2023年自考数据库系统原理

自考《数据库系统原理》串讲笔记

第一章数据库基础知识

学习目的与规定：

本章属于基础知识，重要是对某些概念口勺理解和记忆。没有难点，相对的重点是数据模型口勺四

个层次，数据库管理系统的功能，数据库系统的全局构造。

考核知识点与考核规定

1.1数据管理技术的发展阶段（识记）

1.2数据描述的术语（领会）

1.3数据抽象的级别（领会）

1.4数据库管理系统（DBMS）（领会）

1.5数据库系统（DBS）（领会）

L1数据管理技术的发展

几种数据库的基本术语：

数据：描述事物的符号记录

数据处理:是指从某些已知的数据出发，推导加工出某些新的数据，这些新的数据又表达了新的

信息。

数据管理:是指数据的搜集、整顿、组织、存储、维护、检索、传送等操作，这部分操作是数据

处理业务的基本环节，而且是任何数据处理业务中必不可少的共有部分。

数据管理技术：对数据的搜集、整顿、组织、存储、维护、检索、传送等操作，基本目的就是

从大量的J,杂乱无章日勺，难以理解H勺数据中筛选出故意义日勺数据。

数据处理是与数据管理相联络日勺，数据管理技术的优劣，将直接影响数据处理的效率。

1.人工管理阶段（20世纪50年代中期此前）

1）数据不保留在机渊中；

2）没有专用软件对数据进行管理；

3）只有程序的概念，没有文件的概念；

4）数据面向程序。

2.文件系统阶段特点与缺陷（20世纪50年代后期至60年代中期）

1）数据可长期保留在磁盘上；

2）数据日勺逻辑构造与物理构造有了区别；

3）文件组织展现多样化；

4）数据不再属于某个特定程序，可以反复使用；

5）对数据H勺操作以记录为单位。

文件系统三个缺陷：

1）数据冗余性

2）数据不一致性

3）数据联络弱

3.数据库阶段（20世纪60年代后~至今）

数据管理技术进入数据库阶段的标志是20世纪60年代末三件大事：

1）1968年美国IBM企业推出层次模型的IMS系统；

2）1969年美国C0DASYL组织公布了DBTG汇报。总结了当时各式各样日勺数据库，提出网状模

型，尔后于1971年4月正式通过。

3）1970年美国IBM企业的E.F.Codd持续刊登论文，提出关系模型，奠定了关系数据库的理

论基础。

数据库管理阶段特点：

1）采用数据模型表达复杂的数据构造；

2）有较高的数据独立性；

3）数据库系统为顾客提供了以便的顾客接口。

4）数据库系统提供如下四个方面日勺数据控制功能：

①数据库的恢复；

②数据库欧J并发控制；

③数据库的完整性；

④数据库的安全性；

5）增加了系统H勺灵活性。

增加了系统FI勺灵活性对数据的操作不一定以记录为单位，可以以数据项为单位。

数据库技术中的四个名词:DB、DBMS、DBS、数据库技术。其概念是不一样口勺，要分清。

DB：数据库（Database）长期存储在计算机内、有组织的、统一管理口勺有关数据的集合。

DBMS：数据库管理系统（DatabaseManagementSystem）,DBMS是位于顾客与操作系统之间H勺一层

数据管理软件，为顾客或应用程序提供访问DBII勺措施，包括DBH勺建立、查询、更新及多种数据控

制。DBMS总是基于某种数据模型，可以分为层次型、网状型、关系型、面向对象型DBMS。

DBS：数据库系统（DatabaseSystem）,DBS是实既有组织地、动态地存储大量关联数据，以便多顾

客访问的计算机软件、硬件和数据资源构成的系统，即采用了数据库技术日勺计算机系统。

数据库技术：是一门研究数据库构造、存储、管理和使用的J一门软件学科。

4.高级数据库阶段:

1）面向对象H勺概念建模

2）开放数据库互连技术

1.2数据描述

在数据处理中，数据描述将波及不一样的范围。从事物的特性到计算机中口勺详细表达，数据描述经

历了三个阶段-----概念设计、逻辑设计和物理设计。

L概念设计中的的数据描述

1）实体

2）实体集

3）属性

4）实体标识符

2.逻辑设计中的数据描述

1）字段

2）记录

3）文件

4）关键码

3.物理设计中的数据描述

物理存储介质层次

1）高速缓冲存储器

2）主存储器

3）快擦写存储器

4）磁盘存储器

5）光盘存储器

6）磁带

物理存储中的数据描述

位、字节、字、块、桶和卷

4.数据联络的描述

联络及元数定义：

二元联络有如下三种类型：

1：1联络：假如实体集E1中的I每个实体最多只能和实体集E2中日勺一种实体有联络，反之亦

然，好么实体集E1对E2的联络称为“一对一联络”，记为“1：1”。

1：N联络：假如实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多种）实体有联络，而

E2中每个实体至多和E1中口勺一种实体有联络，那么E1对E2日勺联络是“一对多联络”，记为“1：

N”。

M：N联络：假如实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多种）实体有联络，反

之亦然，那么E1对E2的联络是“多对多联络”，记为“M：N”。

1.3数据抽象的级别

1.数据抽象的过程

根据抽象的级别定义了四种模型：

1）概念数据模型

2）逻辑数据模型

3）外部数据模型

4）内部数据模型

2.概念模型

1）四种模型中，概念模型的抽象级别最高。

2）概念模型的特点：（pl2）

3.逻辑模型

逻辑模型的特点：（P13）

⑴~（4）

逻辑模型的分类：

1）层次模型

2）网状模型

3）关系模型

三种逻辑数据模型H勺比较？如P17图

4.外部模型

外部模型的特点：（P17）

从整个系统考察，外部模型的长处。

5.内部模型

是数据库最底U勺抽象，它描述数据在磁盘或磁带上II勺存储方式、存取设备和存取措施.

6.三层模式和两级映象

三层模式体系构造

1）外模式：是顾客与数据库系统口勺接口，是顾客用到的那部分数据日勺描述。

2）逻辑模式：是数据库中全部数据日勺整体逻辑构造的描述。

3）内模式：是数据库在物理存储方面的描述，定义所有内部记录类型、索引和文件的J组织方

式，以及数据控制方面的细节。

两级映象

外模式/逻辑模式映象：用于定义概念模式和内模式之间I为对应性。一般在内模式中描述。

逻辑模式/内模式映象：用于定义外模式和概念模式间的对应性。一般在外模式中描述。

7.高度的数据独立性

什么叫数据独立性？

是指应用程序和数据库日勺数据构造之间相互独立，不受影响。在修改数据构造时，尽量不修改

应用程序，则称系统到达了数据独立性目标。

数据独立性分为物理数据独立性和逻辑数据独正性：

物理数据独立性：修改内模式时尽量不影响概念模式及外模式，则到达物理数据独立性。

逻辑数据独立性：修改概念模式时尽量不影响外模式和应用程序。

1.4数据库管理系统（DBMS）

1.DBMS的目标与任务:

数据库管理系统的重要任务是完成顾客对数据库的存取祈求，即检索、插入、更新或删除等操

作。

DBMSU勺目标：顾客界面友好、功能完善、构造清晰、高效率、开放性

2.DBMSU勺工作模式（p20图）

3.DBMS日勺重要功能：

1）数据库的定义功能

2）数据库的操纵功能

3）数据库的保护功能（数据库恢复、数据库并发控制、数据库完整性和数据库安全性）

4）数据库的维护功能

5）数据字典

1.5数据库系统（DBS）

1.DBS由四部分构成：数据库、硬件、软件、数据库管理员。

2.数据库管理员定义及职责。（素质+职责）

3.DBS的全局构造及DBSH勺效益。（数据库顾客+界面+DBMS+磁盘+DBS的效益）

第二章数据库设计和ER模型

学习目的与规定：

本章总的目H勺规定是了解和掌握数据库应用系统设计H勺全过程。首先掌握ER模型和关系模型的

基本概念，然后掌握概念设计中ER模型的设计措施，逻辑设计中ER模型向关系模型转换措施.

考核知识点与考核规定

2.1数据库系统生存期（领会）

2.2ER模型的基本概念（综合应用）

2.3关系模型的基本概念（综合应用）

2.4ER模型到关系模型H勺转换规则（综合应用）

2.5ER模型实例分析（简朴应用）

2.6增强ER模型（简朴应用）

从软件生存期谈起

软件生存期：是指从软件的规划、研制、实现、投入运行后的维护、直到它被新H勺软件所取代

而停止使用的整个期间。它包括六个阶段：(规需设编试运维)

(1)规划阶段

(2)需求分析阶段

(3)设计阶段

(4)程序编制阶段

⑸调试阶段

(6)运行维护阶段

2.1数据系统生存期

1.什么叫数据库系统生存期？

我们把数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最终被新日勺系统取代而停止使用的整

个期间，称为数据库系统生存期。

2.这个生存期一般可划提成如下七个阶段：

规划、需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计、实现、运行维护。

2.2ER模型的基本概念

1.ER模型的I基本元素

实体、联络和属性

2.属性的分类(简朴属性和复合属性、单值属性和多值属性、存储属性和派生属性)

3.联络的设计

4.ER模型的操作(分裂、合并和增删)

5.采用ER模型的数据库概念设计步骤

采用ER措施进行数据库概念设计提成三步进行:

首先设计局部ER模式

然后把各局部I-R模式综合成全局ER模式

最终对全局ER模式进行优化

2.3关系模型的基本概念

1.关系模型定义：用二维表格构造表达实体集、外键表达实体间联络的数据模型称为关系模型。

2.基本术语有：字段（属性）、字段值（属性值）、记录（元组）、二维表格（元组集合、关系或实例）。

在这里，括号中的表述为关系模型中的术语。它与表格中术语可以一一对应。还有，关系中属性个

数称为元数，元组个数为基数。

3.键：由一种或几种属性构成。（注意键不一定是唯一的一种属性）。

1）超键：在关系中能唯一标识元组的属性集称为关系模式R勺超键。（注意，超键也是一种属性集,

不一定只是一种属性）

2）候选键：不具有多出属性R勺超键称为候选键。

3）主键：顾客选作元组标识的一种候选键为主键。

4）外键：某个关系H勺主键对应H勺属性在另一关系中出现，此时该主键在就是另一关系的外键，

如有两个关系S和SC,其中S#是关系S的主键，对应的属性S#在关系SC中也出现，此时S#就是关

系SCU勺外键。

4.关系的定义和性质

1）关系定义：关系是一种属性数目相似的元组的集合。

2）关系性质（p53）

5.三类完整性规则

1）实体完整性规则：规定关系中构成主键的属性上不能有空值。

2）参照完整性规则：规定不引用不存在的实体。

3）顾客定义完整性规则：由详细应用环境决定，系统提供定义和检验此类完整性的巩制。

2.4E-R模型向关系模型的转换

E-R模型可以向既有口勺多种数据库模型转换，对不一样的数据库模型有不一样的转换规则。这里只

讨论E-R模型向关系模型的转换措施。

1.E-R模型向关系模型的转换规则：

（1）实体类型的转换

将每个实体类型转换成一种关系模式，实体的属性即为关系的属性，实体标识符即为关系的键。

（2）联络类型的转换

1）实体间的联络是1:1

可以在两个实体类型转换成两个关系模式中H勺任意一种关系模式的属性中加入另一种关系模式

的键和联络类型的）属性“

系关系模式（校名，地址，电话）

系关系模式（狡名，地址，电话，

系主任名，任职年月）

系主任关系模式（姓幺，性别，年龄,

职称，学校名，任职年月）

系主任关系模式（屿，性别，年龄,

职称）

2）如实体间B勺联络是1:N

则在N端实体类型转换成的关系模式中加入1端实体类型转换成的关系模式的键和联络类型的

属性。

车间关系模式（车间号,车间名,

电话）

职工关系模式（工号，姓名，性

别，年龄，车间号，聘期）

工号性别

姓全年终

3）如实体间的联络是M:N

则将联络类型也转换成关系模式，其属性为两端实体类型的键加上联络类型的属性，而键为两

端实体键的组合。

AGE

SNAMEZ

学生关系模式s

(S#,SNAME,ME,SEX)

学生课程关系模式SC

(S#,C#,GRADE)

课程关系模式C

(C#,CNAME,TEACHE-R)

CNAME

以上各转换规则，给出了一般状况下E-R模型向关系模型的转换措施。但在实际应用中往往还需要

根具实际状况进行详细处理。

下面以图书借阅系统的E-R模型转换为关系模型为例。

送老奘显

■b已借效量

、I//

书名由JK社

该例中，由于容许同一本书在不一样日勺时间借给多种读者，尤其是一种读者在不一样H勺时间可以借

同一本书。因而，在多对多联络“借阅”转换为关系模式时，仅有读者日勺缄号和图书的编号是不能

构成码的。

例如:

(0406010,F33.33,-10-10:10:10,-02-20:3:00)(0406010,F33.33>-5-26：4：00,NULL)

读者关系模式读者

编号，书名，出版社,出版日期，定价)

读者图书关系模式借阅

6委者编号，图书编号，借期，还期)

图书关系模式图书

编号，姓名，读者类型，已借数量)

书名由联社

阐明，按照上述简介的转换措施得到H勺关系模型不一定是最佳H勺。实际应用中，往往还要对得到的I

关系模型进行规范化。

2.5和2.6

实例分析，同学们多看书！

1.库存管理系统IJ勺ER模型及转换

2.人事管理信息系统的ER模型

3.住院管理信息系统的ER模型

4.企业车队信息系统的ER模型

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第三章关系模式设计理论

学习目的与规定:

本章特点是理论性较强，学习者应从概念着手，弄清概念间的联络和作用。

本章总的规定是：了解关系数据库规范化理论及其在数据库设计中的作用。

本章H勺重点是函数依赖、无损分解、保持依赖和范式。掌握这些概念并能运用它们分析模式分

解的特点。

考核知识点与考核规定

3.1关系模式的设计准则（简朴应用）

3.2函数依赖（FD）（简朴应用）

3.3关系模式日勺分解特性（简朴应用）

3.4范式

INF、2NF、3NF（简朴应用）BCNF（领会）

分解成BCNF模式集H勺“分解算法”（识记）

分解成3NF模式集的“合成算法”（综合应用）

模式设计措施小结（领会）

3.5多值依赖和第四范式（识记）

3.1关系模式的设计准则

1.关系模式的冗余和异常问题

1）数据冗余

2）操作异常（修改异常、插入异常和删除异常）

2.关系模式的非形式化设计准则

1）关系模式的设计应尽量只包具有直接联络的属性，不包括有间接联络的属性

2）关系模式小J设计应尽量使得对应关系中不出现插入、删除和修改异常。

3）关系模式曰勺设计应尽量使得对应关系中防止放置常常为空值的属性.

4）关系模式的设计应尽量使得关系的等值连接在主键和外键的属性上进行，并且保证连接后

来不会生成额外的元组。

3.2函数依赖

1.函数依赖的定义

设有关系模式R（A1,A2,...An）或简记为R（U）,X,Y是U的子集，r是RI内任一详细关系，假

如对r的任意两个元组tl,t2,由tl[X]:t2[X]导致tl[Y]=t2[Y],则称X函数决定Y,或Y函数依赖

于X,记为X-Y。X-Y为模式R的一种函数依赖。

这个定义可以这样理解：有一张设计好口勺二维表，X,Y是表的某些列（可以是一列，也可以是

多列），若在表中日勺第tl行，和第t2行上曰勺X值相等，那么必有tl行和t2行上小JY值也相等，这

就是说Y函数依赖于X。

2.函数依赖的逻辑蕴涵

设F是关系模式R的一种函数依赖集，X,Y是RH勺属性子集，假如从F中的函数依赖可以推出X

-Y,则称F逻辑蕴涵X-Y,记为F|二X—Y。

而函数依赖的闭包F+是指被F逻辑蕴涵的函数依赖的全体构成的集合。

3.键和FD的关系

键是唯一标识实体的属性集。对于键和函数依赖的关系：有两个条件：设关系模式

R（Al,A2...An）,F是R上的函数依赖集,X是R的一种子集:

laX-*AlA2...AnSF+（它的意思是X可以决定唯一的一种元组）

2a不存在X的真子集Y,使得Y也能决定唯一的一种元组，则X就是RR勺一种候选键。（它的意

思是X能决定唯一的一种元组但又没有多出的属性集）

包括在任何一种候选键中的属性称为主属性，不包括在任何键中的属性为非主属性（非键属性），

（注意）主属性应当包括在候选键中。

4.函数依赖（FD）的推理规则

前面我们举的例子中是以实际经验来确定一种函数依赖U勺逻辑蕴涵，不过我们需要一种推理规

则才能完全确定F或F+的所有函数依赖。

设有关系模式R（U）,X,Y,z,W均是U的子集，F是R上只波及到U中属性的函数依赖集，推

理规则如下：

Ala自反性：假如YXU,则X-Y在R上成立。

A2a增广性：假如X-Y为F所蕴涵，ZU,则XZ-YZ在R上成立。（XZ表达XUZ,下同）

A3a传递性：假如X-Y和Y-Z在R上成立，则X-Z在R上成立。

A4a合并性：假如X-Y和X-Z成立，那么X-YZ成立。

A6a分解性：假如X-Y和ZY成立，那么X-Z成立。

A5a伪传性：假如X-Y和WY-Z成立，那么Z成立。

A7a复合性：{X-*Y,W-Z}|=XW71。

A8a通用一致性定理：{X-Y,W-Z}|=xU（X-Y）-YZ。

5.函数依赖推理规则的完备性

函数依赖推理规则系统（自反性、增广性和传递性）是完备的。由推理规则II勺完备性可得到两个

重要结论：

la属性集X+中日勺每个属性A,均有X-A被F逻辑蕴涵，即X+是所有由F逻辑蕴含XfA的

属性A的集合。

2aF+是所有运用Amstrong推理规则从F导出的|函数依赖於J集合。

6.函数依赖集的等价和覆盖

在关系模式R(U)上的两个函数依赖集F和G,假如满足F+=G+,则称F和G是等价的，

称F和G等价也称F覆盖G或G覆盖F。

每个函数依赖集F都可以被一种右部只有单属性的函数依赖集G所覆盖。

假如函数依赖集合F满足：

(DF中每一种函数依赖的右部都是单属性；

(2)F中的任一函数依赖X-A,其F-{X-A}是不等价的J：

(3)F中时任一函数依赖X-A,Z为X的子集。(F-{X-A})U{ZfA)与F不等价。

则称F为最小函数依赖集合。

假如函数依赖集F和G等价，并且G是最小集，那么称G是F的一种最小覆盖。

这一段并不规定掌握最小集口勺求法，不过应当通过其求法理解最小集的概念。

3.3关系模式分解特性

L模式分解中存在的问题

模式分解

就是将一种泛关系模式R分解成数据库模式P,以P替代R的过程。它不仅仅是属性集合的

分解，它是对关系模式上的函数依赖集、以及关系模式的目前值分解的详细体现。

分解一种模式有诸多措施，不过有的分解会出现失去函数依赖、或出现插入、删除异常等状况,

而有时分解则不出既有关问题。

衡最一种分解口勺原则有三种：分解具有无损联接；分解要保持函数依赖；分解既要保持依赖，

又要具有无损联接。

那么什么是无损联接呢?什么又是保持依赖?

2.无损联接的定义和性质

设R是一关系模式，分解成P={R1,R2,...,Rk},F是R上的一种函数依赖集。无损联接就是

指R中每一种满足FI为关系r(也就是一种关系实例)均有r=nRI(r)|X|nR2(r)...|X|nR3(r),

即r为它在Ri上的投影U勺自然联接。

最简朴的理解,也就是说，分解后的关系自然连接后完全等于分解前的关系，则这个分解相

对于F是无损联接分解。

设R的I分解为P={R1,R2),F为R所满足的函数依赖集，则分解P具有无损联接性日勺充分必要条件是:

RlAR2f(Rl-R2)

RinR2f(R2-Rl)

也就是说，分解后的两个模式H勺交能决定这两个模式的差集，即I"、R2的公共属性可以函数决

定R1或R2中H勺其他属性，这样的分解就必然是无损联接分解。

3.保持函数依赖的分解

在分解过程中，规定模式分解口勺无损联接是必要的，只有无损联接分解才能保证任何一种关系

能由它的那些投影进行自然联接得到恢复。

同步，分解关系模式时还应保证关系模式口勺函数依赖集在分解后仍在数据库模式中保持不变，

这就是保持函数依赖的问题。也就是所有分解出U勺模式所满足口勺函数依赖口勺全体应当等价于原模式

的函数依赖集。只有这样才能保证整个数据库中数据的语义完整性不受破坏。

3.4范式

1.INF、2NF、3NF、BCNF的定义：

1NF：第一范式

即关系模式中的属性日勺值域中每一种值都是不可再分解H勺值。假如某个数据库模式都是第一范

式的，则称该数据库模式是属于第一范式的数据库模式。

2NF：第二范式

假如关系模式R为第一范式，并且R中每一种非主属性完全函数依赖于R的某个候选键，则称

为第二范式模式。

非主属性、完全函数依赖、候选键

三个名词的I含义。

候选健就是指可以唯一决定关系模式R中某元组值且不具有多出属性H勺属性集。

非主属性也就是非键属性，指关系模式R中不包括在任何建中的属性。

设有函数依赖W-A,若存在XUW,有X-A成立，那么称A是局部依赖，否则就称W-A是完

全函数依赖。

在分析与否为第2范式时，应首先确定候选键，然后把关系模式中的非主属性与键的依赖关系进行

考察，与否都为完全函数依赖，如是，则此关系模式为2NF。假如数据库模式中每个关系模式都是

2NF的，则此数据库模式属于2NF的数据库模式。

3NF：第三范式

假如关系模式R是第二范式，且每个非主属性都不传递依赖于R的候选键，则称R为第三范式

的J模式。

这里首先要了解传递依赖的含义：在关系模式中，假如Y-X,X-A,且X不决定Y和A不属于

X,那么Y-A是传递依赖。

注意的是，这里规定非主属性都不传递依赖于候选键。

BCNF：

这个范式和第三范式有联络，它是3NF的改善形式。若关系模式R是第一范式，且每个属性都

不传递依赖于RH勺候选键。这种关系模式就是BCNF模式。

纵观四种范式，可以发现它们之间存在如F关系:

iI消去非主属性对键的部分函数依赖i

2NF

I消去非主属性对键的传递函数依赖|

3NF

|I消去主属性对键的传递函数依赖|

L..BCNF..............................

5.分解成BCNF模式集的算法

对于任一关系模式，可找到一种分解到达3NF,且具有无损联接和保持函数依赖性。而对于BCNF

分解，则可以保证无损联接但不一定能保证保持函数依赖集。

无损联接分解成BCNF模式集的算法：

(1)置初值P={R};

(2)假如P中所有关系模式都是BCNF,则转(4);

(3)假如P中有一种关系模式S不是BCNF,则S中必能找到一种函数依赖集X-A有X不是S时

键，且A不属于X,设SI=XA,S2=S-A,用分解SI,S2替代S,转⑵；

(4)分解结束。输出P。

在这个过程中，重点在于⑶步，判断哪个关系不是BCNF,并找到X和Ao这里，S的判断用BCNF

的定义，而X不是S的键则依托分析。

6.分解成3NF模式集

算法：

(1)假如R中的某些属性在F的所有依赖H勺左边和右边都不出现，那么这些属性可以从R中分出

去，单独构成一种关系模式。

(2)假如F中有一种依赖X-A有XA-R,则P={R},转⑷

(3)对于F中每一一种X-A,构成一种关系模式XA,假如F有有X-A1,X-A2...X-An,

则可以用模式XA1A2...An替代n个模式XA1,XA2...XAn;

(4)w分解结束，输入P。

这个过程口勺重点是这一句“对于F中每一种X-A,构成一种关系模式XA”，这使我们日勺分解十

分轻易，然后根据合并律(合并律：假如X-Y和X-Z成立，那么X-YZ成立)将有关模式合并即得

到所需3NF模式。

7.模式设计措施的原则

关系模式R相对于函数依赖集F分解成数据库模式P;{R1,R2...Rk},一般具有下面四项

特性：

P中每个关系模式Ri上应具有某种范式性质(3NF或BCNF)

无损联接性。

保持函数依赖集。

最小性，即P中模式个数应至少且模式中属性总数应至少。

一种好的模式设计措施应符合下列三条原则：

体现性

分离性

最小冗余性

8.多值依赖与第四范式（4NF）

例：

学校中某一门课程由多种教师讲授，他们使用相似U勺一套参照书。

关系模式Teaching(C,T,B)

课程C、教师T和参照书B

表5.1

用二维表表示Teaching

课程C教员T参考书B

物理E

物理l

u光学原理

物理E

例?习僦

物理E

物理1

J光学原理

物理E

勒理习雌

数学E3

-数学分析

数学E

-3

数学微分方程

-5

数学

数学R岭硼

数学E微分方程

多值依赖与第四范式

Teaching^BCNF:

Teach具有唯一候选码(C,T,B),即全码

Teaching模式中存在的问题

(D数据冗余度大：有多少名任课教师，参照书就要存储多少次。

(2)插入操作复杂：当某一课程增加一名任课教师时，该课程有多少本参照书，就必须插入多少个元

组。

例如物理课增加一名教师刘关，需要插入两个元组：

(物理，刘关，一般物理学)

(物理，刘关，光学原理)

(3)删除操作复杂：某一门课要去掠一本参照书，该课程有多少名教师，就必须删除多少个元组。

(4)修改操作复杂：某一门课要修改一本参照书，该课程有多少名教师，就必须修改多少个元

组。

产生原因

存在多值依赖。

1)多值依赖

设R(U)是一种属性集U上的一种关系模式，X、Y和Z是U的子集，并且Z=U—X—Y,多值

依赖X--Y成立当且仅当对R的任一关系r,r在(X,Z)上口勺每个值对应一组YH勺值，这组值仅

仅决定于X值而与Z值无关。

例Teaching(C,T,B)

对于C的每一种值，T有一组值与之对应，而不管B取何值。

2)第四范式(4NF)

关系模式/上F>£1W,假如对于R的每个非平凡多值依赖X--Y（YaX）,X都具有候选码,

则RW4NF。

假如Re4NF,则ReBCNF

不容许有非平凡且非函数依赖的多值依赖

容许的是函数依赖（是非平凡多值依赖）

第四章关系运算

学习目的与规定：

本章总的规定是：深刻理解关系模型日勺运算理论，了解查询优化的意义和启发式优化算法。

本章的重点是关系代数运算，应纯熟掌握。关系演算是本章的难点。

考核知识点和考核规定

4.1关系代数

4.1.1关系代数的五个基本操作（并、差、笛卡儿积、投影、选择）（综合运用）

4.1.2关系代数欧I四个组合操作（交、连接、自然连接、除法）（综合运用）

4.1.3关系代数体现式时应用（综合运用）

4.1.4关系代数的I两个扩充操作（外连接、外部并）（领会）

4.2关系演算

4.2.1元组关系演算口勺定义及体现式的含义（简朴应用）

4.2.2域关系演算的定义及体现式的I含义（领会）

4.2.3关系运算的安全约束和等价性（领会）

4.3关系代数体现式的优化（领会）

关系模型有三个重要构成部分：

I）数据构造

2）数据操纵

3）数据完整性规则

关系查询语言根据其理论基础的不一样提成两类：

1）关系代数语言

2）关系演算语言

4.1关系代数

1.关系代数的五个基本操作：并、差、笛卡尔积、投影和选择。

并（u）：两个关系需有相似的关系模式，并口勺时象是元组，由两个关系所有元组构成。

差（-）：同样，两个关系有相似的模式，R和S的差是由属于R但不属于S口勺元组构成的集合。

笛卡儿积（X）：对于两个关系作运算，列：（n+m）列的元组的集合，元组的前n列是关系R

的一种元组后m列是关系S的一种元组，

行：klXk2个元组。

投影（。）：对关系进行垂直分割，消去某些列，并重新安排列U勺次序。

选择（/）：根据某些条件关系作水平分割，即选择符合条件的元组。

2.关系代数的四个组合操作：交、联接、自然联接和除法

交（A）：R和S日勺交是由既属于R又属于S时元组构成内集合。

联接包括。联接和F联接，是选择RXS中满足i（）（r+j）或F条件口勺元组构成的集合，尤其注

意等值联接（。为等号“=”）。

自然联接(RXIS)：在RXS中，选择R和S公共属性值均相等的元组，并去掠RXS中反复的|公

共属性列。假如两个关系没有公共属性，则自然联接就转化为笛卡尔积。

除法(・)：首先除法的成果中元数为两个元数的差，可以直接用观测法来得到成果，石S看作

一种块，拿到R中去和相似属性集中的元组作比较，假如有相似的块，且除去此块后留下的对应元

组均相似，那么可以得到一条元组，所有这些元组的集合就是除法的成果。

对于上述的I五个基本操作和组合操作，应当从实际运算方面进行理解和运用，对其形式定义可不必

深究。注意书本上日勺例子。

关系代数运算的三个要素：

运算对象：关系

运算成果：关系

运算符：四类

集合运算符

将关系当作元组H勺集合

运算是从关系H勺“水平”方向即行H勺角度来进行

专门的关系运算符

不仅波及行而且波及列

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

广义笛卡尔积(ExtendedCartesianProduct)

R

n目关系，kl个元组

S

m目关系，k2个元组

RXS

列：(n+m)列日勺元组的集合

元组的前n列是关系R的一种元组

后m列是关系S曰勺一种元组

行：klXk2个元组

RXS={trts|trGRAtseS)

ABCABC

a1b1da1b2c2

a1b1c1a1b3c2

a1b1c1a2b2c1

a1b2c2a1b2c2

a1b2c2a1b3c2

a1b2c2a2b2c1

a2b2c1a1b2c2

a2b2da1b3c2

a2b2c1a2b2d

选择(Selection)

1)选择又称为限制(Restriction)

2)选择运算符H勺含义

在关系R中选择满足给定条件的诸元组

oF(R)={t|teRAF(t)='真'}

F：选择条件，是一种逻辑体现式，基本形式为：

J（]XI0Y1[）][<!>[-,（]X20Y2[）]]•••

0：比较运算符（>,2,<,W,=或<>）

XI,Y1等：属性名、常量、简朴函数；属性名也可以用它的序号来替代;

巾：逻辑运算符（八或V）

[]：表达任选项

-：表达上述格式可以反复下去

3）选择运算是从行H勺角度进行的运算

4）举例

设有一种学生-课程数据库，包括学生关系Student、课程关系Course和选修关系SC.

Student

学号姓名性别年龄所在

加Sage系

95001李勇男20W

95002刘晨女19IS

95003王敏女18MA

950(M张立男19IS

Course

课程号课程名5fc4f®学分

(1政1))10

1数据库54

数学■

3信息系统14

4操作系统63

574

6一

7PASCAL语言64

(b)

SC

学号课程号成揍

SMPGmde

95001192

9500185

95001388

95002・90

95002380

(c)

[«1]查询信息系(IS系)全体学生

oSdept='IS'(Student)

或。5='IS'(Student)

成果：

Sage

95002刘晨女19IS

95004男19IS

［例2］查询年龄不不小于20岁的学生

oSage<20(Student)

或。4<20(Student)

成果：

Sage

95002刘展女19IS

95003王敬女18MA

95004男19IS

投影（Projection）

1）投影运算符的含义

从R中选择出若干属性列构成新日勺关系

JIA（R）={t[A]|tGR}

A：R中附属性列

2）投影操作重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H勺某些列，而且还可能取消某些元组（防止反复行）

3）举例

[例3]杳询学生H勺姓名和所在系

即求Student关系上学生姓名和所在系两个属性上的投影

JTSname,Sdept(Student)

或n2,5(Student)

成果：

［例4］查询学生关系Student中均有哪些系

nSdept(Student)

成果：

连接(Join)

1)连接也称为0连接

2)连接运算时含义

从两个关系H勺笛卡尔枳中选用属性间满足一定条件口勺元组

RS={treRAtseSAtr[A]0ts[B]}

A和B：分别为R和S上度数相等且可比H勺属性组

0：比较运算符

连接运算从R和SU勺广义笛卡尔积RXS中选用(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。

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SEKJ广义笛卡尔积中选用A、B属性值相等的那些元组，即等值连接为：

RS={|treRAtseSAtr[A]=ts[B])

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似的属性组

在成果中把反复的属性列去掉

自然连接H勺含义

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R和S具有相似的属性组B

RS={|treRAtseSAtr[B]=ts[B]}

4)一般H勺连接操作是从行Fl勺角度进行运算。

R

'SSSSSSSSSSSSSSSSSS^SSSSSSSSSS^

I——I

自然连接还需要取消反复列，因此是同步从行和列的角度进行运算。

5)举例

[例5]

BE

43

ABC

4/

的瓦5

10

出bz64

a8

2%4

a比12

?%2

RS

AFLBCS.BE

■

/

%L5%r

a5

ib】%10

7

ai%6%

ai%6》310

a2%8%10

等值连接RXS

KB=S.B

ARBcS.BE

bi543

4647

%48410

2

勺484

自然连接农X5

ABcE

%453

■

%46/

/4810

48■

外连接

例：列出老师H勺有关信息，包括姓名、工资、所教授H勺课程

IIP#,PN,SAL,C#,CN((PROF)PCC)

P#PNSAL

C#c*CN|

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C01P01|coi物理|

P02钱广700X

C02P02C02]数学

P03孙立600

C02P04C03化学

P04李三500

P#PNSALC#CN问题：有关P03

P01赵明800C01物理号整工的姓名

P02钱广700C02数学和工资信息没

击显示出来

P04李三500C02数学

外连接

为防止自然连接时因失配而发生的信息丢失，可以假定往参与连接U勺一方表中附加一种取值全

为空值的行，它和参与连接的另一方表中的任何一种未匹配上的元组都能匹配，称之为外连接

外连接=自然连接+失配的元组

外连接的形式：左外连接、右外连接、全外连接

ZM左外连接=自然连接+左侧表中失配的元组

伙匚右外连接=自然连接+右侧表中失配的元组

M全外连接=自然连揍+两侧表中失配的元组

P#PNSAL

C#P#|CN|

P01赵明800

C01P01IC01物理

P02钱广700

C02P02C02数学

P03孙立600

C02P04C03化学

P04李三500

P#PNSALC#CN身有老邦的信密

P01赵明800C01物理

P02钱广700C02数学

P04李三500C02数学

P03孙立600nullnull

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nullnullnullC03化学

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