关系模型参考

1、第三讲 关系模型（ Relational Model ）,2,本章内容,关系数据模型(逻辑数据模型)的三要素： 关系数据模型的数据结构以及关系模式 关系数据模型的完整性约束 关系操作集合以及关系代数 关系模式 是数据库三层模式中的逻辑模式 概念模型到逻辑模型的转换,3,关系数据模型,关系数据库以关系数据模型为基础 关系数据库(RDB) 关系数据库管理系统(RDBMS) 关系数据模型建立在表的集合的基础上 数据模型 数据结构 数据操作 完整性约束,4,关系数据模型,E.F.Codd,1970年提出关系模型理论 大型共享数据库数据的关系模型 单一的数据结构 扁平的二维表 以关系的形式来描述现实世界

2、 实体(学生、课程) 实体间的联系(学生选课表),5,关系数据模型,关系操作 集合操作 用户不必关心路径 关系数据操作语言 关系代数 关系演算 SQL（结构化的查询语言）,6,关系数据模型,完整性约束 实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性,7,关系数据模型例子,8,关系数据结构,术语 域 域是一组具有相同数据类型的值的集合 关系模型要求域必须是原子数据的集合 ER 实体集、实体、属性 关系 关系、元组(Tuple)、属性 表 表、行、列,9,关系数据结构的定义,关系 一组域上的笛卡儿积的子集 给定一组域D1,D2,Dn,这些域中可以有相同的。 D1,D2,Dn的笛卡儿积为: D1D2Dn

3、= (d1,d2,dn) | di Di, i=1,2,n 其中,每一个元素(d1,d2,dn)叫作一个n元组(n-tuple)或简称元组,10,关系数据结构的定义,直观的讲： 关系是笛卡儿积的子集，是一张二维表，表的每行对应一个元组，列对应一个域，给每个列取名属性名以示区别 码 若关系中的某一组属性的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码。 候选码的超集为超码。 候选码之一可被选作主码（PrimaryKey,PK）。,11,关系数据结构,关系是元组的集合 元组包含若干属性 表是行的集合 行包含若干列 每个列必须有不同的名字 不同的列可有相同的域,12,关系数据结构,表的分类： 基本关系

4、（基本表） 实际存在的表 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 虚表，无实际存储的物理表相对应,13,关系模式,数据库模式(Schema) 是整个数据库中关系模式的集合 是数据库的逻辑设计，型 关系模式 Student(sno,sname,sage,ssex,sdept) 数据库实例 给定时刻数据库中数据的一个快照，值,14,关系的完整性,对关系的某种约束条件 关系模型的完整性约束 实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性,15,关系的完整性实体完整性,规则 主属性（组成主码的属性）不能取空值（Null） NULL 不知道、未提供、短缺 不能简

5、单地认为没有 例 student(sno,sname,ssex),不能取NULL,16,关系的完整性参照完整性,是关于联系的约束 关系与关系间的引用 引用 被引用 例：学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄） 专业（专业号，专业名）,引用,17,关系的完整性参照完整性,外码（Foreign Key） 设F是基本关系R中的一个或一组属性（但不是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。R为参照关系，S为被参照关系 例：学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄） 专业（专业号，专业名）,引用,外码,参照关系（从表）,被参照关系（主表）,18,关系的完整性参照完整性,参照完整

6、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的主码相对应，则对于R中每个元组在F上的值必须为： 或者取空值（NULL） 或者等于S中某个元组的主码值,19,关系的完整性参照完整性,20,关系的完整性参照完整性,参照完整性的各种违例情况 从表（参照关系） 插入从表元组，且外键不为Null 修改从表外键，且不为Null 主表(被参照关系) 删除主表元组，其已被参照 修改主表主键，其已被参照 删除主表,21,关系的完整性参照完整性,参照可能发生在同一个关系中 非主属性引用主码属性 例：学生（学号，姓名，性别，班长）,引用,22,关系的完整性用户定义的完整性,特殊的约束条件 与特定的

7、应用相关 如学生的年龄一定是大于0的整数,23,模型的转换,概念数据模型 面向用户，模拟现实世界 E-R 逻辑数据模型 面向计算机，易于实现 与所采用的数据模型相关，与DBMS相关 数据模式 概念模型转换为逻辑模型 ER图 关系模式 (模式图),24,模型的转换,25,E-R到关系的转换实体集,基本但不是万能方法： 实体集关系 联系集关系 定义主码和外码,26,实体集转换,强实体集关系 弱实体集 将弱实体集、关联强实体集的主码属性构成新的关系；主码由强实体集的主码及弱实体集的分辩符构成。 如果有弱联系存在，则必定能将该联系中的自身属性一并溶入新的关系中。,27,联系集转换,1：1 取消联系集，

8、自身属性及一方的主码溶入另一方实体集中，构成关系 不取消联系集，则由自身属性、参与联系的各实体集的主码属性构成，其主码可选参与联系的实体集的任一方的主码，构成关系。实体集的主码在联系集中作为外码。,28,联系集转换,1：n 取消联系集，自身属性及1端的主码溶入n端实体集，构成关系，主码任为n端的主码。1端的主码在联系集中作为外码 不取消联系集，则由自身属性、参与联系的各实体集的主码属性构成关系，n端的主码作为联系集的主码。实体集的主码在联系集中作为外码,29,联系集转换,n：m 保留联系集，由自身属性、参与联系的各实体集的主码属性构成关系，主码应包含各实体集的主码属性。实体集的主码在联系集中作

9、为外码,30,关系数据库,关系数据库 基于关系数据模型的数据库RDB 关系数据库管理系统RDBMS 关系数据库模式 关系数据库中所有关系模式的集合 关系数据库的值 关系数据库在某一时刻的快照,31,关系代数,属于关系操作的一种 关系代数是一种抽象的查询语言 通过对关系的运算来表达查询操作 运算对象、结果均为关系 运算 集合运算、关系运算、比较运算、逻辑运算,32,关系代数运算符,33,关系代数集合运算,集合(Set) 无重复、顺序无关 包(Bag) 可重复、顺序无关 列表(List) 可重复、顺序相关 集合运算 并、交、差、广义笛卡儿积 二目运算,34,集合运算并Union (),R和S的并，

10、RS，是在R或S或两者中的元素的集合 一个元素在并集中只出现一次 R和S必须同类型（属性集相同、次序相同，但属性名可以不同）,RS,35,集合运算并Union (),36,集合运算交Intersect (),R和S的交，RS，是在R和S中都存在的元素的集合 一个元素在交集中只出现一次 R和S必须同类型（属性集相同、次序相同，但属性名可以不同）,RS,37,集合运算交Intersect (),38,集合运算差Minus (-),R和S的差，R-S，是在R中而不在S中的元素的集合 R和S必须同类型（属性集相同、次序相同，但属性名可以不同）,R - S,39,集合运算差Minus (-),40,集合

11、运算笛卡儿积(),关系R、S的笛卡儿积是两个关系的元组对的集合所组成的新关系 RS： 属性是R和S的组合（有重复） 元组是R和S所有元组的可能组合 是R、S的无条件连接，使任意两个关系的信息能组合在一起,41,集合运算笛卡儿积(),42,关系运算除(),43,关系运算除(),44,关系代数专门的关系运算,选择、投影、连接、除法,45,关系运算选择(),从关系R中选择符合条件的元组构成新的关系 F(R),表示从R中选择满足条件(使逻辑表达式F为真)的元组 行的运算,46,关系运算选择(),例: ssex = 男 AND sdep = IS(Student),47,关系运算投影(),从关系R中选择

12、若干属性组成新的关系 A1,A2,An(R),表示从R中选择属性集A1,A2,An组成新的关系 列的运算 投影运算的结果中,也要去除可能的重复元组,48,关系运算投影(),例: ssex,sage(student),49,关系代数改名(),对关系R实施改名运算，可显式地改变关系名及属性名 将关系R改名为S：s(R) 将关系R（B1,B2,Bn）改名 S（A1,A2,An）： S（A1,A2,An）(R),50,关系运算条件连接(),从RS的结果集中，选取在指定的属性集上满足条件的元组，组成新的关系 是一个关于属性集的逻辑表达式 R S,51,关系运算条件连接(),52,关系运算等值连接(),R

13、,S,R.B=S.B,53,关系运算自然连接( ),从RS的结果集中，选取在某些公共属性上具有相同值的元组，组成新的关系 R、S的公共属性 属性集的交集（名称及类型相同） 公共属性在结果中只出现一次 例: student sc,54,关系运算自然连接( ),R,S,55,外连接 实例,Relation loan,branch-name,loan-number,amount,Downtown Redwood Perryridge,L-170 L-230 L-260,3000 4000 1700,Relation borrower,customer-name,loan-number,Jones S

14、mith Hayes,L-170 L-230 L-155,56,外连接 实例,loan borrower,branch-name,loan-number,amount,Downtown Redwood,L-170 L-230,3000 4000,customer-name,Jones Smith,branch-name,loan-number,amount,Downtown Redwood Perryridge,L-170 L-230 L-260,3000 4000 1700,customer-name,loan-number,Jones Smith null,L-170 L-230 null

15、,57,外连接 实例,(*)loan borrower,branch-name,loan-number,amount,Downtown Redwood null,L-170 L-230 L-155,3000 4000 null,customer-name,Jones Smith Hayes,branch-name,loan-number,amount,Downtown Redwood Perryridge null,L-170 L-230 L-260 L-155,3000 4000 1700 null,customer-name,Jones Smith null Hayes,58,关系代数实例

16、,59,关系代数实例1,查询选修了2号课程的学生的学号 课程号、学号SC表,60,关系代数实例1,2号课程的选课情况 cno=2(SC),61,关系代数实例1,选修2号课程的学号 sno(cno=2(SC),62,关系代数实例2,列出选修数学课的学生的学号、姓名以及成绩 学号、姓名Student表 课程名称Course表 成绩SC表 Student SCCourse,sno,cno,63,关系代数实例2,数学课 cno = 数学 (Course),64,关系代数实例2,65,关系代数实例2,选修数学课的记录 SC (cno = 数学 (Course),66,关系代数实例2,选修数学的学生记录

17、Student (SC (cno = 数学 (Course),67,关系代数实例2,选修数学的学生的学号、姓名、成绩 sno,sname,gradeStudent (SC (cno = 数学 (Course),68,关系代数实例2,69,注意：,关系运算的结果还是关系 因此，必须注意运算结果的属性集和元组集,70,练习1,设计一个适合大学选课的数据库。该数据库应包括学生、系、教师、课程，哪个学生选了哪门课，哪个教师教哪门课，学生的成绩，一个系统提供哪些课程等信息。试用关系数据库模式来描述这个数据库。,71,一个简化的答案,Student (SNo, SN, Score) Depart (DNo, DN) Teacher (TNo, TN) Course (CNo, CN) Belong (SNo, DNo) Teach (TNo, CNo) Choose (SNo, CNo),72,练习2,结合学生选课数据库，用关系代数分别进行如下查询： 学号为9900111的学生的系别和年龄 有不及格（成绩60）学生的课程名 计算机系有不及格课程的学