《学习的重点难点.PPT》由会员分享,可在线阅读,更多相关《学习的重点难点.PPT(110页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、1,学习的重点难点,关系模型 了解实体间的各种关系 关系数据库与非关系数据库的区别 关系代数及域关系演算,2,第二章 关系数据库,主要内容: 典型数据库(CAP) 关系模型 关系规则 关于关系代数 专门的运算 传统的关系运算 一种域演算语言,3,2.1 典型数据库-CAP,Customers (cid , cname , city, discnt) 消费者,discnt :discount ,折扣 Agents (aid, aname, city, percent) 代理 ,percent 代理费 products(pid, pname , city ,quantity, price) 产品
2、,quantity 数量 Orders(ordno , month ,cid,aid ,pid,qty,dollars),4,在Oracle 中实现CAP的SQL脚本语言 create table customers (cid char(4) not null, cname varchar (13), city varchar(20), discnt real , primary key(cid); create table agents(aid char (3) not null, aname varchar(13), city varchar(20), percent smallint ,
3、 primary key(aid); create table products (pid char (3) not null, pname varchar(13), city varchar(20), quantity integer ,price double precision , primary key(pid); create table orders(ordno integer not null, month char(3), cid char (4),aid char(3),pid char(3), qty integer, dollars double precision ,p
4、rimary key(ordno);,5,2.2 关系模型,数据模型 数据结构 数据操作 数据完整性 关系模型 表结构 关系操作-关系代数 关系完整性,6,关 系, 域(Domain) 2. 笛卡尔积(Cartesian Product) 3. 关系(Relation),7,域,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,8,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)d
5、i Di,i1,2,n,所有域的所有取值的一个组合 不能重复,9,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: 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),
6、(刘逸,信息专业,王敏) ,10,2) 元组(Tuple) 3) 分量(Component),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。,笛卡尔积元素(d1,d2,dn)中的每一个值di叫作一个分量。,11,4) 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。,12,5) 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。,
7、13,14,关系(Relation),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),15,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。,16,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:S
8、AP(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,信息专业,李勇), (张清玫,信息专业,刘晨), (刘逸,信息专业,王敏) ,17,2) 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)。,18,4) 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。,19,5) 属性
9、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。,20,6) 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),21,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) 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
10、 (Non-key attribute),22,三类关系 基本关系(基本表或基表) 查询表 视图表,实际存在的表,是实际存储数据的逻辑表示。,查询结果对应的表。,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。,23,8) 基本关系的性质 列是同质的(Homogeneous) 不同的列可出自同一个域,每一列中的分量是同一类型的数据,来自同一个域。,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。,24,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PE
11、RSON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)。,25, 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,26, 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
12、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。,27, 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,28, 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。,29,关系模式,什么是关系模式 定义关系模式 关系模式与关系,30,1什么是关系模式,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
13、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,31,2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,32,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) = dom(POSTGRADUATE-PERSON) =PERSON,33,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
14、 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,34,3. 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。,35,关系数据库,关系数据库 关系数据库的型与值,36,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。,37,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
15、时刻对应 的关系的集合,通常简称为关系数据库。,38,2.3 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。,39,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。,40,关系模型必
16、须遵守实体完整性规则的原因 实体完整性规则是针对基本关系而言的。 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。 相应地,关系模型中以主码作为唯一性标识。 主码中的属性即主属性不能取空值。,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。,41,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。,42,参照完整性,1. 关系间的引用 2. 外码 3. 参照完整性规则,43,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。,
17、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),44,学生(学号,姓名,性别,专业号,年龄),专业(专业号,专业名),45,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),46,学生,学生选课,课程,47,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),48,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
18、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)。,49,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。,50,参照完整性规则,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
19、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。,51,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,52,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。,53,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
20、本关系中某个元组的学号值,54,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。,55,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1,2,3,4,56,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,57,关系的数据操作集合 查询 选择、投影、连接、除、并、交、差 数据更
21、新 插入、删除、修改,58,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,59,2.4 关系代数,概述 传统的集合运算 专门的关系运算,60,概 述,关系代数 运算的三要素 关系代数运算的三个要素 关系代数运算的分类 表示记号,61,关系代数 运算的三要素,一种抽象的查询语言 用对关系的运算来表达查询,运算对象:关系 运算结果:关系 运算符:四类,62,集合运算符 专门的关系运算符 算术比较符 逻辑运算符,将关系看成元组的集合 运算是从关系的“水平”方向即行的角度来进行,不仅涉及行而且涉及列,辅助专门的关系运算符进行操作,辅助专门的关系运算符进行操作,63,表2.4 关系代
22、数运算符,64,65,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,66,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的一个分量。,67,(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。,68,(3) tr ts
23、 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。,69,4)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(Images 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。,70,传统的集合运算,并 差 交 广义笛卡尔积,71,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 ,72,
24、R,S,RS,73,差(Difference),R和S 具有相同的目n 相应的属性取自同一个域 R - 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 ,74,R,S,R-S,75,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),76,R,S,R S,77,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
25、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 tsS ,78,R,S,R S,79,专门的关系运算,选择 投影 连接 除,80,选择(Selection),选择又称为限制(Restriction) 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,81,选择运算是从行的角度进行的运算
26、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。,82,(a),Student,例1,例2,例4,例3,例9,83,(b),Course,例9,84,(c),SC,例7,例9,85,例1 查询信息系(IS系)全体学生 Sdept = IS (Student) 或 5 =IS (Student) 结果:,86,例2 查询年龄小于20岁的学生 Sage 20(Student) 或 4 20(Student) 结果:,87,投影(Projection),投影运算符的含义 从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
27、列,88,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),89,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:,90,91,例4 查询学生关系Student中都有哪些系 Sdept(Student) 结果:,92,连接(Join),连接也称为连接 连接运算的含义 从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
28、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。,93,两类常用连接运算 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,94,自然连接(Natural join) 什么是自然连接 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 = | t
29、r Rts StrB = tsB ,95,一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。,96,举例 例5,R,S,97,R S,98,等值连接 R S,99,自然连接 R S,100,象集Z,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(Images 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。,101,R,S,102,除(Division),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
30、的域集。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,103,除操作是同时从行和列角度进行运算 举例 例6 (p51),104,R,S,105,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,c
31、1),(b2,c3) 只有a1的象集包含了S在(B,C)属性组上的投影 所以 RS =a1,106,综合举例,以学生-课程数据库为例 (P.59) 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,107,Sno.Cno(SC) 95001象集1,2,3 95002象集2,3 Cno(K)=1,3 于是:Sno.Cno(SC)K=95001,108,例 8 查询选修了2号课程的学生的学号。 Sno(Cno=2(SC) 95001,95002,109,例9 查询至少选修了一门其直接先行课为5号课程的学生姓名。 Sname(Cpno=5(Course SC Student) 或 Sname(Cpno=5(Course) SC Sno,Sname(Student) 或 Sname (Sno (Cpno=5 (Course) SC) Sno,Sname (Student),110,例10 查询选修了全部课程的学生号码和姓名。,Sno,Cno(SC)Cno(Course) Sno,Sname(Student),
链接地址:https://www.31doc.com/p-3266012.html