数据库系统原理教学教案第四章

1、数据库系统原理课件第四章演示文稿第1页，共69页。优选数据库系统原理课件第四章第2页，共69页。考核知识点和考核要求4.1关系代数4.1.1关系代数的五个基本操作（并、差、笛卡儿积、投影、选 择）(综合运用)4.1.2关系代数的四个组合操作(交、连接、自然连接、除法) （综合运用）4.1.3关系代数表达式的应用（综合运用）4.1.4关系代数的两个扩充操作（外连接、外部并）（领会）4.2关系演算4.2.1元组关系演算的定义及表达式的含义(简单应用)4.2.2域关系演算的定义及表达式的含义(领会)4.2.3关系运算的安全约束和等价性(领会)4.3关系代数表达式的优化(领会) 第3页，共69页。关系

2、模型有三个重要组成部分：）数据结构 数据库中全部数据及其相互联系都被组织成“关系”的形式。关系模型基本的数据结构是关系。）数据操纵 关系模型提供一组完备的高级关系运算，以支持对数据库的各种操作，关系运算分为关系代数和关系演算两类。）数据完整性规则 数据库中数据必须满足实体完整性，参照完整性和用户定义的完整性等三类完整性规则。第4页，共69页。关系数据库的数据操纵语言（DML）的语句分为：查询语句和更新语句两大类。关系查询语言根据其理论基础的不同分成两类：）关系代数语言：查询操作是以集合操作为基础的运算；）关系演算语言：查询操作是以谓词演算为基础的运算。第5页，共69页。关系代数运算的三个要素：

3、运算对象：关系运算结果：关系运算符：四类第6页，共69页。集合运算符将关系看成元组的集合运算是从关系的“水平”方向即行的角度来进行专门的关系运算符不仅涉及行而且涉及列算术比较符辅助专门的关系运算符进行操作逻辑运算符辅助专门的关系运算符进行操作第7页，共69页。4.1 关系代数 传统的集合运算 专门的关系运算1.关系关系代数的五个基本操作：并、差、笛卡尔积、投影和选择。它们组成了关系代数完备的操作集。 2.关系代数的四个组合操作：交、联接、自然联接和除法。第8页，共69页。传统的集合运算并差交广义笛卡尔积除第9页，共69页。1. 并（Union）R和S具有相同的目n（即两个关系都有n个属性）相应

4、的属性取自同一个域RS 仍为n目关系，由属于R或属于S的元组组成 RS = t|t Rt S 第10页，共69页。并ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b1c1a1b2c2a1b3c2a2b2c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSRS 第11页，共69页。2. 差（Difference）R和S具有相同的目n相应的属性取自同一个域R - S 仍为n目关系，由属于R而不属于S的所有元组组成 R -S = t|tRtS 第12页，共69页。差ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b1c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSR-S 第13页，共69页

5、。3. 交（Intersection）R和S具有相同的目n相应的属性取自同一个域RS仍为n目关系，由既属于R又属于S的元组组成 RS = t|t Rt S RS = R (R-S）第14页，共69页。交ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b2c2a2b2c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSR S 第15页，共69页。4. 广义笛卡尔积（Extended Cartesian Product）Rn目关系，k1个元组Sm目关系，k2个元组RS 列：（n+m）列的元组的集合元组的前n列是关系R的一个元组后m列是关系S的一个元组行：k1k2个元组RS = tr ts |tr

6、 R tsS 第16页，共69页。广义笛卡尔积ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b1c1a1b1c1a1b1c1a1b2c2a1b2c2a1b2c2a2b2c1a2b2c1a2b2c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSR S ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1a1b2c2a1b3c2a2b2c1a1b2c2a1b3c2a2b2c1第17页，共69页。2.4.2 专门的关系运算选择投影连接第18页，共69页。案例学 号Sno姓 名Sname性 别Ssex年 龄Sage所 在 系Sdept95001李勇男20CS95002刘晨女19IS95003王敏女18MA

7、95004张立男19IS(a) Student学生-课程数据库: 学生关系Student、课程关系Course和选修关系SC第19页，共69页。(b)Course课程号课程名先行课学分CnoCnameCpnoCcredit1数据库542数学23信息系统144操作系统635数据结构746数据处理27PASCAL语言64第20页，共69页。(c)SC学 号课 程 号成 绩SnoCnoGrade9500119295001285950013889500229095002380第21页，共69页。1. 选择（Selection） 1) 选择又称为限制（Restriction）2) 选择运算符的含义在关系

8、R中选择满足给定条件的诸元组 F(R) = t|tRF(t)= 真F：选择条件，是一个逻辑表达式，基本形式为：X1Y1 第22页，共69页。选择（续）3) 选择运算是从行的角度进行的运算 第23页，共69页。选择（续）例1 查询信息系（IS系）全体学生 Sdept = IS (Student)或 5 =IS (Student)结果： SnoSnameSsexSageSdept95002刘晨女19IS95004张立男19IS第24页，共69页。选择（续）例2 查询年龄小于20岁的学生 Sage 20(Student) 或 4 2ABC456789 t | t R tS 第59页，共69页。ABC

9、123346t|（u）（S（t）R（u）t3u1）R.BS.CR.A534837867897 t |（u）（v）（R（u） S（v）u1v2t1=u2t2=v3t3=u1） 第60页，共69页。域关系演算域关系演算的查询表达式为： |(x1,x2,xn)， 其中x1,x2,xn代表域变量，代表演算公式，是由关系、域变量、常量及运算符组成的公式。域关系演算的结果是符合给定条件的域变量值序列的集合，也就是一个关系。 域关系演算以元组变量的分量，即域变量，作为谓词变元的基本对象。 第61页，共69页。域关系演算域关系演算的结果是符合给定条件的域变量值序列的集合，也就是一个关系。 域关系演算以元组变量

10、的分量，即域变量，作为谓词变元的基本对象。 第62页，共69页。域关系演算域演算的原子公式有以下两种形式： R(x1xk)，R是k元关系，每个xi是常量或域变量。xy，其中x，y是常量或域变量，但至少有一个是域变量，是算术比较运算符。 第63页，共69页。ABC123456789ABC123346569RSABC456R1=x y z |R(xyz) x3ABC123456789346R2=xyz| R(xyz) S(xyz) y=4)DE7548WBDA574877847R3=xyz| (u) (v)(R(xyz) w(yv) uv)第64页，共69页。表达式的安全性元组关系演算有可能会产生

11、无限关系，这样的表达式是不安全的。如t | R(t)，表示所有不在R中的元组的集合，这是一个无限关系。我们必须采取措施，防止无限关系和无穷验证的出现。在数据库技术中，不产生无限关系和无穷验证的运算称为安全运算，相应的表达式称为安全表达式，所采取的措施称为安全约束。 在关系演算中，我们约定，运算只对表达式中公式涉及到的关系值范围内操作，这样就不会产生无限关系和无穷验证问题，关系演算是安全的。第65页，共69页。ABA1B1A1B2A2B3dom(t R) = A1 , A2 , B1 , B2 , B3ABA1B3A2B1A2B2R t |(t R) 第66页，共69页。4.3关系代数表达式的优化问题目的在关系代数中找一种好的操作步骤，既省空间，查询效率又比较高。在关系代数中，笛卡儿积和联结运算是最费时间和空间的，在关系很大的时候，必须要考虑怎样做才能合理的安排，做到省时省力。第67页，共69页。举例：设关系R和S都是二元关系，属性名分别是A、B和C、D。那么如下查询：E1=A（B=C D=99（R S）也可以是 E2=A（B=C（ R D=99（ S）或E3=A（R D=99（ S） 如何安排选择、投影和连接的顺序是一个很重要的问题。B=C第