关系数据库基础

数据库原理及应用软件学院2012年2月关系模型的基本概念关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统。关系模型由数据结构、关系操作集合和完整性约束三部分组成。关系模型概述通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟。而关系模型是数据库系统中最重要的一种模型。也是目前主要采用的数据模型，1970年由美国IBM公司SanJose研究室的研究员E.F.Codd提出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。2.关系操作关系操作：采用集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合这种操作方式也称为一次一集合的方式(set-at-a-time),而非关系数据模型的数据操作方式则为一次一记录的方式(record-at-a-time)。关系操作(续）关系模型中常用的关系操作包括两类：查询操作(Query)：选择(Select)、投影(Project)、连接(Join)、除(Divide)、并(Union)、交(Intersection)、差(Difference)等。更新操作：增加（Insert）、删除（Delete）、修改(Update)操作。表达关系操作的关系数据语言是一种非过程化的语言，即用户不必求助于循环结构就可以完成数据操作，它可以分为三类：（1）关系代数语言（用对关系的运算来表达查询要求的方式。）（2）关系演算（用谓词来表达查询要求的方式。）（3）SQL（StructuredQueryLanguage）（介于关系代数和关系演算之间的语言，集成其优点，已成为关系数据库的标准语言）3.关系的三类完整性约束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关系数据库一、关系⒈域（Domain）2.笛卡尔积（CartesianProduct）3.关系（Relation）⒈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（CartesianProduct）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：D1×D2×…×Dn＝{(d1,d2,…,dn)｜diDi，i＝1,2,…,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，信息专业}D3=POSTGRADUATE={李勇，刘晨，王敏}则D1，D2，D3的笛卡尔积为：D1×D2×D3＝｛(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。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。笛卡尔积（续)4)基数（Cardinalnumber）若Di（i＝1，2，…，n）为有限集，其基数为mi（i＝1，2，…，n），则D1×D2×…×Dn的基数M为：在上例中，基数：2×2×3＝12，即D1×D2×D3共有2×2×3＝12个元组mMin1i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表2.1D1，D2，D3的笛卡尔积SUPERVISORSPECIALITYPOSTGRADUATE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3.关系（Relation）1)关系D1×D2×…×Dn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）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，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)}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（Unaryrelation）。当n=2时，称该关系为二元关系（Binaryrelation）。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。表2.2SAP关系SUPERVISORSPECIALITYPOSTGRADUATE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）5)属性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。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（Candidatekey）。候选码的诸属性称为主属性（Primeattribute）。不包含在任何侯选码中的属性称为非码属性（Non-keyattribute）。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（Primarykey）。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①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。②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。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)③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）基本关系的性质(续)④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)⑤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)⑥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表2.3非规范化关系POSTGRADUATESUPERVISORSPECIALITYPG1PG2张清玫信息专业李勇刘晨刘逸信息专业王敏二、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1．什么是关系模式关系模式（RelationSchema）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（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。一、实体完整性实体完整性规则（EntityIntegrity）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