数据库系统概论数据库系统概论第二章关系数据库关系数据库简介o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E.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范式第二章关系数据库2.1 2.1 关系数据结构及形式化定义2.2 2.2 关系操作2.3 2.3 关系的完整性2.4 2.4 关系代数2.5 2.5 关系演算2.6 2.6 小结2.1 2.1 关系数据结构及形式化定义2.1.1 2.1.1 关系2.1.2 2.1.2 关系模式2.1.3 2.1.3 关系数据库2.1.1 2.1.1 关系o单一的数据结构-关系现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示o逻辑结构-二维表从用户角度，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表o建立在集合代数的基础上2.1.1 2.1.1 关系1.域（Domain）2.笛卡尔积（Cartesian Product）3.关系（Relation） 域（DomainDomain）o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合n男，女n.2. 2. 笛卡尔积（Cartesian ProductCartesian Product）o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，no所有域的所有取值的一个组合o不能重复2. 2. 笛卡尔积o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(Tuple)n(张清玫，计算机专业，李勇)、(张清玫，计算机专业，刘晨)等都是元组o分量（Component）n笛卡尔积元素（d1，d2，dn）中的每一个值di叫作一个分量n张清玫、计算机专业、李勇、刘晨等都是分量o基数（Cardinal number）n若Di（i1，2，n）为有限集，其基数为mi（i1，2，n），则D1D2Dn的基数M为：o笛卡尔积的表示方法n笛卡尔积可表示为一个二维表n表中的每行对应一个元组，表中的每列对应一个域表2.1 D1，D2，D3的笛卡尔积3. 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）nR：关系名nn：关系的目或度（Degree）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）或一元关系当n=2时，称该关系为二元关系（Binary relation）3. 关系4)关系的表示关系也是一个二维表，表的每行对应一个元组，表的每列对应一个域5)属性n关系中不同列可以对应相同的域n为了加以区分，必须对每列起一个名字，称为属性（Attribute）nn目关系必有n个属性3. 关系6)码n候选码（Candidate key）若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码简单的情况：候选码只包含一个属性n全码（All-key）最极端的情况：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）n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）n主属性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-Prime attribute）或非码属性（Non-key attribute）3. 关系oD1，D2，Dn的笛卡尔积的某个子集才有实际含义例：表2.1 的笛卡尔积没有实际意义取出有实际意义的元组来构造关系关系：SAP(SUPERVISOR，SPECIALITY，POSTGRADUATE)假设：导师与专业：1:1， 导师与研究生：1:n主码：POSTGRADUATE（假设研究生不会重名）SAP关系可以包含三个元组 (张清玫，计算机专业，李勇)， (张清玫，计算机专业，刘晨)， (刘逸，信息专业，王敏) 3. 关系7)三类关系n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n查询表查询结果对应的表n视图表由基本表或其他视图表导出的表，是虚表，不对应实际存储的数据3. 关系8)基本关系的性质列是同质的（Homogeneous）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列的顺序无所谓,，列的次序可以任意交换任意两个元组的候选码不能相同行的顺序无所谓，行的次序可以任意交换分量必须取原子值2.1 2.1 关系数据结构2.1.1 2.1.1 关系2.1.2 2.1.2 关系模式2.1.3 2.1.3 关系数据库2.1.2 2.1.2 关系模式1什么是关系模式2定义关系模式3. 关系模式与关系1什么是关系模式o关系模式（Relation Schema）是型o关系是值o关系模式是对关系的描述n元组集合的结构属性构成属性来自的域属性与域之间的映象关系n元组语义以及完整性约束条件n属性间的数据依赖关系集合2定义关系模式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2定义关系模式例:导师和研究生出自同一个域人，取不同的属性名，并在模式中定义属性向域的映象，即说明它们分别出自哪个域：DOM（SUPERVISOR）= DOM（POSTGRADUATE）= PERSON2定义关系模式关系模式通常可以简记为: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3. 关系模式与关系o关系模式n对关系的描述n静态的、稳定的o关系n关系模式在某一时刻的状态或内容n动态的、随时间不断变化的o关系模式和关系往往统称为关系，通过上下文加以区别2.1 关系数据结构2.1.1 2.1.1 关系2.1.2 2.1.2 关系模式2.1.3 2.1.3 关系数据库2.1.3 关系数据库o关系数据库n在一个给定的应用领域中，所有关系的集合构成一个关系数据库o关系数据库的型: 关系数据库模式n对关系数据库的描述。o关系数据库模式包括n若干域的定义n在这些域上定义的若干关系模式o关系数据库的值: 关系模式在某一时刻对应的关系的集合，简称为关系数据库第二章 关系数据库2.1 2.1 关系数据结构及形式化定义2.2 2.2 关系操作2.3 2.3 关系的完整性2.4 2.4 关系代数2.5 2.5 关系演算2.6 2.6 小结2.2.1 基本关系操作o常用的关系操作n查询：选择、投影、连接、除、并、交、差n数据更新：插入、删除、修改n查询的表达能力是其中最主要的部分n选择、投影、并、差、笛卡尔基是5种基本操作o关系操作的特点n集合操作方式：操作的对象和结果都是集合，一次一集合的方式2.2.2 关系数据库语言的分类o关系代数语言n用对关系的运算来表达查询要求n代表：ISBLo关系演算语言：用谓词来表达查询要求n元组关系演算语言谓词变元的基本对象是元组变量代表：ALPHA, QUELo域关系演算语言n谓词变元的基本对象是域变量n代表：QBEo具有关系代数和关系演算双重特点的语言n代表：SQL（Structured Query Language）第二章 关系数据库2.1 2.1 关系数据结构及形式化定义2.2 2.2 关系操作2.3 2.3 关系的完整性2.4 2.4 关系代数2.5 2.5 关系演算2.6 2.6 小结2.3 关系的完整性2.3.1 2.3.1 关系的三类完整性约束2.3.2 2.3.2 实体完整性2.3.3 2.3.3 参照完整性2.3.4 2.3.4 用户定义的完整性2.3.1 关系的三类完整性约束o实体完整性和参照完整性：n关系模型必须满足的完整性约束条件n称为关系的两个不变性，应该由关系系统自动支持o用户定义的完整性：n应用领域需要遵循的约束条件，体现了具体领域中的语义约束2.3 关系的完整性2.3.1 2.3.1 关系的三类完整性约束2.3.2 2.3.2 实体完整性2.3.3 2.3.3 参照完整性2.3.4 2.3.4 用户定义的完整性2.3.2 实体完整性规则2.1 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：主码（假设研究生不会重名）不能取空值实体完整性规则的说明(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。(2)现实世界中的实体是可区分的，即它们具有某种唯一性标识。(3)关系模型中以主码作为唯一性标识。(4)主码中的属性即主属性不能取空值。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2.3 关系的完整性2.3.12.3.1关系的三类完整性约束2.3.2 2.3.2 实体完整性2.3.3 2.3.3 参照完整性2.3.4 2.3.4 用户定义的完整性2.3.3 参照完整性1. 关系间的引用2. 外码3. 参照完整性规则1. 关系间的引用o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n学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄）n专业（专业号，专业名）o学生关系引用了专业关系的主码“专业号”。o学生关系中的“专业号”值必须是确实存在的专业的专业号，即专业关系中有该专业的记录。1. 关系间的引用例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）1. 关系间的引用例3 学生实体及其内部的一对多联系学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄，班长）n“学号”是主码，“班长”是外码，它引用了本关系的“学号”n“班长” 必须是确实存在的学生的学号2外码（Foreign Key）o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K相对应，则称F是基本关系R的外码o基本关系R称为参照关系（Referencing Relation）o基本关系S称为被参照关系（Referenced Relation）或目标关系（Target Relation）2外码例1：学生关系的“专业号与专业关系的主码“专业号”相对应n“专业号”属性是学生关系的外码n专业关系是被参照关系，学生关系为参照关系2外码例2：选修关系的“学号” 与学生关系的主码“学号”相对应选修关系的“课程号”与课程关系的主码“课程号”相对应n“学号”和“课程号”是选修关系的外码n学生关系和课程关系均为被参照关系n选修关系为参照关系2外码例3：“班长”与本身的主码“学号”相对应n“班长”是外码n学生关系既是参照关系也是被参照关系2外码o关系R和S不一定是不同的关系o目标关系S的主码K和参照关系的外码F必须定义在同一个（或一组）域上o外码并不一定要与相应的主码同名n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3. 参照完整性规则规则2.2 2.2 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K相对应（基本关系R和S不一定是不同的关系），则对于R中每个元组在F上的值必须为：n或者取空值（F的每个属性值均为空值）n或者等于S中某个元组的主码值3. 参照完整性规则例1：学生关系中每个元组的“专业号”属性只取两类值：(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一个不存在的专业3. 参照完整性规则例2：选修（学号，课程号，成绩）“学号”和“课程号”可能的取值：(1)选修关系中的主属性，不能取空值(2)只能取相应被参照关系中已经存在的主码值3. 参照完整性规则例3：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(2)非空值，该值必须是本关系中某个元组的学号值关系的完整性2.3.12.3.1关系的三类完整性约束2.3.2 2.3.2 实体完整性2.3.3 2.3.3 参照完整性2.3.4 2.3.4 用户定义的完整性2.3.4 用户定义的完整性o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o关系模型应提供定义和检验这类完整性的机制，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2.3.4 用户定义的完整性例:课程(课程号，课程名，学分)n“课程号”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1，2，3，4