第二章 关系数据库
关系数据库简介
1,提出关系模型的是美国IBM公司的E.F.Codd
1970年提出关系数据模型
E.F.Codd, “A Relational Model of Data for Large
Shared Data Banks”, 《Communication of the
ACM》,1970
2,之后,提出了关系代数和关系演算的概念
3,1972年提出了关系的第一、第二、第三范式
4,1974年提出了关系的BC范式
关系数据结构及形式化定义
关系
1,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
2,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
3,建立在集合代数的基础上
1. 域(Domain)
2. 笛卡尔积(Cartesian Product)
3. 关系(Relation)
域是一组具有相同数据类型的值的集合。例:
1,整数
2,实数
3,介于某个取值范围的整数
4,指定长度的字符串集合
5,{‘男’,‘女’}
……笛卡尔积
给定一组域D1,D2,…,Dn,允许其中某些域是相同的。
D1,D2,…,Dn的笛卡尔积为:
D1×D2×…×Dn =
{(d1,d2,…,dn)|diDi,i=1,2,…,n}
1,所有域的所有取值的一个组合
2,不能重复
………..
元组(Tuple)
1,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
2,(张清玫,计算机专业,李勇)、
3, (张清玫,计算机专业,刘晨) 等 都是元组
分量(Component)
1,笛卡尔积元素(d1,d2,…,dn)中的每一个值di 叫作一个分量
2,张清玫、计算机专业、李勇、刘晨等都是分量
基数(Cardinal number)
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:
笛卡尔积的表示方法
1,笛卡尔积可表示为一张二维表
2,表中的每行对应一个元组,表中的每列对应一个域
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)
1,R:关系名
2,n:关系的目或度(Degree)
(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(Unary relation)
或一元关系
当n=2时,称该关系为二元关系(Binary relation)
(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
(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
(6)码
候选码(Candidate key)
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
简单的情况:候选码只包含一个属性
全码(All-key)
最极端的情况: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)
主码
若一个关系有多个候选码,则选定其中一个为主码(Primary key)
主属性
候选码的诸属性称为主属性(Prime attribute)
不包含在任何侯选码中的属性称为非主属性(Non-Prime attribute)或非码属性(Non-key attribute)
(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
(8)基本关系的性质
① 列是同质的(Homogeneous)
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
③ 列的顺序无所谓,,列的次序可以任意交换
④ 任意两个元组的候选码不能相同
⑤ 行的顺序无所谓,行的次序可以任意交换
⑥ 分量必须取原子值
这是规范条件中最基本的一条
关系模式
关系模式(Relation Schema)是型
关系是值
关系模式是对关系的描述
1,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
2,完整性约束条件
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 U中属性所来自的域
DOM 属性向域的映象集合
F 属性间数据的依赖关系的集合
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
关系模式
1,对关系的描述
2,静态的、稳定的
关系
1,关系模式在某一时刻的状态或内容
2,动态的、随时间不断变化的
关系模式和关系往往笼统称为关系
通过上下文加以区别
关系数据库
关系数据库
在一个给定的应用领域中,所有关系的集合构成一个关系数据库
关系数据库的型与值
关系数据库的型: 关系数据库模式,是对关系数据库的描述
关系数据库的值: 关系模式在某一时刻对应的关系的集合,通常称为关系数据库
关系模型的存储结构
关系数据库的物理组织
1,有的关系数据库管理系统中一个表对应一个操作系统文件,将物理数据组织交给操作系统完成
2,有的关系数据库管理系统从操作系统那里申请若干个大的文件,自己划分文件空间,组织表、索引等存储结构,并进行存储管理
关系操作
基本的关系操作
常用的关系操作
1,查询操作:选择、投影、连接、除、并、差、交、笛卡尔积
选择、投影、并、差、笛卡尔基是5种基本操作
2,数据更新:插入、删除、修改
关系操作的特点
1,集合操作方式:操作的对象和结果都是集合,一次一集合的方式
关系代数语言
1,用对关系的运算来表达查询要求
2,代表:ISBL
关系演算语言:用谓词来表达查询要求
1,元组关系演算语言
谓词变元的基本对象是元组变量
代表:APLHA, QUEL
2,域关系演算语言
谓词变元的基本对象是域变量
代表:QBE
具有关系代数和关系演算双重特点的语言
1,代表:SQL(Structured Query Language)
关系的完整性
实体完整性和参照完整性
关系模型必须满足的完整性约束条件称为关系的两个不变性,应该由关系系统自动支持
用户定义的完整性
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
实体完整性
规则2.1 实体完整性规则(Entity Integrity)
1,若属性A是基本关系R的主属性,则属性A不能取空值
2,空值就是“不知道”或“不存在”或“无意义”的值
实体完整性规则的说明
(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。
(2)现实世界中的实体是可区分的,即它们具有某种唯
一性标识。
(3)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,这与第(2)点相矛盾,因此这个规则称为实体完整性
参照完整性
1. 关系间的引用
2. 外码
3. 参照完整性规则
1. 关系间的引用
在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的,自然存在着关系与关系间的引用。
设F是基本关系R的一个或一组属性,但不是关系R的码。如果F与基本关系S的主码Ks相对应,则称F是R的外码
基本关系R称为参照关系(Referencing Relation)
基本关系S称为被参照关系(Referenced Relation)
或目标关系(Target Relation)
外码(续)
关系R和S不一定是不同的关系
目标关系S的主码Ks 和参照关系的外码F必须定义在同一个(或一组)域上
外码并不一定要与相应的主码同名
当外码与相应的主码属于不同关系时,往往取相同的名 字,以便于识别
规则2.2 参照完整性规则
若属性(或属性组)F是基本关系R的外码它与基本关系S的主码Ks相对应(基本关系R和S不一定是不同的关系),则对于R中每个元组在F上的值必须为:
或者取空值(F的每个属性值均为空值)
或者等于S中某个元组的主码值
用户定义的完整性
针对某一具体关系数据库的约束条件,反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求
关系模型应提供定义和检验这类完整性的机制,以便用统一的系统的方法处理它们,而不需由应用程序承担这一功能
关系代数
关系代数是一种抽象的查询语言,它用对关系的运算来表达查询
关系代数
1,运算对象是关系
2,运算结果亦为关系
3,关系代数的运算符有两类:集合运算符和专门的关系运算符
传统的集合运算是从关系的“水平”方向即行的角度进行
专门的关系运算不仅涉及行而且涉及列