數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論AnIntroductiontoDatabaseSystem章關(guān)系數(shù)據(jù)庫2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系數(shù)據(jù)庫簡介提出關(guān)系模型的是美國IBM公司的E.F.Codd1970年提出關(guān)系數(shù)據(jù)模型E.F.Codd,“ARelationalModelofDataforLargeSharedDataBanks”,《CommunicationoftheACM》,1970之后，提出了關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算的概念1972年提出了關(guān)系的第一、第二、第三范式1974年提出了關(guān)系的BC范式2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫2.1關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義2.2關(guān)系操作2.3關(guān)系的完整性2.4關(guān)系代數(shù)2.5關(guān)系演算2.6小結(jié)2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.1關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義2.1.1關(guān)系2.1.2關(guān)系模式2.1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.1.1

關(guān)系單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)----關(guān)系現(xiàn)實世界的實體以及實體間的各種聯(lián)系均用關(guān)系來表示邏輯結(jié)構(gòu)----二維表從用戶角度，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表建立在集合代數(shù)的基礎(chǔ)上2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系(續(xù))⒈域（Domain）

2.笛卡爾積（CartesianProduct）

3.關(guān)系（Relation）2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem⒈域（Domain）域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。例:整數(shù)實數(shù)介于某個取值范圍的整數(shù)長度指定長度的字符串集合{‘男’，‘女’}……………..2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.笛卡爾積（CartesianProduct）笛卡爾積給定一組域D1，D2，…，Dn，這些域中可以有相同的。

D1，D2，…，Dn的笛卡爾積為：

D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2，…，dn）｜diDi，i＝1，2，…，n｝所有域的所有取值的一個組合不能重復(fù)2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem笛卡爾積（續(xù))

元組（Tuple）笛卡爾積中每一個元素（d1，d2，…，dn）叫作一個n元組（n-tuple）或簡稱元組(Tuple)(張清玫，計算機(jī)專業(yè)，李勇)、(張清玫，計算機(jī)專業(yè)，劉晨)等都是元組

分量（Component）笛卡爾積元素（d1，d2，…，dn）中的每一個值di叫作一個分量張清玫、計算機(jī)專業(yè)、李勇、劉晨等都是分量

2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem笛卡爾積（續(xù))基數(shù)（Cardinalnumber）若Di（i＝1，2，…，n）為有限集，其基數(shù)為mi（i＝1，2，…，n），則D1×D2×…×Dn的基數(shù)M為：笛卡爾積的表示方法笛卡爾積可表示為一個二維表表中的每行對應(yīng)一個元組，表中的每列對應(yīng)一個域2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem

2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem3.關(guān)系（Relation）1)關(guān)系D1×D2×…×Dn的子集叫作在域D1，D2，…，Dn上的關(guān)系，表示為

R（D1，D2，…，Dn）

R：關(guān)系名n：關(guān)系的目或度（Degree）2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系（續(xù)）2)元組關(guān)系中的每個元素是關(guān)系中的元組，通常用t表示。3)單元關(guān)系與二元關(guān)系當(dāng)n=1時，稱該關(guān)系為單元關(guān)系（Unaryrelation）或一元關(guān)系當(dāng)n=2時，稱該關(guān)系為二元關(guān)系（Binaryrelation）2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系（續(xù)）4)關(guān)系的表示關(guān)系也是一個二維表，表的每行對應(yīng)一個元組，表的每列對應(yīng)一個域2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系（續(xù)）5)屬性關(guān)系中不同列可以對應(yīng)相同的域為了加以區(qū)分，必須對每列起一個名字，稱為屬性（Attribute）n目關(guān)系必有n個屬性2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系（續(xù)）6)碼候選碼（Candidatekey）若關(guān)系中的某一屬性組的值能唯一地標(biāo)識一個元組，則稱該屬性組為候選碼簡單的情況：候選碼只包含一個屬性全碼（All-key）最極端的情況：關(guān)系模式的所有屬性組是這個關(guān)系模式的候選碼，稱為全碼（All-key）2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系（續(xù)）碼(續(xù))主碼若一個關(guān)系有多個候選碼，則選定其中一個為主碼（Primarykey）主屬性候選碼的諸屬性稱為主屬性（Primeattribute）不包含在任何侯選碼中的屬性稱為非主屬性（Non-Primeattribute）或非碼屬性（Non-keyattribute）2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系（續(xù)）D1，D2，…，Dn的笛卡爾積的某個子集才有實際含義例：表2.1的笛卡爾積沒有實際意義取出有實際意義的元組來構(gòu)造關(guān)系關(guān)系：SAP(SUPERVISOR，SPECIALITY，POSTGRADUATE)假設(shè)：導(dǎo)師與專業(yè)：1:1，導(dǎo)師與研究生：1:n主碼：POSTGRADUATE（假設(shè)研究生不會重名）

SAP關(guān)系可以包含三個元組｛(張清玫，計算機(jī)專業(yè)，李勇)，

(張清玫，計算機(jī)專業(yè)，劉晨)，

(劉逸，信息專業(yè)，王敏)}2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系（續(xù)）7)三類關(guān)系基本關(guān)系（基本表或基表）實際存在的表，是實際存儲數(shù)據(jù)的邏輯表示查詢表查詢結(jié)果對應(yīng)的表視圖表由基本表或其他視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不對應(yīng)實際存儲的數(shù)據(jù)2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系（續(xù)）8)基本關(guān)系的性質(zhì)①列是同質(zhì)的（Homogeneous）②不同的列可出自同一個域其中的每一列稱為一個屬性不同的屬性要給予不同的屬性名③列的順序無所謂,，列的次序可以任意交換④任意兩個元組的候選碼不能相同⑤行的順序無所謂，行的次序可以任意交換2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem基本關(guān)系的性質(zhì)(續(xù))⑥分量必須取原子值這是規(guī)范條件中最基本的一條表2.3非規(guī)范化關(guān)系2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.1關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.1.1關(guān)系2.1.2關(guān)系模式2.1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.1.2關(guān)系模式1．什么是關(guān)系模式2．定義關(guān)系模式3.關(guān)系模式與關(guān)系2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem1．什么是關(guān)系模式關(guān)系模式（RelationSchema）是型關(guān)系是值關(guān)系模式是對關(guān)系的描述元組集合的結(jié)構(gòu)屬性構(gòu)成屬性來自的域?qū)傩耘c域之間的映象關(guān)系元組語義以及完整性約束條件屬性間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系集合2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2．定義關(guān)系模式關(guān)系模式可以形式化地表示為：

R（U，D，DOM，F(xiàn)）

R關(guān)系名

U

組成該關(guān)系的屬性名集合

D

屬性組U中屬性所來自的域

DOM屬性向域的映象集合

F

屬性間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系集合2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem定義關(guān)系模式(續(xù))例:導(dǎo)師和研究生出自同一個域——人，取不同的屬性名，并在模式中定義屬性向域的映象，即說明它們分別出自哪個域：

DOM（SUPERVISOR-PERSON）=DOM（POSTGRADUATE-PERSON）=PERSON2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem定義關(guān)系模式(續(xù))關(guān)系模式通?？梢院営洖?/p>

R(U)或R(A1，A2，…，An)R:關(guān)系名A1，A2，…，An:屬性名注：域名及屬性向域的映象常常直接說明為屬性的類型、長度2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem3.關(guān)系模式與關(guān)系關(guān)系模式對關(guān)系的描述靜態(tài)的、穩(wěn)定的關(guān)系關(guān)系模式在某一時刻的狀態(tài)或內(nèi)容動態(tài)的、隨時間不斷變化的關(guān)系模式和關(guān)系往往統(tǒng)稱為關(guān)系通過上下文加以區(qū)別2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.1關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.1.1關(guān)系2.1.2關(guān)系模式2.1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.1.3

關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫在一個給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有關(guān)系的集合構(gòu)成一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型與值2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型與值關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型:關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的描述。關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式包括若干域的定義在這些域上定義的若干關(guān)系模式關(guān)系數(shù)據(jù)庫的值:關(guān)系模式在某一時刻對應(yīng)的關(guān)系的集合，簡稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫2.1關(guān)系模型概述2.2關(guān)系操作2.3關(guān)系的完整性2.4關(guān)系代數(shù)2.5關(guān)系演算2.6小結(jié)2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.2.1基本關(guān)系操作

常用的關(guān)系操作查詢：選擇、投影、連接、除、并、交、差數(shù)據(jù)更新：插入、刪除、修改查詢的表達(dá)能力是其中最主要的部分選擇、投影、并、差、笛卡爾基是5種基本操作關(guān)系操作的特點集合操作方式：操作的對象和結(jié)果都是集合，一次一集合的方式2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.2.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言的分類

關(guān)系代數(shù)語言用對關(guān)系的運算來表達(dá)查詢要求代表：ISBL關(guān)系演算語言：用謂詞來表達(dá)查詢要求元組關(guān)系演算語言謂詞變元的基本對象是元組變量代表：APLHA,QUEL域關(guān)系演算語言謂詞變元的基本對象是域變量代表：QBE具有關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算雙重特點的語言代表：SQL（StructuredQueryLanguage）2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫2.1關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義2.2關(guān)系操作2.3關(guān)系的完整性2.4關(guān)系代數(shù)2.5關(guān)系演算2.6小結(jié)2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.3關(guān)系的完整性2.3.1關(guān)系的三類完整性約束2.3.2實體完整性2.3.3參照完整性2.3.4用戶定義的完整性2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.3.1關(guān)系的三類完整性約束實體完整性和參照完整性：關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件稱為關(guān)系的兩個不變性，應(yīng)該由關(guān)系系統(tǒng)自動支持用戶定義的完整性：應(yīng)用領(lǐng)域需要遵循的約束條件，體現(xiàn)了具體領(lǐng)域中的語義約束2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.3關(guān)系的完整性2.3.1關(guān)系的三類完整性約束2.3.2實體完整性2.3.3參照完整性2.3.4用戶定義的完整性2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.3.2實體完整性規(guī)則2.1實體完整性規(guī)則（EntityIntegrity）若屬性A是基本關(guān)系R的主屬性，則屬性A不能取空值

例：SAP(SUPERVISOR，SPECIALITY，POSTGRADUATE)POSTGRADUATE：主碼（假設(shè)研究生不會重名）不能取空值2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem實體完整性(續(xù))實體完整性規(guī)則的說明(1)實體完整性規(guī)則是針對基本關(guān)系而言的。一個基本表通常對應(yīng)現(xiàn)實世界的一個實體集。(2)現(xiàn)實世界中的實體是可區(qū)分的，即它們具有某種唯一性標(biāo)識。(3)關(guān)系模型中以主碼作為唯一性標(biāo)識。(4)主碼中的屬性即主屬性不能取空值。主屬性取空值，就說明存在某個不可標(biāo)識的實體，即存在不可區(qū)分的實體，這與第（2）點相矛盾，因此這個規(guī)則稱為實體完整性2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.3關(guān)系的完整性2.3.1關(guān)系的三類完整性約束2.3.2實體完整性2.3.3參照完整性2.3.4用戶定義的完整性2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2.3.3參照完整性1.關(guān)系間的引用2.外碼3.參照完整性規(guī)則2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem1.關(guān)系間的引用在關(guān)系模型中實體及實體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來描述的，因此可能存在著關(guān)系與關(guān)系間的引用。例1學(xué)生實體、專業(yè)實體學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡）專業(yè)（專業(yè)號，專業(yè)名）主碼主碼學(xué)生關(guān)系引用了專業(yè)關(guān)系的主碼“專業(yè)號”。學(xué)生關(guān)系中的“專業(yè)號”值必須是確實存在的專業(yè)的專業(yè)號

，即專業(yè)關(guān)系中有該專業(yè)的記錄。2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系間的引用(續(xù))例2學(xué)生、課程、學(xué)生與課程之間的多對多聯(lián)系學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡）課程（課程號，課程名，學(xué)分）選修（學(xué)號，課程號，成績）2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem關(guān)系間的引用(續(xù))例3學(xué)生實體及其內(nèi)部的一對多聯(lián)系學(xué)生（學(xué)號，姓名，性別，專業(yè)號，年齡，班長）“學(xué)號”是主碼，“班長”是外碼，它引用了本關(guān)系的“學(xué)號”“班長”必須是確實存在的學(xué)生的學(xué)號

2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem2．外碼（ForeignKey）設(shè)F是基本關(guān)系R的一個或一組屬性，但不是關(guān)系R的碼。如果F與基本關(guān)系S的主碼Ks相對應(yīng)，則稱F是基本關(guān)系R的外碼基本關(guān)系R稱為參照關(guān)系（ReferencingRelation）基本關(guān)系S稱為被參照關(guān)系（ReferencedRelation）或目標(biāo)關(guān)系（TargetRelation）2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem外碼(續(xù))［例1］：學(xué)生關(guān)系的“專業(yè)號與專業(yè)關(guān)系的主碼“專業(yè)號”相對應(yīng)“專業(yè)號”屬性是學(xué)生關(guān)系的外碼專業(yè)關(guān)系是被參照關(guān)系，學(xué)生關(guān)系為參照關(guān)系

2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem外碼(續(xù))［例2］：選修關(guān)系的“學(xué)號”與學(xué)生關(guān)系的主碼“學(xué)號”相對應(yīng)選修關(guān)系的“課程號”與課程關(guān)系的主碼“課程號”相對應(yīng)“學(xué)號”和“課程號”是選修關(guān)系的外碼學(xué)生關(guān)系和課程關(guān)系均為被參照關(guān)系選修關(guān)系為參照關(guān)系2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem外碼(續(xù))［例3］：“班長”與本身的主碼“學(xué)號”相對應(yīng)“班長”是外碼學(xué)生關(guān)系既是參照關(guān)系也是被參照關(guān)系

2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem外碼(續(xù))關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系目標(biāo)關(guān)系S的主碼Ks和參照關(guān)系的外碼F必須定義在同一個（或一組）域上外碼并不一定要與相應(yīng)的主碼同名當(dāng)外碼與相應(yīng)的主碼屬于不同關(guān)系時，往往取相同的名字，以便于識別2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem3.參照完整性規(guī)則規(guī)則2.2參照完整性規(guī)則若屬性（或?qū)傩越M）F是基本關(guān)系R的外碼它與基本關(guān)系S的主碼Ks相對應(yīng)（基本關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系），則對于R中每個元組在F上的值必須為：或者取空值（F的每個屬性值均為空值）或者等于S中某個元組的主碼值2023/7/21AnIntroductiontoDatabaseSystem參照完整性規(guī)則(續(xù))[例1]