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1、An Introduction to Database System,数据库系统概论 An Introduction to Database System 第二讲 关系数据库,An Introduction to Database System,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
2、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,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 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,关系数据库简介,典型商用系统(DBMS) SQL SERVER ORACLE ACCESS MYSQL(开源) SYBASE INFORMIX DB2 PostgreSQL (开源),An Introduction to Database System,第二讲 关系数据库,2.1
3、 关系数据结构及其形式化定义 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(略) 2.6 小结,An Introduction to Database System,2.1 关系数据结构及其形式化定义,2.1.1 关系 2.1.2 关系模式 2.1.3 关系数据库,An Introduction to Database System,2.1.1 关系, 域（Domain） 2. 笛卡尔积（Cartesian Product） 3. 关系（Relation）,An Introduction to Database System, 域（Domain）,域是一组具有相同
4、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 介于某个取值范围的日期,An Introduction to Database System,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： D1D2Dn（d1，d2，dn）diDi，i1，2，n 所有域的所有取值的一个组合 不能重复,An Introduction to Database System,笛卡尔积（续),例 给出三个域： D1=SUPERVISOR = 张清玫，刘逸 D2=SPECIA
5、LITY=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： 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) ,An Introduction to Database System,笛卡尔积（续),2) 元组（Tuple） 笛卡尔积中
6、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,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D1D2Dn的基数M为： 在上例中，基数：22312，即D1D2D3共有22312个元组,An Introduction to Database System,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
7、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,An Introduction to Database System,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） R：关系名 n：关系的目或度（Degree）,An Introduction to Database System,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
8、)(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,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:n，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)
9、， (刘逸，信息专业，王敏) ,An Introduction to Database System,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,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,关系（续）,5) 属性 关系中不
10、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,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。 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,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（P
11、rimary 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主属性 （Non-key attribute）,An Introduction to Database System,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,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
12、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,An Introduction to Database System,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POSTGRADUA
13、TE）,An Introduction to Database System,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,An Introduction to Database System,基本关系的性质(续), 任意两个元组不能完全相同 由笛卡尔积的性质决定,An Introduction to Database System,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,An Introducti
14、on to Database System,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,An Introduction to Database System,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,An Introduction to Database System,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 Intr
15、oduction to Database System,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,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，即说明它们分别出自哪个域： dom：SUPERVISOR-PERSON POSTGRADUATE-PERSON,An Introduction to Database
16、System,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,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,An Introduction to Database System,2.1.3 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
17、,1. 关系数据库,在一个给定的应用领域中，所有实体集及实 体集之间联系的关系的集合构成一个关系数 据库。 简单的说，关系数据库是支持关系模型的数据库。,An Introduction to Database System,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,第二讲 关系数据库,2.1 关系数据结构及其形式化定义 2.2 关系操作 2
18、.3 关系的完整性 2.4 关系代数 2.6 小结,An Introduction to Database System,2.2. 关系操作,2.2.1 基本的关系操作 2.2.2 关系数据语言的分类,An Introduction to Database System,2.2.1 基本的关系操作,1) 常用的关系操作 查询 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,2.2.1 基本的关系操作,2) 关系操作的特点 操作的对象和结果都是关系。,An Introduction to Database Sys
19、tem,2.2.2 关系数据语言的分类,1) 关系数据语言的种类 关系代数：主要用关系运算表达查询要求。 关系演算：包括元组关系演算、域关系演算，与关系代数等价。 SQL语言,An Introduction to Database System,2.2.2 关系数据语言的分类,2) SQL语言特点 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 能够嵌入编程语言中使用,An Introduction to Database System,2.3 关系的完整性,关系模型的完整性是对关系的某种约束条件。 关系模型中三类完整性约束：
20、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,关系的完整性(续),2.3.1 实体完整性 2.3.2 参照完整性 2.3.3 用户定义的完整性,An Introduction to Database System,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 选修（学号，课程号，成绩） “学号、课程号”为码，则两个属性都不能取空值。,
21、An Introduction to Database System,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，关系模型中以码作为唯一性标识。,An Introduction to Database System,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) 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
22、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,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”为码，则两个属性都不能取空值。,An Introduction to Database System,关系的完整性,2.3.1 实体完整性 2.3.2. 参照完整性 2.3.3. 用户定义的完整性,An Introduction to Database System,2.3.2 参照完整性,1. 关系间的引用 2. 外码
23、3. 参照完整性规则,An Introduction to Database System,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,专业（专业号，专业名）,学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄）,An Introduction to Database System,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（
24、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,学生,学生选课,课程,An Introduction to Database System,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,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
25、参照关系（Referencing Relation） 基本关系S称为被参照关系（ReferencedRelation）。,An Introduction to Database System,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,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
26、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,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,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
27、，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,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,关系的完整性(续),2.3.1 实体完整性 2.3.2. 参照完整性 2.3.3. 用户定义的完整性,An Introduction to Database System,2.3.3 用户定
28、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,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 “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,小结,关系数据结构 关系 域 笛卡尔积 关系 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,关系的数据操作集合 查询 数据更新 插入、删除、修改,An Introduction to Database System,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,关系模型的组成,关系模型的三个组成要素： 数据结构 数据操作 数据的完整性,