数据库系统概念02关系模型

2019年12月25日星期三2数据库系统概念----关系模型提纲2.1关系数据库的结构2.2关系代数基本运算2.3附加的关系代数运算2.4扩展的关系代数运算2.5空值2.6数据库的修改本章之后讲解–5.1：元组关系演算–Chapter3-4：sql2019年12月25日星期三3数据库系统概念----关系模型关系模型回顾E.F.Codd于70年代初提出关系数据理论，他因此获得1981年的ACM图灵奖关系理论是建立在集合代数理论基础上的，有着坚实的数学基础早期代表系统–SystemＲ：由IBM研制–INGRES：由加州Berkeley分校研制目前主流的商业数据库系统–Oracle，SQLServer，DB2…–Access，Foxpro，Foxbase2019年12月25日星期三4数据库系统概念----关系模型2.1.1关系数据结构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2019年12月25日星期三5数据库系统概念----关系模型2.1.1关系基本概念域（Domain）–一组值的集合，这组值具有相同的数据类型–如整数的集合、字符串的集合、全体学生的集合笛卡尔积（Car’tesianProduct）–一组域D1,D2,…,Dn的笛卡尔积为:D1×D2×…×Dn={(d1,d2,…,dn)|di∈Di,i=1,…,n}–笛卡尔积的每个元素(d1,d2,…,dn)称作一个n-元组（n-tuple）–元组的每一个值di叫做一个分量（component）–若Di的基数为mi，则笛卡尔积的基数为inim12019年12月25日星期三6数据库系统概念----关系模型2.1.1关系基本概念–例：设D1为教师集合（T）={t1，t2}D2为学生集合（S）={s1，s2，s3}D3为课程集合（C）={c1，c2}则D1×D2×D3是个三元组集合，元组个数为2×3×2，是所有可能的（教师，学生，课程）元组集合–笛卡尔积可表示为二维表的形式TSCt1s1c1t1s1c2t1s2c1………t2s3c22019年12月25日星期三7数据库系统概念----关系模型2.1.1关系基本概念关系–笛卡尔积D1×D2×…×Dn的子集叫做在域D1,D2,…,Dn上的关系，用R(D1,D2,…,Dn)表示–R是关系的名字，n是关系的度或目–关系是笛卡尔积中有意义的子集–关系也可以表示为二维表关系TEACH(T,S,C)TSCt1s1c1t1s1c2t1s2c1t2s3c2元组属性2019年12月25日星期三8数据库系统概念----关系模型2.1.1关系基本概念关系的性质–列是同质的即每一列中的分量来自同一域，是同一类型的数据如TEACH(T,S,C)={(t1,s1,c1),(t1,t2,c1)}是错误的–不同的列可来自同一域，每列必须有不同的属性名如P={t1，t2，s1，s2，s3}，C={c1，c2}，则TEACH不能写成TEACH(P,P,C)，还应写成TEACH(T,S,C)2019年12月25日星期三9数据库系统概念----关系模型2.1.1关系基本概念–行列的顺序无关紧要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–任意两个元组不能完全相同（集合内不能有相同的两个元素）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2019年12月25日星期三11数据库系统概念----关系模型2.1.2数据库模式DBschema关系的模式和实例关系模式(型)，关系(变量)，实例(值)表述方式–关系模式：S(sno,sname,dept)–关系及关系模式：sc∈SC不同关系中属性名称相同，用以阐述不同关系的元组之间的联系ssccSnoSnameDeptSnoCnoScoreCnoCnameS1甲计S1C180C1DSS2乙软S1C290C2DBS3丙软S2C1702019年12月25日星期三12数据库系统概念----关系模型2.1.2数据库模式关系模式表现了型的概念，它代表着表的框架；关系表现为值的概念,成为关系实例一个关系模式下可以建立多个关系，例如在学生关系的关系模式下，可以为全校所有班级各建一个学生表表是动态的，是数据库中数据的快照关系数据库是关系的集合，其中每个关系都有自己的关系模式2019年12月25日星期三13数据库系统概念----关系模型2.1.2模式构造问题S同SC合并为一个表如何？–优点：表的数量少–缺点：数据冗余、被迫引入空值、插入异常、删除异常…模式构造的方法和原则SCSnoCnoScoreS1C180S1C290S2C170SSnoSnameS1甲S2乙S3丙S-SCSnoSnameCnoScoreS1甲C180S1甲C290S2乙C170S3丙2019年12月25日星期三14数据库系统概念----关系模型2.1.2模式构造问题–银行例子2019年12月25日星期三15数据库系统概念----关系模型2.1.2模式构造问题2019年12月25日星期三16数据库系统概念----关系模型其他可能的模式优点：表的数量少缺点：数据冗余、被迫引入空值、插入异常、删除异常…2019年12月25日星期三17数据库系统概念----关系模型2.1.3码超码(superkey)–是一个或多个属性的集合，这些属性的集合可以使我们在一个关系中唯一地标识一个元组候选码（CandidateKey）–关系中的一个属性组，其值能唯一标识一个元组。若从属性组中去掉任何一个属性，它就不具有这一性质了，这样的属性组称作候选码，如DEPT中的D#，DN都可作为候选码–任何一个候选码中的属性称作主属性，如SC中的S#，C#2019年12月25日星期三18数据库系统概念----关系模型2.1.3码主码（PrimaryKey）–进行数据库设计时，从一个关系的多个候选码中选定一个作为主码，如可选定D#作为DEPT的主码外部码（ForeignKey）–关系R中的一个属性组，它不是R的码，但它与另一个关系S的码相对应，则称这个属性组为R的外部码，如S关系中的D#属性–R是参照关系(ReferencingRelation)–S是被参照关系(ReferencedRelation)–R通过外码F参照关系S如何确定超码–按照现实世界语义约束定义码–不能依据对数据的归纳总结定义码2019年12月25日星期三19数据库系统概念----关系模型模式图schemadiagram模式图表示各关系模式属性主码关系引用2019年12月25日星期三20数据库系统概念----关系模型我们常用的例子数据结构–单一的数据结构——关系–实体集、联系都表示成关系DEPT(D#,DN,DEAN)S(S#,SN,SEX,AGE,D#)C(C#,CN,PC#,CREDIT)SC(S#,C#,SCORE)PROF(P#,PN,D#,SAL)学生选修属于系教师工作管理课程先修2019年12月25日星期三21数据库系统概念----关系模型关系模型DEANDND#DEPTD#AGESEXSNS#SPC#CREDITCNC#CD#SALPNP#PROFSCOREC#S#SC2019年12月25日星期三22数据库系统概念----关系模型例子S#SNAGESDS#C#G9801张三20D19801C1629805李四21D29801C2739805C380SSC2019年12月25日星期三23数据库系统概念----关系模型关系模式的完整性实体完整性–关系的主码中的属性值不能为空值–空值：不知道或无意义–意义：关系对应到现实世界中的实体集，元组对应到实体，实体是相互可区分的，通过主码来唯一标识，若主码为空，则出现不可标识的实体，这是不容许的2019年12月25日星期三24数据库系统概念----关系模型关系模式的完整性关系模型必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。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–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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实体，即存在不可区分的实体，这与实体的可区分性相矛盾，因此这个规则称为实体完整性2019年12月25日星期三25数据库系统概念----关系模型关系模式的完整性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。2019年12月25日星期三26数据库系统概念----关系模型关系模式的完整性参照完整性（ReferentialIntegrity）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，院系编号，年龄）专业（院系编号，专业名）2019年12月25日星期三27数据库系统概念----关系模型关系模式的完整性–参照完整性如果关系R2的外部码Fk与关系R1的主码Pk相对应，则R2中的每一个元组的Fk值或者等于R1中某个元组的Pk值，或者为空值意义：如果关系R2的某个元组t2参照了关系R1的某个元组t1，则t1必须存在例如关系S在D#上的取值有两种可能–空值，表示该学生尚未分到任何系中–若非空值，则必须是DEPT关系中某个元组的D#值，表示该学生不可能分到一个不存在的系中2019年12月25日星期三28数据库系统概念----关系模型关系模式的完整性学号姓名性别专业号年龄801张三女0119802李四男0120803王五男0120804赵六女0220805钱七男0219专业号专业名01信息02数学03计算机2019年12月25日星期三29数据库系统概念----关系模型关系模式的完整性学生、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）2019年12月25日星期三30数据库系统概念----关系模型关系模式的完整性学生实体及其内部的领导联系(一对多)学号姓名性别专业号年龄班长801张三女0119802802李四男0120803王五男0120802804赵六女0220805805钱七男02192019年12月25日星期三31数据库系统概念----关系模型关系模式的完整性–用户定义的完整性用户针对具体的应用环境定义的完整性约束条件如S#要求是8位整数，SEX要求取值为“男”或“女”–系统支持实体完整性和参照完整性由系统自动支持系统应提供定义和检验用户定义的完整性的机制2019年12月25日星期三32数据库系统概念----关系模型关系模式的完整性课程(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}2019年12月25日星期三33数据库系统概念----关系模型关系模式的完整性供应商号供应商名所在城市B01红星北京S10宇宙上海T20黎明天津Z01立新重庆零件号颜色供应商号010红B01312白S10201蓝T20今要向关系P中插入新行，新行的值分别列出如下。哪些行能够插入？A.(‘037’，‘绿’，null)B.(null，‘黄’，‘T20’)C.(‘201’，‘红’，‘T20’)D.(‘105’，‘蓝’，‘B01’)E.(‘101’，‘黄’，‘T11’)零件关系P（主码是“零件号”，外码是“供应商号”）供应商关系S（主码是“供应商号”）