数据库系统概论第二章-课件

1、第2章 关系数据库 关系模型具有严格的数学基础，应用数学方法处理数据库中的数据，奠定关系数据库理论基础的人是美国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、严格的提出了关系模型。 20世纪70年代末关系方法的理论研究已经取得了很大的成果，其中，有两大研究机构及其试验系统，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O

2、racle，Informix(IBM收购)，Sybase，SQL Server，DB2Access，Foxpro，Foxbase 1第2章 关系数据库 关系模型具有严格的数学基础，应用数关系模型的组成 关系数据结构 (实体及实体间的联系均用二维表来表示) 关系操作（查询及增、删、改操作两大部分） 关系代数语言 元组关系演算语言(ALPHA,QUEL)关系数据语言 关系演算语言 域关系演算语言(QBE) 关系代数和关系演算结合的语言(SQL)关系的完整性 （实体完整性，参照完整性，用户定义完整性）2关系模型的组成22.1 基本概念2.1.1 域(domain)一组具有相同数据类型的值的集合。例：

3、整数，实数，500的整数，性别(男、女)、字符串。2.1.2 笛卡尔积(Cartesian product)1. 定义给定一组域D1，D2，Dn，则其笛卡积为：D1 D2 Dn=(d1，d2，dn)dnDj，j=1，2，n2. 说明1）(d1，dn)为集合中的一个元素，称为n元组(ntuple)，简称元组。2）元组中每个值di称为分量32.1 基本概念33）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

4、则D1，D2，D3的笛卡尔积为如下一张二维表： 43）集合中元素无序4552.1.3 关系1. 定义D1 D2Dn的任意子集称为在域D1，D2，Dn上的关系。记为：R(D1，D2，Dn)2. 说明1）R为关系名，n为关系的目或度(degree)；2）关系是一张二维表；3）可多个候选KEY(candidate key)；4）任选候选KEY之一为主码(primary key)。例：可从上表中取出一个有意义子集作为一个关系 62.1.3 关系62.1.4 外码(internal key)对于R1和R2，A1，An为其属性子集，若A1，A2，An不是R1的码，但它是R2的码，则称A1，An为R1的外码

5、。Student (XH，XM)Course (KH，KM)SC (XH，KH，CJ) SC中的XH，KH为外码。2.1.5 关系模式(Relation Schema)1. 定义关系的描述：R(A1，An)即：R(U，D，DOM，F)R：关系名。U：R中的属性名序列。D：域(取值范围)。DOM：属性到域的映象集(属性类型、长度)。F：属性间数据依赖关系。72.1.4 外码(internal key)72.1.6 关系数据库1. 型：若干关系模式的集合(内含)。2. 值：某一时刻每个关系模式对应的具体关系集(外延)。2.1.7 视图(View)2.1.8 关系的完整性1. 实体完整性(Entit

6、y integrity)主码属性不能为空。2. 参照完整性(Referential integrity)若关系R1中含有另一个关系R2中主码的属性组F(R1的外部KEY)，则对于R1的每个无组在F上的值必须满足：1）空，或2）等于R2中某个元组的主码值82.1.6 关系数据库8例：EMPL(ENO，ENAME，DNO) DEPT(DNO，DNAME)则对于EMPL中每个DNO的值必须为： 取空(说明该职工还未分配到某部门) DEPT中某个元组的DNO值(该职工不可能分配到一个不存在的部门)3. 用户定义完整性(user-defined integrity)用户定义的约束。跳高100米， 人手2

7、只 9例：EMPL(ENO，ENAME，DNO)92.2 关系代数2.2.1 概述1、含义：用对关系的运算来表达查询的一种传统方式。2、分类：1）传统集合运算并（），交（），差（），笛卡尔积（）2）专门的关系运算投影（），选择（），连接（ ），除（）3、运算符1）集合运算符：、2）专门运算符：、 、3）比较运算符：、4）逻辑运算符：、5）括号运算符：（ ）102.2 关系代数104、特殊记号1）设有关系模式R（A1，A2，Ai，An）则：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。 114、特殊记号112）设 A = Ai1, Ai2，Aik，Ai1，Ai2，Aik是A1

8、，A2，An中的一部分，则：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）设R为n目关系，S为m目关系，则： trR，tsS：R和S的元组的连接，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）。122）设 A = Ai1, Ai2，Aik，Ai1，A4）设有关系R（X, Z），X、Z为属性组，则：当tX = x时，x在R中的象集（images set）为：Zx = tZ| tR, tX = x表示：R

9、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，则Z为课程，求x1的象集。学号课程1C语言1数据结构1数据库2C语言课程C语言数据结构数据库134）设有关系R（X, Z），X、Z为属性组，则：学号课程1C2.2.2 传统集合运算1. 并（union）1）定义：设有关两个n目关系R、S，则RS表示是由属于R或属于S的元组组成。2）特征结果为n目关系：RS=t|tRtS；参入运算对象为两个关系；R、S属性同类（取自同一个域）；相同元组取其一；从“行”上取值。142.2.2 传统集合运算14例： R S15例： R 则RS结果为： R S16则RS结果为： 163）作用

10、：将一个新元组集加入到原关系中去。2、交（intersection）1）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 S173）作用：将一个新元组集加入到原关系中去。172）特征结果为n目关系：RS = t|tRtS；参入运算为两个同目关系；R、S属性同类；从“行”上取值。182）特征183）作用：从两个关系中找出相同元组。3、差（difference）1）定义：设有两个n目关系R、S，则R-S是由属于R不属于S的元组组成。 R S 193）作用：从两个关系中找出相同元组。192）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

11、“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 product）1）定义：设R为n目关系，S为m目关系，则RS是一个由R和S的所有元组连接在一起而组成的（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。 202）特征20RS 21RS 212）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（实际上）；从“行”上取值。3）作用：将两个关系按元组连接组成一个新关系。222）特征222.2.3 专门的关系运算1、选择（selection）1）定义：从指定关系R中选取满足条件的元组集的运

12、算。 记作：F(R) = t|tRF(t) = 真 F：逻辑表达式（选择对象应满足的条件），一般表示为：X1Y1 X2Y2 X1，Y1：属性 | 常量 | 简单函数 | 列顺序号 ：比较运算符：、 ：逻辑运算符：、 ：任选标识符，其中内容可有可无 A12，B=田野，3 = 8B5 (R)232.2.3 专门的关系运算23设： 24设： 242525例1 查计算机系学生 26例1 查计算机系学生 26例2 查学分3分的课程 27例2 查学分3分的课程 27例3：查成绩大于80或等于70的学生选课信息 28例3：查成绩大于80或等于70的学生选课信息 282）说明参入运算只能一个关系；从行上取值。

13、2、投影（projection）1）定义：从指定关系R中选出若干属性列的运算。记作：A（R）=tAtRA：R中的若干属性列名或列顺序号。292）说明29例3：查学生的姓名和年龄。XM, YL（Student）或2,4（Student） 30例3：查学生的姓名和年龄。30例4：查招有学生的系有哪些DM（Student）或4（Student） 2）说明：参入运算一个关系；从列上取值。 31例4：查招有学生的系有哪些2）说明：313、连接（Join）1）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）若r = (r1， ，rn)，s = (s1

14、 ， ，sm)，则定义r与s的连串为： rs = (r1， ，rn， s1 ， ，sm)323、连接（Join）32设有如下关系R和S：2）说明运算步骤：笛长尔积取条件满足者33设有如下关系R和S：2）说明33例5 笛卡尔积（RS）： 34例5 笛卡尔积34取其中CE的元组： 参入运算为两个关系；参入运算关系不一定同目；从行上取值。3）等值连接（equi-join） 仅为“=”的连接运算35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：(a1,b2)的象集为(c3,d5),(c4,d

15、6)(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)显然只有(a1,b2)的象集包含S在Y上的投影，所以RS=(a1,b2) 42与除法的定义相对应，本题中X=A,B=(a1,b2)5种基本运算并、差、笛卡尔积、投影、选择其它运算交、连接、除均可用5种基本运算来表达，引进它们并不增加语言的能力，但可以简化表达RS = R (R S)R S = 属性列表(相同的属性列值相等(R) (RS)R S = X(R) X(X(R) Y(S) R)435种基本运算43ABCDabcdabefabdebcefedcdedefCDcdefA

16、BabedABabbcedABCDabcdabefbccdbcefedcdedefR 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)44ABCDabcdabefabdebcefedcdedefCD关系代数中，这些运算经有限次复合后形成的式子称为关系代数表达式例：设有关系教师（工作证号、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（工作证号、开课时间、课号、课时）CR(TNO,CTIME,CN

17、O,CNUM);DEPT=计算机（TL）， DEPT=自控（TL）， RANK=讲师（TL），BYEAR1965（TL），TNO,TNAME,TSEX,DEPT(CNO=001(DEPT=计算机（TL） DEPT=自控（TL）)RANK=讲师（TL） - BYEAR2S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。52元组演算表达式举例：52 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种基本运算用元组关系演算

18、表示为：RS=t|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) 53 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5454ABC123456789ABC123346569RSABC346569 t | S(t) tA 2ABC456789 t | R(t) S(t) 55ABC123456789ABC123346569RSABC3ABC123456789ABC123346569RS 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。

19、57ABC123456789ABC123346569RSABC4ABC123456789ABC123346569RSR.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RASB58ABC123456789ABC123346569RSR.BS表达式的安全性元组关系演算有可能会产生无限关系，这样的表达式是不安全的 如t | R(t)，求所有不在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 显式出现在P中的值 + 在P中出现的关系的元组中出现的值（不必是最小集）,但是有限集。 如果出现在表达式t | P（t）结果中的所有值均来自dom(P)，则称t | P（t）是安全的59表达式的安全性59ABA1B1A1B2A2B3dom(t R) = A1 , A2 , B1 , B2 , B3ABA1B3A2B1A2B2R t |(t R) 60ABA1B1A1B2A2B3dom(t R) = 2.3.2 域关系演算形式化定义 x1 x2 xn | P（ x1 , x2 , , xn ）xi代表域变量，P为由原子构成的公式原子公式 R，记R(x1 , x2 , , x