三级数据库第二章 关系数据库10-11-1.ppt

1、1,第二章 关系数据库, 2.1 关系数据结构及形式化定义 2.2 关系操作 2.3 关系的完整性 2.4 关系代数,2,层次、网状数据库是面向专业人员的，使用很不方便。程序员必须经过良好的培训，对所使用的系统有深入的了解才能用好系统。 关系数据库就是要解决这一问题，使它成为面向用户的系统。,关系数据库是应用数学方法来处理数据的。它具有结构简单、理论基础坚实、数据独立性高以及提供非过程性语言等优点。,2.1关系数据结构及形式化定义,3,1、域（Domain）: 值的集合。它们具有相同的数据类型，语义上通常指某一对象的取值范围。 例如：全体整数， 0到100之间的整数， 长度不超过10的字符串集

2、合,2、笛卡尔积（Cartesian Product）：设D1、D2、Dn是n个域, 则它们的笛卡尔积为 D1D2Dn=(d1，d2，dn) | di Di， i=1,2,n 其中每一个元素称为一个n元组(n-tuple), 简称元组; 元组中的每个值di称为一个分量(component).,一、基本概念,4,笛卡尔积可以写成一个二维表,例如： 设 D1=张三，李四， D2=数学，语文， D3=优，良 则D1D2D3可用二维表表示为：,张三 数学 优 张三 数学 良 张三 语文 优 张三 语文 良 李四 数学 优 李四 数学 良 李四 语文 优 李四 语文 良,3、关系（Relation） 笛

3、卡尔积D1D2Dn的子集合， 记作 R（D1，D2，Dn）,5,4、说明 关系是一个二维表 每行对应一个元组 每列可起一个名字，称为属性。属性的取值范围为一个域，元组中的一个属性值是一个分量。,5、关系的性质 列是同质的，即每列中的数据必须来自同一个域(不同属性名) 每一列必须是不可再分的数据项（不允许表中套表） 不能有相同的行 行、列次序无关,6,1、单一的数据结构：关系（二维表） 不论是实体还是实体间的联系都用关系表示。 实体值 关系的元组，在关系数据库中通常称为记录。 属性值 元组的分量，在关系数据库中通常称为字段。 关键字（码）：唯一标识一个元组的属性（组）。,关键字可以有多个，统称候

4、选关键字。候选码中的诸属性称为主属性。不包含在候选码中的属性称为非主属 性。在使用时，通常选定一个候选码作为主码。,二、数据结构,7,关系数据库模式：对关系数据库的描述，包括域的定义及在域上定义的所有关系模式。 关系数据库：所有实体及实体间联系的关系的集合，是某时刻所有关系模式对应的关系的集合。,2、关系模式：关系的描述。 包括关系名、诸属性名、属性向域的映象、属性间的依赖。,关系的型,一个元组为关系的一个值,表示： R（U，D，dom，F）,属性的类型、长度等,值,型,R为关系名，U为属性名集合，D为U中属性所来自的域，dom为属性向域的映像集合，F为属性间的依赖关系集合。,8,3、关系的三

5、种类型 基本关系：客观存在的基本表。 查询表：由基本表按一定条件检索得到的结果。 视图（View）： 从一个或多个基本关系上导出的关系。它不对应实际的存储数据，是一个虚关系，然而可永久存在。相当于关系模型的外模式。,由于二维表的存储策略非常简单，关系数据库的物理存储完全由DBMS自动完成。因此，在关系模型中不需要与内模式相应的概念。,9,1、种类： 选择、投影、连接、除、并、交、差、笛卡尔积 增加、删除、修改, 2.2 关系操作,其中选择、投影、并、差、笛卡尔积是5中基本操作，其他操作可由基本操作定义和导出。,10,一次一集合（关系型） 一次一记录（非关系型）,非过程化语言：用户只需告诉做什么

6、（What） 不需告诉怎么做（How）,数据定义、数据操纵、数据控制语言集成在一起,2、特点： 集合操作，一次操作 可存取多个元组, 2.2 关系操作,11,3、关系数据语言的分类,这些语言的共同特点是，语言具有完备的表达能力，是非过程化的集合操作语言，功能强，能够嵌入到高级语言。, 2.2 关系操作,12,1、实体完整性（Entity Integrity） 基本关系的所有主属性不能取空值 原因：基本关系 实体集,实体必可区分 （标识符）,主关键字是 唯一性标识， 故不能空, 2.3 关系的完整性,例： 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄） 专业（专业号，专业名）,13,2、参照完整性（Re

7、ferential Integrity），也叫引用完整性 若基本关系R含有与另一个基本关系S的主关键字相对应的属性组F（F称为R的外键或外部码），则R中每个元组在F上的值或为空值，或等于S中某个元组的主关键字值。, 2.3 关系的完整性,例： 职工关系 EMP（ENO，ENAME，DNO） 部门关系 DEPT（DNO，DNAME）,DEPT的主键,EMP的外键，只能取空值或DEPT中某关键字的值,又如：学生关系（SNO，SNAME，SAGE，SGENDER） 课程关系（CNO，CNAME） 选课关系（SNO，CNO，GRADE）,14,3、用户定义的完整性 用户定义的某一属性值必须满足的语义要

8、求。 一经定义，DBMS会自动检查，从而不必在应用程序中作检查。, 2.3 关系的完整性,15,关系代数的运算对象是关系，运算结果也为关系。其运算按运算符的不同可分为两类。, 2.4 关系代数,一、传统的集合运算,二、专门的关系运算,16,3、差（Except）： R S = t | tRtS,1、并（Union）： R S = t | tRtS 2、交（Intersection）：R S = t | tRtS,4、笛卡尔积（广义）： R S = trts | tr R ts S,一、传统的集合运算,17,R,S,例：对给定的关系R、S，求并、交、差及笛卡尔积。,18,R,S,19,先引入几个

9、记号 （1） R，tR，tAi 设关系模式为R(A1，A2，An) 它的一个关系设为R tR表示t是R的一个元组 tAi则表示元组t中相应于属性Ai的一个分量,二、专门的关系运算,20,（2） A，tA， 若A=Ai1，Ai2，Aik，其中Ai1，Ai2，Aik是A1，A2，An中的一部分，则A称为属性列或属性组。 tA=(tAi1，tAi2，tAik)表示元组t在属性列A上诸分量的集合。 则表示A1，A2，An中去掉Ai1，Ai2，Aik后剩余的属性组。,21,（3） trts R为n目关系，S为m目关系。 tr R，tsS， tr ts称为元组的连接。 tr ts是一个n + m列的元组，

10、前n个分量为R中的一个n元组，后m个分量为S中的一个m元组。,22,（4）象集Zx 给定一个关系R（X，Z），X和Z为属性组。 当tX=x时，x在R中的象集（Images Set）为： Zx=tZ|t R，tX=x 它表示R中属性组X上值为x的诸元组在Z上分量的集合。,23,x1在R中的象集 Zx1 =Z1，Z2，Z3， x2在R中的象集 Zx2 =Z2，Z3， x3在R中的象集 Zx3=Z1，Z3,象集举例,24,1、选择（Selection），又称限制（Restriction）,在关系R中选出满足条件F的诸元组形成一个新关系。,从行的角度的运算,二、专门的关系运算,25,(a),Stude

11、nt,例：设有一个学生-课程数据库，包括学生关系Student、课程关系Course和选修关系SC。,26,(b),Course,27,(c),SC学生选课表,28,（例1）查询信息系（IS系）全体学生,29,（例2）查询年龄小于20岁的学生,30,2、投影（Projection）,在R中选出若干属性列组成一个新关系。,投影后若有重复行，则自动保留一个。,从列的角度的运算,二、专门的关系运算,投影之后不仅取消了原关系中的某些列，而且还可能取消某些元组（避免重复行）。,31,（例3） 查询学生的姓名和所在系， 即求Student关系上学生姓名和所在系两个属性上的投影 Sname，Sdept(St

12、udent),32,（例4）查询学生关系Student中都有哪些系 Sdept(Student),删除多余的元组,33,3、连接（join），也称为连接,从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。,连接运算从R和S的广义笛卡尔积RS中选取（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。,34,说明：,35,R,S,例：,36,等值连接,R,S,37,自然连接,38,外连接 如果把舍弃的元组也保存在结果关系中，而在其他属性上填空值(Null)，这种连接就叫做外连接（OUTER JOIN）。 左外连接 如果只把左边关系R中要舍弃的元组保留就叫做左外连接(LEFT

13、OUTER JOIN或LEFT JOIN) 右外连接 如果只把右边关系S中要舍弃的元组保留就叫做右外连接(RIGHT OUTER JOIN或RIGHT JOIN)。,39,例：,40,给定关系R (X，Y) 和S (Y，Z)，其中X，Y，Z为属性组。R中的Y与S中的Y可以有不同的属性名，但必须出自相同的域集。 R与S的除运算得到一个新的关系P(X)，P是R中满足下列条件的元组在X属性列上的投影：元组在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。 其中Yx为x在R中的象集，,4、除（Division）,41,R,S,例：,42,在关系R中，A可以取四个值a1，a2，a3，a4 a1的象集为 (

14、b1，c2)，(b2，c3)，(b2，c1) a2的象集为 (b3，c7)，(b2，c3) a3的象集为 (b4，c6) a4的象集为 (b6，c6) S在(B，C)上的投影为 (b1，c2)，(b2，c1)，(b2，c3) 只有a1的象集包含了S在(B，C)属性组上的投影 所以 RS =a1,求解步骤：,43,？,例：求至少选修C1、C3课程的学生号码。,设一临时关系K：C#,C1 C3,关系代数表达式, S1， ,S# C# G,S1 C1 A S1 C2 A S1 C3 A S1 C5 B S2 C1 B S2 C2 C S2 C4 C S3 C2 B S3 C3 C S3 C4 B S

15、4 C1 B S4 C3 A,SC：,按S1分组,44, S1， ,S1 C1 A S1 C2 A S1 C3 A S1 C5 B S2 C1 B S2 C2 C S2 C4 C S3 C2 B S3 C3 C S3 C4 B S4 C1 B S4 C3 A,设一临时关系K：C#,C1 C3,关系代数表达式,S# C# G,SC：,按S2分组,例：求至少选修C1、C3课程的学生号码。,45,S1 C1 A S1 C2 A S1 C3 A S1 C5 B S2 C1 B S2 C2 C S2 C4 C S3 C2 B S3 C3 C S3 C4 B S4 C1 B S4 C3 A, S1， ,例

16、：求至少选修C1、C3课程的学生号码。,设一临时关系K：C#,C1 C3,关系代数表达式,S# C# G,SC：,按S3分组,46, S1， ,例：求至少选修C1、C3课程的学生号码。,设一临时关系K：C#,C1 C3,关系代数表达式,S# C# G,SC：,按S4分组, S1, S4 ,S1 C1 A S1 C2 A S1 C3 A S1 C5 B S2 C1 B S2 C2 C S2 C4 C S3 C2 B S3 C3 C S3 C4 B S4 C1 B S4 C3 A,47,除操作是同时从行和列角度进行运算,48,S： S# SN SD SA,S1 A CS 20 S2 B CS 21

17、 S3 C MA 19 S4 D CI 19 S5 E MA 20 S6 F CS 22,C： C# CN PC#,C1 G C2 H C1 C3 I C2 C4 J C2 C5 K C4,S1 C1 A S1 C2 A S1 C3 A S1 C5 B S2 C1 B S2 C2 C S2 C4 C S3 C2 B S3 C3 C S3 C4 B S4 C2 B S4 C5 D S5 C2 C S5 C3 B S5 C5 B S6 C1 A S6 C5 A,例： 求至少选修这样一门课的学生姓名，这门课的直接先行课是C2。, 先找出先行课为C2的课程号：, 找选修该类课程的学生学号：,记为PCS, 找出学生姓名：,49,最终的关系代数表达式:,说明： 用关系代数表示查询时，若查询涉及多个关系，需用连接操作实现；若查询诸如“选修了全部课程”的学生、“使用了全部零件”的工程等，需用除法操作实现。,50,以学生-课程数据库为例。 例7查询至少选修1号课程和