DB03-关系数据模型

1、关系数据模型关系模型基础关系模型基础2数据模型概述数据模型概述1关系上的约束关系上的约束34代数查询语言代数查询语言数据模型数据模型n 数据模型是用于描述数据或信息的标记。n 在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。 n 数据模型分成两个不同的层次（两类数据模型） 概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。 机器处理模型 包括逻辑模型和物理模型，它是按计算机系统的观点对数据建模。数据模型的组成要素数据模型的组成要素n 数据结构 n 数据操作 n 数据上的约束 几种常见的数据模型几种常见的数据模型 n 关系模型n

2、 半结构化模型n 对象关系模型n 面向对象模型n 层次模型（早期的DBMS中使用的模型）n 网状模型（早期的DBMS中使用的模型）关系模型基础关系模型基础2数据模型概述数据模型概述1关系上的约束关系上的约束34代数查询语言代数查询语言关系模型的特点关系模型的特点n 关系模型的最大特色是描述的一致性，实体和实体之间的联系都用关系描述；n 关系必须是规范化的关系，即不允许表中有表；n 数据结构（二维表）简单，在计算机上表示容易；n 严格的数学基础（集合论）。学号学号姓名姓名性别性别籍贯籍贯960101王小王小女女长沙长沙960102李波李波男男株州株州960103陈明陈明女女湘潭湘潭960104张

3、兵张兵男男长沙长沙960105张兵张兵男男长沙长沙关系模型中的术语关系模型中的术语关系模式属性值属性域关系实例元组说明方式说明方式示例示例属性是说明实体或者联系特性的属性是说明实体或者联系特性的数据项数据项名字描述年龄量化性别定性政治面貌分类照片详细说明属性具有属性具有三三要素要素n 名字 逻辑名 物理名n 数据类型（域）n 长度struct employee char ( 1000 ) address; EMPLOYEE;表的定义（关系模式）表的定义（关系模式）n 关系数据库模型将数据库表示为关系的集合（数据库模式）n “表”使用“关系模式(relation schema)”概念表征n 记为

4、R(A1,A2,An)，R为关系名，Ai为属性n 例如：学生（姓名，性别，出生日期，入学日期、专业）表作为一个结构表作为一个结构一维数组一维数组，是信息的是信息的二维表示二维表示平面思维是人类思维中最常见、也是最易于理解的方式数组的元素一维数组的二维形式记录是属性值的合成结构记录是属性值的合成结构元组元组( (TupleTuple) )n 属性值不同则个体不同小明和大明的区别是年龄不同n 表中任意两个元组必定存在差别无论这个差别有多小关系关系模式模式(schema)与关系与关系实例实例(instance)n 关系名和其属性集合的组合称为这个关系的模式。n 一个给定关系中元组的集合称为这个关系的

5、实例。n 关系的模式不会经常改变（静态的），关系实例会随时间改变（动态的）。关键字关键字（keykey）是）是关键关键属性（集合）属性（集合）n 只要可以区分两个元组，这样的属性都是关键字 码、键n 任意两个元组的某一（组）属性值都不相同，则这一（组）属性称为唯一关键字 Unique KeyUnique Keyn 唯一关键字又称超关键字 SuperkeySuperkey姓名年龄性别依赖（依赖（ dependencydependency）n 属性B依赖属性A，或者称A决定B，记为ABn 只要知道了属性A的值，就可以知道属性B的值，则称B全函数依赖An 如果A是唯一关键字，B是记录的属性集合，则A

6、 B合成关键字合成关键字n 由一组属性组成的关键字称为合成关键字 Composite key学生成绩表姓名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末杜 珂操作系统89期末冯 磊抽象代数88期末候选关键字候选关键字是是最少属性最少属性的超关键字的超关键字学生成绩表姓名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末杜 珂操作系统89期末冯 磊抽象代数88期末学生成绩表姓名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末杜 珂操作系统89期末冯 磊抽象代数88期末主关键字主关键字(Prima

7、ry Key)(Primary Key)是表中最重要的是表中最重要的候选关键字候选关键字n 任一张表的都必须定义一个主关键字n 候选关键字千千万，主关键字是最重要的一个n 主关键字用以优化数据操作学生成绩表姓名课程成绩邓万华计算机原理97邓万华操作系统87杜 珂计算机原理89杜 珂操作系统87冯 磊抽象代数88外关键字外关键字(Foreign Key)(Foreign Key)是是“联系联系”的最重要表示法的最重要表示法学生成绩表姓名课程成绩邓万华计算机原理87杜 珂操作系统89冯 磊抽象代数88课程表课程教师教室计算机原理李宗伯301-301操作系统罗宇305-205抽象代数毛晓光301-3

8、01外关键字课堂练习课堂练习1、P15-习题2.2.1、2.2.2判断：2、超关键字一定是候选关键字。（ ）3、对应于同一关系模式的一些关系称为同类关系。（ ）4、一个关系的超关键字不一定只有一个。（ ）选择、填空：5、关系的主关键字一定是它的（ ）。合成关键字 外关键字 超关键字 以上都是6、一个关系的候选关键字一定是它的（ ）。合成关键字 外关键字 超关键字 主关键字7、（ ）和（ ）提供了一种表示两个或多个关系联系的方法。关系模型基础关系模型基础2数据模型概述数据模型概述1关系上的约束关系上的约束34代数查询语言代数查询语言关系的完整性关系的完整性n 完整约束条件的作用保证数据库中数据与

9、现实世界的一致性，它是数据模型的一个重要组成部分。n 主要考虑属性的取值、主关键字以及诸关系属性之间的一些制约。n 此外许多系统支持数据库设计者说明特殊的约束以及违反约束时的处理过程。n 关系数据模型的完整性约束分为四类：n域完整性约束（或域约束）n实体完整性约束（或键约束）n参照完整性约束（或引用完整性约束）n用户自定义的完整性约束域完整性约束域完整性约束n 域完整性约束主要规定属性值必须取自于值域；一个属性能否为空值由其语义决定。n 域完整性约束是最基本的约束，一般关系DBMS都提供此项检查功能。实体完整性约束实体完整性约束n 实体完整性约束规定组成主关键字的属性不能有空值，否则无从区分和

10、识别元组（实体）。n 【空值】是指“不知道”或“无意义”的值。n 目前大部分DBMS都支持实体完整性约束检查，但并不是强制性的。参照完整性约束参照完整性约束n 参照完整性约束考虑不同关系之间或同一关系的不同元组之间的制约。n 外部关键字的值要么空缺，要么引用一个实际存在的主关键字的值。n 举例说明 学生（学号，姓名，性别， 专业号）专业（专业号，专业名） 学生（学号，姓名，性别， 专业号）课程（课程号，课程名，学分，学时）学习（学号，课程号，成绩） 学生（学号，姓名，性别， 专业号，年龄，班长）参照关系参照关系被参照关系被参照关系用户自定义的完整性约束用户自定义的完整性约束n 是针对某一具体数

11、据库的约束条件，由应用环境决定。它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。如对某一人要求姓名、年龄不能为空。思考题思考题1、设属性A 是关系R 的主属性，则属性A 不能取空值(NULL)，这是_。 A. 实体完整性规则 B. 参照完整性规则 C. 用户定义完整性规则 D. 域完整性规则 2、请指出下列各关系的主关键字，并说明是否存在参照完整性约束。 学生（学号，姓名，性别， 年龄） 课程（课程号，课程名，学分，学时） 选课（学号，课程号，成绩）关系模型基础关系模型基础2数据模型概述数据模型概述1关系上的约束关系上的约束34代数查询语言代数查询语言关系代数关系代数1、关系代数运算的种类

12、传统的集合运算（并 , 交 , 差 , 笛卡尔积） 专门的关系运算（选择 , 投影 , 连接 , 除）2、特征 关系代数的运算对象是关系，运算结果亦为关系。3、运算符 属于运算符：， 算术比较运算符： ，=， () 逻辑运算符： 非、 与、 或 集合运算符： 并、交、差、笛卡尔积 专门关系运算符： 选择、 投影、 连接、除数据操作有些来源于数据操作有些来源于集合运算集合运算并、交、差并、交、差差记录集之间也存在并、交、差操作这些操作都在二维表的行行上进行的操作但是两个记录集的域数量域数量、域类型域类型、域次序域次序必须相同交并合并合并可以将各门课的成绩单合成一个全班的所有课的成绩单可以将各门课

13、的成绩单合成一个全班的所有课的成绩单姓名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末杜 珂计算机原理89期末姓名课程成绩备注邓万华操作系统87期末杜 珂操作系统89期末姓名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末杜 珂操作系统89期末Union交集交集可以把重复的成绩挑出来可以把重复的成绩挑出来姓名课程成绩备注邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末姓名课程成绩备注邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末杜 珂操作系统89期末姓名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末Intersection差操作差操作姓

14、名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末姓名课程成绩备注邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末杜 珂操作系统89期末姓名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末Difference笛卡尔笛卡尔乘积乘积产生需要的所有产生需要的所有组合组合课程备注计算机原理期末考试操作系统期末考试计算机原理期中考试操作系统期中考试备注期末考试期中考试课程计算机原理操作系统Productrsc1b2a2c1b1a1CBAr sc2b1a1CBA传统的集合运算传统的集合运算 并 rs 差 r s 交 rs 笛卡尔积 rs要求：要求：参与运算的两个关参与运算的两个关系必须

15、是同类关系。系必须是同类关系。c1b2a2c2b1a1c1b1a1CBArc1b2a2c2b3a2c1b1a1CBAsABCABCa1b1c1a1b1c1a1b1c1a2b3c2a1b1c1a2b2c1a1b1c2a1b1c1a1b1c2a2b3c2a1b1c2a2b2c1a2b2c1a1b1c1a2b2c1a2b3c2a2b2c1a2b2c1rsc2b3a2c1b2a2c2b1a1c1b1a1CBAr.Ar.Br.Cs.As.Bs.C专门的关系运算专门的关系运算n 选择选择 n 投影投影n 连接连接（难点）（难点）n 除法除法（难点）（难点）选择选择操作是一种面向操作是一种面向行行的操作的操

16、作选择“邓万华”的成绩信息姓名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末杜 珂操作系统89期末姓名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末邓万华操作系统87期末投影投影操作是一种面向操作是一种面向列列的操作的操作姓名课程邓万华计算机原理邓万华操作系统杜 珂计算机原理杜 珂操作系统投影“姓名”和“课程”姓名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末杜 珂操作系统89期末连接操作可以让信息更加丰富连接操作可以让信息更加丰富姓名课程成绩备注教师教室邓万华计算机原理87期末李宗伯301-301邓万华操作系统87期末罗宇305-

17、205杜 珂计算机原理89期末李宗伯301-301课程教师教室计算机原理李宗伯301-301操作系统罗宇305-205姓名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末Join除法产生类似除法产生类似“全部全部”语义的运算语义的运算姓名邓万华课程教师教室计算机原理李宗伯301-301操作系统罗宇305-205姓名课程成绩备注邓万华计算机原理87期末邓万华操作系统87期末杜 珂计算机原理89期末Divide选选 择择n定义 从关系 r 中选取满足给定条件的元组，组成新的关系。n表示方法 AjC（r） AjAi（r） F(A1,A2,Ak) （r）例：例： 性别

18、性别= “男男”（学生）（学生） 4 = “男男”（学生）（学生）例：例： 性别性别=“男男” 年龄年龄20（学生）（学生）投投 影影n定义 从关系r中选取若干属性列Aj1,Aj2,Ajn，组成新的关系。n表示方法 Aj1,Aj2,Ajn(r)例：例： 学号，姓名学号，姓名（学生）（学生） 1，2（学生）（学生）连连 接接n定义 从两个关系的笛卡尔积中选取满足连接条件的元组，组成新的关系。n表示方法 -连接r s F-连接r s 自然连接 r s 外连接r s r s r sFA B- 连接连接 r s = r. A s. B（rs）n 从关系 r 和 s 的笛卡尔积中选取属性间满足连接条件的

19、元组。 n 当为“”时，称为等接，它是比较重要的一种-连接。A Br A1=B1 srsrs = A1=B1（rs）自然连接自然连接r srsA1A2A3B1A2A31a1a2b1a1a2b2a2c3c1a2c3c3b3a2a3b3a2ar r.A2=s.A2 r.A3=s.A3 s自然连接与等值连接的区别自然连接与等值连接的区别 n 等值连接要求相等的分量，不一定是公共（同名）属性；而自然连接要求相等的分量，必须是公共（同名）属性。n 等值连接不把重复的属性去掉；而自然连接要把重复的属性去掉。n 自然连接一定是等值连接，但等值连接不一定是自然连接。外连接外连接n 左外连接 r sn 右外连接

20、 r sn 全外连接 r sn内连接 Inner Joinloan Borrowerloan-numberamountL-170L-23030004000customer-nameJonesSmithbranch-nameDowntownRedwoodnRelation borrowercustomer-name loan-numberJonesSmithHayesL-170L-230L-155loan-numberamountbranch-nameL-170L-230L-260300040001700DowntownRedwoodPerryridgenRelation loan尚未归还贷款的

21、借款人信息？n左外连接 Left Outer Join loan borrowerloan-numberamountL-170L-230L-260300040001700customer-nameJonesSmithnullbranch-nameDowntownRedwoodPerryridge外连接（续）外连接（续）n 右外连接 Right Outer Join loan borrowerloan-numberamountL-170L-230Lullcustomer-nameJonesSmithHayesbranch-nameDowntownRedwoodnull尚

22、未归还贷款的借款人信息所有借款人的贷款信息？所有贷款的借款人信息？n全外连接 Full Outer Join loan borrowerloan-numberamountL-170L-230L-260L-155300040001700nullcustomer-nameJonesSmithnullHayesbranch-nameDowntownRedwoodPerryridgenull外连接（续）外连接（续）所有借款人的贷款信息所有贷款的借款人信息课堂练习课堂练习已知关系 r , s , t 如下图，试求出下列运算的结果：ABadbecc（1）r s （2）r s（3）r t（4）r t（5）

23、A（r） （6） A=C（rt） ACrstABdabadcBCbbccbd除法除法 r s n 设有关系R（X，Y）与关系S（Y，Z），其中X，Y，Z为属性集合，R中的Y与S中的Y可以有不同的属性名，但对应属性必须出自相同的域。n 关系R除以关系S所得的商是一个新关系 P（X），P是R中满足下列条件的元组在X上的投影：元组在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。例：例： r s ABCDa1b2c3d5a1b2c4d6a2b4c1d3a3b5c2d8rCDFc3d5f3c4d6f4sABa1b2r s1.求X的分量 X=A,B=(a1,b2),(a2,b4),(a3,b5)2.求各个

24、分量值的象集Yx (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)3. 求S在Y上的投影集合 (c3,d5),(c4,d6)4.判断求解 只有分量(a1,b2)的象集包含S在Y上的投影例： =ABCDaadeeabbcddbceeceddffdfc1.已知关系r , s 如下图，试求 r s 。rEFcedfs设：属性C与属性E是在相同的域上定义的，属性D与属性F是在相同的域上定义的。课堂练习课堂练习rABCsABCwCDacdebbbaad33434acebbdbbadda3335422343dacb2.设关系R和S的元组个数分别为100和300，关系T是R与S的笛卡尔积，则T的元组个数是_。 A. 400 B. 10000 C. 30000 D. 900003.设关系R与关系S具有相同的目（或称度），且相对应的属性的值取自同一个域，则R-（R-S）等于_。 A. RS B. RS C. RS D. RS 4. 已知关系r、s、w如图所示，计算：(1) T1=( r s ) w (2) T2= A ( r s )关系代数表达式关系代数表达式1、定义 用关系和关系运算经有限次合法的复合形成