数据库系统概论第二章ppt课件

1、第2章 关系数据库 关系模型具有严厉的数学根底，运用数学方法处置数据库中的数据，奠定关系数据库实际根底的人是美国IBM公司的E.F.Codd。模型的提出是在1970年， E.F.Codd的一篇论文“A Relational Model of Data for Shared Data Banks开创了数据库系统的新纪元，系统、严厉的提出了关系模型。 20世纪70年代末关系方法的实际研讨曾经获得了很大的成果，其中，有两大研讨机构及其实验系统，一个是IBM公司的System R系统，另一个是美国加州大学伯克利分校的INGRES系统。1981年关系数据库的软件产品就问世了。目前主流的商业数据库系统Or

2、acle，Informix(IBM收买)，Sybase，SQL Server，DB2Access，Foxpro，Foxbase 关系模型的组成关系模型的组成 关系数据构造关系数据构造 ( (实体及实体间的联络均用二维表来表示实体及实体间的联络均用二维表来表示) ) 关系操作查询及增、删、改操作两大部分关系操作查询及增、删、改操作两大部分 关系代数言语关系代数言语 元组关系演算言语元组关系演算言语(ALPHA,QUEL)(ALPHA,QUEL)关系数据言语关系数据言语 关系演算言语关系演算言语 域关系演算言语域关系演算言语(QBE)(QBE) 关系代数和关系演算结合的言语关系代数和关系演算结合的

3、言语(SQL)(SQL)关系的完好性关系的完好性 实体完好性，参照完好性，用户定义完好实体完好性，参照完好性，用户定义完好性性2.1 根本概念根本概念2.1.1 域域(domain)一组具有一样数据类型的值的集合。一组具有一样数据类型的值的集合。例：整数，实数，例：整数，实数，500的整数，性别的整数，性别(男、女男、女)、字符、字符串。串。2.1.2 笛卡尔积笛卡尔积(Cartesian product)1. 定义定义给定一组域给定一组域D1，D2，Dn，那么其笛卡积为：，那么其笛卡积为：D1 D2 Dn=(d1，d2，dn)dnDj，j=1，2，n2. 阐明阐明1(d1，dn)为集合中的一

4、个元素，称为为集合中的一个元素，称为n元组元组(ntuple)，简称元组。，简称元组。2元组中每个值元组中每个值di称为分量称为分量3集合中元素无序a，b，c=b，a，c=c，b，a4元组中分量有序(a，b，c)(b，a，c) 属性及其值的对应性。5笛卡尔积称为一个二维表例 设有三个域：D1=男士集合=刘英，刘加D2=女士集合=白雪，白灵D=儿童集合=刘学，刘水，刘牛那么D1，D2，D3的笛卡尔积为如下一张二维表： 男男 士士 女女 士士 儿儿 童童 刘 英 白 雪 刘 学 刘 英 白 雪 刘 水 刘 英 白 雪 刘 牛 刘 英 白 灵 刘 学 刘 英 白 灵 刘 水 刘 英 白 灵 刘 牛

5、刘 加 白 雪 刘 学 刘 加 白 雪 刘 水 刘 加 白 雪 刘 牛 刘 加 白 灵 刘 学 刘 加 白 灵 刘 水 刘 加 白 灵 刘 牛 笛卡尔积基数= 2 2 3 =12(12 个元组) 男士基数 女士基数 儿童基数 2.1.3 关系关系1. 定义定义D1 D2Dn的恣意子集称为在域的恣意子集称为在域D1，D2，Dn上的关系。上的关系。记为：记为：R(D1，D2，Dn)2. 阐明阐明1R为关系名，为关系名，n为关系的目或度为关系的目或度(degree)；2关系是一张二维表；关系是一张二维表；3可多个候选可多个候选KEY(candidate key)；4任选候选任选候选KEY之一为主码之

6、一为主码(primary key)。例：可从上表中取出一个有意义子集作为一个关系例：可从上表中取出一个有意义子集作为一个关系 男 士 女 士 儿 童 丈 夫 妻 子 孩 子 刘 英 白 雪 刘 学 刘 英 白 雪 刘 学 刘 加 白 灵 刘 水 刘 加 白 灵 刘 水 刘 加 白 灵 刘 牛 2.1.4 外码外码(internal key)对于对于R1和和R2，A1，An为其属性子集，假设为其属性子集，假设A1，A2，An不是不是R1的码，但它是的码，但它是R2的码，那么称的码，那么称A1，An为为R1的外码。的外码。Student (XH，XM)Course (KH，KM)SC (XH，KH

7、，CJ) SC中的中的XH，KH为外码。为外码。2.1.5 关系方式关系方式(Relation Schema)1. 定义定义关系的描画：关系的描画：R(A1，An)即：即：R(U，D，DOM，F)R：关系名。：关系名。U：R中的属性名序列。中的属性名序列。D：域：域(取值范围取值范围)。DOM：属性到域的映象集：属性到域的映象集(属性类型、长度属性类型、长度)。F：属性间数据依赖关系。：属性间数据依赖关系。2.1.6 关系数据库关系数据库1. 型：假设干关系方式的集合型：假设干关系方式的集合(内含内含)。2. 值：某一时辰每个关系方式对应的详细关系集值：某一时辰每个关系方式对应的详细关系集(外

8、延外延)。2.1.7 视图视图(View)2.1.8 关系的完好性关系的完好性1. 实体完好性实体完好性(Entity integrity)主码属性不能为空。主码属性不能为空。2. 参照完好性参照完好性(Referential integrity)假设关系假设关系R1中含有另一个关系中含有另一个关系R2中主码的属性组中主码的属性组F(R1的外部的外部KEY)，那么对于，那么对于R1的每个无组在的每个无组在F上的值必需满足：上的值必需满足：1空，或空，或2等于等于R2中某个元组的主码值中某个元组的主码值例：EMPL(ENO，ENAME，DNO) DEPT(DNO，DNAME)那么对于EMPL中每

9、个DNO的值必需为： 取空(阐明该职工还未分配到某部门) DEPT中某个元组的DNO值(该职工不能够分配到一个不存在的部门)3. 用户定义完好性(user-defined integrity)用户定义的约束。跳高100米， 人手2只 2.2 关系代数关系代数2.2.1 概述概述1、含义：用对关系的运算来表达查询的一种传统方式。、含义：用对关系的运算来表达查询的一种传统方式。2、分类：、分类：1传统集合运算传统集合运算并并，交，交，差，差，笛卡尔积，笛卡尔积2专门的关系运算专门的关系运算投影投影，选择，选择 ，衔接，衔接 ，除，除3、运算符、运算符1集合运算符：集合运算符：、2专门运算符：专门运

10、算符：、 、 、3比较运算符：、比较运算符：、4逻辑运算符：逻辑运算符： 、5括号运算符：括号运算符： 4、特殊记号1设有关系方式RA1，A2，Ai，An那么：tR：t是R的一个元组。t Ai：元组t中相应属性Ai的一个分量。 Student XH XM XB 2001 2007 千里马 黄河 男 男 t “男” Ai(XB)的一个分量 2设 A = Ai1, Ai2，Aik，Ai1，Ai2，Aik是A1，A2，An中的一部分，那么：A：属性列或域列。A：A1，A2，An中去掉(Ai1, Ai2，Aik)后剩余的属性组。tA = (tAi1，tAi2，tAik)：元组t在属性A上诸分量的集合3

11、设R为n目关系，S为m目关系，那么： trR，tsS：R和S的元组的衔接，结果是一个n+m列元组；前n个分量是R的一个n元组；后m个分量是s的一个m元组，又称元组的连串Concatenation。4设有关系RX, Z，X、Z为属性组，那么：当tX = x时，x在R中的象集images set为：Zx = tZ| tR, tX = x表示：R中属性组X上值为x的诸元组在Z上分量的集合。例：R为学号，课程设X为学号，那么Z为课程，求x1的象集。学号学号课程课程1C言语1数据构造1数据库2C言语课程课程C言语数据构造数据库2.2.2 2.2.2 传统集合运算传统集合运算1. 1. 并并unionun

12、ion1 1定义：设有关两个定义：设有关两个n n目关系目关系R R、S S，那么，那么RSRS表示是由属于表示是由属于R R或属于或属于S S的元组组成。的元组组成。2 2特征特征结果为结果为n n目关系：目关系：RS=t|tRS=t|tR Rt tSS；参入运算对象为两个关系；参入运算对象为两个关系；RR、S S属性同类取自同一个域；属性同类取自同一个域；一样元组取其一；一样元组取其一；从从“行上取值。行上取值。A B C A B C a1 b1 c1 a1 b2 c2 a1 b2 c2 a1 b3 c2 a2 b2 c1 a2 b2 c1 例： R S那么RS结果为： R SA B C

13、a1 b1 c1 a1 b2 c2 a2 b2 c1 a1 b3 c2 A B C A B C a1 b1 c1 a1 b2 c2 a1 b2 c2 a1 b3 c2 = a2 b2 c1 a2 b2 c1 3作用：将一个新元组集参与到原关系中去。2、交intersection1定义：设有两个n目关系R、S，RS是由既属于R同时又属于S的元组组成。 R SA B C a1 b2 c2 a2 b2 c1 A B C A B C a1 b1 c1 a1 b2 c2 a1 b2 c2 a1 b3 c2 = a2 b2 c1 a2 b2 c1 2特征结果为n目关系：RS = t|tRtS；参入运算为两

14、个同目关系；R、S属性同类；从“行上取值。3作用：从两个关系中找出一样元组。3、差difference1定义：设有两个n目关系R、S，那么R-S是由属于R不属于S的元组组成。 R S A B C a1 b1 c1 A B C A B C a1 b1 c1 a1 b2 c2 a1 b2 c2 a1 b3 c2 = a2 b2 c1 a2 b2 c1 2特征结果为n目关系：R-S = t|tRts；参入运算为两个同目关系；R、S同类；从“行上取值。3作用：从一个关系中删去某些元组。4、笛卡尔积Cartesian product1定义：设R为n目关系，S为m目关系，那么RS是一个由R和S的一切元组衔

15、接在一同而组成的n+m列的元组集合。每一元组的前n个列是R的一个元组，后m列是s的一个元组。 RS A B C A B C a1 b1 c1 a1 b2 c2 a1 b1 c1 a1 b3 c2 a1 b1 c1 a2 b2 c1 a1 b2 c2 a1 b2 c2 a1 b2 c2 a1 b3 c2 a1 b2 c2 a2 b2 c1 a2 b2 c1 a1 b2 c2 a2 b2 c1 a1 b3 c2 a2 b2 c1 a2 b2 c1 2特征结果为(n+m)目关系：RS = tr,ts|trRtss；参入运算为两个关系；R、S不同类实践上；从“行上取值。3作用：将两个关系按元组衔接组成

16、一个新关系。2.2.3 2.2.3 专门的关系运算专门的关系运算1 1、选择、选择selectionselection1 1定义：从指定关系定义：从指定关系R R中选取满足条件的元组集的运算。中选取满足条件的元组集的运算。 记作：记作： F(R) = t|tF(R) = t|tR RF(t) = F(t) = 真真 F F：逻辑表达式选择对象应满足的条件，普通表示为：逻辑表达式选择对象应满足的条件，普通表示为：X1X1Y1 Y1 X2X2Y2 Y2 X1 X1，Y1Y1：属性：属性 | | 常量常量 | | 简单函数简单函数 | | 列顺序号列顺序号 ：比较运算符：、：比较运算符：、 ：逻辑运

17、算符：逻辑运算符： 、 ：任选标识符，其中内容可有可无：任选标识符，其中内容可有可无 A12 A12，B=B=田野田野， 3 = 3 = 8 8B B5 (R)5 (R)设： student sc XH XM XB YL DM XH KH CJ 9901 于得水 男 24 计算机 9901 001 72 9903 牛得草 男 23 动力 9902 001 70 9904 白灵 女 22 计算机 9903 003 72 9902 马千里 男 23 自控 9904 002 85 9903 001 72 Course KH KM XF 001 DB 3 002 OS 3 003 C 2 004 AI

18、 2 例1 查计算机系学生 DM=计算机(Student) XH XM XB YL DM 9901 于得水 男 24 计算机 9904 白灵 女 22 计算机 student XH XM XB YL DM 9901 于得水 男 24 计算机 9903 牛得草 男 23 动力 9904 白灵 女 22 计算机 9902 马千里 男 23 自控 例2 查学分3分的课程 XF80 CJ=70 (SC) XH KH CJ 9902 001 70 9904 002 85 sc XH KH CJ 9901 001 72 9902 001 70 9903 003 72 9904 002 85 9903 00

19、1 72 2阐明参入运算只能一个关系；从行上取值。2、投影projection1定义：从指定关系R中选出假设干属性列的运算。记作：AR=tA tRA：R中的假设干属性列名或列顺序号。例3：查学生的姓名和年龄。XM, YLStudent或2,4Student XH YL 于得水 24 牛得草 23 白灵 22 马千里 23 student XH XM XB YL DM 9901 于得水 男 24 计算机 9903 牛得草 男 23 动力 9904 白灵 女 22 计算机 9902 马千里 男 23 自控 例4：查招有学生的系有哪些DMStudent或4Student DM 计算机 动力 自控 去

20、掉一个重复元组“计算机” 2阐明：参入运算一个关系；从列上取值。 student XH XM XB YL DM 9901 于得水 男 24 计算机 9903 牛得草 男 23 动力 9904 白灵 女 22 计算机 9902 马千里 男 23 自控 3、衔接Join1定义：从两个指定关系R和S中选取满足给定条件的元组的运算。记为：元组的连串Concatenation假设r = (r1， ，rn)，s = (s1 ， ，sm)，那么定义r与s的连串为： rs = (r1， ，rn， s1 ， ，sm)设有如下关系R和S：R S A B C B E a1 b1 5 b1 3 a1 b2 6 b2

21、7 a2 b3 8 b3 10 a2 b4 12 b3 2 b5 2 2阐明运算步骤：笛长尔积取条件满足者例5 cERS笛卡尔积RS： (R) (S) A B C B E a1 b1 5 b1 3 a1 b1 5 b2 7 a1 b1 7 b3 10 a1 b1 7 b3 2 a1 b1 7 b5 2 a1 b2 6 b1 3 a2 b3 8 b1 3 a2 b4 12 b1 3 a2 b4 12 b2 7 a2 b4 12 b5 2 取其中C(a1,b2),(a2,b4),(a3,b5)，Y=C,D=(c3,d5),(c4,d6)，Z=Ff3,f4。其中，元组在X上各个分量值的象集分别为：(

22、a1,b2)的象集为(c3,d5),(c4,d6)(a2,b4)的象集为(c1,d3)(a3,b5)的象集为(c2,d8)S在Y上的投影为(c3,d5),(c4,d6)显然只需(a1,b2)的象集包含S在Y上的投影，所以RS=(a1,b2) 5种根本运算并、差、笛卡尔积、投影、选择其它运算交、衔接、除均可用5种根本运算来表达，引进它们并不添加言语的才干，但可以简化表达RS = R (R S)R S = 属性列表(一样的属性列值相等(R) (RS)R S = X(R) X(X(R) Y(S) R)ABCDabcdabefabdebcefedcdedefCDcdefABabedABabbcedAB

23、CDabcdabefbccdbcefedcdedefR AB (R)S AB (R) CD (S) AB (R) CD (S)-R ABCDbccdR S=ABabbcedABbc-=例：RS = X(R) X(X(R) Y(S) R)关系代数中，这些运算经有限次复合后构成的式子称为关系代数表达式例：设有关系教师任务证号、姓名、性别、出生年份、职称、所在院系TL(TNO,TNAME,TSEX,BYEAR,RANK,DEPT)；教学记录任务证号、开课时间、课号、课时CR(TNO,CTIME,CNO,CNUM);DEPT=计算机TL， DEPT=自控TL， RANK=讲师TL，BYEAR1965T

24、L，TNO,TNAME,TSEX,DEPT(CNO=TNO,TNAME,TSEX,DEPT(CNO=001001(DEPT=(DEPT=计算机计算机TLTL DEPT= DEPT=自控自控TLTL)RANK=)RANK=讲师讲师TLTL - BYEAR1965- BYEAR2 S中A属性大于2的元组的集合 t | R(t) S(t) R中不在S中出现的元组的集合 t | ( u) (S(t) R(u) tC uA)R中满足下述条件的元组的集合：C属性大于S中每个元组的A属性的值。 任何一个关系代数表达式都可等价地表示成元组关系演算表达式.关系代数中的5种根本运算用元组关系演算表示为：RS=t|

25、R(t) S(t)对应于：RS=t|tR(t) tS(t)R S=t| R(t) S(t)对应于：R S=t| tR(t) tS(t) ) . 1 1. 1 1 )()()()()()()(svsrtvrtrurtutvSuRvutSRssrr) . 1 )()()(1)(,.,1kkiiiuktiutuRutRk的等价表示形式是其中FFFtRtRF, )()(ABC123456789ABC123346569RSABC346569 t | S(t) tA 2ABC456789 t | R(t) S(t) ABC123456789ABC123346569RS t | ( u) (S(t) R(u) tC uA)R中满足下述条件的元组的集合：C属性大于S中每个元组的A属性的值。ABC123456789ABC123346569RSR.BS.CR.A534837867897 t | (u)(v)(R(u) S(v) uAvB tA=uB tB=vC tC=uA) 新关系的A列从R的B列取值，新关系的B列从S的C列取值，新关系的C列从R的A列取值， 只需满足条件对应元组的RASB表达式的平安性元组关系演算有能够会产生无限关系，这样的表达式是不平安的 如t | R(t)，求一切不在R中的元组引入公式P的域概念，用dom(P)表示 dom(P) 至少包含 显