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1、二章关系数据库 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望关系数据库简介|1970年年，美美国国IBM公公司司的的E.F.Codd提提出出关关系系数据模型数据模型|之后，提出了关系代数和关系演算的概念之后，提出了关系代数和关系演算的概念|1971-1972年年，E.F.Codd提提出出了了关关系系的的第第一一、第二、第三范式第二、第三范式|1974年，年，E.F.Codd提出了关系的提出了关系的BC范式范式|1976年年，Fagin提提出出了了第第四四范范式式

2、，后后来来又又有有人人提出第五范式提出第五范式|80年年代代后后，关关系系数数据据库库系系统统成成为为最最重重要要、最最流流行的数据库系统行的数据库系统关系数据库的典型实例|典型实验系统典型实验系统uSystem RuUniversity INGRES|典型商用系统典型商用系统uORACLEuSYBASEuINFORMIXuDB2uINGRES第二章关系数据库2.1 关系模型概述2.2 关系数据结构2.3 关系的完整性2.4 关系代数2.5 关系演算2.6 小结2.1 关系模型概述|关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统|关系模型的三大组成部分u关系数据结构u关系操作集合u关系完整性约束1

3、.关系模型的数据结构|单一的数据结构单一的数据结构-关系关系u现现实实世世界界的的实实体体以以及及实实体体间间的的各各种种联联系系均均用关系来表示用关系来表示|数据的逻辑结构数据的逻辑结构-二维表二维表u从从用用户户角角度度，关关系系模模型型中中数数据据的的逻逻辑辑结结构构是一张二维表。是一张二维表。2.关系操作集合1)关系操作的种类关系操作的种类2)关系操作的特点关系操作的特点3)关系数据语言的种类关系数据语言的种类4)关系数据语言的特点关系数据语言的特点关系操作集合(续）1)常用的关系操作u数据查询选择、投影、连接、除、并、交、差u数据更新插入、删除、修改关系操作集合（续）2)2)关系操作

4、的特点关系操作的特点u集集合合操操作作方方式式，即即操操作作的的对对象象和和结结果都是集合。果都是集合。关系模型操作的方式：一次一集合关系模型操作的方式：一次一集合非关系模型操作的方式：一次一记录非关系模型操作的方式：一次一记录关系操作集合（续）关关系系数数据据语语言言关系代数语言关系代数语言例如例如ISBL关系演算语言关系演算语言具有关系代数和关系演算语言具有关系代数和关系演算语言双重特点的语言，例如双重特点的语言，例如SQL元组关系演算语言元组关系演算语言例如例如ALPHA,QUEL域关系演算语言域关系演算语言例如例如QBE3 3）关系数据语言的种类）关系数据语言的种类关系操作集合（续）4

5、)关系数据语言的特点关系数据语言的特点u关系语言是一种关系语言是一种高度非过程化高度非过程化的语言的语言u具备具备完备的表达能力完备的表达能力，功能强功能强u能够能够嵌入高级语言中嵌入高级语言中使用使用3.关系的三类完整性约束|实体完整性实体完整性|参照完整性参照完整性u这这2种完整性通常由关系系统自动支持种完整性通常由关系系统自动支持|用户定义的完整性用户定义的完整性u反反映映应应用用领领域域需需要要遵遵循循的的约约束束条条件件，体现了具体领域中的语义约束体现了具体领域中的语义约束u用户定义后由系统支持用户定义后由系统支持第二章关系数据库2.1 关系模型概述2.2 关系数据结构2.3 关系

7、据类型的值的集合。是一组具有相同数据类型的值的集合。2.笛卡尔积（Cartesian Product）笛卡尔积：笛卡尔积：给给定定一一组组域域 D1，D2，Dn，这这些些域域中中可可以以有有相相同同的的。D1，D2，Dn的的笛笛卡卡尔尔积为：积为：D1D2Dn（d1，d2，dn）di Di，i1，2，n笛卡尔积例1|有有3个域，个域，A（a1，a2），），B（b1，b2，b3），），C（c1，c2），），则则A，B，C的笛卡儿积为：的笛卡儿积为：|ABC(a1，b1，c1)，(a1，b1，c2)，(a1，b2，c1)，(a1，b2 c2)，(a1，b3，c1)，(a1，b3，c2)，(a2，

8、b1，c1)，(a2，b1，c2)，(a2，b2，c1)，(a2，b2，c2)，(a2，b3，c1)，(a2，b3，c2)元元组组分分量量基基数数笛卡尔积例2有有3个域：个域：D1=SUPERVISOR=张清玫，刘逸张清玫，刘逸，D2=SPECIALITY=计算机专业，信息专业计算机专业，信息专业，D3=POSTGRADUATE=李勇，刘晨，王敏李勇，刘晨，王敏则则 D1D2D3 (张张清清玫玫,计计算算机机专专业业,李李勇勇),(张张清清玫玫,计计算算机机专专业业,刘刘晨晨)，(张清玫，计算机专业张清玫，计算机专业,王敏王敏)，(张清玫张清玫,信息专业信息专业,李勇李勇)，(张清玫，

9、信息专业，刘晨张清玫，信息专业，刘晨)，(张清玫，信息专业，王敏张清玫，信息专业，王敏)，(刘逸，计算机专业，李勇刘逸，计算机专业，李勇)，(刘逸，计算机专业，刘晨刘逸，计算机专业，刘晨)，(刘逸，计算机专业，王敏刘逸，计算机专业，王敏)，(刘逸，信息专业，李勇刘逸，信息专业，李勇)，(刘逸，信息专业，刘晨刘逸，信息专业，刘晨)，(刘逸，信息专业，王敏刘逸，信息专业，王敏)笛卡尔积（续)笛卡尔积的表示方法笛卡尔积的表示方法u二维表二维表u表表中中的的每每行行对对应应一一个个元元组组，每每列列对对应应一一个域。个域。在例在例2 中，中，12个元组可列成一张二维表个元组可列成一张二维表 3.关系（

10、Relation）1)关系关系 D1D2Dn的的子子集集叫叫作作在在域域D1，D2，Dn上的关系，表示为上的关系，表示为 R（D1，D2，Dn）R：关系名关系名;n：关系的目或度（关系的目或度（Degree）例如：D1=导师导师=张清玫，刘逸张清玫，刘逸 D2=专业专业=计算机专业，信息专业计算机专业，信息专业 D3=研究生研究生=李勇，刘晨，王敏李勇，刘晨，王敏则则 SAP（导师（导师,专业专业,研究生）研究生）就是一个关系就是一个关系导师专业研究生姓名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有意义的关系及其值：研究生学号100110021003候选码主码关

11、系（续）2)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（属性）。关系（续）3)三类关系三类关系基本关系基本关系（基本表或基表）：（基本表或基表）：实际存在的表实际存在的表，是实际存储数据的逻辑表示，是实际存储数据的逻辑表示查询表查询表：查询结果对应的表查询结果对应的表视视图图表表：由由基基本本表表或或其其他他视视图图表表导导出出的的表表，是虚表是虚表，不对应实际存储的数据，不对应实际存储的数据4）对关系的几点说明笛卡尔积不满足交换律笛卡尔积不满足交换律，即，即 (d1，d2，dn)(d2，d1，dn)但但关系满足交换律关系满足交换律，即，即 (d1，d2,，di，d

12、j,，dn）=（d1,d2,，dj，di，dn）（）（i，j=1，2，n）例如例如 :（学号，姓名，性别，年龄）（学号，姓名，（学号，姓名，性别，年龄）（学号，姓名，年龄，性别）年龄，性别）4）对关系的几点说明关系可以是一个无限集合关系可以是一个无限集合但无限关系在数据库系统中是无意义的但无限关系在数据库系统中是无意义的因此，数据库中的因此，数据库中的关系关系必须是必须是有限集合有限集合。5)基本关系的性质列是同质的列是同质的（Homogeneous）不同的列可出自同一个域不同的列可出自同一个域列的顺序无所谓列的顺序无所谓任意两个元组不能完全相同任意两个元组不能完全相同行的顺序无所谓

13、行的顺序无所谓分量必须取原子值分量必须取原子值2.2 关系数据结构2.2.1 关系2.2.2 关系模式2.2.3 关系数据库2.2.2 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F关系模式关系模式是是型型F关系关系是是值值F关系模式是对关系的描述关系模式是对关系的描述2定义关系模式关系模式可以形式化地表示为：关系模式可以形式化地表示为：R（U，D，dom，F）R 关系名关系名U 组成该关系的属性名集合组成该关系的属性名集合D 属性组属性组 U 中属性所来自的域中属性所来自的域dom 属性向域的映象集合属性向域的映象集合F 属性间的数据依赖关系集合属性间的数

14、据依赖关系集合定义关系模式(续)例例:uD1人（张清玫人（张清玫,刘逸刘逸,李勇李勇,刘刘晨晨,王王敏）敏）uD2专业（计算机专业，信息专业）专业（计算机专业，信息专业）R（导师，专业，研究生导师，专业，研究生，人，专业人，专业，导师人，研究生人，专业专业导师人，研究生人，专业专业，F）关系模式的表示如下：关系模式的表示如下：定义关系模式(续)关系模式通常可以简记为关系模式通常可以简记为 R(U)或或 R(A1，A2，An)R:关系名关系名A1，A2，An :属性名属性名注：注：域名及属性向域的映象常常直接说明为域名及属性向域的映象常常直接说明为属性的类型、长度属性的类型、长度学号学号：

15、定义为：定义为 8位整数位整数3.关系模式与关系u关系模式关系模式对关系的描述，静态的、稳定的对关系的描述，静态的、稳定的u关系关系是是关关系系模模式式在在某某一一时时刻刻的的状状态态或或内内容容，是是数数据据库库中中数数据据的的具具体体值值，是是动动态态的的、随随时时间间不断变化的不断变化的u关系模式和关系往往统称为关系关系模式和关系往往统称为关系2.2 关系数据结构2.2.1 关系2.2.2 关系模式2.2.3 关系数据库2.2.3 关系数据库关系数据库的定义：关系数据库的定义：u在一个给定的应用领域中，所有实体及在一个给定的应用领域中，所有实体及实体之间联系的实体之间联系的关系的集

16、合关系的集合构成一个关构成一个关系数据库。系数据库。关系数据库模式：关系数据库模式：u关系数据库的型关系数据库的型称为关系数据库模式，称为关系数据库模式，是对关系数据库的描述是对关系数据库的描述关系数据库的值：关系数据库的值：u是指数据库中在是指数据库中在某一时刻某一时刻对应的对应的关系的关系的集合集合第二章关系数据库2.1 关系模型概述2.2 关系数据结构2.3 关系的完整性2.4 关系代数2.5 关系演算2.6 小结2.3 关系的完整性关系模型的完整性规则：关系模型的完整性规则：是对关系的某种约束条件是对关系的某种约束条件。关系模型中三类完整性约束：关系模型中三类完整性约束：实体完

17、整性实体完整性参照完整性参照完整性用户定义的完整性用户定义的完整性2.3.1 实体完整性规则规则2.1 若若属属性性 A 是是基基本本关关系系 R 的的主主属属性性，则则属属性性 A 不能取空值不能取空值例：例：学生（学生（学号学号，姓名，系别，姓名，系别)课程（课程（课程号课程号，课程名，学分），课程名，学分）选课（选课（学号，课程号学号，课程号，成绩），成绩）实体完整性(续)关系模型必须遵守实体完整性规则的原因关系模型必须遵守实体完整性规则的原因:(1)实实体体完完整整性性规规则则是是针针对对基基本本关关系系而而言言的的。一一个个基本表通常对应现实世界的一个实体集。基本表通常对应现实世界的

18、一个实体集。(2)现现实实世世界界中中的的实实体体和和实实体体间间的的联联系系都都是是可可区区分分的，即它们具有某种唯一性标识。的，即它们具有某种唯一性标识。(3)相应地，相应地，关系模型中以主码作为唯一性标识。关系模型中以主码作为唯一性标识。(4)主码中的属性即主属性不能取空值。主码中的属性即主属性不能取空值。2.3.2 参照完整性1.关系间的引用2.外码3.参照完整性规则关系间的引用例例 1 学生实体、专业实体的关系表示如下：学生实体、专业实体的关系表示如下：学学生（生（学号学号，姓名，性别，姓名，性别，专业号专业号，年龄），年龄）专专业（业（专业号专业号，专业名），专业名）专业号专

19、业号是是学生关系学生关系的的外码外码。学生关系学生关系是是参照关系。参照关系。专业关系专业关系是是被参照关系。被参照关系。关系间的引用(续)例例 2 学生、课程、选课的关系表示如下：学生、课程、选课的关系表示如下：学生（学生（学号学号，姓名，性别，专业号，年龄）姓名，性别，专业号，年龄）课课程（程（课程号课程号，课程名，学分），课程名，学分）选选修（修（学号学号，课程号课程号，成绩），成绩）学号，课程号学号，课程号是是选修关系的选修关系的外码外码学生关系学生关系和和课程关系课程关系是是被参照关系被参照关系选课关系选课关系是是参照关系参照关系学生学生学

20、生选课学生选课课程课程关系间的引用(续)例 3 学生实体表示如下：学生（学号,姓名,性别,专业号,年龄,班长）参照完整性规则定义：定义：若若属属性性（或或属属性性组组）F 是是基基本本关关系系 R 的的外外码码,它它与与基基本本关关系系 S 的的主主码码 Ks 相相对对应应（基基本本关关系系 R 和和 S 不不一一定定是是不不同同的的关关系系），则对于则对于 R 中每个元组在中每个元组在 F 上的值必须为：上的值必须为：或者取空值（或者取空值（F 的每个属性值均为空值）的每个属性值均为空值）或者等于或者等于 S 中某个元组的中某个元组的主码值。主码值。参照完整性规则(续)例例1：学生关系中，

21、每个元组的：学生关系中，每个元组的“专专业号业号”属性只能取下面两类值：属性只能取下面两类值：（1）空值空值，表示尚未给该学生分配专业，表示尚未给该学生分配专业（2）非空值，这时该值必须）非空值，这时该值必须是专业关系是专业关系中某个元组的中某个元组的“专业号专业号”值值，表示该学，表示该学生不可能分配到一个不存在的专业中生不可能分配到一个不存在的专业中参照完整性规则(续)例例2 选修（选修（学号学号，课程号课程号，成绩），成绩）“学号学号”和和“课程号课程号”是选修关系中的主属性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

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