互联网数据库_讲义2.doc

第二章 关系数据库简介【学习要求】 通过本章的学习，考生应了解关系模型的概念，掌握关系模型的构成，理解关系代数的两类运算以及关系演算的两类演算语言。【重点、难点】（一）关系数据结构和关系完整性（二）集合运算（三）关系演算语言【主要内容】关系数据库是目前最流行的数据库。关系模型的三要素：关系数据结构、关系操作集合、关系完整性约束。一、关系数据结构在关系模型中，现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示。在用户看来，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表。（只有表这一种数据结构）1、相关术语 域：是一组具有相同数据类型的值的集合。在关系中用域表示属性的取值范围。 属性：关系中的每列起一个名字，称为属性。 元组：关系中的每一行，称为一个元组，对应于概念模型的一个实体。 候选码：关系中能唯一地标识一个元组的某一属性或属性组 主属性：候选码中的属性。 主码(Primary key)：从候选码中选定一个作主码。 外码（外键）：设F是关系R中的一个或一组属性，但不是R的主码，F与关系S中的主码相对应，则称F是关系S的外码。注意：外码可以与相应的主码不同名，但为了识别，尽量同名 关系模式：关系的描述。它可以形式化地表示为：R(U, D, DOM, F)。其中：R为关系名，U为组成该关系的属性的集合，D为属性组U中所有属性的域，Dom为属性向域的映像集合，F为属性间数据依赖关系的集合（F在第四章再讨论）。一般简记为：R(U)。有n个属性的关系叫n目关系。 关系数据库的型：也叫关系数据库模式，是对关系数据库的描述，是关系模式的集合。 关系数据库的值也称为关系数据库，是关系的集合。关系可以有三种类型：基本关系（通常又称为基本表或基表）、查询表和视图表（虚表）。关系是一张二维表，是元组的集合，关系模式指出了这个元组集合的结构。关系模式是型，是对关系的描述，关系模式是静态的、稳定的，关系是值，是动态的、随时间不断变化的(因为关系操作在不断地更新着数据库中的数据) ；关系是关系模式在某一个时刻的状态或内容。但在实际当中，人们常常把关系模式和关系都称为关系。2、关系的性质 列是同质的（Homogeneous），即每一列中的分量同一类型的数据，来自同一个域。 不同的列可出自同一个域，称其中的每列为一个属性，不同的属性要给予不同的属性名。 列的顺序无所谓，即列的次序可以任意交换。 行的顺序无所谓，即行的次序可以任意交换。 任意两个元组不能完全相同。 分量必须取原子值，即每一个分量都必须是不可分的数据项。(关系模型要求关系必须是规范化的，即要求关系模式必须满足一定的规范条件。这些规范条件中最基本的一条就是，关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。)二、关系操作关系操作采用集合操作方式，即操作的对象和结构都是集合。关系模型给出了关系操作能力，但不对RDBMS语言给了具体的语法要求。 关系代数语言 例如ISBL（用对关系的运算来表达查询） 关系演算语言 （用数理逻辑中的谓词演算来表达查询要求） 元组关系演算语言 例如ALPHA，QUEL 域关系演算语言 例如QBE 注：关系代数、元组关系演算和域关系演算三种语言在表达能力上是完全等价的。均是抽象的查询语言。 具有关系代数和关系演算双重特点的语言 例如SQL 关系数据语言的共同特点是：语言具有完备的表达能力，是非过程化的集合操作语言，功能强，能够嵌入高级语言中使用。关系操作的特点: 一次一集合（set-at-a-time）的操作方式。 存取路径对用户透明1、关系代数任何一种运算都是将一定的运算符作用于一定的运算对象上，得到预期的运算结果。因些，运算对象、运算符、运算结果是运算的三大要素。关系代数的运算对象是关系，运算结果也为关系。运算符有集合运算符、专门的关系运算符，比较运算符和逻辑运算符用来辅助专门的关系运算符进行操作。传统的集合运算：（举例说明,P38） 并（RUS）：由属于R或属于S的元组组成 交（RS）：由既属于R又属于S的元组组成 差（R-S）：由属于R但不属于S的元组组成 广义笛卡儿积（RS）：若R为n1目关系，m1个元组；S为n2目关系，m2个元组，则结果是(n1+n2)目关系，有(m1m2)个元组，它们是关系R的每一个元组与关系S的每一个元组的任意组合。注意：并、交、差运算要求：二个关系R与S必须具有相同目数（即它们都有相同个属性），且相应的属性取自同一个域。专门的关系运算：（举例说明,p39-43） 选择F（R）：在关系R中选择满足条件F的元组。 投影A（R）：从关系R中选择出若干属性列 连接 ：从关系R和S的笛卡儿积中选取满足一定条件（）的元组。当为”=”号时，叫做等值连接，结果中去掉重复属性列的等值连接叫自然连接。 除：（略） 注：在8种关系代数运算中，并、差、笛卡尔积、投影和选择5种运算为基本的运算。交、连接和除可以用这5种基本运算来表达。2、关系演算以数理逻辑中的谓词来表达查询要求，按照谓词变元的不同，分为元组关系演算和域关系演算。（1）元组关系演算语言ALPHA以元组变量作为谓词变元的基本对象。语句的基本格式：操作语句 工作空间名（表达式）：操作条件检索操作用GET语句实现。元组变量主要有两方面的用途： 简化关系名 操作条件中使用量词时必须用元组变量 （举例说明,P44-45）插入、修改、删除操作语句分别为：PUT、UPDATE、DELETE。（步骤详见教材）（2）域关系演算语言QBE（Query By Example）以元组变量的分量即域变量作为谓词变元的基本对象。（举例说明,p48-50）特点：以表格形式进行操作；通过例子进行查询；查询顺序自由三、关系完整性约束1. 实体完整性：要求能唯一标识实体的主码中的属性即主属性不能取空值。 2. 参照完整性：要求不引用不存在的实体。 即要求外码的取值：为空值或等于被参照关系中某个元组的主码值。3. 用户定义的完整性：由具体应用环境决定，系统提供定义和检验这类完整性的机制。注：实体完整性和参照完整性是关系的两个不变性，应该由关系系统自动支持。 以下为2006-2013年涉及到第2章内容的简答题及填空题：简答题：1 、已知关系模式：学生（学号，姓名，性别，年龄，系别），选课（学号，课程号，成绩），用关系代数实现查询没有选修课程号为C3课程的学生学号。（2006-4）2、若属性F是基本关系R的外码，它与基本关系S的主码Ks相对应，则对于R中每个元组在F上的值必须满足的条件是什么？（2006-4）3、已知关系模式：学生（学号，姓名，性别，年龄，系别），选课（学号，课程号，成绩），用关系代数实现查询选修了课程号为C2 课的学生的学号和姓名。（2006-4）4、已知关系模式：学生（学号，姓名，性别，年龄，系别），用关系代数查询计算机系的男学生。（2007-4）5、简述关系模式中主码与外码的关系。（2008-7）6、关系模型由哪几部分组成？（2009-4）7、关系数据语言分为哪几类?（2009-7）8、已知关系模式：学生(学号，姓名，性别，年龄，系别)，选课(学号，课程号，成绩)，用关系代数实现查询没有选修课程号为C5课程的学生学号。（2010-4）9、已知关系模式：选课（学号，课程号，成绩），用关系代数实现查询选修了课程号为C3课程并且成绩大于等于60分的学生的学号及成绩。（2010-7）10、已知关系模式：医生(医生编号，姓名，职称，科室)，患者(患者病例号，患者姓名，性别，年龄，医生编号)，用关系代数实现：查找王林医生的所有患者的姓名。（2011-4）11、已知关系模式：选课(学号，课程号，成绩)，用关系代数查询选修了课程号为“C5”课程并且成绩大于等于80分的学生的学号及成绩。（2011-7）12、关系数据语言可以分为哪几种类型?（2013-4）13、简述在元组关系演算中插入操作的步骤。（2013-7）填空题：1、按谓词变元的不同，关系演算可分为元组关系演算和_。(2006-4)2、关系模型的_规则是对关系的某种约束条件。（2006-7）3在关系模式R（S，SN，D）和K（D，CN，NM）中，R的主码是S，K的主码是D，则D在R中称为_。（2007-4）4、在关系模式学生（学号，姓名，年龄，性别）中，若要求“学号不能为空”，则该约束属于对_的约束。（2007-4）5、在关系代数中，连接是从两个关系的_中选取属性间满足一定条件的元组。（2007-4）6、运算的三大要素是_、运算符和运算结果。（2007-7）7、根据关系数据模型的性质要求，同一个关系中任意两个元组不能_。（2008-4）8、元组关系演算中检索操作用_语句实现。（2008-7）9、在关系代数运算中，并、差、投影、选择和_为基本的运算。（2009-4）10、如果两个关系没有公共属性，则其自然联接操作与_操作等价。（2009-7）11、设关系模式R和S具有相同的结构，则t|t tS与关系代数表达式_等价。（2010-4）12、.E.F.Codd提出的_语言是一种典型的元组关系演算语言。（2011-4）13、按谓词变元的不同，关系演算可分为_演算和域关系演算。（2011-4）14、在ALPHA语言中引入_是为了简化关系名。（2012-4）15、在关系模式R(S,SN,D)和K（D,CN,NM）中，R的主码是S,K的主码是D，则D在R中称