关系数据库基础讲课文档

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文档简介

关系数据库基础第一页，共94页。第1页，共94页。关系数据库基础ppt课件第二页，共94页。第2页，共94页。本章学习目标

深刻理解关系的定义和关系的基本性质，理解相应的概念和术语；深刻理解关系模型及其三个要素；深刻理解关系完整性约束；掌握关系代数的基本运算和应用；了解SQLServer的基本架构和基本构成；掌握SQLServer数据库的存储结构和建立数据库的方法。第三页，共94页。第3页，共94页。本章重点难点本章学习的重点是围绕关系数据模型的基本概念、深刻理解关系数据模型的三个要素和关系完整性约束，为以后设计、使用和管理关系数据库奠定一个良好基础。

本章学习的难点是理解关系完整性约束的概念及其作用。

第四页，共94页。第4页，共94页。2.1关系概念

关系通俗的讲就是二维表格，也是人们在日常生活中最常见到的表格数据。关系的基本概念源于数学。关系的形式定义，以及相关的概念和术语。

第五页，共94页。第5页，共94页。设D1，D2，…，Dn为任意集合，定义D1，D2，…，Dn的笛卡儿积为：其中集合的每一个元素（d1，d2，…，dn）称作一个n元组，简称元组，元组中每一个di称作元组的一个分量。

笛卡儿积（定义）第六页，共94页。第6页，共94页。举例D1={s2，s4，s7，s9}D2={管理学，经济学，运筹学}则D1×D2={(s2,管理学)，(s2，经济学)，(s2，运筹学)，(s4，管理学)，(s4，经济学)，(s4，运筹学)，(s7，管理学)，(s7，经济学)，(s7，运筹学)，(s9，管理学)，(s9，经济学)，(s9，运筹学)}第七页，共94页。第7页，共94页。排列成表格笛卡儿积是二维表格？第八页，共94页。第8页，共94页。形式化的关系定义

笛卡儿积D1×D2×…×Dn的任意一个子集称为D1,D2,…,Dn上的一个n元关系。

第九页，共94页。第9页，共94页。关系是笛卡尔积的子集、是表格取子集，并将D1、D2分别命名为学号和课程名称第十页，共94页。第10页，共94页。关系性质1——每一分量必须是不可分的最小数据项，即每个属性都是不可再分解的父母孩子李男王男丁女肖女李一李二王一父母孩子大小李男王男丁女肖女李一王一李二父母孩子李男李男王男丁女丁女肖女李一李二王一父母大孩小孩李男王男丁女肖女李一王一李二非规范化关系规范化关系第十一页，共94页。第11页，共94页。关系性质2——列的个数和每列的数据类型是固定的，即每一列中的分量是同类型的数据，来自同一个值域学号姓名性别年龄曾用名0101张三男20张狗子0102李四女18李朋王五0103119王麻子0104赵六21981/2/28赵薇第十二页，共94页。第12页，共94页。关系性质3——不同的列可以出自同一个值域，每一列称为属性，每个属性要给予不同的属性名学号姓名性别年龄姓名0101张三男20张狗子0102李四女18李朋0103王五男19王麻子0104赵六女20赵薇姓名2曾用名第十三页，共94页。第13页，共94页。关系性质4——列的顺序是无关紧要的，即列的次序可以任意交换学号姓名性别年龄曾用名0101张三男20张狗子0102李四女18李朋0103王五男19王麻子0104赵六女20赵薇学号姓名曾用名性别年龄0101张三张狗子男200102李四李朋女180103王五王麻子男190104赵六赵薇女20第十四页，共94页。第14页，共94页。关系性质5——元组不可以重复，即在一个关系中任意两个元组不能完全一样学号姓名性别年龄姓名0101张三男20张狗子0102李四女18李朋0103王五男19王麻子0104赵六女20赵薇0101张三男20张狗子重复的元组重复的元组!第十五页，共94页。第15页，共94页。关系性质6——行的顺序是无关紧要的，即行的次序可以任意交换学号姓名性别年龄0101张三男200102李四女180103王五男190104赵六女20学号姓名性别年龄0104赵六女200101张三男200103王五男190102李四女18第十六页，共94页。第16页，共94页。基本概念和术语关系

属性

值域

元组

分量

关系模式

关系模型关系数据库

候选关键字

主关键字主属性非主属性第十七页，共94页。第17页，共94页。关系数据模型实例学号姓名性别年龄籍贯0101李勇男20江苏0102刘晨女19山东0103王明女20北京0199张立男18陕西学生人事记录表关系名关系元组(行)属性(列)主关键字男女值域分量关系模式：学生（学号、姓名、性别、年龄、籍贯）属性名第十八页，共94页。第18页，共94页。参照关系与被参照关系外部关键字

参照关系被参照关系

第十九页，共94页。第19页，共94页。参照关系与被参照关系学号姓名所在系0101010201030104张三李四王五赵六计算机计算机计算机计算机课程号课程名学时数C01C02C03C04高等数学数据结构操作系统数据库100708060学号课程号成绩01010101010201040104C01C02C04C04C039080908570学生课程选修第二十页，共94页。第20页，共94页。思考题

值域是个什么概念？它和列有什么关系？关系有哪些基本性质？如果有表格或二维表不满足其中的某个性质，这样的表格或二维表是关系吗？讨论关系、关系模式、关系模型、关系数据库的概念。讨论属性、值域、元组、分量的概念。讨论主属性、非主属性、候选关键字、主关键字、外部关键字的概念。讨论参照关系、被参照关系的概念。第二十一页，共94页。第21页，共94页。2.2关系数据模型

关系数据模型就是用关系来表示现实世界中实体以及实体和实体之间的联系的数据模型。

第二十二页，共94页。第22页，共94页。关系数据模型的三要素关系数据结构关系数据操作关系数据完整性约束第二十三页，共94页。第23页，共94页。关系数据结构如何表示现实世界中的实体及其联系？在关系数据模型中，现实世界中的实体及实体与实体之间的联系均用关系来表示。第二十四页，共94页。第24页，共94页。关系操作集合在关系上能进行哪些操作？传统的集合运算专门的关系运算关系数据操作

第二十五页，共94页。第25页，共94页。关系完整性约束在数据库中数据完整性是指保证数据正确的特性。数据完整性是一种语义概念，它包括两方面的内容：与现实世界中应用需求的数据的相容性和正确性；数据库内数据之间的相容性和正确性。第二十六页，共94页。第26页，共94页。关系完整性约束

实体完整性参照完整性用户定义完整性

第二十七页，共94页。第27页，共94页。实体完整性规则

实体完整性是要保证关系中的每个元组都是可识别和唯一的。实体完整性规则要求关系中元组的主关键字的值必须唯一，不可以为空值。关系数据库管理系统用主关键字实现实体完整性。返回第二十八页，共94页。第28页，共94页。参照完整性规则现实世界中的实体间存在着某种联系，而在关系模型中实体是用关系描述的、实体之间的联系也是用关系描述的，这样就自然存在着关系和关系之间的参照或引用。第二十九页，共94页。第29页，共94页。什么是参照完整性？职工号部门编号姓名…9801980298039804980501010203张三李四王五赵六钱七部门编号部门名称…01020304经理办公室人事部公关部技术部职工表(R2)部门表(R1)主关键字外部关键字第三十页，共94页。第30页，共94页。参照完整性规则

如果属性（或属性组）F是关系R的外部关键字，它与关系S的主关键字K相对应，则对于关系R中每个元组在属性（或属性组）F上的值必须为：●或者取空值（F的每个属性均为空值）；●或者等于S中某个元组的主关键字的值。第三十一页，共94页。第31页，共94页。用户定义完整性

一种与应用密切相关的数据完整性约束，如某个属性的值必须唯一某个属性的取值必须在某个范围内某些属性值之间应该满足一定的函数关系等类似以上的约束不是关系数据模型本身所要求的，而是为了满足应用方面的语义要求而提出的在用户定义完整性中最常见的是限定属性的取值范围，即对值域的约束，所以在用户定义完整性中最常见的是域完整性约束。第三十二页，共94页。第32页，共94页。完整性约束的作用

执行插入操作时检查完整性执行插入操作时需要分别检查实体完整性规则、参照完整性规则和用户定义完整性规则。执行删除操作时检查完整性执行删除操作时一般只需要检查参照完整性规则。执行更新操作时检查完整性执行更新操作可以看作是先删除旧的元组，然后再插入新的元组。所以执行更新操作时的完整性检查综合了上述两种情况。

第三十三页，共94页。第33页，共94页。思考题

什么是数据模型？什么是关系数据模型？

关系数据模型有哪几个要素？并说明这些要素所包含的内容。

讨论实体完整性规则，它涉及哪些概念？讨论参照完整性规则，它涉及哪些概念？用户定义完整性可以完成哪些方面的约束？分别讨论实体完整性约束和参照完整性约束是如何实现的。讨论关系完整性约束在保证数据正确性方面是如何发生作用的？

第三十四页，共94页。第34页，共94页。2.3关系代数

关系代数是实现关系操作的一种方法，是理解关系操作的基础。

传统的集合运算并运算交运算差运算广义笛卡尔积专门的关系运算选择运算投影运算连接运算除运算第三十五页，共94页。第35页，共94页。传统的集合运算集合的并运算集合的交运算集合的交运算关系并运算（R∪S）运算表示:R∪S={t|t

R∨tS}两个（同类）关系的所有元组合并，删去重复的元组。关系差运算（R－S）运算表示:R－S={t|t

R∧tS}由属于R而不属于S的所有元组组成的集合,即在R中删去与S相同的元组。关系交运算（R∩S）

运算表示:R∩S={t|t

R∧tS}既属于R又属于S的元组的集合,即取相同的元组。第三十六页，共94页。第36页，共94页。传统的集合运算举例第三十七页，共94页。第37页，共94页。关系并运算ABCa2ca4db4cABCa4da6db4cABCa2ca4db4ca6dRSR∪S第三十八页，共94页。第38页，共94页。关系差运算ABCa2ca4db4cABCa4da6db4cABCa2cRSR－S第三十九页，共94页。第39页，共94页。关系交运算ABCa2ca4db4cABCa4da6db4cABCa4db4cRSR∩S第四十页，共94页。第40页，共94页。设R为m元关系，S为n元关系，并且

r=(r1,r2,…,rm)∈Rs=(s1,s2,…,sn)∈S则称为元组的连串。这是一个（m+n）元组，前m个分量为R中的一个m元组，后n个分量为S中的一个n元组。

元组的连串第四十一页，共94页。第41页，共94页。集合的广义笛卡尔积运算设R和S是两个关系，如果R是m元关系、有k个元组，S是n元关系、有l个元组，则广义笛卡尔积R×S是一个m+n元关系、有k×l个元组。广义笛卡儿积可以记作：第四十二页，共94页。第42页，共94页。广义笛卡尔积举例：ABCa2ca4db4cDEFa4da6db4cABCDEFa2ca4da2ca6da2cb4ca4da4da4da6da4db4cb4ca4db4ca6db4cb4cRSR×S第四十三页，共94页。第43页，共94页。专门关系运算

选择运算投影运算连接运算除运算第四十四页，共94页。第44页，共94页。选择运算从指定的关系中选择某些元组形成一个新的关系，被选择的元组是用满足某个逻辑条件来指定的。其中R是关系名，r是元组，σ是选择运算符，F是结果为“真”的逻辑表达式。第四十五页，共94页。第45页，共94页。选择运算举例：σ职工号="E3"(订购单)订购单

从订购单关系中选择职工号为“E3”的元组构成新的关系第四十六页，共94页。第46页，共94页。投影运算

对指定的关系选择列产生一个新关系。πA(R)={r.A|r∈R}其中R是关系名，π是投影运算符，A是被投影的属性或属性集，r.A（或r[A]）表示r这个元组中相应于属性A的一个分量。

根据关系的性质结果中要去掉重复行。第四十七页，共94页。第47页，共94页。投影运算举例：订购单关系

选取职工号和供应商号两列构成新的关系π职工号，供应商号(订购单)第四十八页，共94页。第48页，共94页。举例：

从订购单关系中，选取出职工号为E3的所经手的订购单号和与之相关的供应商号。订购单关系π供应商号，订购单号(σ职工号="E3"(订购单))第四十九页，共94页。第49页，共94页。连接运算

连接相互之间有联系的两个关系。连接过程一般是由参照关系的外部关键字和被参照关系的主关键字来控制的，这样的属性通常也称为连接属性。

第五十页，共94页。第50页，共94页。连接运算

一般的连接运算也称为θ连接运算，θ是比较运算符。θ连接一般表示为：这里Ai是R中的属性，Bj是S中的属性，θ连接的结果是一个广义笛卡儿乘积的子集，其中的元组满足Ai和Bj间的θ关系。当θ为“=”时，称为等值连接；θ为“<”时，称为小于连接；θ为“>”时，称为大于连接等等。

第五十一页，共94页。第51页，共94页。连接运算ABCa12ca24da34cDEd4e10ABCDEa12cd4a12ce10a24de10a34ce10RSABCDEa12cd4a12ce10a24dd4a24de10a34cd4a34ce10R×S

B<E第五十二页，共94页。第52页，共94页。自然连接

连接运算中最常用的是自然连接：

自然连接是：计算广义笛卡尔积R×S；选择满足条件r[Ai]=s[Bj]的所有元组；去掉重复的属性。和等值连接的区别？第五十三页，共94页。第53页，共94页。自然连接的例子：第五十四页，共94页。第54页，共94页。综合运算实例：

根据以上关系求出在上海工作的职工的工资值都有哪些?仓库职工第五十五页，共94页。第55页，共94页。查询过程示意：第五十六页，共94页。第56页，共94页。除运算SNOSNAMECNOCNAMES1GAOC1DBS1GAOC2OSS1GAOC3DSS1GAOC4MISS2WUC1DBS2WUC2OSS3ANC2OSS4LIC2OSS4LIC4MISCNOCNAMEC1DBC2OSC3DSC4MISSR第五十七页，共94页。第57页，共94页。映象集

设有关系模式R(X,Y)，其中X、Y可以是单个属性，也可以是属性集，定义当X取值为x时，x在R中的映象集为：

假设“学时”属性为X，“课程名称”属性为Y，则当X取值为56时相应的映像集为？

第五十八页，共94页。第58页，共94页。除法运算

设有关系R(X,Y)和S(Y)，其中X、Y可以是单个属性或属性集，则除法运算定义为：

在被除关系中给定的x值所对应的那组y值如果包含了除关系中的所有y值，则x就在商关系中。除运算经常用来完成至少包含了Y的……查询

第五十九页，共94页。第59页，共94页。理解除法运算：R（X，Y）是被除关系S（Y）是除关系商关系由R中某些X属性值构成，其中的任一X值所对应的一组Y值都包含除关系S。除运算常用于至少…查询或运算SNOSNAMECNOCNAMES1GAOC1DBS1GAOC2OSS1GAOC3DSS1GAOC4MISS2WUC1DBS2WUC2OSS3ANC2OSS4LIC2OSS4LIC4MISCNOCNAMEC1DBC2OSC3DSC4MISSR第六十页，共94页。第60页，共94页。除运算举例至少学习了“数据库”和“运筹学”课程的学生

数据库运筹学结果为？吴红霞李丽

第六十一页，共94页。第61页，共94页。基本运算及变换

在关系代数运算中集合的并运算、差运算、笛卡尔积运算以及选择和投影运算是五种基本运算，另三种运算（集合的交运算以及连接和除运算）可以用五种基本运算来表达，引进它们并不增加语言的能力，但是可以简化表达。两个关系的交运算可以表示为：

R∩S=R-(R-S)设有关系R(X,Y)和S(Y)，两个关系的除运算可以表示为：两个关系的自然连接运算可以表示为：第六十二页，共94页。第62页，共94页。思考题

为什么要学习、了解关系代数？两个关系的并、交、差运算有什么约束？分别讨论它们的运算结果。选择运算是一种什么运算？它可以完成什么查询运算？投影运算是一种什么运算？它可以完成什么查询运算？连接运算是一种什么运算？它可以完成什么查询运算？第六十三页，共94页。第63页，共94页。思考题

讨论自然连接和等值连接的关系。讨论各种θ连接的含义（如θ为“>”、“<”等）。讨论除运算的实际含义和用途。

在介绍的关系代数运算中，哪些运算是基本运算？哪些运算可以用其他运算推导出来？

第六十四页，共94页。第64页，共94页。2.4关系数据库管理系统SQLServer介绍

目前广泛使用的是关系数据库管理系统，其中微软公司的SQLServer、甲骨文公司的Oracle、赛贝斯公司的Sybase和IBM公司的DB2等大型数据库管理系统占领了市场的大部分份额。第六十五页，共94页。第65页，共94页。SQLServer的基本结构SQLServer的最新版本是SQLServer2012。现在的数据库管理系统已经不仅仅包含数据的存储、管理、操作和查询功能，它还提供越来越多的各种数据服务功能。

第六十六页，共94页。第66页，共94页。SQLServer的数据库结构

每个SQLServer实例包括四个系统数据库（master、model、tempdb和msdb）以及一个或多个用户数据库。

数据库是建立在操作系统文件上的，SQLServer在发出CREATEDATABASE命令建立数据库时，会同时发出建立操作系统文件、申请物理存储空间的请求；当CREATEDATABASE命令成功执行后，在物理上和逻辑上都建立了一个新的数据库；然后就可以在数据库中建立各种用户所需要的逻辑组件，如基本表、视图等。第六十七页，共94页。第67页，共94页。SQLServer实例在每台服务器上运行的SQLServer称为一个SQLServer实例。一个企业在网络上运行的多个SQLServer实例可以统一进行管理。每个SQLServer实例都有自己的系统数据库，可以建立多个用户数据库。第六十八页，共94页。第68页，共94页。系统数据库及其作用Master记录所有其它的数据库，其中包括数据库文件的位置记录了所有SQLServer服务器特定的配置信息Tempdb保存所有的临时表和临时存储过程为全局资源，SQLServer每次启动时都重新创建Model用作在系统上创建的所有数据库的模板或原型每当创建数据库时，model数据库的内容就被拷贝到新的数据库中Msdb包含任务调度、异常处理和报警处理等第六十九页，共94页。第69页，共94页。建立数据库

在建立用户逻辑组件之前（如基本表）必须首先建立数据库。而建立数据库时完成的最实质任务是向操作系统申请用来存储数据库数据的物理磁盘存储空间。这些存储空间以操作系统文件的方式体现，它们的相关信息将存储在master数据库及其系统表中。存储数据库数据的操作系统文件可以分为三类文件组的概念建立SQLServer数据库的两种方法：可以在SQLServerManagementStudio中以图形界面的方式或命令方式完成。CREATEDATABASE命令常用格式第七十页，共94页。第70页，共94页。SQLServer的三种物理文件主数据文件（扩展名为.MDF）存储数据库的启动信息和系统表，主文件也可以用来存储用户数据。每个数据库都包含一个主文件。辅助数据文件（扩展名为.NDF）保存所有主文件中容纳不下的数据。如果主文件大到足以容纳数据库中的所有数据，这时候可以没有次文件。而如果数据库非常大，也可以有多个次文件。使用多个独立磁盘驱动器上的次文件，还可以将一个数据库中的数据分布在多个物理磁盘上。事务日志文件（扩展名为.LDF）用来保存恢复数据库的日志信息。每个数据库必须至少有一个事务日志文件（尽管可以有多个）。第七十一页，共94页。第71页，共94页。SQLServer2005数据库存储结构由下图可知，SQLServer的数据库是由文件组成，而文件是由盘区组成，盘区是由页面组成的SQLSever数据库数据文件.mdf或.ndf日志文件.ldf盘区（8个连续页面）页面（8KB）最大长度为8060字节表或索引第七十二页，共94页。第72页，共94页。主文件组：主文件组包含主要数据库文件和任何没有明确指派给其他文件组的其他文件。数据库的系统表都包含在主文件组中。用户定义文件组：用户定义文件组是在CREATEDATABASE或ALTERDATABASE语句中，使用FILEGROUP关键字指定的文件组。数据库文件组第七十三页，共94页。第73页，共94页。一个文件只能存在于一个文件组中，一个文件组也只能被一个数据库使用。主文件组中包含了所有的系统表。当建立数据库时，主文件组包括主数据库文件和未指定组的其它文件。在创建数据库对象时如果没有指定将其放在哪一个文件组中，就会将它放在默认文件组中。如果没有指定默认文件组，则主文件组为默认文件组。事务日志文件不属于任何文件组。文件组应用的规则第七十四页，共94页。第74页，共94页。CREATEDATABASE的常用格式

CREATEDATABASEdatabase_nameON<filespec>[,<filespec>,...

][,FILEGROUPfilegroup_name<filespec>[,<filespec>,...