数据库系统概论第二章ppt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“ARelationalModelofDataforSharedDataBanks”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SystemR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Oracle，Informix(IBM收购)，Sybase，SQLServer，DB2Access，Foxpro，Foxbase,.,2,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）,.,3,2.1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：整数，实数，500的整数，性别(男、女)、字符串。2.1.2笛卡尔积(Cartesianproduct)1.定义给定一组域D1，D2，Dn，则其笛卡积为：D1D2Dn=(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,.,4,3）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，刘牛则D1，D2，D3的笛卡尔积为如下一张二维表：,.,5,.,6,2.1.3关系1.定义D1D2Dn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(candidatekey)；4）任选候选KEY之一为主码(primarykey)。例：可从上表中取出一个有意义子集作为一个关系,.,7,2.1.4外码(internalkey)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。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(RelationSchema)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。,.,8,2.1.6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(Entityintegrity)主码属性不能为空。2.参照完整性(Referentialintegrity)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,.,9,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-definedintegrity)用户定义的约束。跳高100米，人手2只,.,10,2.2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：（）,.,11,4、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。tAi：元组t中相应属性Ai的一个分量。,.,12,2）设A=Ai1,Ai2，Aik，Ai1，Ai2，Aik是A1，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）。,.,13,4）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（imagesset）为：Zx=tZ|tR,tX=x表示：R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。,.,14,2.2.2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。,.,15,例：RS,.,16,则RS结果为：RS,.,17,3）作用：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。RS,.,18,2）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。,.,19,3）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。RS,.,20,2）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“行”上取值。3）作用：从一个关系中删去某些元组。4、笛卡尔积（Cartesianproduct）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。,.,21,RS,.,22,2）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。,.,23,2.2.3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：X1Y1X2Y2X1，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),.,24,设：,.,25,.,26,例1查计算机系学生,.,27,例2查学分(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,d6)(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),.,43,5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(RS)RS=属性列表(相同的属性列值相等(R)(RS)RS=X(R)X(X(R)Y(S)R),.,44,R,AB(R),S,AB(R)CD(S),AB(R)CD(S)-R,RS=,-,=,例：RS=X(R)X(X(R)Y(S)R),.,45,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,CNO,CNUM);DEPT=计算机（TL），DEPT=自控（TL），RANK=讲师（TL），BYEAR2,t|R(t)S(t),.,56,R,S,t|(u)(S(t)R(u)tCuA)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。,.,58,R,S,t|(u)(v)(R(u)S(v)uAvBtA=uBtB=vCtC=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RASB,.,59,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,.,60,dom(tR)=A1,A2,B1,B2,B3,R,t|(tR),.,61,2.3.2域关系演算形式化定义x1x2xn|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,xn)xi是域变量或域常量xy域变量x与y之间满足比较关系xc域变量x与常量c之间满足比较关系,.,62,R,S,R1=xyz|R(x,y,z)x3R中A列小于5并且B列大于3的元组的集合，列与R列对应不变。,W,.,63,R,S,W,R2=xyz|(u)(v)(R(z,x,u)W(y,v)uv)13列对应R的BA列，2列对应W的D列，并且对应元组的CE。,