数据库及其应用c2.ppt

1、数据库及其应用,第2章 关系数据库基本理论,第2章 关系数据库基本理论,数据模型概述与关系模型三要素； 关系运算； 数据完整性； 关系规范化； 数据库体系结构； 数据库管理系统的功能。,2.1 数据模型概述及模型三要素,三种重要的数据模型：DBMS是依据一定的数据模型设计的。从数据库技术产生至今，有三种重要的数据模型：层次模型、网状模型、关系模型。 模型三要素：描述任何一个数据模型，都包括三个要素：数据结构、数据操纵（运算）、数据约束。 数据结构规定数据的存储表示方式；数据操作指对数据的运算和操作；数据约束指对关系中存放的数据进行限制和约束，以保证存放数据的正确性和一致性。,描述关系数据模型的

2、要素,在关系数据模型中： 数据结构是关系； 数据操纵包括两类：关系代数和关系谓词演算； 数据约束包括三类完整性规则。 任何一个关系DBMS以不同的形式实现上述功能。,2.2 关系代数运算,关系：关系是元组的集合，元组是关系的元素。集合运算适用于关系。分为传统集合运算和特殊运算。 传统集合运算：关系的并、交、差、笛卡儿积。 R与S是关系，有相同的度，对应属性来自相同域。 关系并运算 RS：由R与S中所有的元组组成； 关系交运算 RS：由R与S中都有的元组组成； 关系差运算 RS：由R中有而S中没有的元组组成； RS RS RS,关系笛卡儿积运算,关系的笛卡儿积 ：RS R 是度数为m 的关系，基

3、数M 1 ；S 是度数为n 的关系，基数M 2 。 RS的度数是m+n，基数为M 1 M 2 ，由 R 中的每一个元组（作为RS元组的前m 个分量），与 S 中的每一个元组（作为RS元组的后 n 个分量）两两相连，合并为 RS 的元组。,选择运算,选择运算： F（R） 对关系R按条件 F进行选择运算，产生的结果是一个新的关系，它与R有相同的属性列，它的元组是R中使条件式 F为真的那些元组。 选择条件 F，是一个逻辑表达式，基本形式是：XY。多个条件用逻辑运算符连接。 运算符：，。 逻辑运算符：与、或、非 NOT（求反）、AND（并且）、OR（或者）,投影运算,投影运算：A（R） 对关系 R 投

4、影运算的结果仍然是关系，投影运算中指定保留的属性，保留多个属性时用逗号隔开。没有指出的属性被舍弃。运算中的 A 即是指定的属性或属性组集合。 投影运算实际上是从原关系中抽取部分属性，当去掉部分属性后，结果关系的元组可能有重复，必须去掉，因此投影结果的元组可能少于原关系。,连接运算,连接运算是根据给定的连接条件将两个关系中的所有元组一一进行比较，符合连接条件的元组（使连接条件运算式为TRUE）组成结果关系。结果关系包括两个关系的所有属性。 连接条件是逻辑表达式，通常是关系1和关系2中相同的属性进行比较。 最多的是相等比较。称为等值连接。,连接运算：,自然连接运算,自然连接运算是等值连接的一种。与

5、等值连接相比，有以下的特点： 要求相等比较的分量必须是相同的属性列； 在连接结果中去掉重复的属性列。 所以，自然连接相当于等值连接+投影。,自然连接运算：关系1 关系2,2.3 数据完整性,实体完整性规则：定义了主码的关系中，不允许任何元组的主码属性值为空。 引用完整性规则：关系B的主码作为外码出现在关系A中，它在A中的取值只能符合两种情形之一：为空值；或在关系B中存在对应的值。 用户根据需要对数据库中的数据及数据间的相互关系定义的约束条件构成了用户定义的完整性规则。其中，域完整性规则：用户对于关系中单个属性取值范围定义的约束条件。,2.4 关系规范化*,关系规范化理论是数据库设计的指导理论。

6、 关系规范化理论将关系划分为不同的规范层级，每一层级规定了相应的判别标准。衡量这些层级的概念叫范式（NF：Normal Form）。级别最低的层级为第一范式，记为1NF。若关系 R 满足1NF的要求，记为R1NF。 在1NF基础上，通过对关系加上更多的约束条件，可使它们分别满足2NF、3NF、BCNF、4NF、5NF的要求。这一过程就是关系规范化的过程。目前实用的最高范式级别为第五范式。,函数依赖,数据依赖是表示关系内属性间的相互关系的概念，一个关系内的数据依赖是由数据的内在性质所决定的，是语义的反映。其中最重要的是函数依赖。 函数依赖：关系R的属性（组）X、Y，对于 X的每一个值，都有一个唯

7、一确定的 Y 值与之对应，称属性（组）X 函数决定属性（组）Y，或称属性（组）Y 函数依赖于属性（组）X，记为：XY。 平凡的函数依赖：X是X的子集,则X X。 只讨论非平凡函数依赖 。,函数依赖分类,完全函数依赖 ：若XY，而X的任意真子集不决定Y，则Y完全函数依赖于X，记X Y。 部分函数依赖 ：若XY，而存在X的真子集也决定Y，则Y部分函数依赖于X，记X Y。 传递函数依赖 ：若XY（并且Y不决定X）， YZ（Z不是Y的子集），则Z传递函数依赖于X，记为X Z。,关系的键,关系的键（即候选键），是指能决定一个关系中每个元组的属性或属性组。 定义：设S（U）是一个关系，属性集U，X为U的子

8、集。若 X U 成立，则称 X是S的候选键。 构成所有候选键的属性称为主属性，其它的属性为 非主属性。 每个关系必有键，键具有最小性。键中的属性不能取空值。,关系范式,第一范式：关系的属性不可分。（基本要求） 第二范式：关系中不存在非主属性对主属性的部分函数依赖。 第三范式：关系中不存在非主属性对主属性的部分函数依赖和传递的函数依赖。 1NF、2NF的缺陷：关系的数据冗余度大，有数据插入、删除异常的现象。 从1NF到2NF、3NF的方法是：通过投影运算将一个关系分解为多个关系，使关系符合2NF、3NF的要求。可以作到无损连接分解。,2.5 三级模式体系结构,模式、内模式、外模式,模式：又称概念

9、模式，是对数据库的整体逻辑描述，并不涉及物理存储，因此称为DBA视图，或全局视图，即DBA看到的数据库的全貌。 内模式：又称存储模式，是数据库真正在存储设备上存放结构的描述，包括所有数据文件和联系手段，以及对于数据存取方式的规定。 外模式：又称子模式，是某个应用程序中使用的数据集合的描述，是模式的一个子集。外模式是用户眼中的数据库，称为用户视图。,二级映射,模式/外模式映射：外模式的数据定义对应模式中的数据描述； 模式/内模式映射：模式对数据的逻辑描述对应内模式中对数据的物理描述。 数据独立性：如果由于物理设备或存储技术发生改变引起内模式发生变化，但不需要修改模式，这是数据的物理独立性；如果数据库的模式发生变化，但某个应用程序使用的数据没有变化，这样不需修改外模式和程序，这是数据的逻辑独立性。,2.6 DBMS主要功能,数据库定义功能：数据描述语言DDL定义数据库的模式、内模式、外模式，实现模式间映射，定义完整性规则、用户口令与存取权限等。 数据库操纵功能：数据操纵语言DML实现数据库操作。四种基本操作：查询、插入、修改和删除。 支持程序设计语言：DBMS均支持某种程序语言。DML在程序中使用有宿主型和自主型。宿主型DML的DBMS本身不带程序语言，将DML嵌入主语言中使用