不成立。 称K是R的键或候选键。若仅条件(1)成立，称

7、K是R的超键。 通俗地讲，键是那些能够唯一标识关系里每一行的属性或属性组。如果是属性组，该属性组的任一真子集不具此特性。 为了方便存储和检索关系里的元组，需要为每个关系定义主键，任一候选键都可以定义为主键，选择的原则是： 优先选择单一属性候选键。 选择数量少的复合键,11,关系模型的数据结构,外键 外键是一个关系模式中的一个属性或属性组，它不是本关系的候选键，但它的值引用的是其它关系的键，或本关系的键。 外键是表之间联系的体现方法。 例1：某销售公司的两个关系模式：Orderdetail(orderNo,pCode,qty,discount)和 Product(pCode,pType,pNam

8、e,cost,price) Orderdetail的pCode，它本身不是Orderdetai的键，但它是模式Product的键。因此，它是Orderdetail的外键。 例2：某大学教务系统的一个有关课程的关系模式如下： Course(courseNo,courseName,credit,hour,preCourseNo) preCourseNo不是本关系的键，但其值取自本关系的键courseNo，它是该关系的外键,12,第四章 关系模型,3.2 关系模型的约束 约束是施加在关系模式上的一些限制，规范数据库设计或DBMS可利用约束检查数据库中取值的正确性，最大限度地符合数据的语义。 域完整性

9、约束 一个关系中某列的取值必须来自该属性的域。 例：定义pCode的域为number(3)，即包含3个数字的字符串，如果某元组分量取值t(pCode)=“all”，则违反域完整性约束。 实体完整性约束 是对主键属性的约束：每个关系模式都要定义一个主键；每个关系主键的取值不能为空。不同行主键不能相同。 如果主键是属性组，则组内任何属性均不能为空,13,关系模型的约束,参照完整性约束 又称外键约束，约束的是两个关系之间属性的取值。 一个关系的外键取值只允许两种情况： 空。如果该属性的域定义允许其取值为空。 所参照的关系的主键值。 一般性约束 这类约束不是所有关系模式都有的，与应用背景有关。 例：P

10、roduct(pCode,pType,pName,cost,price)，要求pricecost。 DBMS提供方法来定义和实施这些约束。(约束是一种数据库对象,Order,OrderDetail,14,第四章 关系模型,3.3 关系代数 关系运算理论 关系数据库的数据操纵语言(DML)分成查询和更新两大类。关于查询的理论称为关系运算理论，分为两类： 关系代数：以集合运算为基础的查询操作。非过程性弱。 关系演算：以谓词演算为基础的查询操作。非过程性强。 过程性语言与非过程性语言 C、Java等语言属于过程性语言，编程时必须给出获得结果的操作步骤，即给出“干什么”和“怎么干”。 非过程性语言编程

11、时只需指出需要什么信息，不必给出具体的操作步骤。即只要“干什么”即可。 关系代数和关系演算均属于非过程性语言。以此为基础分别产生了关系数据库的SQL和QBE数据操纵语言,15,关系代数,布尔运算 关系可以看做元组的集合，那么集合的并、交、差等布尔运算都可以用到关系中。 关系的布尔运算包括：并、交、差、广义笛卡尔积、除等。 同类关系：若R和S是同类关系，则满足如下条件： （1）R和S具有相同的度； （2）R和S的对应属性定义在同一个域上。 同类关系也称相容运算，布尔运算大多是在同类关系中进行的,16,关系代数,并(Union) 关系R和S的并其结果由属于R或属于S的所有元组组成，其结果为一个新关

12、系。记为： Q = RS = t | t R 或 t S 例： RS,R,S,17,关系代数,差( Difference) 关系R和S的差由属于R但不属于S的所有元组组成。 记为： Q = RS = t | t R 但 t S 例:R-S,18,关系代数,交(Intersection) 关系R和S的交其结果由既属于R又属于S的所有元组组成。 记为： Q = RS = t | t R 且 t S 例：R S,19,关系代数,笛卡尔积 关系R和S的笛卡尔积为R中所有元组和S中所有元组的串接。 结果关系的属性个数：k1+k2 ，其中k1和k2分别为R和S的属性数。 结果关系的元组数：mn ，其中m、

13、n分别为R和S的元组数。 R和S的笛卡尔积记为： Q = R S = t |t =trts,trR 且 tsS 例,R,S,20,关系代数,R S,21,关系代数,选择 选择是一个一元操作，它作用于一个关系上，根据给定的选择条件，从关系集合中选出复合条件的元组。 语法：选择条件()；选择的结果是一个与输入同模式的关系。 选择条件是由算数比较表达式构成的布尔表达式。 算数比较表达式：属性名常数或属性名或表达式 是、 、100(Product)，查询价格大于100元的产品。 例2： pType “足球类”price100(Product)，查找价格大于100的非足球类产品。查询结果,22,关系代数

14、,投影 投影完成从一个关系中抽取其中的某些列的值，作为一个新关系输出。关系代数输出结果要去掉重复行。 语法：属性表() 例1： pType(Product)，查询所有的产品种类。 例2： pType,pName(price100(Product)，先选择再投影。 例3： price100(pType,price( Product)，先投影再选择,23,关系代数,复合运算例子 例1：选择、投影后并操作，查询价格大于100元或属于游泳类的产品名称和价格。 pName,price(price100(Product) pName,price( pType=“游泳类” (Product) 例2：选择、投

15、影后交运算，查找那些被购买过的且价格大于100的产品编号。 pCode(price100(Product) pCode(Orderdetail,24,关系代数,例3：选择结果作笛卡尔积 pCode,pName(price120(Product) qty200(Orderdetail,25,关系代数,连接 连接从两个关系中抽取数据，等价于笛卡儿积和选择、投影组合起来的结果。是使用最频繁的运算之一。 连接 语法：r cs ，c= AiBj是连接条件，Ai和Bj是分别来自两个关系的属性，或属性和常数组成的表达式；是、 、 、=、 等算术比较运算符。 等连接：为=时。 自然连接：等连接且=两边的属性名

16、相同。此时，连接条件可省略，记为r s 。 自然连接是使用最普遍的一种运算。 多数情况下进行连接的两个是通过主、外键属性连接的。 利用投影、选择和自然连接可以任意分解和构造关系,26,关系代数,例1：查找曾经以低于成本价销售过的产品。 pCode,pName,cost,price,discount(Product (price*(1-discount)cost) (product.pCode=orderdetail.pCode)Orderdetail) 例2：多表连接查询,这是自然连接，连接属性pCode和orderNo。 pCode,pName(pType=“足球类”(Product) Or

17、derdetail orderNo,orderDate(Order,27,关系代数,外连接 在连接操作中，两个关系中只有符合连接条件的元组被输出。外连接保留不满足条件的某些元组也输出。 左外连接：r cs ：除满足条件c的元组外，r中的行全部输出。 例：查找所有羽毛球类产品信息，如果被购买过，显示其销售信息。 (pType=“羽毛球类”(Product) Orderdetai 右外连接： r cs ：除满足条件c的元组外，s中的行全部输出。 全外连接：r cs：保留r,s的所有元组。(但与笛卡尔积不同,28,第四章 关系模型,3.4 关系演算 把数理逻辑的谓词演算应用到关系运算中，就是关系演算

18、运算。 元组关系演算：以元组为变量。 域关系演算：以域为变量。 元组关系演算： 表达式：t|P(t)，P(t)是公式。原子公式有3种情况： tr，即t是r的一个元组。 txuy，t元组在x上的属性与u元组在y上的属性运算。 txc，c是属性x的域中的一个常量。 由原子公式经存在谓词和全程量词施加约束、由布尔变量连接成公式P(t,29,关系演算,例1：查看价格大于100元的产品的名称和价格。 t|uProduct (u(price100tpName=upName tprice=uprice) 例2：查找那些没有被购买过的产品的编号。 t|uProduct (tpCode=upCodewOrdedetail (tpCode =wpCode) 域关系演算 表达式：|P(x1,x2,xn)，xi是域变量，P是公式。 原子公式也有3种情况： r