关系数据库基本原理.ppt
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1、,Page 1,2023/9/5,第二章 关系数据库基本原理,Page 2,2023/9/5,教学要求,:通过本章学习,读者应掌握以下内容:关系模型的基本概念关系的完整性关系运算数据库设计,Page 3,2023/9/5,教学重点,关系的性质关系的完整性关系运算数据库的设计,Page 4,2023/9/5,教学难点,关系的完整性关系运算数据库设计,Page 5,2023/9/5,课程学时,理论学时 8学时,Page 6,2023/9/5,2.1 关系数据库概述,关系数据模型 数据模型的任务是描述现实世界中的实体及其联系。关系数据模型就是采用一个有序数组描述实体及其属性,用这种有序数组的集合描述
2、一个实体集合,而采用定义在两个集合上的关系反映不同实体间的联系。,表2-1 关系模型示例,Page 7,2023/9/5,2.1 关系数据库概述,关系数据库基本概念 定义:关系数据库就是一些相关的二维表和其他数据库对象的集合。在这个定义中明确,关系数据库中的所有信息都存储在二维表格中;一个关系数据库可能包含多个表;除了这种二维表外,关系数据库还包含一些其他对象,如视图等。关系模型的基本概念:1关系一个关系就是一张二维表,通常将一个含有有限的,没有重复行、重复列的二维表看成一个关系,每个关系都有一个关系名。,Page 8,2023/9/5,21关系模型的基本概念,在对E-R模型的抽象上,每个实体
3、集和联系集在这里都转化为关系或称二维表,而E-R模型中的属性在这里转化为二维表的列,也可称为属性,每个属性的名称称为属性名,也可以称为列名。每个属性的取值范围称为该属性的域。关系模型允许定义四类完整性约束:实体完整性、域完整性、参照完整性和用户定义的完整性。,Page 9,2023/9/5,关系模型的基本概念,关系(Relation):一个关系对应一张二维表元组(Tuple):二维表中的一行。一行描述了现实世界中的一个实体,或者描述了不同实体间的一种联系。属性(Attribute):二维表中的一列。每个属性都有一个属性名,各个属性的取值称为属性值。每个属性有一定的取值范围,称为值域。码(Key
4、):关系中能惟一区分、确定不同元组的属性或属性组合,称为该关系的一个关键字。关键字又称为键或码(Key)。域(Domain):属性的取值范围分量:元组中的一个属性值关系模式:关系名(属性1,属性2,属性n)注:关系的每一个分量必须是一不可分的数据项,Page 10,2023/9/5,候选键(Candidate Key)若关系中的某一属性组的值能惟一地标识一个元组,则称该属性组为候选键。主键(Primary Key)主属性(Primary Attribute)若一个关系中有多个候选键,则选定一个为主键。主键的属性称为主属性。外部关键字:如果关系中某个属性或属性组合并非关键字,但却是另一个关系的主
5、关键字,则称此属性或属性组合为本关系的外部关键字或外键(Foreign Key)。在关系数据库中,用外部关键字表示两个表间的联系。,Page 11,2023/9/5,例学生、课程、学生与课程之间的多对多联系:学生(学号,姓名,年龄,性别,系号,年级)课程(课程号,课程名,学分)选修(学号,课程号,成绩),Page 12,2023/9/5,关系必须是规范化的,满足一定的规范条件最基本的规范条件:关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。,Page 13,2023/9/5,2关系的性质关系是一种规范化了的二维表中行的集合。为了使相应的数据操作简化,在关系模型中对关系进行了限制,因此关系具有以下六条
6、性质。(1)列是同质的,即每一列中的分量是同一类型的数据,来自同一个域。(2)关系中的任意两个元组不能相同。(3)关系中不同的列来自不同的域,每一列有不同的属性名。(4)关系中列的顺序可以任意互换,不会改变关系的意义。(5)行的次序和列的次序一样,也可以任意交换。(6)关系中每一个分量都必须是不可分的数据项,元组分量具有原子性。,Page 14,2023/9/5,2.1 关系数据库概述,关系数据库基本特征有坚实的理论基础 数据结构简单、易于理解 对用户提供了较全面的操作支持得到了众多开发商的支持,Page 15,2023/9/5,2.2 关系代数的基本原理,关系的数学定义 1集合集合没有严格的
7、形式定义,一般说来,集合是与某一研究过程相关的一类对象的整体,这些对象称为集合的元素。2元组几个元素组成的一个有序组称为一个元组,通常元组用圆括号括起来的一些元素表示,元素间使用逗号分隔。例如(3,5,6)和(E001,钱达理,男,东风路78号)是元组的例子。在关系数据库中,可以把一个表的每一行看作一个元组。,Page 16,2023/9/5,2.2 关系代数的基本原理,3关系设A1、A2、An为任意集合,设R=(a1,a2,an)|aiAi,i=1,2,n,即R是由n维元组组成的集合,其中每个元组的第i个元素取自集合Ai,成R为定义在A1、A2、An上的一个n元关系,A1,A2,An成为R的
8、属性,(a1,a2,an)成为R的一个元组。注:关系是一个集合,其组成元素是元组而不是组成元组的元素。设R=(a1,a2,an)|aiAi,i=1,2,n是一个n元关系,通常用R(A1,A2,An)来表示这个关系的一个框架,也成为关系R的模式。关系模式对应一个二维表的表头,二关系的一个元组就是二维表的一行。,Page 17,2023/9/5,22 2 关系运算,1传统的集合运算传统的集合运算,包括并、交、差、广义笛卡尔积四种运算。设关系R和关系S具有相同的目n(即两个关系都具有n个属性),且相应的属性取自同一个域,则四种运算定义如下:(1)并关系R与关系S的并由属于R或属于S的元组组成,其结果
9、关系仍为n目关系。记作RS。(2)交关系R与关系S的交由既属于R又属于S的元组组成,其结果关系仍为n目关系。记作RS。,Page 18,2023/9/5,(3)差关系R与关系S的差由属于R而不属于S的所有元组组成。其结果关系仍为n目关系。记作R-S。(4)广义笛卡尔积两个分别为n目和m目的关系R和S的广义笛卡尔积是一个(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。若R有A1个元组,S有A2个元组,则关系R和关系S的广义笛卡尔积有AlA2个元组。记作RS。,Page 19,2023/9/5,并,R,S,RS,Page 20,2023/9/5,差,R,S,R-
10、S,S-R?,Page 21,2023/9/5,交,R,S,R S,Page 22,2023/9/5,广义笛卡尔积,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),
11、(刘逸,信息专业,刘晨),(刘逸,信息专业,王敏),Page 23,2023/9/5,广义笛卡尔积,R,S,R S,Page 24,2023/9/5,2.2 关系代数的基本原理,例2-1 设A=(湖南,长沙),(河北,石家庄),(陕西,西安),B=(湖北,武汉),(广东,广州),(广东,深圳),(陕西,西安),求 AB、AB、A-B。显然,A、B是表示城市和所在省的关系。AB=(湖南,长沙),(河北,石家庄),(陕西,西安),(湖北,武汉),(广东,广州),(广东,深圳)AB=(陕西,西安)A-B=(湖南,长沙),(河北,石家庄),Page 25,2023/9/5,2专门的关系运算包括选择、投
12、影、连接、除等。(1)选择选择是在关系R中选择满足给定条件的诸元组,这是从行的角度进行的运算。设 R=(a1,a2,an)是一个n元关系,S是关于(a1,a2,an)的一个条件,R中所有满足S条件的元组组成的子关系S(R),称为R的一个选择。,Page 26,2023/9/5,Student,Page 27,2023/9/5,Course,Page 28,2023/9/5,SC,Page 29,2023/9/5,选择运算,例1 查询信息系(IS系)全体学生 Sdept=IS(Student)或 5=IS(Student)结果:,Page 30,2023/9/5,例2 查询年龄小于20岁的学生
13、Sage 20(Student)或 4 20(Student)结果:,Page 31,2023/9/5,(2)投影设 R=R(A1,A2,An)是一个n元关系,i1,i2,im是1,2,n的一个子集,并且 i1i2im,定义:称(R)是R在上的一个投影。关系R上的投影是从R中选择出若干属性列组成新的关系。投影操作是从列的角度进行的运算。因为投影运算的属性表不一定包含主键,经投影后,结果关系中很可能出现重复元组,消除重复元组后所得关系的元组数将小于原关系的元组数。如果属性表中包含主键,就不会出现重复元组,投影后所得关系的元组数与原关系的一样。,Page 32,2023/9/5,投影运算,查询学生
14、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:,Page 33,2023/9/5,例4 查询学生关系Student中都有哪些系 Sdept(Student)结果:,Page 34,2023/9/5,(3)连接设A是一个包含m个元组的k1元关系,B是一个包含n个元组的k2元关系,则A、B的连接是一个包含mn个元组的k1+k2元关系。A B=(a1,a2,ak1,b1,b2,bk2)|(a1,a2,ak1)A且(b1,b2,bk2)B连接运算是二元关系运算,是从两个关系元组的所有组合中选取满足一定条
15、件的元组,由这些元组形成连接运算的结果关系。其中条件表达式涉及到两个关系中属性的比较,该表达式的取值为逻辑的真或假。连接运算中最为常用的是等值连接和自然连接。等值连接是指对关系R和S中按相同属性的等值进行的连接运算,而自然连接是在等值连接中去掉重复列的连接运算。,Page 35,2023/9/5,Page 36,2023/9/5,(4)除运算除运算是二元操作,并且关系R和S的除运算必须满足以下两个条件。关系R中的属性包含关系S中的所有属性。关系R中有一些属性不出现在关系S中。设T是R除以S的商,R为m元关系。S为n元关系,mn,则T是一个m-n元关系。T的属性由R中那些不出现在S中的属性组成,
16、T中的元组是R中的m-n元组,并且采用如下方法选出。R元组中按与S元组属性部分不同的m-n元组进行分组,即这m-n元组相同的归为一组。每组的其余n元组,如果满足包含S的n元组,则取出该组的一个m-n元组,添加到T中。,Page 37,2023/9/5,R,S,Page 38,2023/9/5,S1,S2,S3,R,RS 1,RS 2,RS 3,S1、S2、S3表示课程情况,R表示选修课程,?,Page 39,2023/9/5,除法的含义:RS 1表示至少选修S1关系中列出课程的学生的学号和姓名,除法的含义:RS 2表示至少选修S2关系中列出课程的学生的学号和姓名,Page 40,2023/9/
17、5,2.3 关系模式的分解,引例:表2-2关系模型存在如下3方面的问题。插入异常 删除异常数据冗余与更新异常,表 2-2 一个不好的关系模式,Page 41,2023/9/5,2.3 关系模式的分解,要解决上述3个问题,需要把表2-2进行分解,表中前3列独立建立一个表,指定供应商代码作为关键字,并删除相同的行;后3列独立,引入供应商代码列作为外键,并增加一个订货日期列,供应商代码和订货日期的组合作为第2个表的关键字。经过这样处理后,上述异常问题就完全解决了。,Page 42,2023/9/5,2.3 关系模式的分解,函数依赖的基本概念定义1 设RR(A1,A2,An)是一个关系模式(A1,A2
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