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02 关系数据库基本原理-关系模型和关系代数 (2)

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数据库原理及应用第2章ppt

数据库原理及应用第2章ppt


2.1.1 关系模型概述
3. 完整性约束。
实体完整性 参照完整性 用户定义完整性 反映应用领域所遵循的约束条件， 体现具体领域中语义约束
2.1.2 关系数据结构
关系模型的数据结构非常简单。在用户看来，关系模 型中数据的逻辑结构是一张二维表。无论是实体还是实体 间的联系均由关系（表）来表示。
表 2.1 一个表示学生的关系
▪ 定义：
• 给定一组域D1，D2，…，Dn，这些域中可以存在相同的域。D1， D2，…，Dn的笛卡尔积为：D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2，…， dn）｜di∈Di，i＝1，2，…，n｝
▪ 说明：
• 其中每一个元素（d1，d2，…，dn）叫做一个n元组（n-tuple）或简 称元组（Tuple）即行。元素中的每一个值di（i=1，2，3……n）叫做 一个分量（Component）即列。
若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码（Primary key）。 主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码属性（Non-key attribute）。在 最简单的情况下，侯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侯选码， 称为全码（All-k) , (b,c,f) , (b,c, g) ,
•
(b,d, f) ,(b,d, g) , (b,e, f) , (b,e, g) }。
2.1.2 关系数据结构
结果用二维表格表示如表2-3所示，共有3个列，12个元组。
表2-3 用二维表格表示 D1×D2×D3
D1
为了维护数据库中的数据完整性，在对关系数据库执行插入、删 除和修改等操作时，必须遵守这三类完整性规则。
第二章 关系数据库

第二章 关系数据库


事物
实体
元组
行
记录
性质 现实世界
属性 信息世界
属性/域 关系
列 表
数据项 计算机世界
图2-2 不同领域不同属于对应关系
16
§2.1.2 关系的性质
可以通过二维表理解关系的性质。
1.不允许“表中套表”，即表中元组分量必须是原子的。 2.表中各列取自同一个域，即一列中的各个分量具有相同性质。 3.列的次序可以任意交换，不改变关系的实际意义。 4.表中不允许出现相同的两行，即同一实体不能重复出现（表 中的行叫元组，代表一个实体）。 5.行的次序无关紧要，可任意交换。
1、候选键

能唯一标识关系中元组的属性或属性集，则称该属性 或属性集为候选码(Candidate Key)，也称候选键。 如 “学生关系”

“选课关系”
20
2、主键

如果一个关系中有多个候选键，可以从中选择一个作为 主键(Primary Key)，或称为关键字。 例如：假设在学生关系中没有重名的学生，则“学号” 和“姓名”都可作为学生关系的候选键；

25

在每个关系中，又有其相应的数据库的实例
例如：与学生关系模式对应的数据库中的实例有 如下6个元组
S1 赵亦 女 17 计算机

S2
S3 S4
钱尔
孙珊 李思
男
女 男
18
20 21
信息
信息 自动化
S5
S6
周武
吴丽
男
女
19
20
计算机
自动化
26
§ 2.1.5 关系完整性约束

完整性约束保证授权用户对数据库的修改不 会导致数据一致性的破坏，关系模型的三类完 整性： 实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性
数据库原理2 关系数据库

数据库原理2 关系数据库


三、用户定义的完整性（User-defined integrity）
实体完整性和参照性适用于任何关系数据 库系统。除此之外，不同的关系数据库 系统根据其应用环境的不同，往往还需 要一些特殊的约束条件。用户定义的完 整性就是针对某一具体关系数据库的约 束条件，它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 要由应用程序承担这一功能。
体和实体间的联系的关系的集合构成一 个关系数据库。同样，关系数据库也有 型和值之分。
型：关系数据库模式 是对关系数据库的描 述。
值：一般就称为关系数据库。
2.3 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。
关系模型的三类完整性：
1. 实体完整性 2. 参照完整性 3. 用户定义的完整性
2.4 关系代数
本节要求
给定关系和关系代数表达式，要会算。
给定关系模式和查询（语义）要求，要会写 关系代数表达式。
关系代数是一种抽象的查询语言，用对
关系的运算来表达查询，作为研究关系 数据语言的数学工具。
关系代数的运算对象是关系，运算结果
亦为关系。关系代数用到的运算符包括 四类：集合运算符、专门的关系运算符、 算术比较符和逻辑运算符。
第二章 关系数据库
2-5章为本课程重点与难点 关系数据库的理论基础 1970, E.F.Codd “A Relational Model of Data for Shared Data Banks” 现代主流数据库几乎全部支持关系模型 Oracle(甲骨文)，Sybase, IBM DB2, MS SQL Server, Ingres
引用的时候，必须取基本表中已经存在的 值。由此引出参照的引用规则。
02 关系数据库的基本理论

02 关系数据库的基本理论


2.2.4 关系系统
2．关系系统的分类 按照E.F.Codd的思想，可以把关系系统分 类如下： （1）最小关系系统 （2）关系上完备的系统 （3）全关系系统
2.2.4 关系系统
3．全关系系统的12条基本准则 【准则2-0】一个关系型的DBMS必须能完全通过 它的关系能力来管理数据库。 【准则2-1】信息准则。 【准则2-2】保证访问准则。 【准则2-3】空值的系统化处理。 【准则2-4】基于关系模型的动态的联机数据字典。 【准则2-5】统一的数据子语言准则。
第2章 关系数据库的基本理论
关系数据库系统具有独特的风格，概括起 来有以下五个特点。
（1）简单明了的数据模型。 （2）具有严谨的理论基础。 （3）实体表示方法和实体之间联系的表示 方法一致。 （4）处理多对多的联系方便。 （5）使用的关系数据语言功能强大。
2.1 关系模型概述
关系模型是关系数据库的基础。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。 2.1.1 关系数据结构
其中，姓名、职称、X称为域名，姓名域和职称域各有4个值， X域有2个值，一般称它们的基数分别为4、4、2。
2.2.1 数学定义
【 定 义 2-2】 给 定 一 组 域 D1,D2,…,Dn ， 则 D1×D2×…×Dn ＝ ｛ (d1,d2,…,dn) ｜ d1∈Di ， i ＝ 1,2,…,n ｝ 称 为 D1,D2,…,Dn 的 笛卡尔积。其中每个(d1,d2,…,dn)叫做一个n元组，元组中的 每个di是Di域中的一个值，称为一个分量。
表达（或描述）关系操作的关系数据语言 可以分为三类，具体分类情况如下：
2.1.2 关系操作
（1）关系代数 关系代数是用对关系的运算来表达查询要
求的方式。 （2）关系演算
第2-3章 关系数据库基本原理new

第2-3章 关系数据库基本原理new


(4) n:m联系的转换。
(5) 多元联系的转换。 (6)自联系的转换。
32
1、（1∶1）联系的E-R图到关系模式的转换
转换原则：
每个实体集各对应一个关系模式； 对于（1：1）的联系，
1）可以单独对应一个关系模式：由联系属性、参与联系的各实体集 的主码构成关系模式，其主码可选参与联系的实体集的任一的主码。 2）也可以由联系属性及一方的主码加入到另一方实体集对应的关系 模式。
间多元 n:m “供应” 所包括，因此在合并时就应综合它们。
25
2、概念结构设计-视图的集成
产品 n 集 成 数量1 构成 m 零件 m 数量2 n 供应
p
供应商
(2)修改与重构，生成基本E-R图
初步E-R图可能存在冗余数据和冗余联系，把消除了冗余
的初步E-R图称为基本E-R图。
26
2、概念结构设计-视图的集成
9
例1：
学生关系中每个元组的“专业号”属性只取两类值：
（1）空值，表示尚未给该学生分配专业 （2）非空值，这时该值必须是专业关系中某个元组的“专 业号”值，该学生不可能分配一个不存在的专业。
10
例2：学生与课程之间的多对多联系 学生（学号，姓名，性别，专业号，年龄） 课程（课程号，课程名，学分） 选修（学号，课程号，成绩）
2、概念结构设计
任务：把用户需求抽象为信息结构 方法：E-R模型 阶段结果：基本E-R图
22
2、概念结构设计
通常采用自底向上方法，即自顶向下进行需求分析， 再自底向上设计概念结构。
无论采用哪种方法，一般都以E-R模型为工具描述概 念结构。
反复，直到用户满意
步骤
设计局部视图
集成视图
数据库中的关系模型与关系代数运算

数据库中的关系模型与关系代数运算

数据库中的关系模型与关系代数运算在计算机科学中，数据库是管理和组织数据的重要工具。

为了有效地操作和查询数据库中的数据，数据库系统采用了关系模型和关系代数运算。

一、关系模型关系模型是一种结构化的数据库模型，通过使用表格（称为关系）来表示和组织数据。

每个关系由若干个属性组成，而属性对应于表格中的列。

表格中的每一行都是一个记录，表示具体的数据实体。

关系模型的特点包括：1. 表达能力强：关系模型可以灵活地表示各种类型的数据以及数据之间的关系。

2. 数据操作简单：使用关系模型可以方便地对数据进行增删改查等操作。

3. 数据独立性：关系模型可以使数据与物理存储方式相互独立，便于数据的维护和更新。

二、关系代数运算关系代数是一种基于关系模型的数据操作语言，用于查询和操作数据库中的数据。

关系代数运算包括以下几种基本操作：1. 选择（Selection）：根据指定的条件选择符合条件的元组。

例如，从一个学生关系中选择年龄大于20的学生。

2. 投影（Projection）：选择关系中的部分属性，形成一个新的关系。

例如，从一个学生关系中选择姓名和年龄两个属性。

3. 连接（Join）：将两个关系按照某个条件进行连接，形成一个新的关系。

例如，将学生关系和课程关系按照学生的学号进行连接，得到学生选课关系。

4. 并（Union）：将两个关系的元组进行合并，产生一个包含两个关系中所有元组的新关系。

例如，将两个学生关系合并，得到所有学生的关系。

5. 差（Difference）：从一个关系中减去另一个关系中的元组，得到差集。

例如，从所有学生关系中减去已选课程关系中的学生，得到未选课学生的关系。

6. 交（Intersection）：取两个关系中共有的元组，形成一个新的关系。

例如，取两个学生关系的交集，得到同时存在于两个关系中的学生。

关系代数的运算可以根据需要进行组合和嵌套，实现复杂的数据查询和操作。

总结：数据库中的关系模型和关系代数运算是数据库领域中两个重要的概念。

02关系数据库基本原理-关系模型和关系代数

02关系数据库基本原理-关系模型和关系代数


C1 T1
S4 C4 75
关系模型的基本概念
关系数据结构：二维表
字段称为属性，也称为列（column） 反映事物的一个特征，每个字段都有字段名和字段值 属性的取值范围(所有可取值的集合) 称为属性域Domain 大写字母A、B、C、… 表示单个属性；大写字母 …、X、Y、 Z 表示属性集 小写字母a、b、c、… 表示属性值
CNO CNAME Credit CreditHours CPNO TNO
C1 Math
3
48
NULL T1
C2 English 4
64
C5╳ T2
C3 PM
2
32
C2 T4╳
C4 DB
3.5
56
C1 NULL
SNO CNO Grade S1 C2 80 S1 C3 70
S1 C5╳ 85
S2 C1 60 S2 C2 75
子集无此性质的属性或属性组 3）主键（Primary Key）
用户选作元组标识的候选键，称为主键（PK），简称键
关系模型的基本概念
SUPPLY(供应商，零件名，工程名)
项目
关键码（key，简称键）
4）候补键（Alternate Key） 主键之外的候选键
m
供应
n
p
零件
供应商
5）全键 ：由关系的所有属性构成的主键
关系模型的基本概念
关系模型的完整性规则
参照完整性规则（reference integrity rule） 示例
SNO SNAME AGE SEX NativePlace
S1 WANG 20 M
北京
S2 LIU 18 F
关系数据库基础知识-2.关系模型与关系代数

关系数据库基础知识-2.关系模型与关系代数


实现多对一联系的外码
学生成绩管理数据库ScoreDB中，学生关系Student与班级关系Class之间存 在多对一的“归属”联系。
实现多对多联系的联系关系及外码
学生成绩管理数据库ScoreDB中，假设每一个学生一个学期可以选修若干门
C课ou程r，se(每c一ou门rs课eN程o同, c时ou有rs若eN干a个me学, c生re选d修itH，o那ur么, c学ou生rs关eH系oSutru, dperinotr与Co课u程rs关e )系
主码：若一个关系有多个候选码，则可以选定其中 的一个候选码作为该关系的主码 。
关系数据结构
码
举例：Student关系
studentNo 1501001 1501008 1602002 1602005 1503045 1503010
studentName 李小勇 王红 刘方晨 王红敏 王红 李宏冰
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。
关系数据结构
关系
关系模型的数据结构非常简单，它就是二维表，亦称为 关系 。
关系数据库是表的集合，即关系的集合。 表是一个实体集，一行就是一个实体，它由共同表示一
个实体的有关联的若干属性的值所构成。
由于一个表是这种有关联的值的集合(即行的集合)，而 表这个概念和数学上的关系概念密切相关，因此称为关 系模型。
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
关系数据库系统是支持关系数据模型的数据库系统。
数据库课件第2章

数据库课件第2章


R
A B C
3 2 7 4 R
2=2
S
A B C
3 7 4 2 5 3
6 5 2 4 S
7 7 3 3 R.A
R.B R.C S.A S.B S.C
7 4
2 4
3 3
7 3
2 4
3 5
Question:
• 设关系R和S上的属性个数分别为2和3， 那么R 1<2 S等价于
• A. O1<2 (R*S) • C. O1<2(R S) B. O 1<4(R*S) D. O1<4(R S)

3. 连接（Join）
• 1）连接也称为θ连接 • 2）连接运算的含义 – 从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条 件的元组
R S={
| tr R∧ts S∧tr[A]θts[B] }
– 连接运算从R和S的广义笛卡尔积R×S中选取 （R关系）在A属性组上的值与（S关系）在B属 性组上值满足比较关系的元组。
A
a1 a1 a1 a1 a1 a1 a2 a2 a2
B
b1 b1 b1 b2 b2 b2 b2 b2 b2
C
c1 c1 c1 c2 c2 c2 c1 c1 c1
A
a1 a1 a2 a1 a1 a2 a1 a1 a2
B
b2 b3 b2 b2 b3 b2 b2 b3 b2
C
c2 c2 c1 c2 c2 c1 c2 c2 c1
R
B b1 b2 b3 b4
C 5 6 8 12
B b1 b2 b3 b3 b5
S
E 3 7 10 2 2
连接(续)
R
C＜E
S
A
02《数据库》第二章关系数据模型 #

02《数据库》第二章关系数据模型 #

• 记为 <条件F>(关系R)={t|t ∈R ∧F(t)=“真”}
• 结果关系的所有属性都是原关系的属性。 • 结果关系的所有元组都是原关系的元组。
• 例如：在学生表中将98管理班同学全部
学号 找出姓来名 。 出生年月 性别 班级
0001 • 李伟 <班19级80=.1‵2.0938管男理′>(学9生8管表理)
性、参照完整性和用户定义的完整性。 • 实体完整性：主码的任何属性值都不能为空。 • 参照完整性：若A是基本关系R1的外码。它与
基本关系R2的主码K相对应，则R1中每个元组 在A上的值必须为以下情况之一。 • 等于R2中某个元组的主码值。 • 取空值（A的每个属性值均为空值）。
• 例如：职工关系（职工号，姓名，…部门编号） 和部门关系（部门编号，部门名称，…）。
班级 98管理 98管理 98管理 98管理
学号 课程号 成绩
0001 01
85
0001 02
70
0003 01
80
0003 02
90
• 自然连接 • （学生表）（成绩表）
学号 姓名 0001 李伟 0001 李伟 0003 赵兰 0003 赵兰
出生年月 性别 1980.12.03 男 1980.12.03 男 1979.05.26 女 1979.05.26 女
《数据库技术原理与应用》
章、关系数据模型基础理论
TEL: Email:
本章教学内容
一、关系模型的基本概念 二、关系代数 三、关系演算 四、查询优化 五、关系系统
一、关系模型的基本概念
1、关系模型的数学定义： 关系模型是建立在数学理论基础上的。 定义（1）域：域（Domain)是值的集合
关系数据库与应用(第02章关系模型与关系代数)

关系数据库与应用(第02章关系模型与关系代数)

02
接条件。 连接操作可以基于一个或多个条件，用于将两个
03
关系的元组组合在一起。 连接操作可以产生新的关系，包含两个关系的所
04
有元组。
除法操作
除法操作是用来处理具有除 法语义的关系运算。
除法操作可以用于处理具有除法 语义的问题，例如找出在某些条 件下的共同元素。
ABCD
除法操作的表示方法是在两 个关系的名称之间放置一个 斜线（/）。
优化前
优化后
PA R T. 0 5
单击此处添加标题
关系代数与SQL的关系
SQL与关系代数的联系
数据操作语言
关系代数和SQL都用于对关系数据库中的数据进 行操作。
查询语言
关系代数和SQL都提供了查询数据的方法。
集合操作
关系代数和SQL都使用集合操作，如并、交、差 等。
SQL与关系代数的差异
语法
01
低系统的负载和成本。
提高用户体验
快速、高效的查询响应可 以提升用户的使用体验，
提高系统的满意度。
关系代数优化的方法
选择运算的优化
通过减少选择条件的数量、使用索引等方法， 减少选择运算的开销。
投影运算的优化
合理安排投影列的顺序，减少数据传输量，提 高投影运算的效率。
Байду номын сангаас
连接运算的优化
采用合适的连接策略，如嵌套循环连接、哈希 连接等，以降低连接运算的复杂度。
SQL的语法更直观，更接近自然语言，而关系代数的语法
更抽象。
功能
02
SQL除了数据操作外，还支持数据定义和数据控制等功能，
而关系代数主要关注数据操作。
应用领域
03
SQL广泛应用于实际的关系数据库管理系统，而关系代数

数据库基础-第二章 关系数据模型与关系运算


2.2 关系代数
数据查询基本运算
❖1．关系属性的指定——投影运算 这个操作是对一个关系进行垂直分割，消去某些列，并 重新安排列的顺序。
i1,i2,,in(R) {t | t ti1,ti2,,tin t1,t2,,tk R}
例子2-3
❖2．关系元组选定——选择运算 选择操作是根据某些条件对关系做水平分割，即选取符合 条件的元组。
R S {t | t R t S}
式中“－”为差运算符，t为元组变量，结果R-S为一个新的与R、S兼
容的关系，该关系是由属于R而且不属于S的元组构成的集合，即 在R中减去与S中相同的那些元组。
关系 R
A
B
C
a1
b1
c1
a1
b2
c2
a2
b2
c1
关系 R∪S
A
B
C
a1
b1
c1
a1
b2
c2
a2
b2 c2
a1
b2
c2
a2
b2
c1
图 2.9 关系 R 和关系 S 及其交运算
2.2 关系代数
2.除法运算
设关系R和S的元数分别为r和s（设r>s>0），那么R÷S是一个（r-s）元的 元组的集合。（R÷S）是满足下列条件的最大关系：其中每个元组t与S中 每个元组u组成的新元组<t，u>必在关系R中。
S# (S) S# (SC)
例2-7 在关系C中增加一门新课程（C13, ML, C3， null）： 如果令这门新课程元组所构成的关系为R，则有： R=（C13，ML，C3,null），这时结果为：C∪R。
学生关系：S (S# ，Sn， Sex，Sa ，Sd) ； 课程关系：C (C# ，Cn ，P#，Tn) ； 选课关系：SC (S#， C# ，G)，

数据库系统原理与设计(第2版)-万常选版-第2章-关系模型与关系代数--课后答案

;3.简述如下概念，并说明它们之间的联系与区别:。

（1）域，笛卡尔积，关系，元组，属性答：域：域是一组具有相同数据类型的值的集合。

笛卡尔积：给定一组域D1，D2，…，Dn，这些域中可以有相同的。

这组域的笛卡尔积为：D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2，…，dn）｜diDi，i＝1，2，…，n ｝其中每一个元素（d1，d2，…，dn）叫作一个n元组（n-tuple）或简称元组（Tuple）。

元素中的每一个值di叫作一个分量（Component）。

关系：在域D1，D2，…，Dn上笛卡尔积D1×D2×…×Dn的子集称为关系，表示为R（D1，D2，…，Dn）元组：关系中的每个元素是关系中的元组。

属性：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。

由于域可~以相同，为了加以区分，必须对每列起一个名字，称为属性（Attribute）。

（2）超码，主码，候选码，外码答：超码：对于关系r的一个或多个属性的集合A，如果属性集A可以唯一地标识关系r中的一个元组，则称属性集A为关系r的一个超码 (superkey) 。

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（Candidate 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）。

外码：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是基本关系R的外码（Foreign key），简称外码。

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）。

关系R和S可以是相同的关系。

(3)关系模式，关系，关系数据库}答：关系模式：关系的描述称为关系模式（Relation Schema）。

第2章 关系代数与关系数据库理论

22
01 传统的集合运算（举例）
R和S ➢ 具有相同的目n（即两个关系都有n个属性） ➢ 相应的属性取自同一个域
23
01 传统的集合运算（举例）
24
关系代数及其运算
关系的数学定义 关系代数概述 传统的集合运算 专门的关系运算
01
PART ONE
01 专门的关系运算
专门的关系运算包括选择、投影、连接、除等。 为了叙述上的方便，先引入几个记号： (1)设关系模式为R(A1，A2，…，An)，它的一个关系设为R， t∈R 表示t是R的一个元组，t[Ai]表示元组t中相应于属性Ai 上的一个分量。 (2)若A={Ai1，Ai2，…，Aik}，其中Ai1，Ai2，…，Aik是A1， A2，…，An中的一部分，则A称为字段名或域列。 t[A]=(t[Ai1]，t[Ai2]，…，t[Aik])表示元组 t 在字段名 A 上诸 分量的集合。 Aഥ 表示{A1，A2，…，An)中去掉{Ai1，Ai2，…， Aik}后剩余的属性组。
10
01 关系的数学定义
➢ 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 • 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。
11
例1：查询学生的学号和姓名。 ➢πSno，Sname(Student)或π1，2(Student) ➢ 查询结果：
37
01 专门的关系运算
连接（Join） ➢ 连接也称为θ连接 ➢ 连接运算的含义： • 从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条 件的元组 • A和B：分别为R和S上度数相等且可比的属性组 • θ：比较运算符 ➢ 从R和S的笛卡尔积R×S中选取R关系在A属性组上的值 与S关系在B属性组上的值满足比较关系θ的元组。
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关系模型的基本概念

关系模型的完整性规则

参照完整性规则（reference integrity rule） 示例
TNO TNAME TITLE SEX T1 ZHAO 讲师 M T2 LIU 教授 F
SNO SNAME AGE SEX NativePlace S1 WANG 20 M 北京 S2 LIU 18 F 山东 S3 HU 17 M 上海 S4 XIA 19 F 四川

教学基本要求

引言

关系模型是当前的主流逻辑数据模型

由IBM公司的高级研究员E.F.Codd于1970年提出 单一的数据建模概念 坚实的数学理论基础 提供高级接口：数据库语言SQL

应用广泛的原因：

关系模型的基本概念

关系模型（Relational Model） 用二维表格表示实体集，用关键码表示实体之间联系的数据模 型称为关系模型 理解 用二维表格（table）表示实体集及其间联系， 用关键码（或键）进行数据导航 关系模型是逻辑模型的一种，也具有三个要素 关系数据结构 关系操作 数据完整性约束规则
关系数据库基本原理 （1）关系模型与关系代数
王传栋 南京邮电大学计算机学院
内容与要求

知识点

（1）知识点一：关系模型概述 （2）知识点二：关系数据结构 （3）知识点三：关系代数理论 （4）知识点四：关系数据库标准语言SQL （5）知识点五：关系数据库的规范化理论 实验1 SQL语言的应用 了解关系数据结构的基本概念，了解关系模型的各种操作和关 系代数的基本原理，掌握关系数据模型的完整性约束机制，掌 握SQL语言，了解函数依赖等基本概念，掌握关系模式的规范 化概念、方法、原理与过程。
关系模型的基本概念

关系模型的三层体系结构

关系模型也遵循数据库的三级体系结构 关系模式
用户(应用程序) 用户记录
外模式
S（SNO，SNAME，AGE，SEX，NativePlace） T（TNO，TNAME，TITLE，SEX） C（CNO，CNAME，Credit，CreditHours，CPNO，TNO）
关系模型的基本概念

关系模型的完整性规则

实体完整性规则（entity integrity rule） 关系内的约束 每个关系都应有一个主键 每个元组的主键的值应当唯一；组成主键的属性，不能有空 值（NULL） 否则，主键值就起不了惟一标识元组的作用
关系模型的基本概念

关系模型的完整性规则
关系模型的基本概念

关系模型的完整性规则

用户定义的完整性规则 和数据的具体内容有关的约束 构建关系模式时，属性的数据类型，可能满足不了需求，需 要显式定义额外的约束规则说明 CHECK()子句、触发器、断言、过程… 说明 各种DBMS产品对完整性约束的支持程度不同 数据库中完整性约束检查，由DBMS实现对DB进行更新 (I/D/U)操作时检查，保证数据与现实世界的一致性
T（TNO，TNAME，TITLE，SEX） 字段含义：教师号，教师姓名，职称，性别 TNO TNAME TITLE SEX
S1 S2 S3 S4
WANG LIU HU XIA
20 18 17 19
M F M F
北京 山东 上海 四川
关系模型的基本概念

关系数据结构：二维表


字段称为属性，也称为列（column） 反映事物的一个特征，每个字段都有字段名和字段值 属性的取值范围(所有可取值的集合) 称为属性域Domain 大写字母A、B、C、… 表示单个属性；大写字母 …、X、Y、 Z 表示属性集 小写字母a、b、c、… 表示属性值 记录称为元组（tuple），也称为行（row） 记录类型称为关系模式，由模式名和属性列表组成 元组集合称为关系（relation）或实例（instance），也称 为表格
关系模型的基本概念

关系模型的完整性规则

用户定义的完整性规则 示例1 S（SNO，SNAME，AGE，SEX，NativePlace）
字段含义：学号，姓名，年龄，性别，籍贯
Create Table S ( SNO CHAR(3) , SNAME CHAR(8) , AGE Integer , SEX CHAR(1) , NativePlace VARCHAR(20) , Primary Key (SNO) , Check (SEX IN (‘M’, ‘F’) ) );
关系模型的基本概念

关系数据结构：二维表

元组用关键字（Key word—简称键）来标识 属性个数称为元数（Arity），也称为目 元组个数为基数（Cardinality）
一般术语 字段、数据项 关系模型术语 属性
R
A a1 a2 a3 a4
பைடு நூலகம்
B b1 b2 b3 b4
C c1 c2 c3 c4
关系模型的基本概念

SUPPLY(供应商，零件名，工程名) 项目
关键码（key，简称键）

m
供应


4）候补键（Alternate Key） n p 零件 供应商 主键之外的候选键 5）全键 ：由关系的所有属性构成的主键 6）外键（Foreign Key，FK） 如果模式R中的属性K是其它模式的主键，那么K在模式R中 称为外键 不是本关系的键，却引用了其它关系或本关系的键的属性或 属性组 7）主属性与非主属性
关系模型的基本概念

S（SNO，SNAME，AGE，SEX，NativePlace） 字段含义：学号，姓名，年龄，性别，籍贯 SNO SNAME AGE SEX NativePlace
示例
SNO CNO Grade S1 C2 80 T1 ZHAO 讲师 M S1 C3 70 SC（SNO，CNO，Grade） T2 LIU 教授 F C4 85 字段含义：学号，课程号，成绩 S1 S2 C1 60 S2 C2 75 C（CNO，CNAME，Credit，CreditHours，CPNO，TNO） S2 C3 90 字段含义：课程号，课程名，学分，学时数，先修课号，授课教师号 S2 C4 NULL CNO CNAME Credit CreditHours CPNO TNO S3 C1 85 C1 Math 3 48 NULL T1 S3 C4 80 C2 English 4 64 NULL T2 S4 C2 85 C3 PM 2 32 C2 T2 S4 C4 75 C4 DB 3.5 56 C1 T1


关系是一个属性数目相同的元组的集合 有限关系 在关系模型中，关系的规范性限制： 1）关系中每一个属性值都是不可分解的（原子的） 2）关系中不允许出现重复元组（即不允许出现相同的元组） 3）由于关系是一个集合，因此不考虑元组间的顺序，即没 有行序 注：关系中元组的排列是有序的，取决于索引 4）元组中的属性在理论上也是无序的，但使用时按习惯考 虑列的顺序
Create Table SC ( SNO CHAR(3) , CNO CHAR(3) , GRADE DEC(5, 2) , Primary Key (SNO, CNO) , Foreign Key (SNO) References S(SNO) , Foreign Key (CNO) References C(CNO) , Check (GRADE is NULL Or GRADE Between 0 And 100) ) ;
D d1 d2 d3 d4
E e1 e2 e3 e4
记录类型
记录1 记录2
关系模式 R（A，B，C，D，E）
元组1 元组2
文 记录3 件
记录4 字段值
关 元组3 系
元组4 属性值
关系模型的基本概念

关键码（key，简称键）



由一个或多个属性组成。在实际使用中，有下列几种键 1）超键（Super Key） 其值能唯一地决定其它所有属性的值的属性集 2）候选键（Candidate Key） 不含多余属性的超键 其值能唯一地决定关系中其它所有属性的值、而它的任何真 子集无此性质的属性或属性组 3）主键（Primary Key） 用户选作元组标识的候选键，称为主键（PK），简称键
SNO SNAME AGE SEX NativePlace S1 WANG 20 M 北京 S2 LIU 18 F 山东 S2 ╳ HU 17 M 上海 NULL╳ XIA 19 F 四川
关系模型的基本概念

关系模型的完整性规则

参照完整性规则（reference integrity rule） 不同关系或同一关系的不同元组间的约束 参照完整性规则的形式定义 如果属性集K是关系模式R1的主键，K也是关系模式R2的 外键，那么在R2的关系中，K的取值只允许两种可能，或 者为空值，或者等于R1关系中某个主键值 规则的实质：不允许引用不存在的实体 在上述形式定义中 关系模式R1的关系称为“参照关系”，也称“主表”、 “父表” 关系模式R2的关系称为“依赖关系”，也称“副表”、 “子表”

实体完整性规则（entity integrity rule） 例如 S（SNO，SNAME，AGE，SEX，NativePlace）
字段含义：学号，姓名，年龄，性别，籍贯
Create Table S ( SNO CHAR(3) , SNAME CHAR(8) , AGE Integer , SEX CHAR(1) , NativePlace VARCHAR(20) , Primary Key (SNO) , Check (SEX IN (‘M’, ‘F’) ) ) ;