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An Introduction to Database System An Introduction To Database System
数据库系统概论 An Introduction to Database System 第二章 关系数据库 山东理工大学计算机学院 An Introduction To Database System
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课前思考 关系数据模型的数据组织结构 关系数据模型的基本术语 关系数据模型的特点 An Introduction To Database System
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学习目标 掌握关系数据模型、关系模式、关系和关系数据库基本概念和它们之间的差别 关系模型的完整性 掌握基本的关系代数运算（并、交、差、投影、选择、连接等） An Introduction To Database System
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学习难点重点 关系模型、关系与关系数据库之间的关系 关系的数学定义及术语 关系模型的完整性 关系代数的运算规则 An Introduction To Database System
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第二章 关系数据库 2.1 关系模型概述 2.2 关系数据结构 2.3 关系的完整性 2.4 关系代数 2.5 关系演算 2.6 小结 An Introduction To Database System
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关系数据库简介 系统而严格地提出关系模型的是美国IBM公司的E.F.Codd 1970年提出关系数据模型 E.F.Codd, “A Relational Model of Data for Shared Data Banks”, 《Communication of the ACM》,1970 之后，提出了关系代数和关系演算的概念 1972年提出了关系的第一、第二、第三范式 1974年提出了关系的BC范式 An Introduction To Database System
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关系数据库简介 关系数据库应用数学方法来处理数据库中的数据 关系数据库是支持关系模型的数据库系统 关系模型由数据结构、关系操作集合和完整性约束三部分组成 80年代后，关系数据库系统成为最重要、最流行的数据库系统 An Introduction To Database System
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关系数据库简介 典型实验系统 System R University INGRES 典型商用系统 ORACLE SYBASE INFORMIX DB2 SQL/DS INGRES An Introduction To Database System
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第二章 关系数据库 2.1 关系模型概述 2.2 关系数据结构 2.3 关系的完整性 2.4 关系代数 2.5 关系演算 2.6 小结 An Introduction To Database System
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2.1 关系模型概述 关系数据库系统 是支持关系模型的数据库系统 关系模型的组成 关系数据结构 关系操作集合 关系完整性约束 An Introduction To Database System
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1. 关系数据结构 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 数据的逻辑结构----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。 An Introduction To Database System
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2. 关系操作集合 1) 常用的关系操作 2) 关系操作的特点 3) 关系数据语言的种类 4) 关系数据语言的特点 An Introduction To Database System
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关系操作集合(续） 1) 常用的关系操作 查询 选择、投影、连接、除、并、交、差 数据更新 插入、删除、修改 查询的表达能力是其中最主要的部分 An Introduction To Database System
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关系操作集合（续） 2) 关系操作的特点 集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合。 非关系数据模型的数据操作方式：一次一记录 文件系统的数据操作方式 An Introduction To Database System
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关系操作集合（续） 3) 关系数据语言的种类 关系代数语言 用对关系的运算来表达查询要求 典型代表：ISBL An Introduction To Database System
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关系操作集合（续） 关系数据语言的种类（续） 关系演算语言：用谓词来表达查询要求 元组关系演算语言 谓词变元的基本对象是元组变量 典型代表：APLHA, QUEL 域关系演算语言 谓词变元的基本对象是域变量 典型代表：QBE 具有关系代数和关系演算双重特点的语言 典型代表：SQL An Introduction To Database System
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关系数据语言种类 关 系 数 据 语 言 1.关系代数语言 例如：ISBL 2.关系演算语言 1. 元组关系演算语言 例如：ALPHA，QUEL 2. 域关系演算语言 例如：QBE 3.具有关系代数和关系演算双重特点的语言 例如：SQL An Introduction To Database System
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关系操作集合（续） 4) 关系数据语言的特点 关系语言是一种高度非过程化的语言 存取路径的选择由DBMS的优化机制来完成 用户不必用循环结构就可以完成数据操作 能够嵌入高级语言中使用 关系代数、元组关系演算和域关系演算三种语言在表达能力上完全等价 关系代数、元组关系演算和域关系演算均是抽象的查询语言，这些抽象的语言与具体的DBMS中实现的实际语言并不完全一样。它们能作为评估实际系统中查询语言能力的标准或基础 An Introduction To Database System
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3. 关系的三类完整性约束 实体完整性 通常由关系系统自动支持 参照完整性 早期系统不支持，目前大型系统能自动支持 用户定义的完整性 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约束 用户定义后由系统支持 An Introduction To Database System
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第二章 关系数据库 2.1 关系模型概述 2.2 关系数据结构 2.3 关系的完整性 2.4 关系代数 2.5 关系演算 2.6 小结 An Introduction To Database System
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2.2 关系数据结构 关系模型建立在集合代数的基础上 关系数据结构的基本概念 关系 关系模式 关系数据库 An Introduction To Database System
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2.2 关系数据结构 关系 关系模式 关系数据库 An Introduction To Database System
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关系 ⒈ 域（Domain） 2. 笛卡尔积（Cartesian Product） 3. 关系（Relation） An Introduction To Database System
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⒈ 域（Domain） 域是一组具有相同数据类型的值的集合。例: 整数 实数 介于某个取值范围的整数 长度指定长度的字符串集合 {‘男’，‘女’} 介于某个取值范围的日期 An Introduction To Database System
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2. 笛卡尔积（Cartesian Product）
1) 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： D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2，…，dn）｜diDi，i＝1，2，…，n｝ 所有域的所有取值的一个组合 不能重复 An Introduction To Database System
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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D1，D2，D3的笛卡尔积为： D1×D2×D3 ＝ ｛(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
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笛卡尔积（续) 2) 元组（Tuple） 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。 3) 分量（Component） 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
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笛卡尔积（续) 4) 基数（Cardinal number） 若Di（i＝1，2，…，n）为有限集，其基数为mi（i＝1，2，…，n），则D1×D2×…×Dn的基数M为： 在上例中，基数：2×2×3＝12，即D1×D2×D3共有2×2×3＝12个元组 An Introduction To Database System
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笛卡尔积（续) 5)笛卡尔积的表示方法 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个元组可列成一张二维表 An Introduction To Database System
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3. 关系（Relation） 1) 关系 D1×D2×…×Dn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
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关系（续） 注意： 关系是笛卡尔积的有限子集。无限关系在数据库系统中是无意义的。 由于笛卡尔积不满足交换律，即 (d1，d2，…，dn )≠(d2，d1，…，dn ) 但关系满足交换律，即 (d1，d2 ，…，di ，dj ，…，dn）=（d1，d2 ，…，dj，di ，…，dn） （i，j = 1，2，…，n） 解决方法：为关系的每个列附加一个属性名以取消关系元组的有序性 An Introduction To Database System
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关系（续） 例 在表2.1 的笛卡尔积中取出有实际意义的元组 来构造关系 关系：SAP(SUPERVISOR，SPECIALITY，POSTGRADUATE) 关系名，属性名 假设：导师与专业：1:1，导师与研究生：1:n 于是：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) } An Introduction To Database System
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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 Introduction To Database System
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关系（续） 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。 An Introduction To Database System
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关系（续） 5) 属性 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（Attribute）。 n目关系必有n个属性。 An Introduction To Database System
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关系（续） 6) 码 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 在最简单的情况下，候选码只包含一个属性。 全码（All-key） 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
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关系（续） 码(续) 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） 主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码属性 （Non-key attribute） An Introduction To Database System
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关系（续） 7) 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表，是虚表，不对 应实际存储的数据 An Introduction To Database System
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8) 基本关系的性质 ① 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 ② 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
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基本关系的性质(续) 上例中也可以只给出两个域： 人（PERSON）=张清玫，刘逸，李勇，刘晨，王敏 专业（SPECIALITY）=计算机专业，信息专业 SAP关系的导师属性和研究生属性都从PERSON域中取值 为了避免混淆，必须给这两个属性取不同的属性名，而不能直 接使用域名。 例如定义: 导师属性名为SUPERVISOR-PERSON（或SUPERVISOR） 研究生属性名为POSTGRADUATE-PERSON（或POSTGRADUATE） An Introduction To Database System
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SAP实例 An Introduction To Database System
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基本关系的性质(续) ③ 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 Introduction To Database System
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基本关系的性质(续) ④ 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。 例如: Oracle，FoxPro等都允许关系表中存在两个完全相同 的元组，除非用户特别定义了相应的约束条件。 An Introduction To Database System
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基本关系的性质(续) ⑤ 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
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基本关系的性质(续) ⑥ 分量必须取原子值 每一个分量都必须是不可分的数据项。 这是规范条件中最基本的一条 An Introduction To Database System
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2.2 关系数据结构 关系 关系模式 关系数据库 An Introduction To Database System
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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 An Introduction To Database System
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1．什么是关系模式 关系模式（Relation Schema）是型 关系是值 关系模式是对关系的描述：关系实质上是一张二维表格， 表的每一行为一个元组，每一列为一个属性。一个元组就是 该关系所涉及的属性集的笛卡尔积的一个元素。关系是元组 的集合，因此关系模式必须指出这个元组集合的结构 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 一个关系通常是由赋于它的元组语义来确定的。元组语义实质上是一个n目谓词，凡使该n目谓词为真的笛卡尔积中的元素的全体构成了该关系模式的关系。 完整性约束条件 属性间的数据依赖关系集合 An Introduction To Database System
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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（笛卡尔积中的各个值） 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
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定义关系模式 (续) 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，说明它们分别出自哪个域： dom（SUPERVISOR-PERSON） = dom（POSTGRADUATE-PERSON） =PERSON An Introduction To Database System
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定义关系模式 (续) 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 An Introduction To Database System
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3. 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，因为关系操作在不断地 更新着数据库中的数据 实际中，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 System
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2.2 关系数据结构 关系 关系模式 关系数据库 An Introduction To Database System
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关系数据库 1. 关系数据库 2. 关系数据库的型与值 An Introduction To Database System
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1. 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 System
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2. 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 若干域的定义 在这些域上定义的若干关系模式 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 System
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第二章 关系数据库 2.1 关系模型概述 2.2 关系数据结构 2.3 关系的完整性 2.4 关系代数 2.5 关系演算 2.6 小结 An Introduction To Database System
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2.3 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，应该由关系系统自动支持。 An Introduction To Database System
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关系的完整性(续) 2.3.1 实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性 An Introduction To Database System
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2.3.1 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
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实体完整性(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) 相应地，关系模型中以主码作为唯一性标识。 An Introduction To Database System
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实体完整性(续) 关系模型必须遵守实体完整性规则的原因(续) (4) 主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
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实体完整性(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。 An Introduction To Database System
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关系的完整性 2.3.1 实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性 An Introduction To Database System
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2.3.2 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 System
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1. 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
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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
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关系间的引用(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 Introduction To Database System
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学生 课程 学生选课 An Introduction To Database System
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关系间的引用(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） An Introduction To Database System
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2．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 Relation） 基本关系S称为被参照关系（Referenced Relation）或目标关系（Target Relation）。 An Introduction To Database System
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外码(续) 说明 关系R和S不一定是不同的关系 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 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 System
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3. 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
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参照完整性规则(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
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参照完整性规则(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
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参照完整性规则(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 System
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关系的完整性(续) 2.3.1 实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性 An Introduction To Database System
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2.3.3 用户定义的完整性 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。 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。 An Introduction To Database System
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用户定义的完整性(续) 例: 课程(课程号，课程名，学分) “课程名”属性必须取唯一值 非主属性“课程名”也不能取空值 “学分”属性只能取值{1，2，3，4} An Introduction To Database System
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小结 关系数据结构 关系 域 笛卡尔积 关系，属性，元组 候选码，主码，主属性 基本关系的性质 关系模式 关系数据库 An Introduction To Database System
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关系的数据操作集合 查询 选择、投影、连接、除、并、交、差 数据更新 插入、删除、修改 An Introduction To Database System
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关系的完整性约束 实体完整性 参照完整性 外码 用户定义的完整性 An Introduction To Database System
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实体完整性是对应元组或行而言的，参照完整性是对不同表之间的属性或列的参照关系而言的 实现数据完整性的方法 在关系模式定义描述中定义数据完整性检查条件 使用触发器和存储过程实现数据完整性检查 用其它编程工具编写程序实现数据完整性检查 An Introduction To Database System
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下课了。。。 追求 休息一会儿。。。 An Introduction To Database System
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