CH2 关系数据库.ppt

第2章关系数据库 2 1关系数据库概述2 2关系数据结构2 3关系的完整性2 4关系代数2 5关系演算2 6关系数据库管理系统2 7小结 关系数据库简介 系统而严格地提出关系模型的是美国IBM公司的E F Codd1970年提出关系数据模型E F Codd ARelationalModelofDataforLargeSharedDataBanks CommunicationoftheACM 1970之后 提出了关系代数和关系演算的概念1972年提出了关系的第一 第二 第三范式1974年提出了关系的BC范式 关系数据库简介 关系数据库应用数学方法来处理数据库中的数据80年代后 关系数据库系统成为最重要 最流行的数据库系统 关系数据库简介 典型实验系统SystemRUniversityINGRES典型商用系统ORACLESYBASEDB2SQLServerINFORMIXINGRES 第2章关系数据库 2 1关系数据库概述2 2关系数据结构2 3关系的完整性2 4关系代数2 5关系演算2 6关系数据库管理系统2 7小结 2 1关系数据库概述 关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统关系模型的组成关系数据结构关系操作集合关系完整性约束 1 关系数据结构 单一的数据结构 关系现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示数据的逻辑结构 二维表从用户角度 关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表 2 关系操作 1 常用的关系操作2 关系操作的特点3 关系数据语言的种类4 关系数据语言的特点 关系操作 续 1 常用的关系操作查询选择 投影 连接 除 并 交 差数据更新插入 删除 修改查询的表达能力是其中最主要的部分 关系操作 续 2 关系操作的特点集合操作方式 即操作的对象和结果都是集合 非关系数据模型的数据操作方式 一次一记录文件系统的数据操作方式 关系操作 续 3 关系数据语言的种类关系代数语言用对关系的运算来表达查询要求典型代表 ISBL 关系操作 续 关系数据语言的种类 续 关系演算语言 用谓词来表达查询要求元组关系演算语言谓词变元的基本对象是元组变量典型代表 APLHA QUEL域关系演算语言谓词变元的基本对象是域变量典型代表 QBE具有关系代数和关系演算双重特点的语言典型代表 SQL 关系操作 续 4 关系数据语言的特点关系语言是一种高度非过程化的语言存取路径的选择由DBMS的优化机制来完成用户不必用循环结构就可以完成数据操作能够嵌入高级语言中使用关系代数 元组关系演算和域关系演算三种语言在表达能力上完全等价 3 关系的三类完整性约束 实体完整性通常由关系系统自动支持参照完整性早期系统不支持 目前大型系统能自动支持用户定义的完整性反映应用领域需要遵循的约束条件 体现了具体领域中的语义约束用户定义后由系统支持 第2章关系数据库 2 1关系数据库概述2 2关系数据结构2 3关系的完整性2 4关系代数2 5关系演算2 6关系数据库管理系统2 7小结 2 2关系数据结构 关系模型建立在集合代数的基础上关系数据结构的基本概念关系关系模式关系数据库 2 2关系数据结构 1 关系2 关系模式3 关系数据库 一 关系 域 Domain 2 笛卡尔积 CartesianProduct 3 关系 Relation 域 Domain 域是一组具有相同数据类型的值的集合 例整数实数指定长度的字符串集合介于某个取值范围的整数 男 女 介于某个取值范围的日期 2 笛卡尔积 CartesianProduct 1 笛卡尔积给定一组域D1 D2 Dn 这些域中可以有相同的 D1 D2 Dn的笛卡尔积为 D1 D2 Dn d1 d2 dn di Di i 1 2 n 所有域的所有取值的一个组合不能重复 笛卡尔积 续 例给出三个域 D1 SUPERVISOR 张清玫 刘逸 D2 SPECIALITY 计算机专业 信息专业 D3 POSTGRADUATE 李勇 刘晨 王敏 则D1 D2 D3的笛卡尔积为 D1 D2 D3 张清玫 计算机专业 李勇 张清玫 计算机专业 刘晨 张清玫 计算机专业 王敏 张清玫 信息专业 李勇 张清玫 信息专业 刘晨 张清玫 信息专业 王敏 刘逸 计算机专业 李勇 刘逸 计算机专业 刘晨 刘逸 计算机专业 王敏 刘逸 信息专业 李勇 刘逸 信息专业 刘晨 刘逸 信息专业 王敏 笛卡尔积 续 2 元组 Tuple 笛卡尔积中每一个元素 d1 d2 dn 叫作一个n元组 n tuple 或简称元组 例3 分量 Component 笛卡尔积元素 d1 d2 dn 中的每一个值di叫作一个分量 例 笛卡尔积 续 4 基数 Cardinalnumber 若Di i 1 2 n 为有限集 其基数为mi i 1 2 n 则D1 D2 Dn的基数M为 在上例中 基数 2 2 3 12 即D1 D2 D3共有2 2 3 12个元组 笛卡尔积 续 5 笛卡尔积的表示方法笛卡尔积可表示为一个二维表 表中的每行对应一个元组 表中的每列对应一个域 在上例中 12个元组可列成一张二维表 笛卡尔积 续 3 关系 Relation 1 关系D1 D2 Dn的子集叫作在域D1 D2 Dn上的关系 表示为R D1 D2 Dn R 关系名n 关系的目或度 Degree 关系 续 1 关系 续 注意关系是笛卡尔积的有限子集 无限关系在数据库系统中是无意义的 由于笛卡尔积不满足交换律 即 d1 d2 dn d2 d1 dn 但关系满足交换律 即 d1 d2 di dj dn d1 d2 dj di dn i j 1 2 n 解决方法 为关系的每个列附加一个属性名以取消关系元组的有序性 关系 续 例在表2 1的笛卡尔积中取出有实际意义的元组来构造关系关系 SAP SUPERVISOR SPECIALITY POSTGRADUATE 关系名 属性名假设 导师与专业 1 1 导师与研究生 1 n于是 SAP关系可以包含三个元组 张清玫 信息专业 李勇 张清玫 信息专业 刘晨 刘逸 信息专业 王敏 关系 续 2 元组关系中的每个元素是关系中的元组 通常用t表示 3 单元关系与二元关系当n 1时 称该关系为单元关系 Unaryrelation 当n 2时 称该关系为二元关系 Binaryrelation 关系 续 4 关系的表示关系也是一个二维表 表的每行对应一个元组 表的每列对应一个域 关系 续 5 属性关系中不同列可以对应相同的域 为了加以区分 必须对每列起一个名字 称为属性 Attribute n目关系必有n个属性 关系 续 6 码候选码若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组 则称该属性组为候选码 Candidatekey 候选码的诸属性称为主属性 Primeattribute 不包含在任何侯选码中的属性称为非码属性 Non keyattribute 在最简单的情况下 候选码只包含一个属性 在最极端的情况下 关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码 称为全码 All key 关系 续 码 续 主码若一个关系有多个候选码 则选定其中一个为主码 Primarykey 关系 续 7 三类关系基本关系 基本表或基表 实际存在的表 是实际存储数据的逻辑表示查询表查询结果对应的表视图表由基本表或其他视图表导出的表 是虚表 不对应实际存储的数据 关系 续 8 基本关系的性质 列是同质的 Homogeneous 每一列中的分量是同一类型的数据 来自同一个域 不同的列可出自同一个域其中的每一列称为一个属性不同的属性要给予不同的属性名 关系 续 例 上例中也可以只给出两个域 人 PERSON 张清玫 刘逸 李勇 刘晨 王敏专业 SPECIALITY 计算机专业 信息专业SAP关系的导师属性和研究生属性都从PERSON域中取值 为了避免混淆 必须给这两个属性取不同的属性名 而不能直接使用域名 例如定义导师属性名为SUPERVISOR PERSON 或SUPERVISOR 研究生属性名为POSTGRADUATE PERSON 或POSTGRADUATE SAP SUPERVISOR PERSON SPECIALITY POSTGRADUATE PERSON 关系 续 基本关系的性质 续 列的顺序无所谓列的次序可以任意交换遵循这一性质的数据库产品 如ORACLE 增加新属性时 永远是插至最后一列但也有许多关系数据库产品没有遵循这一性质 例如FoxPro仍然区分了属性顺序 关系 续 基本关系的性质 续 任意两个元组不能完全相同由笛卡尔积的性质决定但许多关系数据库产品没有遵循这一性质 例如Oracle FoxPro等都允许关系表中存在两个完全相同的元组 除非用户特别定义了相应的约束条件 关系 续 基本关系的性质 续 行的顺序无所谓行的次序可以任意交换遵循这一性质的数据库产品 如ORACLE 插入一个元组时永远插至最后一行但也有许多关系数据库产品没有遵循这一性质 例如FoxPro仍然区分了元组的顺序 关系 续 基本关系的性质 续 分量必须取原子值每一个分量都必须是不可分的数据项 这是规范条件中最基本的一条 二 关系模式 1 什么是关系模式2 定义关系模式3 关系模式与关系 1 什么是关系模式 关系模式 RelationSchema 是型 关系是值关系模式是对关系的描述元组集合的结构属性构成属性来自的域属性与域之间的映象关系元组语义完整性约束条件属性间的数据依赖关系集合 2 定义关系模式 关系模式可以形式化地表示为 R U D dom F R关系名U组成该关系的属性名集合D属性组U中属性所来自的域dom属性向域的映象集合F属性间的数据依赖关系集合 定义关系模式 续 例在上面例子中 由于导师和研究生出自同一个域 人 所以要取不同的属性名 并在模式中定义属性向域的映象 即说明它们分别出自哪个域 如 dom SUPERVISOR PERSON dom POSTGRADUATE PERSON PERSON 定义关系模式 续 关系模式通常可以简记为R U 或R A1 A2 An R关系名A1 A2 An属性名注 域名及属性向域的映象常常直接说明为属性的类型 长度 3 关系模式与关系 关系模式对关系的描述静态的 稳定的关系关系模式在某一时刻的状态或内容动态的 随时间不断变化的关系模式和关系往往统称为关系 通过上下文加以区别 三 关系数据库 1 关系数据库2 关系数据库的型与值 1 关系数据库 在一个给定的应用领域中 所有实体及实体之间联系的关系的集合构成一个关系数据库 2 关系数据库的型与值 关系数据库也有型和值之分关系数据库的型称为关系数据库模式 是对关系数据库的描述若干域的定义在这些域上定义的若干关系模式关系数据库的值是这些关系模式在某一时刻对应的关系的集合 通常简称为关系数据库 第2章关系数据库 2 1关系数据库概述2 2关系数据结构2 3关系的完整性2 4关系代数2 5关系演算2 6关系数据库管理系统2 7小结 2 3关系的完整性 关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条件 关系模型中三类完整性约束 实体完整性参照完整性用户定义的完整性实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件 被称作是关系的两个不变性 应该由关系系统自动支持 关系的完整性 续 1 实体完整性2 参照完整性3 用户定义的完整性 一 实体完整性 实体完整性规则 EntityIntegrity 若属性A是基本关系R的主属性 则属性A不能取空值 例SAP SUPERVISOR SPECIALITY POSTGRADUATE POSTGRADUATE属性为主码 假设研究生不会重名 则其不能取空值 实体完整性 续 关系模型必须遵守实体完整性规则的原因 1 实体完整性规则是针对基本关系而言的 一个基本表通常对应现实世界的一个实体集或多对多联系 2 现实世界中的实体和实体间的联系都是可区分的 即它们具有某种唯一性标识 3 相应地 关系模型中以候选码作为唯一性标识 实体完整性 续 关系模型必须遵守实体完整性规则的原因 续 4 候选码中的属性即主属性不能取空值 所谓空值就是 不知道 或 无意义 的值 如果主属性取空值 就说明存在某个不可标识的实体 即存在不可区分的实体 这与第 2 点相矛盾 因此这个规则称为实体完整性 实体完整性 续 注意实体完整性规则规定基本关系的所有主属性都不能取空值 而不仅是主码整体不能取空值 例 选修 学号 课程号 成绩 学号 课程号 为主码 则学号和课程号两个属性都不能取空值 二 参照完整性 1 关系间的引用2 外码3 参照完整性规则 1 关系间的引用 在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的 因此可能存在着关系与关系间的引用 例1学生实体 专业实体以及专业与学生间的一对多联系学生 学号 姓名 性别 专业号 年龄 专业 专业号 专业名 学生 学号 姓名 性别 专业号 年龄 专业 专业号 专业名 关系间的引用 续 例2学生 课程 学生与课程之间的多对多联系学生 学号 姓名 性别 专业号 年龄 课程 课程号 课程名 学分 选修 学号 课程号 成绩 学生 学生选课 课程 关系间的引用 续 例3学生实体及其内部的领导联系 一对多 学生 学号 姓名 性别 专业号 年龄 班长 2 外码 外码设F是基本关系R的一个或一组属性 但不是关系R的码 如果F与基本关系S的主码Ks相对应 则称F是基本关系R的外码 ForeignKey 基本关系R称为参照关系 ReferencingRelation 基本关系S称为被参照关系 ReferencedRelation 或目标关系 TargetRelation 外码 续 说明关系R和S不一定是不同的关系 目标关系S的主码Ks和参照关系的外码F必须定义在同一个 或一组 域上 外码并不一定要与相应的主码同名 当外码与相应的主码属于不同关系时 往往取相同的名字 以便于识别 3 参照完整性规则 参照完整性规则就是定义外码与主码之间的引用规则 参照完整性规则若属性 或属性组 F是基本关系R的外码 它与基本关系S的主码Ks相对应 基本关系R和S不一定是不同的关系 则对于R中每个元组在F上的值必须为 或者取空值 F的每个属性值均为空值 或者等于S中某个元组的主码值 参照完整性规则 续 例例1学生关系中每个元组的 专业号 属性只能取下面两类值 1 空值 表示尚未给该学生分配专业 2 非空值 这时该值必须是专业关系中某个元组的 专业号 值 表示该学生不可能分配到一个不存在的专业中 参照完整性规则 续 例2由于 学号 和 课程号 是选修关系中的主属性 按照实体完整性和参照完整性规则 它们只能取相应被参照关系中已经存在的主码值 参照完整性规则 续 例3 班长 属性值可以取两类值 1 空值 表示该学生所在班级尚未选出班长 或该学生本人即是班长 2 非空值 这时该值必须是本关系中某个元组的学号值 三 用户定义的完整性 用户定义的完整性是针对某一具体关系数据库的约束条件 反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求 关系模型应提供定义和检验这类完整性的机制 以便用统一的系统的方法处理它们 而不要由应用程序承担这一功能 用户定义的完整性 续 例课程 课程号 课程名 学分 课程名 属性必须取唯一值非主属性 课程名 也不能取空值 学分 属性只能取值 1 2 3 4 第2章关系数据库 2 1关系数据库概述2 2关系数据结构2 3关系的完整性2 4关系代数2 5关系演算2 6关系数据库管理系统2 7小结 关系代数 续 1 关系代数2 运算的三要素3 关系代数运算的三个要素4 关系代数运算的分类5 表示记号 关系代数 续 1 关系代数一种抽象的查询语言用对关系的运算来表达查询 关系代数 续 2 运算的三要素运算对象运算符运算结果 关系代数 续 3 关系代数运算的三个要素运算对象 关系运算结果 关系运算符 四类 关系代数 续 运算符 续 集合运算符将关系看成元组的集合从关系的 水平 方向即行的角度来进行运算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 表2 4关系代数运算符 关系代数 续 表2 4关系代数运算符 续 关系代数 续 关系代数 续 4 关系代数运算的分类传统的集合运算并 差 交 广义笛卡尔积专门的关系运算选择 投影 连接 除 关系代数 续 5 表示记号 1 R t R t Ai 设关系模式为R A1 A2 An 它的一个关系设为R t R表示t是R的一个元组 t Ai 则表示元组t中相应于属性Ai的一个分量 关系代数 续 2 A t A A若A Ai1 Ai2 Aik 其中Ai1 Ai2 Aik是A1 A2 An中的一部分 则A称为属性列或域列 t A t Ai1 t Ai2 t Aik 表示元组t在属性列A上诸分量的集合 A则表示 A1 A2 An 中去掉 Ai1 Ai2 Aik 后剩余的属性组 关系代数 续 3 trtsR为n目关系 S为m目关系 tr R ts S trts称为元组的连接 它是一个n m列的元组 前n个分量为R中的一个n元组 后m个分量为S中的一个m元组 关系代数 续 4 象集Zx给定一个关系R X Z X和Z为属性组 当t X x时 x在R中的象集 ImagesSet 为 Zx t Z t R t X x 它表示R中属性组X上值为x的诸元组在Z上分量的集合 关系代数 续 R 2 4关系代数 2 4 1传统的集合运算2 4 2专门的关系运算 2 4关系代数 2 4 1传统的集合运算2 4 2专门的关系运算 2 4 1传统的集合运算 并差交广义笛卡尔积 1 并 Union R和S具有相同的目n 即两个关系都有n个属性 相应的属性取自同一个域R S仍为n目关系 由属于R或属于S的元组组成R S t t R t S 并 续 R S R S 并 续 R RUS S 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 t R t S 差 续 R S R S 差 续 R R S S 3 交 Intersection 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 由既属于R又属于S的元组组成R S t t R t S R S R R S 交 续 R S R S 交 续 R R S S 4 广义笛卡尔积 ExtendedCartesianProduct Rn目关系 k1个元组Sm目关系 k2个元组R S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 k1 k2个元组R S trts tr R ts S 广义笛卡尔积 续 R S R S 2 4关系代数 2 4 1传统的集合运算2 4 2专门的关系运算 2 4 2专门的关系运算 选择投影连接除 1 选择 Selection 1 选择又称为限制 Restriction 是根据某些条件对关系做水平分割 即选取符合条件的元组 选择 续 2 选择运算符的含义在关系R中选择满足给定条件的诸元组 F R t t R F t 真 F 选择条件 是一个逻辑表达式 基本形式为 X1 Y1 X2 Y2 比较运算符 或 X1 Y1等 属性名 常量 简单函数 属性名也可以用它的序号来代替 逻辑运算符 或 表示任选项 表示上述格式可以重复下去 选择 续 3 选择运算是从行的角度进行的运算4 举例设有一个学生 课程数据库 包括学生关系Student 课程关系Course和选修关系SC 选择 续 a Student 选择 续 b Course 选择 续 c SC 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 选择 续 例2 查询年龄小于20岁的学生 Sage 20 Student 或 4 20 Student 结果 2 投影 Projection 1 投影运算符的含义从R中选择出若干属性列组成新的关系 A R t A t R A R中的属性列 2 投影 Projection 2 投影操作主要是从列的角度进行运算但投影之后不仅取消了原关系中的某些列 而且还可能取消某些元组 避免重复行 投影 续 3 举例 例3 查询学生的姓名和所在系即求Student关系上学生姓名和所在系两个属性上的投影 Sname Sdept Student 或 2 5 Student 结果 投影 续 投影 续 例4 查询学生关系Student中都有哪些系 Sdept Student 结果 3 连接 Join 1 连接也称为 连接2 连接运算的含义从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组RS tr R ts S tr A ts B A和B 分别为R和S上度数相等且可比的属性组 比较运算符连接运算从R和S的广义笛卡尔积R S中选取 R关系 在A属性组上的值与 S关系 在B属性组上值满足比较关系的元组 连接 续 3 两类常用连接运算等值连接 equijoin 什么是等值连接 为 的连接运算称为等值连接等值连接的含义从关系R与S的广义笛卡尔积中选取A B属性值相等的那些元组 即等值连接为 RS tr R ts S tr A ts B A B 连接 续 自然连接 Naturaljoin 什么是自然连接自然连接是一种特殊的等值连接两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组在结果中把重复的属性列去掉自然连接的含义R和S具有相同的属性组BRS tr R ts S tr B ts B 连接 续 4 一般的连接操作是从行的角度进行运算 自然连接还需要取消重复列 所以是同时从行和列的角度进行运算 连接 续 5 举例 例5 R S 连接 续 RS 连接 续 等值连接RS 连接 续 自然连接RS 连接 续 笛卡尔积 R S trts tr R ts S 连接 RS tr R ts S tr A ts B 等值连接 RS tr R ts S tr A ts B 自然连接 RS tr R ts S tr B ts B A B 4 除 Division 1 除运算的含义给定关系R X Y 和S Y Z 其中X Y Z为属性组 R中的Y与S中的Y可以有不同的属性名 但必须出自相同的域集 R与S的除运算得到一个新的关系P X P是R中满足下列条件的元组在X属性列上的投影 元组在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合 R S tr X tr R Y S Yx Yx x在R中的象集 x tr X 除 续 分析 1 前提 两个关系R X Y 和S Y Z 应该有公共属性列 2 运算的结果 为P X 元组来自于R关系 只包含X属性列3 R关系中的哪些元组呢 对于t X 的象集包含 Y S 除 续 2 除操作是同时从行和列角度进行运算3 举例 例6 除 续 R S 除 续 分析 在关系R中 A可以取四个值 a1 a2 a3 a4 a1的象集为 b1 c2 b2 c3 b2 c1 a2的象集为 b3 c7 b2 c3 a3的象集为 b4 c6 a4的象集为 b6 c6 S在 B C 上的投影为 b1 c2 b2 c1 b2 c3 只有a1的象集 B C a1包含了S在 B C 属性组上的投影 所以R S a1 S1 S2 S3 R R S1 R S2 R S3 S1 S2 S3表示课程情况 R表示选修课程 除 续 除法的含义 R S1表示至少选修S1关系中列出课程的学生的学号和姓名 除法的含义 R S2表示至少选修S2关系中列出课程的学生的学号和姓名 除 续 X中谁的象集包含Y这张表 除 续 R R S S 举例 Student Course SC 5 综合举例 以学生 课程数据库为例 例7 查询至少选修1号课程和3号课程的学生号码 首先建立一个临时关系K 然后求 Sno Cno SC K 综合举例 续 例7续 Sno Cno SC 95001象集 1 2 3 95002象集 2 3 Cno K 1 3 于是 Sno Cno SC K 95001 综合举例 续 例8 查询选修了2号课程的学生的学号 Sno Cno 2 SC 95001 95002 综合举例 续 例9 查询至少选修了一门其直接先行课为5号课程的课程的学生姓名 综合举例 续 例10 查询选修了全部课程的学生号码和姓名 综合举例 续 两种题型 给出具体数据库和关系代数表达式 求出结果 给出数据库的关系模式和查询要求 要求写出关系代数表达式 应用实例 设教学数据库中有三个关系 学生关系S S SNAME AGE SEX 课程关系C C CNAME TEACHER 选课关系SC S C GRADE 要求用关系表达式表达查询语句 S C SC 1 检索学习课程号为C2的学生学号与成绩 S GRADE C C2 SC 先找出学习课程号为C2的学生然后再列出其学号与成绩 C C2 SC C C2 SC S GRADE C C2 SC 2 检索学习课程号为C2的学生学号与姓名 此时的课程与姓名属性不在一张表内SSC后找出学习课程号为C2的学生然后再列出其学号与姓名 S SNAME C C2 SSC C C2 SSC SSC C C2 SSC S SNAME C C2 SSC 学习C2课程的学生学号与姓名 3 检索选修课程名为数学的学生学号与姓名 选修 课程名 姓名 SSCC 选修课程名为数学的学生 最后取出学生的学号与姓名 CNAME 数学 SSCC S SNAME CNAME 数学 SSCC SSC C CNAME 数学 SSCC 选修课程名为数学的学生 最后取出学生的学号与姓名 S SNAME CNAME 数学 SSCC 4 检索选修课程号为C2或C4的学生学号 只涉及到一个表SC 选修课程号为C2或C4的学生 最后取出学生的学号 C C2 C C4 SC S C C2 C C4 SC 选修课程号为C2或C4的学生 C C2 C C4 SC 最后取出学生的学号 S C C2 C C4 SC 5 检索至少选修课程号为C2和C3的学生学号 方法1 只涉及到一个表 但不能直接用 SC C C2 C C3 SC SC SC 笛卡尔积将垂直的条件展开为水平的条件 SC1 SC2 选修课程号为C2和C3的学生 最后取出学生的学号 1 4 2 C2 5 C3 SC SC 1 1 4 2 C2 5 C3 SC SC 方法2 至少选修课程号为 C2 和 C3 的关系 表 K C C C2 C C3 C 构造一个临时表 考虑用除法来做 S C SC K S C SC K 6 检索不学C2课的学生姓名与年龄 首先考虑 差 的问题 先求出全体学生的姓名和年龄 再求出学了C2课的学生的姓名和年龄 最后执行两个集合的差操作 全体学生的姓名和年龄 SNAME AGE S 学了C2课的学生的姓名和年龄 第二题 最后求差 SNAME AGE C C2 SSC SNAME AGE S SNAME AGE C C2 SSC 7 检索学习全部课程的学生姓名A 学生选课情况可用 S C SC B 全部课程 C C C 学习全部课程的学生学号可用除法表示 操作结果是学号S 集 S C SC C C D 从S 求学生姓名SNAME 可以用自然连接和投影操作组合而成 SNAME S S C SC C C 本例中只有一个学生的学号 好像可以从S表中直接查询 其实不行 因为在其他的例子中可能不只一个学生 而是多个学生的学号 仍然必须要做连接操作 8 检索所学课程包含学生S3所学课程的学生学号A 学生选课情况可用操作 S C SC B 学生S3所学课程可用操作 C s s3 SC C 所学课程包含学生S3所学课程的学生学号 用除法操作求得 S C SC C s s3 SC 总结 查询语句的关系表达式一般形式是 R S 或者 RS 解释 首先涉及到的关系取来 执行笛卡尔积或自然连接操作得到一张大的表格 然后对大表格执行水平分割 选择操作 和垂直分割 投影操作 但是当查询涉及到否定或全部值时 上述形式就不能表达了 就要用到差操作或除操作 2 检索不学C2课的学生姓名 决不能用下式表示 SNAME AGE C C2 S SC 一定要用 差 的形式 SNAME AGE S SNAME AGE C C2 S SC 3 检索学习全部课程的学生学号 要用 S C SC C C 表示 而不能写成 S SC C C 形式 这是因为一个学生学的课程的成绩可能是不一样的 外连接 outerjoin R S S R 外连接 outerjoin R R S S S R 外部并 outerunion 小结 l关系代数运算关系代数运算并 差 交 笛卡尔积 投影 选择 连接 除基本运算并 差 笛卡尔积 投影 选择交 连接 除可以用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 小结 续 l关系代数表达式关系代数运算经有限次复合后形成的式子l典型关系代数语言ISBL InformationSystemBaseLanguage 由IBMUnitedKingdom研究中心研制用于PRTV PeterleeRelationalTestVehicle 实验系统 第2章关系数据库 2 1关系数据库概述2 2关系数据结构2 3关系的完整性2 4关系代数2 5关系演算2 6关系数据库管理系统2 7小结 2 5关系演算 关系演算以数理逻辑中的谓词演算为基础种类 按谓词变元不同分类元组关系演算 以元组变量作为谓词变元的基本对象域关系演算 以域变量作为谓词变元的基本对象 2 5关系演算 2 5 1元组关系演算语言ALPHA2 5 2域关系演算语言QBE 2 5关系演算 2 5 1元组关系演算语言ALPHA2 5 2域关系演算语言QBE 2 5 1元组关系演算语言ALPHA 一种典型的元组关系演算语言 但未实际实现由E F Codd提出INGRES所用的QUEL语言是参照ALPHA语言研制的语句检索语句GET更新语句PUT HOLD UPDATE DELETE DROP 一 检索操作 语句格式 GET工作空间名 定额 表达式1 操作条件 DOWN UP表达式2 定额 规定检索的元组个数格式 数字表达式1 指定语句的操作对象格式 关系名 关系名 属性名 元组变量 属性名 集函数 操作条件 将操作结果限定在满足条件的元组中格式 逻辑表达式表达式2 指定排序方式格式 关系名 属性名 元组变量 属性名 检索操作 续 种类 1 简单检索 即不带条件的检索 2 限定的检索 即带条件的检索 3 带排序的检索 4 带定额的检索 5 用元组变量的检索 6 用存在量词的检索 检索操作 续 7 带有多个关系的表达式的检索 8 用全称量词的检索 9 用两种量词的检索 10 用蕴函 Implication 的检索 11 集函数 1 简单检索 格式GET工作空间名 表达式1 例1 查询所有被选修的课程号码 GETW SC Cno 例2 查询所有学生的数据 GETW Student 2 限定的检索 格式GET工作空间名 表达式1 操作条件 例3 查询信息系 IS 中年龄小于20岁的学生的学号和年龄 GETW Student Sno Student Sage Student Sdept IS Student Sage 20 3 带排序的检索 格式GET工作空间名 表达式1 操作条件 DOWN UP表达式2 例4 查询计算机科学系 CS 学生的学号 年龄 结果按年龄降序排序 GETW Student Sno Student Sage Student Sdept CS DOWNStudent Sage 4 带定额的检索 格式GET工作空间名 定额 表达式1 操作条件 DOWN UP表达式2 例5 取出一个信息系学生的学号 GETW 1 Student Sno Student Sdept IS 带定额的检索 续 例6 查询信息系年龄最大的三个学生的学号及其年龄 结果按年龄降序排序 GETW 3 Student Sno Student Sage Student Sdept IS DOWNStudent Sage 5 用元组变量的检索 元组变量的含义表示可以在某一关系范围内变化 也称为范围变量RangeVariable 元组变量的用途 简化关系名 设一个较短名字的元组变量来代替较长的关系名 操作条件中使用量词时必须用元组变量 定义元组变量格式 RANGE关系名变量名一个关系可以设多个元组变量 用元组变量的检索 续 例7 查询信息系学生的名字 RANGEStudentXGETW X Sname X Sdept IS 6 用存在量词的检索 例8 查询选修2号课程的学生名字 RANGESCXGETW Student Sname X X Sno Student Sno X Cno 2 例9 查询选修了这样课程的学生学号 其直接先行课是6号课程 RANGECourseCXGETW SC Sno CX CX Cno SC Cno CX Pcno 6 用存在量词的检索 续 例10 查询至少选修一门其先行课为6号课程的学生名字 RANGECourseCXSCSCXGETW Student Sname SCX SCX Sno Student Sno CX CX Cno SCX Cno CX Pcno 6 前束范式形式 GETW Student Sname SCX CX SCX Sno Student Sno CX Cno SCX Cno CX Pcno 6 7 带有多个关系的表达式的检索 例11 查询成绩为90分以上的学生名字与课程名字 RANGESCSCXGETW Student Sname Course Cname SCX SCX Grade 90 SCX Sno Student Sno Course Cno SCX Cno 8 用全称量词的检索 例12 查询不选1号课程的学生名字 RANGESCSCXGETW Student Sname SCX SCX Sno Student Sno SCX Cno 1 用存在量词表示 RANGESCSCXGETW Student Sname SCX SCX Sno Student Sno SCX Cno 1 9 用两种量词的检索 例13 查询选修了全部课程的学生姓名 RANGECourseCXSCSCXGETW Student Sname CX SCX SCX Sno Student Sno SCX Cno CX Cno 10 用蕴函 Implication 的检索 例14 查询最少选修了95002学生所选课程的学生学号 RANGECouseCXSCSCXSCSCYGETW Student Sno CX SCX SCX Sno 95002 SCX Cno CX Cno SCY SCY Sno Student Sno SCY Cno CX Cno 11 集函数 常用集函数 Aggregationfunction 或内部函数 Build infunction 集函数 续 例15 查询学生所在系的数目 GETW COUNT Student Sdept COUNT函数在计数时会自动排除重复值 例16 查询信息系学生的平均年龄 GETW AVG Student Sage Student Sdept IS 二 更新操作 1 修改操作 2 插入操作 3 删除操作 1 修改操作 步骤 用HOLD语句将要修改的元组从数据库中读到工作空间中HOLD工作空间名 表达式1 操作条件 HOLD语句是带上并发控制的GET语句 用宿主语言修改工作空间中元组的属性 用UPDATE语句将修改后的元组送回数据库中UPDATE工作空间名 修改操作 续 例17 把95007学生从计算机科学系转到信息系 HOLDW Student Sno Student Sdetp Student Sno 95007 从Student关系中读出95007学生的数据 MOVE IS TOW Sdept 用宿主语言进行修改 UPDATEW 把修改后的元组送回Student关系 更新操作 续 修改关系主码ALPHA语言不允许直接修改主码 例如不能用UPDATE语句将学号95001改为95102间接修改主码值的方法 删除 插入先用删除操作删除该元组再把具有新主码值的元组插入到关系中 2 插入操作 步骤 用宿主语言在工作空间中建立新元组 用PUT语句把该元组存入指定关系中PUT工作空间名 关系名 PUT语句只对一个关系操作 插入操作 续 例18 学校新开设了一门2学分的课程 计算机组织与结构 其课程号为8 直接先行课为6号课程 插入该课程元组 MOVE 8 TOW CnoMOVE 计算机组织与结构 TOW CnameMOVE 6 TOW CpnoMOVE 2 TOW CcreditPUTW Course 3 删除操作 步骤 用HOLD语句把要删除的元组从数据库中读到工作空间中 用DELETE语句删除该元组DELETE工作空间名 删除操作 续 例19 95110学生因故退学 删除该学生元组 HOLDW Student Student Sno 95110 DELETEW 删除操作 续 例20 将学号95001改为95102 HOLDW Student Student Sno 95001 DELETEWMOVE 95102 TOW SnoMOVE 李勇 TOW SnameMOVE 男 OW SsexMOVE 20 TOW SageMOVE CS TOW SdeptPUTW Student 删除操作 续 在删除操作中保持参照完整性删除被参照关系时 必须首先删除参照关系中的相应元组手工删除由DBMS自动执行 删除操作 续 例21 删除全部学生 HOLDW SC DELETEWHOLDW Student DELETEW 元组关系演算语言ALPHA 检索操作GETGET工作空间名 定额 表达式1 操作条件 DOWN UP表达式2 插入操作建立新元组 PUT修改操作HOLD 修改 UPDATE删除操作HOLD DELETE 2 5关系演算 2 5 1元组关系演算语言ALPHA2 5 2域关系演算语言QBE 2 5 2域关系演算语言QBE l一种典型的域关系演算语言由M M Zloof提出1978年在IBM370上得以实现QBE也指此关系数据库管理系统lQBE QueryByExample基于屏幕表格的查询语言查询要求 以填写表格的方式构造查询用示例元素 域变量 来表示查询结果可能的情况查询结果 以表格形式显示 域关系演算语言QBE 续 lQBE操作框架 关系名 属性名 操作命令 元组属性值或查询条件或操作命令 一 检索操作 操作步骤 1 用户提出要求 2 屏幕显示空白表格 3 用户在最左边一栏输入要查询的关系名 例如Student 检索操作 续 4 系统显示该关系的属性名 5 用户在上面构造查询要求 检索操作 续 6 屏幕显示查询结果 检索操作 续 构造查询的几个要素示例元素即域变量一定要加下划线 示例元素是该域中的一个可能取值 它不必是查询结果中的元素 例如要查信息系的学生姓名 只要给出任意的一个学生名即可 而不必真是信息系的某个学生名 打印操作符P 指定查询结果所含属性列查询条件不用加下划线 可使用比较运算符 和 其中 可以省略 排序要求AO DO 检索操作 续 检索操作的主要类型1 简单查询2 条件查询3 集函数4 对查询结果排序 1 简单查询 例1 查询全体学生的全部数据 简单查询 续 显示全部数据也可以简单地把P 操作符作用在关系名上 2 条件查询 1 简单条件 2 不同属性条件的与 3 同一属性条件的与 4 或条件 5 多表连接 6 非条件 2 条件查询 1 简单条件 例2 求信息系全体学生的姓名 条件查询 续 例3 求年龄大于19岁的学生的学号 条件查询 续 2 不同属性条件的与表示方法把两个条件写在同一行上 把两个条件写在不同行上 但使用相同的示例元素值 条件查询 续 例4 求计算机科学系年龄大于19岁的学生的学号 方法 1 把两个条件写在同一行上 条件查询 续 方法 2 把两个条件写在不同行上 但使用相同的示例元素值注 对于多行条件的查询 先输入哪一行是任意的 查询结果相同 条件查询 续 3 同一属性条件的与表示方法把两个条件写在不同行上 但使用相同的示例元素值 条件查询 续 例5 查询既选修了1号课程又选修了2号课程的学生的学号 条件查询 续 4 或条件表示方法把两个条件写在不同行上