数据库技术

RENSHAOBIN523SINACOM第四章计算机网络计算机网络技术应用计算机网络技术应用大学计算机基础大学计算机基础太原理工大学理学院计算机基础教学部FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS数据库技术数据库技术大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS11数据库系统的应用12数据库管理技术的产生和发展13数据库系统的组成第1节数据库系统概述2大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS超市信息管理系统在超市的数据库中存储所有关于进、销、存的信息，其中包括供应商、商品、库存、销售、现金账和人员等超市运营管理的信息。这些信息以表的方式存储，表与表之间存在一定的联系。银行信息管理系统电子商务网站11数据库系统的应用3大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS数据处理的中心问题是数据管理。数据管理是指对数据的组织、分类、编码、存储、检索和维护。随着计算机硬件和软件的发展，数据管理经历了人工管理、文件系统和数据库系统三个发展阶段。12数据库管理技术的产生和发展4大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS产生的背景（20世纪50年代中以前）应用需求科学计算硬件水平无直接存取存储设备软件水平没有操作系统处理方式批处理1011010111010111011100011001001101、人工管理阶段（程序管理）5大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS特点数据的管理者应用程序，数据不保存。数据面向的对象某一应用程序，程序和数据不可分数据的共享程度无共享、冗余度极大数据的独立性不独立，完全依赖于程序，无结构。应用程序N数据集N数据集2数据集应用程序2应用程序1应用程序与数据集合的关系1、人工管理阶段6大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS产生的背景（20世纪50年代后60年代中）应用需求科学计算、管理硬件水平磁盘、磁鼓软件水平有文件系统处理方式联机实时处理、批处理在文件系统中，应用程序从数据文件中存取数据，产生各种报表和实现各种事务处理。文件管理是指将有关数据组织成一个独立的文件，叫做数据文件。2、文件管理阶段7大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS特点数据的管理者文件系统，数据可长期保存数据面向的对象某一应用程序数据的共享程度共享性差、冗余度大数据的结构化记录内有结构,整体无结构数据的独立性独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序数据控制能力应用程序自己控制应用程序文件应用程序文件2应用程序文件N存取方法应用程序与数据集合的关系2、文件管理阶段8大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS产生的背景（20世纪60年代）应用背景大规模管理硬件背景大容量磁盘软件背景有数据库管理系统处理方式联机实时处理,分布处理,批处理指导思想是将所有的数据实行统一的、集中的、独立的管理，形成一个所谓的数据仓库，使数据的存储完全独立于应用程序，由数据库管理系统（DBMS）来对数据库进行管理。3、数据库系统管理阶段9大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS用户1用户2用户M应用程序1应用程序2应用程序3应用程序N数据库管理系统数据库数据字典记录DBS阶段数据与程序的关系10大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS在数据字典中存储数据结构（元数据）和数据之间的联系。数据字典是DBMS自动建立和管理的一个文件，用于存放数据结构（元数据）和数据之间的联系。所有应用程序都通过DBMS访问数据库。BMS能够根据数据库的任何变动自动地修改数据字典。避免了文件系统编写、修改存取程序的麻烦，DBMS可以消除文件系统中数据依赖于程序的弱点，提供较好的数据独立性。3、数据库系统管理阶段特点11大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS在建立数据库时，只需要简单地定义数据的逻辑结构，不必花费大量的精力定义数据的物理结构和编写程序。例如，定义一个学生表。只要用以下命令就可以建立数据库的表结构。CREATETABLE学生（学号SMALLINT，学号是短整型数姓名CHAR（8）；姓名是字符型、长度是8个字符3、数据库系统管理阶段特点12大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS可以自动地将用户输入的逻辑数据转换成物理数据。逻辑数据与物理数据之间的变换由DBMS来完成。“逻辑数据”是指存在于人们头脑中有具体含义的数据，例如年龄、性别等；“物理数据”是指实际存储在计算机中的二进制数据。DBMS能够把用户的逻辑请求转换成内部命令，由DBMS确定数据的物理地址。DBMS将查询的结果按照用户要求的格式输出。3、数据库系统管理阶段特点13大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERSDBMS中通过封锁和授权机制，确保数据库的安全性和保密性。能够实现数据共享，支持多个用户的数据存取。具有数据备份和数据恢复的能力，保证数据的可靠性。提供完整性约束功能，可以控制数据冗余和消除潜在的数据不一致问题。提供功能强大的结构化查询语言（SQL）。SQL属于一种非过程性语言，只需用户指出做什么，不必说明怎么做。同时，DBMS还提供了第三代语言存取数据的接口，如COBOL、C、PASCAL等语言。3、数据库系统管理阶段特点14大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的共享的数据集合。它可以供各种用户共享，具有最小冗余度和较高的数据独立性。DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在多用户同时使用数据库时进行并发控制，在发生故障后对系统进行恢复。3、数据库系统管理阶段15大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS文件桌面数据库大型商业数据库开源数据库新型JAVA数据库国产数据库数据库系统平台简介16大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS文本文件文件保存在操作系统中的目录中。有不同类型的文件，例如,可执行文件（EXE）、数据文件（DAT）和文本文件（TXT）等。数据库也是以文件形式由操作系统管理并存放在磁盘上的。EXCEL文件微软公司提供的处理电子表格的软件，适合日常工作中的表格管理、财务报表处理或报表打印。1、文件17大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERSACCESS是微软提供的一种小型桌面关系数据库管理系统。它具有关系数据库管理系统的基本功能。另外，还可以编写用户使用界面和可供打印的报表，很容易制作一个小型的MIS系统。XBASE作为个人计算机系统中使用最广泛的小型数据库管理系统，具有方便、廉价、简单易用等优势，并向下兼容DBASE、FOXBASE等早期的数据库管理系统。它有良好的普及性，在小型企业数据库管理与WWW结合等方面具有一定优势，但它难于管理大型数据库。2、桌面数据库18大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERSORACLE是目前世界上最流行的大型关系数据库管理系统，具有移植性好、使用方便、功能强大、性能强大等特点，适用于各类大、中、小、微机和专用服务器环境。ORACLE适合大中型企业使用，在电子政务，电信、证券和银行企业中使用比较广泛。ORACLE10于1979年推出，目前最新版本为ORACLE10I。SQLSERVER、IBM的DB2，SYBASE和INFORMIX等。3、大型商业数据库19大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS开源数据库是指开放源代码的数据库，LINUX系统下最受程序员喜爱的三种DB是MYSQL、POSTGRESQL和ORACLE。其中MYSQL、POSTGRESQL是开源数据库的优秀代表。开源数据库具有速度快、易用性好、支持SQL语言、支持各种网络环境、可移植性、开放和价格低廉（甚至免费）等特点。4、开源数据库20大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS伴随着互联网的发展，使用JAVA语言编写的面向对象数据库管理系统也应运而生。JDATASTORE是BORLAND公司推出的纯JAVA数据库，主要用于J2EE平台，具有跨平台的移植性，与BORLAND新一代JAVA开发工具JBUILDER配合使用。5、新型JAVA数据库21大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS据中国软件评测中心对国内、外数据库的调查结果显示，以东软OPENBASE等为代表的国产数据库除了具有自主版权外，在技术方面已经接近国外先进水平。国产数据库有价格低和实施周期短等优势。目前，已经获得实际应用的国产数据库主要包括1东软公司开发的东软OPENBASE；2九江华易软件有限公司开发的华易数据库管理系统HYSQL；3人大金仓公司开发的KINGBASEES金鼎DBMS；4武汉华工达梦数据库有限公司研制的DM3；5北京国信贝斯软件有限公司推出的IBASE数据库。6、国产数据库22大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS近年来，在计算机领域出现了许多新技术，例如分布式处理技术、并行处理技术、人工智能、多媒体处理技术、模糊技术和面向对象技术等。随着与其他学科内容的结合，数据库技术的应用范围越来越广，出现了一些更适合特定领域的新型数据库技术，例如工程数据库、模糊数据库、统计数据库、时态数据库和演绎数据库等。从发展上也出现了一些引人瞩目的趋势，其主要趋势包括分布式数据库、面向对象数据库、多媒体数据库和并行数据库等。数据库应用及发展趋势23大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS数据库数据库管理系统数据库应用数据库管理员用户用户应用系统应用开发工具数据库管理系统操作系统数据库管理员数据库用户用户13数据库系统的组成24大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS从用户使用数据库的观点，定义数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。数据库不仅需要存储用户的数据，还存储有关数据的结构描述信息（元数据）。数据库技术是数据处理最有效的手段。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，可为各种用户共享。数据库DB,DATABASE25大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERSDB26大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERSDBMS是一个系统软件，是用户与数据库间的接口。对内，数据库复杂的结构描述信息由DBMS直接管理，终端用户不必了解数据库内部复杂的结构。对外，它向用户提供一整套命令，用于合法用户对数据库的各种操作；包括创建DB、定义数据、增、删、改DB记录、统计计算等。当用户读取数据时，DBMS自动地将用户的请求转换成复杂的机器代码，实现用户对数据库的操作。DBMS是在OS支持下工作的数据库管理软件。数据库管理系统DBMS27大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERSDBMS是商品化的数据库软件，用户不能对DBMS进行修改。所谓数据库设计不是对DBMS的设计，而是对数据库的结构进行设计。一旦完成数据库设计，就可以利用DBMS提供的数据定义功能，把所设计的数据模型转换成计算机能够接受的内部结构。DBMS28大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS用户对数据库的操作就是数据库应用。也可以理解为实现业务逻辑的应用程序。数据库应用的方式有屏幕格式、查询窗口、报表、菜单、应用程序和交互式操作，其中除应用程序外都可以由DBMS实现。目前，有许多数据库应用开发工具，例如，ORACLE公司的DEVELOPER2000，SYBASE公司的POWERBUILDER等。应用这些工具可以快速地开发应用组件。数据库应用29大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS专门从事数据库管理的机构和人员，称为数据库管理员（DBA）。DBA全面负责对数据库管理的计划、组织、测试、监控和服务。向终端用户提供数据和信息制定数据库管理的政策、标准和规程确保数据库的安全性，防止非法操作数据库的备份和恢复培训终端用户数据库管理员（DBA）30大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS用户使用数据库应用跟踪事务过程。他们使用表单来读取、输入和查询数据，并且生成报表。用户31大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERSDBS是指在计算机系统中引入DB后的系统构成。DBS数据库用户软件硬件硬件指运行DBS的硬件资源，例如，SQLSERVER要求至少16MB内存、32位CPU、至少80MB硬盘空间；软件指DBS操作平台，例如WINDOWSNT、DBMS、汉字处理系统等；用户指终端用户、应用程序员和数据库管理员。数据库系统DBS32大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS数据处理的三个世界数据模型第2节数据模型33大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS从现实生活中的客观事物到存放于计算机中的数据，这样一个加工过程可划分为三个阶段现实世界、信息世界和计算机世界在现实世界中，分析客观事物，找出要求解的对象集合，研究这些对象、认识它们的本质及其规律。在概念世界中，将求解的事物映射为实体，找出实体之间的各种联系，用实体联系图来描述（ENTITYRELATIONSHIP，简称ER图）。在计算机世界中，将实体模型转换为能够在计算机中处理的数据模型。客观存在的世界中的事实及其联系。现实世界在人们头脑中的反映，是对客观事物及其联系的一种抽象描述可称作数据世界，是在信息世界基础上的进一步抽象721、数据处理的三个世界34大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS在现实世界中，某类实体集中各个属性之间的联系、各实体之间的联系可使用ER图来描述，ER图是由美籍华人PETERCHEN在1976年提出的。在ER图中，用矩形表示实体，用圆角矩形表示属性，用菱形表示实体间的联系。实体与关系35大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS数据数据分级记录项项值数据模型实体模型事物及联系实体分级实体对象属性总体个体事物事物分级对象性质共同特殊抽象过程数据世界信息世界现实世界客观世界是信息之源，是设计DB的出发点。实体模型和数据模型是对客观事物的两级抽象描述。数据库的核心问题是数据模型。结论要得到正确的数据模型，必须首先充分了解客观事物。由此可见数据加工三个阶段的关系36大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS以教学管理为例教学由学生、课程、教师、学习、任课等实体组成。学生属性学号、姓名、性别、年龄、班级课程属性课程号、课程名称教师属性姓名、课程号、课时学习属性学号、课程号、分数任课属性教师名、课程号、教室实体模型举例37大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS课程成绩授课教师学生教师编号、姓名、职称教师编号、课程号学号、姓名、性别、班级课程号、课程名学号、课程号、分数听课学习讲授教学实体模型示意图38大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS建立了实体模型后，就可以建立数据模型了。数据模型就是现实世界的模拟和抽象。或在DBS中表示实体（数据记录）之间联系的方式称为数据模型。数据模型实际上是数据间的一个整体逻辑结构图。为了使模型能清晰、准确地反映客观事物，要进行数据模型的设计，也即数据库的设计。数据模型的组成数据模型的分类722数据模型39大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS数据结构数据结构是所研究的对象类型的集合。数据操作数据操作是指对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作集合，包括操作及有关的操作规则。完整性约束数据的约束条件是一组完整性规则的集合。数据模型的组成40大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS所研究的对象与数据类型、内容、性质有关的对象，例如网状模型中的数据项、记录，关系模型中的域、属性、关系等；与数据之间联系有关的对象，例如网状模型中的系型（SETTYPE）。数据结构是刻画一个数据模型性质最重要的方面。数据结构的类型，例如层次结构、网状结构和关系结构。数据结构是对系统静态特性的描述。数据结构41大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS数据库主要有检索和更新（包括插入、删除、修改）两大类操作。数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、操作规则（如优先级）以及实现操作的语言。数据操作是对系统动态特性的描述。数据操作42大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。数据模型应该反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。完整性约束43大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS概念模型面向计算机用户、面向现实世界的数据模型，它与DBMS无关，不依赖于具体的计算机系统，它主要用于应用系统开发的有关需求分析，描述一个单位的概念化结构，将现实世界抽象为信息世界。逻辑模型数据库的组织形式称为逻辑数据模型，它决定了数据库中数据之间联系的表达方式。在建立了概念数据模型后，即根据一定的规则将其转化为逻辑数据模型。物理模型数据模型的分类44大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS这类模型主要用于信息世界的建模，强调语义表达能力，能方便、直接地表达应用中各种语义知识，其概念简单、清晰用户容易理解。概念数据模型主要有实体联系模型（ER模型）、扩展实体联系模型（EER模型）、面向对象模型（OO模型）、IDEF1X模型等，概念数据模型用于数据库的设计。其中以ER模型最为著名。概念模型45大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS目前，常用的逻辑数据模型有三种层次模型、网状模型、关系模型。层次模型（HIERACHICALMODEL）数据之间的联系像一棵倒放的树，树根、树的分枝点和树叶都称为节点，节点是分层次的，树根是最高层。军队中的建制、机关编制、家谱等都属于层次模型。逻辑模型46大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS校长校长办公室各学院各职能处（电信学院）计算机系电子系信控系计算机教学实验中心网络所软件教研室层次模型示意图47大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS网络模型（NETWORKMODEL）数据之间的联系象一张网，网上的联接点称为节点，节点与节点之间是平等的，不分层次。学生教学课程表教室课程教师网络模型48大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS关系模型（RELATIONALMODEL）关系模型是当前DBMS所支持的数据模型的主流，关系模型建立在集合论的基础上，工资表、成绩表、档案表等都属于关系模型。其组织形式是一张二维表，一个表即一个关系；其特点一个关系一张表数据独立性高操作简单一行是一个记录一列是一个数据项（字段）关系模型49大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS物理数据模型反映数据的存储结构，例如存储介质的物理块、指针和索引等。每个逻辑数据模型在实现时，都有其对应的物理数据模型。物理数据模型不但与DBMS有关，而且还与计算机系统的硬件和操作系统有关。物理数据模型和逻辑数据模型用于DBMS的实现。物理模型50大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS数据库应用系统设计步骤DB应用系统的设计步骤符合软件工程设计思想。用户需求分析理解用户对该项目所提出的各种要求，并进一步对各个环节进行抽象。概念设计将需求分析的结果抽象为信息结构，得到系统的全局ER图。逻辑设计将得到的抽象的ER图转换成数据模型。物理设计确定得到的数据模型最后反映在物理设备上是个什么物理结构。数据库实施在选定的RDBMS中，建立系统的数据库结构，对原始数据进行采集、整理、转换并录入。数据库的维护包括故障排除、数据备份和恢复、安全性和完整性机制的定期改善，以及对数据库性能进行改进。数据库应用系统设计步骤51大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS从数据库管理系统角度看，数据库系统通常采用三级模式结构数据库模式的概念数据库系统的三级模式结构数据库的两级映射功能与数据独立性第3节数据库体系结构52大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS在数据模型中有型与值的概念模式（SCHEMA）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅仅涉及到型的描述，不涉及到具体的值。模式的主体就是数据库的数据模型。模式反映的是数据的结构及其联系，而实例反映的是数据库某一时刻的状态。数据模式的概念53大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS外模式也称子模式（SUBSCHEMA）或用户模式，它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。外模式通常是模式的子集。一个数据库可以有多个外模式。一个应用程序只能使用一个外模式。数据库系统的三级模式结构54大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS模式也称为逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。模式实际上是数据库数据在逻辑级上的视图。一个数据库只有一个模式。数据库系统的三级模式结构55大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS内模式也称存储模式（STORAGESCHEMA），它是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。一个数据库只有一个内模式。数据库系统的三级模式结构56大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS用户图表1用户图表2用户图表3子模式1子模式2子模式3概念模式内模式最终用户I/O视图程序管理员外部视图概念视图系统程序员DBA物理视图内部视图物理组织数据数据库系统的分层视图57大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS数据库管理系统在三级模式之间提供了两层映射外模式/模式映射；模式/内模式映射。正是这两层映射保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。外模式/模式映射模式/内模式映射数据库的两级映射功能与数据独立性58大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS模式描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构。对应于同一个模式可以有任意多个外模式。对于每一个外模式，数据库系统都有一个外模式/模式映射，它定义了该外模式与模式之间的对应关系。这些映射定义通常包含在各自外模式的描述中。当模式改变时（例如增加新的关系、新的属性、改变属性的数据类型等），由数据库管理员对各个外模式/模式的映射作相应改变，可以使外模式保持不变。应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。外模式/模式映射59大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS数据库中只有一个模式，也只有一个内模式，所以模式/内模式映射是唯一的，它定义了数据库全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），由数据库管理员对模式/内模式映射作相应改变，可以使模式保持不变，从而应用程序也不必改变。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。模式/内模式映射60大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS关系模型的基本概念关系的形式化定义关系代数基础结构化查询语言SQL基础第4节关系数据库基础61大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS关系模型是数学化的模型，它把数据看作二维表中的元素，表就是其关系。其特点是表中每一列属性都是不能再细分的基本单元不允许有重复的列不允许有相同的记录行、列次序均无关1关系模型的基本概念62大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS关系（库名）SHOP店名地址经办人电话解放路食品店解放路262号李国基2278101桃园商场桃园路6号张山3268231香甜瓜果店北大街26号王宏3262013白塔干鲜果店西大街56号宋良忠2667337北大街果品店北大街231号林青3101169关系框架或库结构元组或记录属性（字段）属性“电话”的值关系概念的图解63大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS关系模型的数据结构非常单一。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。每一个交叉点都必须是单值的（不能有重复组）；每一列（属性）的所有数据都是同一类型的，每一列都有唯一的列名，列在表中的顺序无关紧要；表中任意两行（元组）不能相同，行在表中的顺序也无关紧要。关系的数据结构64大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS查询（QUERY）操作选择（SELECT）、投影（PROJECT）、连接（JOIN）、除（DIVIDE）、并（UNION）、交（INTERSECTION）、差（DIFFERENCE）等。其它操作插入（INSERT）删除（DELETE）更新（UPDATE）等。关系的基本操作65大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS关系模型允许定义三类完整性约束实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。其中，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，应该由关系系统自动支持。用户定义的完整性是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。关系的基本约束66大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS域（DOMAIN）笛卡尔积（CARTESIANPRODUCT）关系（RELATION）关系的形式化定义67大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS域是一组具有相同数据类型的值的集合。例整数实数介于某个取值范围的整数长度指定长度的字符串集合男，女介于某个取值范围的日期域DOMAIN68大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS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D1D2DN（D1，D2，DN）DIDI，I1，2，N所有域的所有取值的一个组合不能重复笛卡尔积（CARTESIANPRODUCT）69大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS元组（TUPLE）笛卡尔积中每一个元素（D1，D2，DN）叫作一个N元组（NTUPLE）或简称元组。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。笛卡尔积70大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS关系D1D2DN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（RELATION）71大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS元组关系中的每个元素是关系中的元组，通常用T表示。单元关系与二元关系当N1时，称该关系为单元关系（UNARYRELATION）。当N2时，称该关系为二元关系（BINARYRELATION）。关系72大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS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73大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS若关系中的某一最小属性组的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选键（CANDIDATEKEY）。若一个关系有多个候选键，则选定其中一个为主键（PRIMARYKEY）。主键的诸属性称为主属性（PRIMARYATTRIBUTE）。不包含在任何候选键中的属性称为非键属性（NONKEYATTRIBUTE）。关系74大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS关系数据模型中的关系必须是有限集。任意两个元组不能完全相同。每一列的所有数据都属于同一种类型；关系中的每一列都是不可再分的；不同的列可出自同一个域，称其中的每列为一个属性，不同的属性要有不同的属性名；列的顺序与行的次序可以任意交换，不影响它们所表示的信息内容；关系的性质75大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS关系的描述称为关系模式。一个关系模式通常包括关系名、组成该关系的属性名、属性到域的映像以及属性间的数据依赖关系等。在这一章中关系模式通常记为R（A1，A2，AN）。其中，R为关系名，A1，A2，AN为属性名。属性到域的映像常常直接说明为属性类型、长度等。关系是关系模式在某一时刻关系模式对应的内容，是一个元组的集合。通常把关系模式和关系统称为关系，读者应当根据上下文加以区分。关系数据库的描述称为数据库模式，通常是由若干关系模式组成的。而数据库的值是由组成该数据库模式的所有关系模式在某一时刻对应的关系的集合组成的。关系模式与关系数据库76大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS基本运算选择、投影、并、差、积其它运算交、自然连接、除等交、自然连接、除等运算可以由基本运算定义关系代数基础77大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS选择运算是从关系中选择某些满足条件的元组构成一个新的关系。通常选择运算表达式记为（R）。例如，要从学生关系中选择性别女的元组应写成性别女（学生）选择运算78大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS学号姓名性别06002657王远征男06002782李守财男06002792张小冬男05001234韩龙妹女05001343窦旭香女学号姓名性别05001234韩龙妹女05001343窦旭香女性别女N选择运算的条件表达式中可以使用比较运算符、和，也可以用逻辑运算符AND（逻辑与）和OR（逻辑或）构成复杂的条件表达式。选择运算79大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS投影运算是从关系中选择某些属性列构成个新的关系。投影的结果将消除重复元组。通常投影运算表达式记为A，B（R），其中A和B是属性名，R是一个关系。有学生关系R,列出学生的姓名和专业，其投影运算表达式应写成姓名，专业（学生）或写成2，4（学生）投影运算的结果是一个包含姓名和专业属性的新关系投影运算80大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS姓名专业窦旭香物理李守财法学王远征数学学号姓名性别专业05001343窦旭香女物理06002782李守财男法学06002657王远征男数学姓名，专业姓名，专业（学生）（学生）投影81大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS设关系R和S的属性数目（N列）相同，且相应的属性取自同一个域，则关系R与S的并是由属于R或属于S的元组组成的新关系。其结果是具有N个属性的关系，且消除重复元组。通常并运算表达式记为RUS有学生和新生关系如下学生（学号，姓名，性别）新生（学号，姓名，性别）如果要把两个关系合并成一个关系，可以用并运算实现这个操作。显然，两个关系的属性数目相同，相应属性域也相同，满足并运算的条件。并运算的结果有9个元组其中5个元组来自学生关系，4个元组来自新生关系。如果有重复的元组将消除。并UNION82大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS学号姓名性别06002657王远征男06002782李守财男06002792张小冬男05001234韩龙妹女05001343窦旭香女学号姓名性别07005437宁建春女07004321曲春霞女07003352雷金凤女07003482武利君男学号姓名性别06002657王远征男06002782李守财男06002792张小冬男05001234韩龙妹女05001343窦旭香女07005437宁建春女07004321曲春霞女07003352雷金凤女07003482武利君男并续83大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS设关系R和S具有相同数目的属性（N列），且相应的属性取自同一个域，则关系R与S的差是由属于R而不属于S的元组构成的新关系，记为RS。有学生和毕业生关系如下学生（学号姓名）毕业生（学号，姓名）显然，两个关系的属性数目相同，且相应属性域也相同，满足差运算的条件。差运算的结果是在校生关系，共有3个元组，这3个元组属于学生关系，但不属于毕业生关系。如果要生成一个在校生关系，即从学生关系中减去毕业生的元组，可以用差运算实现。差DIFFERENCE84大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS学号姓名06002657王远征06002782李守财06002792张小冬05001234韩龙妹05001343窦旭香学号姓名05001234韩龙妹05001343窦旭香学号姓名06002657王远征06002782李守财06002792张小冬RSRS差续85大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS关系R与关系S的笛卡儿积记成RS，若R有M个属性，S有N个属性，则RS是一个具有（MN）个属性的关系，且RS元组的前M列是R的一个元组，后N列是S的一个元组。如果R有I个元组，S有J个元组，则RS有（IJ）个元组。有学生和必修课关系如下学生（学号，姓名）必修课（课号，课程名，学分）假设规定每名学生必须学习所有必修课程，可以用笛卡儿积生成一个学习关系；学习（学号、姓名、课号、课程名、学分）笛卡尔积PRODUCT86大学计算机基础FUNDAMENTALSOFCOMPUTERS学号姓名06002657王远征0