【数据库系统概论】关系数据库中的关系数据结构

前言

上一篇文章【数据库系统概论】数据模型介绍了数据库系统中的数据模型的基本概念。其中提到了关系模型是最重要的一种数据模型。下面将介绍支持关系模型的数据库系统——关系数据库。
按照数据模型的三大要素，关系模型由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三部分组成。本篇文章将介绍这三部分内容中的第一部分即关系数据结构。

关系

关系模型的数据结构非常简单，只包含单一的数据结构——关系。在用户看来，关系模型中数据的逻辑结构是一张扁平的二维表。
在关系模型中，现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示。关系模型建立在集合代数的基础上。

下面从集合论的角度给出关系数据结构的格式化定义：

1. 域（Domain）
   域是一组具有相同数据类型的值的集合。域（集合）的元素时单值。

2. 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）｜diDi，i＝1，2，…，n｝

   通俗的讲，笛卡尔积的元素（d1，d2，…，dn）就是依次从每个域（集合）中取出一个值而形成的组合。也叫做元组。而元素（d1，d2，…，dn）中的每一个值di 叫作一个分量。一个域中的元素数就是基数。

   笛卡尔积可表示为一张二维表。表中的每行对应一个元组，表中的每列对应一个域。

   例如，给出3个域：
   D1=导师集合SUPERVISOR=｛张清玫，刘逸｝
   D2=专业集合SPECIALITY=｛计算机专业，信息专业｝
   D3=研究生集合POSTGRADUATE=｛李勇，刘晨，王敏｝
   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) ｝
   基数为2×2×3＝12
   表示为：

3. 关系
   笛卡尔积并不都具有实际语义。将其中具有现实意义的数据抽取出来就形成了关系。所以关系是笛卡尔积的一个有限子集。

   • 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。
   • 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。
     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）。

   关系可以有三种类型：

   • 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。

关系模式

在数据库中要区分型和值。关系数据库中，关系模式是型，关系是值。关系模式是关系的描述。

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
注意：域名及属性向域的映象常常直接说明为
属性的类型、长度

关系模式和关系往往笼统称为关系。在具体情况中通过上下文加以区别。

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。

关系数据库也有型和值的区分。
关系数据库的型：也叫关系数据库模式，是对关系数据库的描述。它包括域上的若干关系模式。
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

若干表在存储设备中如何组织？不同的DBMS的处理方式不一样。

• 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。
• 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。

感谢

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