数据库清华版2章关系数据库ppt课件.ppt

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1、第2章 关系数据库,2.1 关系数据库概述 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 关系数据库管理系统 2.7 小结,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 Large 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,关系数据库简介,关

2、系数据库应用数学方法来处理数据库中的数据 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,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 DB2 SQL Server INFORMIX INGRES,第2章 关系数据库,2.1 关系数据库概述 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 关系数据库管理系统 2.7 小结,2.1 关系数据库概述,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,1. 关系数据结构,

3、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。,2. 关系操作,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,关系操作 (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,关系操作（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,关系操作（续）,3) 关系数据语言的种类 关系代数

4、语言 用对关系的运算来表达查询要求 典型代表：ISBL,关系操作（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,关系操作（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,3. 关系的三类完整性

5、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,第2章 关系数据库,2.1 关系数据库概述 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 关系数据库管理系统 2.7 小结,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,2.2 关系数据结构,1.关系 2.关系模式 3.关系数据库,一、 关系, 域（Domain） 2. 笛卡尔积（Cartesian P

6、roduct） 3. 关系（Relation）, 域（Domain）,域是一组具有相同数据类型的值的集合。 例 整数 实数 指定长度的字符串集合 介于某个取值范围的整数 男，女 介于某个取值范围的日期,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： D1D2 Dn (d1, d2, , dn)diDi， i1, 2, , n 所有域的所有取值的一个组合 不能重复,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

7、息专业 D3=POSTGRADUATE=李勇，刘晨，王敏 则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) ,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。 例 3) 分量

8、（Component） 笛卡尔积元素（d1，d2， ，dn）中的每一个值di叫作一个分量。 例,笛卡尔积（续),4) 基数（Cardinal number） 若Di（i1，2， ，n）为有限集，其基数为mi（i1，2， ，n），则D1D2 Dn的基数M为： 在上例中，基数：22312，即D1D2D3共有22312个元组,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,笛卡尔积（续),3. 关系（Relation）,1) 关系 D1D2 Dn的子集叫作在域D1, D2, , Dn上的关系，表

9、示为 R（D1，D2， ，Dn） R：关系名 n：关系的目或度（Degree）,关系（续）,1) 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,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，SPECIALIT

10、Y，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，信息专业，李勇)， (张清玫，信息专业，刘晨)， (刘逸，信息专业，王敏) ,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）。,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。,关系（续）,5) 属性 关系中不同列可以对应相同的域

11、，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。,关系（续）,6) 码 候选码 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（Candidate 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码属性（Non-key attribute）。 在最简单的情况下，候选码只包含一个属性。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）。,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）。

12、,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,关系（续）,8) 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,关系（续）,例： 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。

13、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） SAP(SUPERVISOR-PERSON, SPECIALITY , POSTGRADUATE-PERSON),关系（续）,基本关系的性质(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,关系（续）,基本关系的性

14、质(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。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。,关系（续）,基本关系的性质(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,关系（续）,基本关系的性质(续) 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,二、 关系模式,1什么是关系模式 2定义关系模式 3.

15、 关系模式与关系,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 完整性约束条件 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。,定义关系模式 (续),例 在上面例子中，由于导师和研究生出自同一个域人，所以要取不同的属性名，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，如： dom（

16、SUPERVISOR-PERSON） = dom（POSTGRADUATE-PERSON） =PERSON,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。,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。,三、关系数据库,1. 关系数据库 2. 关系数据库的型与值,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

17、系的集合构成一个关系数据库。,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,第2章 关系数据库,2.1 关系数据库概述 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 关系数据库管理系统 2.7 小结,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

18、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。,关系的完整性(续),1. 实体完整性 2. 参照完整性 3. 用户定义的完整性,一、 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。,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

19、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，关系模型中以候选码作为唯一性标识。,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) 候选码中的属性即主属性不能取空值。所谓空值就是“不知道”或“无意义”的值。如果主属性取空值，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。,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，而不仅是主码整体不能取空值。 例： 选修（学号，课程号，成绩） “学号、课程号”为主码， 则学号和课程号两个属性都不能取空值,二、 参照

20、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,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）,学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄） 专业（专业号，专业名）,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）,学生,学生选课,课程,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)

21、学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄，班长）,2外码,外码 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（Foreign Key） 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）。,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

22、别。 例,3. 参照完整性规则,参照完整性规则就是定义外码与主码之间的引用规则。 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。,参照完整性规则(续),例 例1 学生关系中每个元组的“专业号”属性只能取下面两类值： （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。,参照完整性规则(续),例2 由于“学号”和“课程号”是

23、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。,参照完整性规则(续),例3 “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。,三、 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。,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

24、主属性“课程名”也不能取空值 “学分”属性只能取值1，2，3，4,第2章 关系数据库,2.1 关系数据库概述 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 关系数据库管理系统 2.7 小结,关系代数（续）,1. 关系代数 2. 运算的三要素 3. 关系代数运算的三个要素 4. 关系代数运算的分类 5. 表示记号,关系代数（续）,1.关系代数 一种抽象的查询语言 用对关系的运算来表达查询,关系代数（续）,2运算的三要素 运算对象 运算符 运算结果,关系代数（续）,3关系代数运算的三个要素 运算对象：关系 运算结果：关系 运算符：四类,关系代数（续）,运算

25、符（续） 集合运算符 将关系看成元组的集合 从关系的“水平”方向即行的角度来进行运算 专门的关系运算符 不仅涉及行而且涉及列 算术比较符 辅助专门的关系运算符进行操作 逻辑运算符 辅助专门的关系运算符进行操作,表2.4 关系代数运算符,关系代数（续）,表2.4 关系代数运算符（续）,关系代数（续）,关系代数（续）,4关系代数运算的分类 传统的集合运算 并、差、交、广义笛卡尔积 专门的关系运算 选择、投影、连接、除,关系代数（续）,5表示记号 （1） R，tR，tAi 设关系模式为R(A1，A2， ，An)。它的一个关系设为R。tR表示t是R的一个元组。tAi则表示元组t中相应于属性Ai的一个分

26、量。,关系代数（续）,（2）A，tA，A 若A=Ai1，Ai2，Aik，其中Ai1，Ai2，Aik是A1，A2，An中的一部分，则A称为属性列或域列。tA=(tAi1，tAi2，tAik)表示元组t在属性列A上诸分量的集合。A则表示A1，A2，An中去掉Ai1，Ai2，Aik后剩余的属性组。,关系代数（续）,（3） tr ts R为n目关系，S为m目关系。tr R，tsS， tr ts称为元组的连接。它是一个n + m列的元组，前n个分量为R中的一个n元组，后m个分量为S中的一个m元组。,关系代数（续）,4）象集Zx 给定一个关系R（X，Z），X和Z为属性组。当tX=x时，x在R中的象集（Im

27、ages Set）为： Zx=tZ|t R，tX=x 它表示R中属性组X上值为x的诸元组在Z上分量的集合。,2.4 关系代数,2.4.1 传统的集合运算 2.4.2 专门的关系运算,2.4 关系代数,2.4.1 传统的集合运算 2.4.2 专门的关系运算,2.4.1 传统的集合运算,并 差 交 广义笛卡尔积,1. 并（Union）,R和S 具有相同的目n（即两个关系都有n个属性） 相应的属性取自同一个域 RS 仍为n目关系，由属于R或属于S的元组组成 RS = t|t Rt S ,并(续),R,S,RS,2. 差（Difference）,R和S 具有相同的目n 相应的属性取自同一个域 R -

28、S 仍为n目关系，由属于R而不属于S的所有元组组成 R -S = t|tRtS ,差(续),R,S,R-S,3. 交（Intersection）,R和S 具有相同的目n 相应的属性取自同一个域 RS 仍为n目关系，由既属于R又属于S的元组组成 RS = t|t Rt S RS = R (R-S）,交 (续),R,S,R S,4. 广义笛卡尔积（Extended Cartesian Product）,R n目关系，k1个元组 S m目关系，k2个元组 RS 列：（n+m）列的元组的集合 元组的前n列是关系R的一个元组 后m列是关系S的一个元组 行：k1k2个元组 RS = tr ts |tr R

29、 tsS ,广义笛卡尔积 (续),R,S,R S,2.4 关系代数,2.4.1 传统的集合运算 2.4.2 专门的关系运算,2.4.2 专门的关系运算,选择 投影 连接 除,1. 选择（Selection）,1) 选择又称为限制（Restriction） 2) 选择运算符的含义 在关系R中选择满足给定条件的诸元组 F(R) = t|tRF(t)= 真 F：选择条件，是一个逻辑表达式，基本形式为： ( X1Y1 ) ( X2Y2 ) ：比较运算符（，或） X1，Y1等：属性名、常量、简单函数；属性名也可以用它的序号来代替； ：逻辑运算符（或） ：表示任选项 ：表示上述格式可以重复下去,选择（续）

30、,3) 选择运算是从行的角度进行的运算 4) 举例 设有一个学生-课程数据库，包括学生关系Student、课程关系Course和选修关系SC。,选择（续）,(a),Student,例1,例2,例4,例3,例9,选择（续）,(b),Course,例9,选择（续）,(c),SC,例7,例9,选择（续）,例1 查询信息系（IS系）全体学生 Sdept = IS (Student) 或 5 =IS (Student) 结果：,选择（续）,例2 查询年龄小于20岁的学生 Sage 20(Student) 或 4 20(Student) 结果：,2. 投影（Projection）,1）投影运算符的含义 从

31、R中选择出若干属性列组成新的关系 A(R) = tA | t R A：R中的属性列,2. 投影（Projection）,2）投影操作主要是从列的角度进行运算 但投影之后不仅取消了原关系中的某些列，而且还可能取消某些元组（避免重复行）,投影（续）,3) 举例 例3 查询学生的姓名和所在系 即求Student关系上学生姓名和所在系两个属性上的投影 Sname，Sdept(Student) 或 2，5(Student) 结果：,投影（续）,投影（续）,例4 查询学生关系Student中都有哪些系 Sdept(Student) 结果：,3. 连接（Join）,1）连接也称为连接 2）连接运算的含义 从

32、两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组 R S = | tr Rts StrAtsB A和B：分别为R和S上度数相等且可比的属性组 ：比较运算符 连接运算从R和S的广义笛卡尔积RS中选取（R关系）在A属性组上的值与（S关系）在B属性组上值满足比较关系的元组。,连接(续),3）两类常用连接运算 等值连接（equijoin） 什么是等值连接 为“”的连接运算称为等值连接 等值连接的含义 从关系R与S的广义笛卡尔积中选取A、B属性值相等的那些元组，即等值连接为： R S = | tr Rts StrA = tsB ,A=B,连接(续),自然连接（Natural join） 什么是自然连接

33、自然连接是一种特殊的等值连接 两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组 在结果中把重复的属性列去掉 自然连接的含义 R和S具有相同的属性组B R S = | tr Rts StrB = tsB ,连接(续),4）一般的连接操作是从行的角度进行运算。 自然连接还需要取消重复列，所以是同时从行和列的角度进行运算。,连接(续),5）举例 例5,R,S,连接(续),R S,连接(续),等值连接 R S,连接(续),自然连接 R S,4. 除（Division）,1）除运算的含义 给定关系R (X，Y) 和S (Y，Z)，其中X，Y，Z为属性组。R中的Y与S中的Y可以有不同的属性名，但必须出自相同的域

34、集。R与S的除运算得到一个新的关系P(X)，P是R中满足下列条件的元组在X属性列上的投影：元组在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。 RS = tr X | tr RY (S) Yx Yx：x在R中的象集，x = trX,除(续),2）除操作是同时从行和列角度进行运算 3）举例 例6,除(续),R,S,除(续),-分析： 在关系R中，A可以取四个值a1，a2，a3，a4。 a1的象集为(b1，c2)，(b2，c3)，(b2，c1) a2的象集为(b3，c7)，(b2，c3) a3的象集为(b4，c6) a4的象集为(b6，c6) S在(B，C)上的投影为(b1，c2)，(b2，c1)

35、，(b2，c3) 只有a1的象集(B，C)a1包含了S在(B，C)属性组上的投影，所以RS =a1,5综合举例,以学生-课程数据库为例 例7 查询至少选修1号课程和3号课程的学生号码。 首先建立一个临时关系K： 然后求：Sno，Cno(SC)K,综合举例(续),例7续 Sno.Cno(SC) 95001象集1，2，3； 95002象集2，3 Cno(K)=1，3 于是：Sno.Cno(SC)K=95001,综合举例(续),例8 查询选修了2号课程的学生的学号。,Sno（Cno=2（SC） 95001，95002,综合举例(续),例9 查询至少选修了一门其直接先行课为5号课程的课程的学生姓名。,

36、综合举例(续),例10 查询选修了全部课程的学生号码和姓名。,小结,l 关系代数运算 关系代数运算 并、差、交、笛卡尔积、投影、选择、连接、除 基本运算 并、差、笛卡尔积、投影、选择 交、连接、除 可以用5种基本运算来表达 引进它们并不增加语言的能力，但可以简化表达,小结(续),l 关系代数表达式 关系代数运算经有限次复合后形成的式子 l 典型关系代数语言 ISBL（Information System Base Language） 由IBM United Kingdom研究中心研制 用于PRTV（Peterlee Relational Test Vehicle）实验系统,第2章 关系数据库,

37、2.1 关系数据库概述 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 关系数据库管理系统 2.7 小结,2.5 关系演算,关系演算 以数理逻辑中的谓词演算为基础 种类：按谓词变元不同分类 元组关系演算：以元组变量作为谓词变元的基本对象 域关系演算：以域变量作为谓词变元的基本对象,2.5 关系演算,2.5.1 元组关系演算语言ALPHA 2.5.2 域关系演算语言QBE,2.5 关系演算,2.5.1 元组关系演算语言ALPHA 2.5.2 域关系演算语言QBE,2.5.1 元组关系演算语言ALPHA,一种典型的元组关系演算语言，但未实际实现 由E.F.C

38、odd提出 INGRES所用的QUEL语言是参照ALPHA语言研制的 语句 检索语句 GET 更新语句 PUT，HOLD，UPDATE，DELETE，DROP,一、检索操作,语句格式： GET 工作空间名 （定额）（表达式1） ：操作条件 DOWN/UP 表达式2 定额：规定检索的元组个数 格式： 数字 表达式1：指定语句的操作对象 格式： 关系名| 关系名. 属性名| 元组变量. 属性名| 集函数 ， 操作条件：将操作结果限定在满足条件的元组中 格式： 逻辑表达式 表达式2：指定排序方式 格式： 关系名. 属性名| 元组变量. 属性名， ,检索操作 (续),种类 (1) 简单检索(即不带条件

39、的检索) (2) 限定的检索(即带条件的检索) (3) 带排序的检索 (4) 带定额的检索 (5) 用元组变量的检索 (6) 用存在量词的检索,检索操作 (续),(7) 带有多个关系的表达式的检索 (8) 用全称量词的检索 (9) 用两种量词的检索 (10) 用蕴函（Implication）的检索 (11) 集函数,（1）简单检索,格式 GET 工作空间名 （表达式1） 例1 查询所有被选修的课程号码。 GET W (SC.Cno) 例2 查询所有学生的数据。 GET W (Student),（2）限定的检索,格式 GET 工作空间名（表达式1）：操作条件 例3 查询信息系(IS)中年龄小于2

40、0岁的学生的学号和年龄。 GET W (Student.Sno，Student.Sage): Student.Sdept=ISStudent.Sage20,（3）带排序的检索,格式 GET 工作空间名（表达式1）：操作条件 DOWN/UP 表达式2 例4 查询计算机科学系(CS)学生的学号、年龄，结果按年龄降序排序。 GET W (Student.Sno，Student.Sage): Student.Sdept=CS DOWN Student.Sage,（4）带定额的检索,格式 GET 工作空间名（定额）（表达式1） ：操作条件 DOWN/UP 表达式2 例5 取出一个信息系学生的学号。 GE

41、T W (1) (Student.Sno): Student.Sdept=IS,带定额的检索 (续),例6 查询信息系年龄最大的三个学生的学号及其年龄，结果按年龄降序排序。 GET W (3) (Student.Sno，Student.Sage): Student.Sdept=IS DOWN Student.Sage,（5）用元组变量的检索,元组变量的含义 表示可以在某一关系范围内变化（也称为范围变量Range Variable） 元组变量的用途 简化关系名：设一个较短名字的元组变量来代替较长的关系名。 操作条件中使用量词时必须用元组变量。 定义元组变量 格式： RANGE 关系名 变量名 一

42、个关系可以设多个元组变量,用元组变量的检索(续),例7 查询信息系学生的名字。 RANGE Student X GET W (X.Sname): X.Sdept=IS,(6) 用存在量词的检索,例8 查询选修2号课程的学生名字。 RANGE SC X GET W (Student.Sname): X(X.Sno=Student.SnoX.Cno=2) 例9 查询选修了这样课程的学生学号，其直接先行课是6号课程。 RANGE Course CX GET W (SC.Sno): CX (CX.Cno=SC.CnoCX.Pcno=6),用存在量词的检索(续),例10 查询至少选修一门其先行课为6号课

43、程的学生名字。 RANGE Course CX SC SCX GET W (Student.Sname): SCX (SCX.Sno=Student.Sno CX (CX.Cno=SCX.CnoCX.Pcno=6) 前束范式形式： GET W (Student.Sname): SCXCX (SCX.Sno=Student.Sno CX.Cno=SCX.CnoCX.Pcno=6),（7）带有多个关系的表达式的检索,例11 查询成绩为90分以上的学生名字与课程名字。 RANGE SC SCX GET W (Student.Sname，Course.Cname): SCX (SCX.Grade90

44、SCX.Sno=Student.Sno Course.Cno=SCX.Cno),（8）用全称量词的检索,例12 查询不选1号课程的学生名字。 RANGE SC SCX GET W (Student.Sname): SCX (SCX.SnoStudent.SnoSCX.Cno1) 用存在量词表示： RANGE SC SCX GET W (Student.Sname): SCX (SCX.Sno=Student.SnoSCX.Cno=1),（9）用两种量词的检索,例13 查询选修了全部课程的学生姓名。 RANGE Course CX SC SCX GET W (Student.Sname): CX

45、SCX (SCX.Sno=Student.Sno SCX.Cno=CX.Cno),（10）用蕴函（Implication）的检索,例14 查询最少选修了95002学生所选课程的学生学号。 RANGE Couse CX SC SCX SC SCY GET W (Student.Sno): CX(SCX (SCX.Sno=95002SCX.Cno=CX.Cno) SCY(SCY.Sno=Student.Sno SCY.Cno= CX.Cno),（11）集函数,常用集函数（Aggregation function）或内部函数（Build-in function）,集函数(续),例15 查询学生所在系

46、的数目。 GET W (COUNT(Student.Sdept) COUNT函数在计数时会自动排除重复值。 例16 查询信息系学生的平均年龄。 GET W (AVG(Student.Sage): Student.Sdept=IS,二、更新操作,(1) 修改操作 (2) 插入操作 (3) 删除操作,（1）修改操作,步骤 用HOLD语句将要修改的元组从数据库中读到工作空间中 HOLD 工作空间名（表达式1）：操作条件 HOLD语句是带上并发控制的GET语句 用宿主语言修改工作空间中元组的属性 用UPDATE语句将修改后的元组送回数据库中 UPDATE 工作空间名,修改操作(续),例17 把9500

47、7学生从计算机科学系转到信息系。 HOLD W (Student.Sno， Student.Sdetp): Student.Sno=95007 （从Student关系中读出95007学生的数据） MOVE IS TO W.Sdept （用宿主语言进行修改） UPDATE W （把修改后的元组送回Student关系）,更新操作(续),修改关系主码 ALPHA语言不允许直接修改主码。 例如不能用UPDATE语句将学号95001改为95102 间接修改主码值的方法：删除+插入 先用删除操作删除该元组 再把具有新主码值的元组插入到关系中,（2）插入操作,步骤 用宿主语言在工作空间中建立新元组 用PUT语句把该元组存入指定关系中 PUT 工作空间名 （关系名） PUT语句只对一个关系操作,插入操作(续),例18 学校新开设了一门2学分的课程“计算机组织与结构”，其课程号为8，直接先行课为6号课程。插入该课程元组。 MOVE 8 TO W.Cno MOVE 计算机组织与结构 TO W.Cname MOVE 6 TO W.Cpno MOVE 2 TO W.Ccredit PUT W (