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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 白城师范学院 An Introduction to Database System
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关系数据库简介 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 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 本章主要介绍关系数据模型基本概念，即关系模型的数据结构、关系操作和关系的完整性。 An Introduction to Database System
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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 2.5 关系演算 2.6 小结 An Introduction to Database System
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2.1 关系数据结构及形式化定义 关系 关系模式 关系数据库 An Introduction to Database System
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2.1.1 关系 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 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 建立在集合代数的基础上 An Introduction to Database System
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关系(续) 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 指定长度的字符串集合 {‘男’，‘女’} {0，1，2，3} {真，假} …………….. An Introduction to Database System
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⒈ 域（Domain）(续) 特点 ⑴值可以是有结构的。例如{(北京，010)，（长春，0431）} ⑵值是可区分的。在域中相同的值被视为同一个值，如{0，1，1}和{0，1}是等同的。 ⑶域是一个有限集。元素的个数叫域的基数。 例如：{1，2，3}基数为3，{1，2，1，1，1}基数为2。 An Introduction to Database System
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2. 笛卡尔积（Cartesian Product）
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｝ An Introduction to Database System
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笛卡尔积（续） 例D1=父亲的集合={张二，王三，李四} D2=母亲的集合={丁梅，王芳} D3=孩子的集合={张英，王兵，李明} 则D1×D2×D3={（张二，丁梅，张英），（张二，丁梅，王兵），…} 共有3*2*3=18个元组，以D1，D2，D3为属性。 An Introduction to Database System
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笛卡尔积（续） 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(Tuple) (张二，丁梅，张英)、(张二，丁梅，王兵)等都是元组 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 张二，丁梅，张英等都是分量 An Introduction to Database System
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笛卡尔积（续） 基数（Cardinal number）(元组的个数) 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： 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 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）或元 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） 或一元关系 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 例D1={A，B，C}，D2={1，2}，D3={True,False} R(D1,D2,D3)={(A,1,True),(a,2,false),(b,1,true),(c,2,true)} D1 D2 D3 A 1 TRUE 2 FALSE B C 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 简单的情况：候选码只包含一个属性 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） 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） An Introduction to Database System
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关系（续） 关系是笛卡尔积的子集，但这只是数学定义，取某一子集时还要注意在数据库中是否有意义。 例如父亲、母亲、孩子的笛卡尔积的子集不是都有意义的。 D1，D2，…，Dn的笛卡尔积的某个子集才有实际含义 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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关系（续） 8)基本关系的性质 ① 列是同质的（Homogeneous） 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 ③ 列的顺序无所谓,，列的次序可以任意交换 ④ 任意两个元组的候选码不能相同 ⑤ 行的顺序无所谓，行的次序可以任意交换 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 这是规范条件中最基本的一条 表2.3 非规范化关系 An Introduction to Database System
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2.1 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 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 元组语义以及完整性约束条件 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 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: 父亲、母亲和孩子出自同一个域——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（父亲） = DOM（母亲）=DOM（孩子） =人 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 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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2.1 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 关系数据库 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 关系数据库的型与值 An Introduction to Database System
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2. 关系数据库的型与值 关系数据库的型: 关系数据库模式 对关系数据库的描述。 关系数据库模式包括 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: 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 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 关系操作 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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2.2.1基本关系操作 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 选择、投影、并、差、笛卡尔基是5种基本操作 关系操作的特点 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 An Introduction to Database System
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2.2.2 关系数据库语言的分类 关系代数语言 用对关系的运算来表达查询要求 代表：ISBL 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 代表：APLHA, QUEL 域关系演算语言 谓词变元的基本对象是域变量 代表：QBE 具有关系代数和关系演算双重特点的语言 代表：SQL（Structured Query Language） An Introduction to Database System
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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 2.5 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 2.3.1 关系的三类完整性约束 2.3.2 实体完整性 2.3.3 参照完整性 2.3.4 用户定义的完整性 An Introduction to Database System
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关系的三类完整性约束 实体完整性和参照完整性： 关系模型必须满足的完整性约束条件 称为关系的两个不变性，应该由关系系统自动支持 用户定义的完整性： 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 An Introduction to Database System
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2.3 关系的完整性 2.3.1关系的三类完整性约束 2.3.2 实体完整性 2.3.3 参照完整性 2.3.4 用户定义的完整性 An Introduction to Database System
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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： 学生(学号,姓名,性别,出生日期……) 其中学号为主码,不能有重复的学号,学号不能取空值. An Introduction to Database System
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实体完整性(续) 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 An Introduction to Database System
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学号为主码 学号不能取空值和重复值 满足实体完整性 学号 姓名 性别 年龄 系 95001 李勇 男 21 计算机 95002 刘晨 女 22 数学 95003 王微 95004 马磊 An Introduction to Database System
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2.3关系的完整性 2.3.1关系的三类完整性约束 2.3.2 实体完整性 2.3.3 参照完整性 2.3.4 用户定义的完整性 An Introduction to Database System
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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 An Introduction to Database System
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1. 关系间的引用 学生中的专业号引用了专业中的专业号 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 学号 姓名 性别 年龄 专业号 95001 李勇 男 21 001 95002 刘晨 女 22 002 95003 王微 专业号 专业名 001 计算机 002 数学 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 学号 姓名 性别 专业号 年龄 95001 李勇 男 1001 21 95002 刘晨 女 1002 22 95003 王微 选修关系中的课程号引用了课程关系中的课程号 课程号 课程名 学分 2001 数据库系统 3 2002 C语言 4 2003 操作系统 选修关系中的学号引用了学生关系中的学号 学号 课程号 成绩 95001 2001 95 2002 90 95002 2003 80 85 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一对多联系 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄，班长） “学号”是主码，“班长”是外码，它引用了本关系的“学号” “班长” 必须是确实存在的学生的学号 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) ［例1］：学生关系的“专业号与专业关系的主码“专业号”相对应 专业关系是被参照关系 专业号是学生关系的外码 学生关系是参照关系 学号 姓名 性别 年龄 专业号 95001 李勇 男 21 001 95002 刘晨 女 22 002 95003 王微 专业号 专业名 001 计算机 002 数学 An Introduction to Database System
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学生与课程关系都是被参照关系 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 学号 姓名 性别 专业号 年龄 95001 李勇 男 1001 21 95002 刘晨 女 1002 22 95003 王微 课程号 课程名 学分 2001 数据库系统 3 2002 C语言 4 2003 操作系统 学号 课程号 成绩 95001 2001 95 2002 90 95002 2003 80 85 学号与课程号是选修关系中的外码 选修关系是参照关系 An Introduction to Database System
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外码(续) ［例3］：“班长”与本身的主码“学号”相对应 “班长”是外码 学生关系既是参照关系也是被参照关系 An Introduction to Database System
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外码(续) 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 规则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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外码(续) ［例1］：学生关系中每个元组的“专业号”属性只取两类值 专业关系中存在的专业号 空值 学号 姓名 性别 年龄 专业号 95001 李勇 男 21 001 95002 刘晨 女 22 95003 王微 专业号 专业名 001 计算机 002 数学 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 学号与课程号的取值必须是学生关系与课程关系中存在的主码值
例2 学生、课程、学生与课程之间的多对多联系 学号 姓名 性别 专业号 年龄 95001 李勇 男 1001 21 95002 刘晨 女 1002 22 95003 王微 课程号 课程名 学分 2001 数据库系统 3 2002 C语言 4 2003 操作系统 学号与课程号的取值必须是学生关系与课程关系中存在的主码值 学号 课程号 成绩 95001 2001 95 2002 90 95002 2003 80 85 学号与课程号组合是选修关系中的主码，不能取空值 An Introduction to Database System
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参照完整性规则(续) 〔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 An Introduction to Database System
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参照完整性规则(续) 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 An Introduction to Database System
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关系的完整性(续) 2.3.1关系的三类完整性约束 2.3.2 实体完整性 2.3.3 参照完整性 2.3.4 用户定义的完整性 An Introduction to Database System
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2.3.4 用户定义的完整性 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) “课程号”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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完整性练习 例：设有供应商关系S和零件关系P，它们的主码分别是供应商号和零件号，而且零件关系P的属性颜色只能取值为（红，白，兰）。 零件关系p 供应关系s 供应商号 供应商名 所在城市 零件号 颜色 B01 红星 北京 010 红 S10 宇宙 上海 201 兰 T20 长红 天津 312 白 Z01 立新 重庆 插入 删除 修改 An Introduction to Database System
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⑴向关系P中插入新行，能否插入？ ①（’201’，’白’，’s10’） ②（‘301’，’红’，’t11’） ③（‘301’，‘绿’，’b01’） An Introduction to Database System
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②（’z01‘，’立新‘，重庆’） An Introduction to Database System
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⑶修改P和S，能否修改 ①将S表供应商号z01修改为z30 ②将P表供应商号B01修改为B02 An Introduction to Database System
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休息一会儿。。。 追求 An Introduction to Database System
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