1、An Introduction to Database System数据库系统概论数据库系统概论An Introduction to Database System第二章第二章 关系数据库关系数据库An Introduction to Database System关系数据库简介关系数据库简介n系统而严格地提出关系模型的是美国IBM公司的E.F.Coddn1970年提出关系数据模型nE.F.Codd,“A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks”,Communication of the ACM,1970n之后，提出了关系代数和
2、关系演算的概念n1972年提出了关系的第一、第二、第三范式n1974年提出了关系的BC范式An Introduction to Database System关系数据库简介关系数据库简介n典型实验系统nSystem RnUniversity INGRESn典型商用系统nORACLEnSYBASEnINFORMIXnDB2nINGRESAn Introduction to Database System1.关系数据结构关系数据结构n单一的数据结构-关系n现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示An Introduction to Database System关系操作集合关系操作集合(续
3、）续）n1)常用的关系操作n查询n选择、投影、连接、除、并、交、差n数据更新n插入、删除、修改n查询的表达能力是其中最主要的部分An Introduction to Database System关系操作集合（续）关系操作集合（续）n2)关系操作的特点n集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合。n非关系数据模型的数据操作方式：一次一记录n文件系统的数据操作方式An Introduction to Database System关系操作集合（续）关系操作集合（续）n3)关系数据语言的种类n关系代数语言 n用对关系的运算来表达查询要求n典型代表：ISBLAn Introduction to Dat
4、abase System关系操作集合（续）关系操作集合（续）n关系数据语言的种类（续）n关系演算语言：用谓词来表达查询要求n元组关系演算语言n谓词变元的基本对象是元组变量n典型代表：APLHA,QUELn域关系演算语言 n谓词变元的基本对象是域变量n典型代表：QBEn具有关系代数和关系演算双重特点的语言n典型代表：SQLAn Introduction to Database System3.3.关系的三类完整性约束关系的三类完整性约束n实体完整性n通常由关系系统自动支持n参照完整性n早期系统不支持，目前大型系统能自动支持n用户定义的完整性n反映应用领域需要遵循的约束条件，体现了具体领域中的语义
5、约束n用户定义后由系统支持An Introduction to Database System2.2 关系数据结构关系数据结构n关系模型建立在集合代数的基础上n关系数据结构的基本概念n关系n关系模式n关系数据库An Introduction to Database System2.2.1 关系关系n 域（Domain）n 2.笛卡尔积（Cartesian Product）n 3.关系（Relation）An Introduction to Database System 域（域（Domain）n域是一组具有相同数据类型的值的集合。例:n整数n实数n介于某个取值范围的整数n长度指定长度的字符串集
6、合n男，女n介于某个取值范围的日期An Introduction to Database System2.笛卡尔积（笛卡尔积（Cartesian Product）n1)笛卡尔积给定一组域D1，D2，Dn，这些域中可以有相同的。D1，D2，Dn的笛卡尔积为：D1D2Dn（d1，d2，dn）diDi，i1，2，nn所有域的所有取值的一个组合n不能重复An Introduction to Database System笛卡尔积（续笛卡尔积（续)例 给出三个域：D1=SUPERVISOR=张清玫，刘逸 D2=SPECIALITY=计算机专业，信息专业 D3=POSTGRADUATE=李勇，刘晨，王敏则
7、D1，D2，D3的笛卡尔积为：D1D2D3(张清玫，计算机专业，李勇)，(张清玫，计算机专业，刘晨)，(张清玫，计算机专业，王敏)，(张清玫，信息专业，李勇)，(张清玫，信息专业，刘晨)，(张清玫，信息专业，王敏)，(刘逸，计算机专业，李勇)，(刘逸，计算机专业，刘晨)，(刘逸，计算机专业，王敏)，(刘逸，信息专业，李勇)，(刘逸，信息专业，刘晨)，(刘逸，信息专业，王敏)An Introduction to Database System笛卡尔积（续笛卡尔积（续)n2)元组（Tuple）n笛卡尔积中每一个元素（d1，d2，dn）叫作一个n元组（n-tuple）或简称元组。n3)分量（Comp
8、onent）n笛卡尔积元素（d1，d2，dn）中的每一个值di叫作一个分量。An Introduction to Database System笛卡尔积（续笛卡尔积（续)n4)基数（Cardinal number）n若Di（i1，2，n）为有限集，其基数为 mi（i 1，2，n），则D1D2Dn的基数M为：在上例中，基数：22312，即D1D2D3共有22312个元组mMin1iAn Introduction to Database System笛卡尔积（续笛卡尔积（续)n5)笛卡尔积的表示方法n笛卡尔积可表示为一个二维表。表中的每行对应一个元组，表中的每列对应一个域。在上例中，12个元组可列
9、成一张二维表 An Introduction to Database System 表表 2.1 D1，D2，D3的的 笛笛 卡卡 尔尔 积积SUPE R VISO RSPE CIAL IT YPO ST G R A DU AT E张张 清清 玫玫计计 算算 机机 专专 业业李李 勇勇张张 清清 玫玫计计 算算 机机 专专 业业刘刘 晨晨张张 清清 玫玫计计 算算 机机 专专 业业王王 敏敏张张 清清 玫玫信信 息息 专专 业业李李 勇勇张张 清清 玫玫信信 息息 专专 业业刘刘 晨晨张张 清清 玫玫信信 息息 专专 业业王王 敏敏刘刘 逸逸计计 算算 机机 专专 业业李李 勇勇刘刘 逸逸计计
10、 算算 机机 专专 业业刘刘 晨晨刘刘 逸逸计计 算算 机机 专专 业业王王 敏敏刘刘 逸逸信信 息息 专专 业业李李 勇勇刘刘 逸逸信信 息息 专专 业业刘刘 晨晨刘刘 逸逸信信 息息 专专 业业王王 敏敏An Introduction to Database System关系的数学定义（续）关系的数学定义（续）例：在表2.1的笛卡儿积中取出有实际意义的元组来构造出关系。关系：SAP(SUPERVISOR,SPECIALITY,POSTGRADUATE)假设：导师与专业：1：1，导师与研究生：1：nSUPERVISORSPECIALITYPOSTGRADUATE张清枚信息专业李勇张清枚信息专
11、业刘晨刘逸信息专业王敏表表2.2 SAP关系关系An Introduction to Database System3.关系（关系（Relation）1)关系D1D2Dn的子集叫作在域D1，D2，Dn上的关系，表示为 R（D1，D2，Dn）R：关系名 n：关系的目或度（Degree）An Introduction to Database System关系（续）关系（续）2)元组关系中的每个元素是关系中的元组，通常用t表示。3)单元关系与二元关系当n=1时，称该关系为单元关系（Unary relation）。当n=2时，称该关系为二元关系（Binary relation）。An Introduc
12、tion to Database System关系（续）关系（续）4)属性属性关系中不同列可以对应相同的域，为了加以关系中不同列可以对应相同的域，为了加以区分，必须对每列起一个名字，称为属性区分，必须对每列起一个名字，称为属性（Attribute）。）。n目关系必有目关系必有n个属性。个属性。An Introduction to Database System关系的码关系的码超码（Super key）若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为超码候选码（Candidate key）若关系中的某一超码，当去掉其中任一属性后，均不再为超码，则称其为为候选码。在最简单的情况下，候选
13、码只包含一个属性。在最极端的情况下，关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码，称为全码（All-key）An Introduction to Database System关系的码关系的码主码若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码（Primary key）候选码的诸属性称为主属性（Prime attribute）。不包含在任何侯选码中的属性称为非主属性（Non-key attribute）An Introduction to Database System三类关系三类关系基本关系（基本表或基表）实际存在的表，是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
14、表，是虚表，不对应实际存储的数据An Introduction to Database System8)基本关系的性质基本关系的性质 列是同质的（Homogeneous）每一列中的分量是同一类型的数据，来自同一个域 不同的列可出自同一个域其中的每一列称为一个属性不同的属性要给予不同的属性名An Introduction to Database System基本关系的性质基本关系的性质(续续)列的顺序无所谓列的次序可以任意交换遵循这一性质的数据库产品(如ORACLE)，增加新属性时，永远是插至最后一列但也有许多关系数据库产品没有遵循这一性质，例如FoxPro仍然区分了属性顺序An Introdu
15、ction to Database System基本关系的性质基本关系的性质(续续)任意两个元组不能完全相同由笛卡尔积的性质决定但许多关系数据库产品没有遵循这一性质。An Introduction to Database System基本关系的性质基本关系的性质(续续)行的顺序无所谓行的次序可以任意交换遵循这一性质的数据库产品(如ORACLE)，插入一个元组时永远插至最后一行但也有许多关系数据库产品没有遵循这一性质，例如FoxPro仍然区分了元组的顺序An Introduction to Database System基本关系的性质基本关系的性质(续续)分量必须取原子值每一个分量都必须是不可分
16、的数据项。这是规范条件中最基本的一条表表2.3 非非 规规 范范 化化 关关 系系POSTGRADUATESUPERVISORSPECIALITYPG1PG2张张清清玫玫信信息息专专业业李李勇勇刘刘晨晨刘刘逸逸信信息息专专业业王王敏敏1什么是关系模式什么是关系模式关系模式（Relation Schema）是型关系是值关系模式可以形式化地表示为：R（U，D，dom，F）R 关系名U 组成该关系的属性名集合D 属性组U中属性所来自的域dom 属性向域的映象集合F 属性间的数据依赖关系集合An Introduction to Database System定义关系模式定义关系模式(续续)关系模式通常
17、可以简记为 R(U)或 R(A1，A2，An)R 关系名A1，A2，An 属性名注：域名及属性向域的映象常常直接说明为 属性的类型、长度An Introduction to Database System3.关系模式与关系关系模式与关系关系模式对关系的描述静态的、稳定的关系关系模式在某一时刻的状态或内容动态的、随时间不断变化的关系模式和关系往往统称为关系通过上下文加以区别An Introduction to Database System1.关系数据库关系数据库在一个给定的应用领域中，所有实体及实体之间联系的关系的集合构成一个关系数据库。An Introduction to Database
18、System2.关系数据库的型与值关系数据库的型与值关系数据库也有型和值之分关系数据库的型称为关系数据库模式，是对关系数据库的描述。包括若干关系模式关系数据库的值是这些关系模式在某一时刻对应的关系的集合，通常简称为关系数据库An Introduction to Database System2.3 关系的完整性关系的完整性关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条件。关系模型中三类完整性约束：实体完整性参照完整性用户定义的完整性实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，被称作是关系的两个不变性不变性，应该由关系系统自动支持。An Introduction to Database
19、System2.3.1 实体完整性实体完整性实体完整性规则（Entity Integrity）若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值例SAP(SUPERVISOR，SPECIALITY，POSTGRADUATE)POSTGRADUATE属性为主码（假设研究生不会重名），则其不能取空值An Introduction to Database System实体完整性实体完整性(续续)关系模型必须遵守实体完整性规则的原因(1)实体完整性规则是针对基本关系而言的。一个基本表通常对应现实世界的一个实体集或多对多联系。(2)现实世界中的实体和实体间的联系都是可区分的，即它们具有某种唯一性标识。(3
20、)相应地，关系模型中以主码作为唯一性标识。An Introduction to Database System实体完整性实体完整性(续续)关系模型必须遵守实体完整性规则的原因(续)(4)候选码中的属性即主属性不能取空值。空值就是“不知道”或“无意义”的值。主属性取空值，就说明存在某个不可标识的实体，即存在不可区分的实体，这与第（2）点相矛盾，因此这个规则称为实体完整性。An Introduction to Database System实体完整性实体完整性(续续)注意实体完整性规则规定基本关系的所有主属性都不能取空值例选修（学号，课程号，成绩）“学号、课程号”为主码，则两个属性都不能取空值。A
21、n Introduction to Database System2.3.2 参照完整性参照完整性1.关系间的引用2.外码3.参照完整性规则An Introduction to Database System1.关系间的引用关系间的引用在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的，因此可能存在着关系与关系间的引用。例1 学生实体、专业实体以及专业与学生 间的一对多联系 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄）专业（专业号，专业名）An Introduction to Database System学学 号号姓姓 名名性性 别别专专 业业 号号年年 龄龄8 0 1张张 三三女女0 11 98
22、0 2李李 四四男男0 12 08 0 3王王 五五男男0 12 08 0 4赵赵 六六女女0 22 08 0 5钱钱 七七男男0 21 9专专 业业 号号专专 业业 名名0 1信信 息息0 2数数 学学0 3计计 算算 机机学生（学生（学号学号，姓名，性别，专业号，年龄），姓名，性别，专业号，年龄）专业（专业（专业号专业号，专业名），专业名）An Introduction to Database System关系间的引用关系间的引用(续续)例2 学生、课程、学生与课程之间的多对 多联系 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄）课程（课程号，课程名，学分）选修（学号，课程号，成绩）An Intr
23、oduction to Database System 课课程程号号课课程程名名学学分分01数数据据库库402数数据据结结构构403编编译译404PASCAL2学学 号号姓姓 名名性性 别别专专 业业 号号年年 龄龄8 0 1张张 三三女女0 11 98 0 2李李 四四男男0 12 08 0 3王王 五五男男0 12 08 0 4赵赵 六六女女0 22 08 0 5钱钱 七七男男0 21 9学学 号号课课 程程号号成成 绩绩801049280103788010285802038280204908030488学生学生学生选课学生选课课程课程An Introduction to Database
24、 System关系间的引用关系间的引用(续续)例3 学生实体及其内部的领导联系(一对多)学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄，班长）学学号号姓姓名名性性别别专专业业号号年年龄龄班班长长801张张三三女女0119802802李李四四男男0120803王王五五男男0120802804赵赵六六女女0220805805钱钱七七男男0219An Introduction to Database System2外码（外码（Foreign Key）设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系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的外码基本关系R称为参照关系（Referencing R
25、elation）基本关系S称为被参照关系（ReferencedRelation）或目标关系（Target Relation）。An Introduction to Database System外码外码(续续)说明n关系R和S不一定是不同的关系n目标关系S的主码Ks 和参照关系的外码F必须定义在同一个（或一组）域上n外码并不一定要与相应的主码同名 当外码与相应的主码属于不同关系时，往往 取相同的名字，以便于识别An Introduction to Database System3.参照完整性规则参照完整性规则若属性（或属性组）F是基本关系R的外码它与基本关系S的主码Ks相对应（基本关系R和S不
26、一定是不同的关系），则对于R中每个元组在F上的值必须为：或者取空值（F的每个属性值均为空值）或者等于S中某个元组的主码值。An Introduction to Database System参照完整性规则参照完整性规则(续续)学生关系中每个元组的“专业号”属性只取下面两类值：（1）空值，表示尚未给该学生分配专业（2）非空值，这时该值必须是专业关系中某个元组的“专业号”值，表示该学生不可能分配到一个不存在的专业中An Introduction to Database System参照完整性规则参照完整性规则(续续)选修（学号，课程号，成绩）“学号”和“课程号”是选修关系中的主属性按照实体完整性和
27、参照完整性规则，它们只能取相应被参照关系中已经存在的主码值An Introduction to Database System参照完整性规则参照完整性规则(续续)学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄，班长）“班长”属性值可以取两类值：（1）空值，表示该学生所在班级尚未选出班长，或该学生本人即是班长；（2）非空值，这时该值必须是本关系中某个元组的学号值An Introduction to Database System2.3.3 用户定义的完整性用户定义的完整性n用户定义的完整性是针对某一具体关系数据库的约束条件，反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。n关系模型应提供定义和检验这类完整
28、性的机制，以便用统一的系统的方法处理它们，而不要由应用程序承担这一功能。An Introduction to Database System用户定义的完整性用户定义的完整性(续续)例:课程(课程号，课程名，学分)n“课程名”属性必须取唯一值n非主属性“课程名”也不能取空值n“学分”属性只能取值1，2，3，4An Introduction to Database System小结小结n关系数据结构n 关系n域n笛卡尔积n关系n关系，属性，元组n候选码，主码，主属性n基本关系的性质n 关系模式n 关系数据库An Introduction to Database Systemn关系的数据操作集合n查询n选择、投影、连接、除、并、交、差n数据更新n插入、删除、修改An Introduction to Database Systemn关系的完整性约束n实体完整性n参照完整性n外码n用户定义的完整性An Introduction to Database System 下课了。下课了。追求追求休息一会儿。休息一会儿。
