数据库基础与应用演示讲稿

数据库基础与应用演示讲稿1数据库基础与应用•主教材：•《数据库基础与应用》（新版）•教师：•吴旻倩•电话答疑：•13807056518数据库基础与应用演示讲稿2第2章关系运算•2.1关系数据结构•关系数据结构非常单一，它就是一张二维表（有限制的）。下面以集合论的观点给出有关概念的形式化定义。•1.域——是具有相同特性的数据集合。•例如，{男，女}是一个域，它是有人类两种性别的集合；{东，南，西，北}域；•在一些计算机语言中，允许把一个域直接定义为一种数据类型。记为：D1，D2，…Dn。数据库基础与应用演示讲稿3•2.笛卡儿积——是定义在一组域上的集合，假定一组域用D1，D2，…Dn表示，则它们的笛卡儿积表示为D1*D2*…*Dn，笛卡儿积中每个元素由下式给出：•D1*D2*…*Dn={（d1,d2,…dn）|di∈Di，1≤i≥n,n≥1}•笛卡儿积中的每个元素又习惯称为元组，每个元组的一个值di称为该元组的一个分量，n是域的个数，也是每个元组中分量的个数，具有n个分量的元组被称为n元组。在D1，D2，…Dn域中，若任一个域di的基数（所含元素的个数）用mi表示，它们的笛卡儿积中所含元组的个数为m=m1*m2*…*mn。数据库基础与应用演示讲稿4•例2-1设D1={1，3}，D2={2，4}，则它们的笛卡儿积D1*D2为{（1，2），（1，4），（3，2），（3，4）}。D1和D2的基数2和2，故D1*D2的基数为4，每个元素都是一个二元组。•例2-2设D1=学生={王力，赵火，孙平}，D2=导师={刘华，张明}，D3=专业={计算机，电子}，则它们的笛卡儿积D1*D2*D3为{（王力，刘华，计算机），（，），…}。•每个元素都是一个三元组。•D1*D2*D3的基数为3*2*2=12。该笛卡儿积给出了D1中的每个学生选择D2中的每个导师学习D3中每个专业的所有可能的组合情况。数据库基础与应用演示讲稿5•构成笛卡儿积的n个域通常是互不相同的，即对应不同的集合，但也允许使用相同的域。•例2-3设D1=D2{T，F}，D3={0，1}，则它们的笛卡儿积D1*D2*D3为：•{（T，T，0），（T，T，1），（T，F，0），（T，T，1），（F，T，0），（F，T，1），（F，F，0），（F，F，1）}•基数•元组数据库基础与应用演示讲稿6•例2-4设D1=D2{上海，大连，南京，广州}，则它们的笛卡儿积D1*D2为{（上海，上海），（上海，大连），…}•表2-1笛卡儿积的二维表示例P35。•3.关系•关系是笛卡儿积的一个子集，若笛卡儿积具有n个域，则该笛卡儿积上的关系被称为n元关系。设D1，D2，…Dn为n个域，则该域上的关系用R（D1，D2，…Dn）表示，R称为关系名，R关系所包含的全部元组是D1*D2*，…*Dn的一个子集。数据库基础与应用演示讲稿7•例2-5假定学生，导师和专业这三个域为D1=学生={王力，赵火，孙平}，D2=导师={刘华，张明}，D3=专业={计算机，电子}，则这些域上的一种关系R（学生，导师，专业）假定如表2-2所示P35•一个n元关系具有下面六个性质：•1.属性，属性名，属性值•2.直接采用域名？•3.关系中的属性次序无关（理论上，实际上）•4.关系中任意两个元组不允许完全相同•5.关系中元组的次序可以任意•6.一个元组中的每个属性值都必须是单值数据库基础与应用演示讲稿8•例2-6设一种表结构为（学生号，姓名，性别，专业，成绩（数学，物理，化学）），有嵌套，不符合关系的要求。•若改为（学生号，姓名，性别，专业，数学成绩，物理成绩，化学成绩）就变成了一个关系，•也可以改为两个关系，可能含义更清楚。–学生关系（学生号，姓名，性别，专业）–成绩关系（学生号，数学，物理，化学）•查询时通过学生号将两个关系连接起来。数据库基础与应用演示讲稿9•4.关系模式——是关系的型，即一个关系的具体结构，通常被形式化定义为：•R（U，D，DOM，F，I）•其中R为关系名，U为所有属性名集合，D为关系的所有定义域的集合，该集合长度必然小于等于属性名集合的长度，DOM为属性向域映射的集合，它给出属性和域之间的对应关系，即哪个属性属于哪个域，F为该关系中各属性之间的数据依赖的集合，I为该关系中所定义的完整性规则的集合。数据库基础与应用演示讲稿10•例2-8假定有一个学生关系模式，它的属性名集合为{学生号，姓名，性别，年龄，专业}，则所有属性所对应的域的集合D可定义为{6位数字字符串，6个字节字符串，Sex{男，女}，14~35，Course{计算机，生物，机械}}，•属性向域映射的集合DOM为{学生号属于6位数字字符串域，姓名属于6个字节字符串域，性别属于Sex域，年龄属于14~35内的整数域，专业属于Course域}。数据库基础与应用演示讲稿11•在数据库系统中定义一个关系模式时，主要给出关系名和所有属性名，其他都是辅助特性。•例如属性的域被作为属性的类型和长度来定义，其中必然包含了属性向域的映射，属性之间的数据依赖的分析主要是找出关系的主码属性，关系的完整性规则的建立是为了保证数据库数据的正确性和一致性。•一个关系模式可简化为：•R(A1,A2,A3,…An),即关系名（属性名组）数据库基础与应用演示讲稿12•一个关系模式可简化为：•R(A1,A2,A3,…An),即关系名（属性名组）•如关系Student(Number,Name,Sex,Age,Course)•主码的属性常放在前面并用下划线作标记；其余为一般属性。•关系模式只是一个关系的框架，具有该框架的所有元组才是该关系的值（关系的内容）。•关系的模式和关系的值共同确定了一个具体关系。实际系统允许空关系。数据库基础与应用演示讲稿13•关系模式和关系值是一个关系的两个方面，定义关系模式是为了规范和处理关系的值，处理关系值时必须按照模式去区分和标识元组中的每个分量，并理解每个分量的语义。数据库基础与应用演示讲稿14•5.码——又称为键、关键字。在关系中有超码、侯选码、主码、备用码、外码等。•超码：关系中能唯一标识每个元组的属性或属性组（集）。可有多个超码。•侯选码：关系中能唯一标识每个元组的最少属性或属性组（集）。可有多个侯选码。•主码：从侯选码中选择一个作为该关系的主码，数据库系统将按主码标识和排序每个元组。一个关系在任一时刻至多只能有一个主码，单在不同时刻可以指定不同的侯选码作为主码，当然也可以不指定主码。数据库基础与应用演示讲稿15•备用码：除了主码之外的所有侯选码都是高关系的备用码。一个关系可能没有备用码，也可能具有一个或多个备用码。•例2-9设一个关系R为（学生号，姓名，性别，年龄，专业，身份证号）–超码：学生号，身份证号，属性组（学生号，身份证号）也是一个超码。–侯选码：学生号，身份证号，–备用码：如选择学生号为主码，则另一个侯选码身份证号就是备用码。数据库基础与应用演示讲稿16•外码：在关系R1中的属性或属性组若在另一个关系R2中作为主码使用，则称该属性或属性组为R1的外码。•例2-10设R1（学生号，姓名，性别，班级号），R2（班级号，班级名，班主任），其中R1中的班级号属性在R2中是主码，所以班级号是R1的外码。•若把R2（班级号，班级名，班主任，班长），班长属性应该与R1中的主码学生号属性定义在同一域上，此时班长属性是R2的外码。数据库基础与应用演示讲稿17•主属性和非主属性•包含在任何侯选码中的属性都称为该关系的主属性，除主属性外都是非主属性。•例2-11在关系R为（学生号，姓名，性别，年龄，专业，身份证号）中，–主属性：学生号，身份证号–非主属性：姓名，性别，年龄，专业•R1（学生号，姓名，性别，班级号），R2（班级号，班级名，班主任），数据库基础与应用演示讲稿18•例2-12设有三个关系，学生（学生号，姓名，班级），课程（课程号，课程名，学分），选课（学生号，课程号，成绩）–学生号是学生关系的主码，是选课关系的外码。–课程号是课程关系的主码，是选课关系的外码。–选课关系的主码由学生号和课程号联合构成，只有合并在一起才是惟一标识元组的最少属性集，该关系的主属性为学生号和课程号，非主属性为成绩属性。数据库基础与应用演示讲稿19第2章关系运算•2.2关系完整性•关系完整性就是关系模型中数据的正确性、一致性和有效性。它包括实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性三个方面。•每种完整性都对应有相应的完整性规则，都需要用户在定义关系数据库时给出相应定义。数据库基础与应用演示讲稿20•1.实体完整性•实体完整性规则：关系的主码不能取空值，或者说任何关系中每个元组的主码不能为空。•在关系数据库系统中，用户只要标明一个关系的主码，DBMS将自动对该关系中的每个元组的主码进行检查，若发现主码为空将给出错误信息要求用户纠正。•有的关系数据库系统中，还允许用户定义关系的备用码，系统也会自动检查。数据库基础与应用演示讲稿21•例2-13设学生关系（学生号，姓名，年龄，专业，籍贯）–学生号为主码，每个学生必须有一个学生号，取空值为非法，系统会自动拒绝学生号为空的元组存在。（实体完整性规则）•例2-14设选课关系（学生号，课程号，成绩）–主码：学生号，课程号，这两个属性值都不能为空。成绩属性允许为空。数据库基础与应用演示讲稿222.参照完整性在一个关系模型中，一个关系R1中的外码对应另一个关系R2中的主码，R1中的外码和R2中的主码不但要定义在同一域上，而且要求外码的取值不能超出主码的取值，否则将为非法数据。如R1（课程号，课程名，学分，系号），R2（系号，系名，系主任，办公电话）。*若一个关系R1中外码的取值要参照另一关系R2中主码的取值，则称R1为参照关系、引用关系、子关系等，称R2为被参照关系、被引用关系、父关系等，数据库基础与应用演示讲稿23•参照完整性规则：在两个参照和被参照关系中，参照关系中每个元组的外码或者为空，或者等于被参照关系中某个元组的主码。•在关系数据库系统中，用户只要给出一对参照关系和被参照关系，并给出参照关系中的外码，则DBMS会自动进行检查。•在实施参照完整性的两个关系中，通常父子关系是1对多；而子关系中的一个元组至多对应父关系中的一个元组，这里包含着当外码为空时不对应父关系中的任何元组。数据库基础与应用演示讲稿24•例2-15设有五个关系：•订单（订单号，客户号，雇员号，订单日期）•订单明细（订单号，商品号，单价，订购数量）•客户（客户号，姓名，性别，联系电话，联系地址）•雇员（雇员号，姓名，性别，柜台，工作电话）•商品（商品号，品牌号，型号，类别，产地，电话）•其中每个客户可以签定多个订单，每个雇员也可以签定多个订单，每个订单的客户可以订购多种商品。图2-1给出了这五种关系及其联系。数据库基础与应用演示讲稿25•3.用户定义的完整性•用户定义的完整性规则：包括对每个关系每个属性的取值限制（或约束）的具体定义，它同其他两个完整性规则一样也被记录在DBMS的数据字典中，在数据库操作时，DBMS会自动根据各种完整性规则进行监控，拒绝不符合要求的数据进入数据库。数据库基础与应用演示讲稿26第2章关系运算•2.3关系运算–关系比一般的集合要复杂，对关系可采用传统的集合运算，也可以采用专门的运算。•2.3.1传统的集合运算•包括并、交、差和笛卡儿积四种运算。对应符号∪、∩、－、×表示。•设一个元组变量用t表示，则t属于一个关系R则用t∈R表示，t不属于R用t￠R表示。数据库基础与应用演示讲稿27•假定关系R中一个属性用A表示，则t.A就表示属性A在元组t中的值。•用元组t中的一个分量同其他值进行比较需要用到六个比较运算符：＞、＜、＞＝、＜＝、＝、＜＞、又称为⊙运算符。•由逻辑运算符与（∧）、或（∨）、非（－）连接比较运算式构成逻辑表达式。数据库基础与应用演示讲稿28•1.并运算（具有完全相同的结构或模式）•R和S的并记作R∪S，用集合公式表示为：R∪S={t|t∈R∨t∈S}•即并运算结果中的元组t或者属于R或者属于S，包括同时属于两者。•集合