《關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)》PPT課件.ppt

第4章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù),4.1 關(guān)系模型及其定義 4.2 關(guān)系的3類(lèi)完整性約束 4.3 關(guān)系代數(shù),4.1.1 關(guān)系中的基本術(shù)語(yǔ), 關(guān)系： 一個(gè)關(guān)系就是一張二維表。 元組： 表中的一行即為一個(gè)元組。 屬性： 表中的列稱(chēng)為屬性。 域： 屬性的取值范圍。 關(guān)系模式：對(duì)關(guān)系的描述。 例如： R(sno, sname, sex, birthday, class),4.1.1 關(guān)系中的基本術(shù)語(yǔ), 候選鍵（或候選關(guān)鍵字） 是屬性或?qū)傩越M合，其值可以唯一的標(biāo)識(shí)一個(gè)元組。 主鍵（或主關(guān)鍵字） 如果有多個(gè)候選鍵，選擇其中一個(gè)作為主鍵。 主屬性 包含在候選鍵中的各個(gè)屬性。 全碼 所有屬性都是這個(gè)關(guān)系模式的候選碼。 外鍵（或外關(guān)鍵字） 如果關(guān)系R2的一個(gè)或一組屬性X是另一關(guān)系R1的主鍵，則X稱(chēng)為外鍵。,4.1.2 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義,1. 域 域是一組具有相同數(shù)據(jù)類(lèi)型的值的集合。 例如：自然數(shù)、實(shí)數(shù)、長(zhǎng)度小于25字節(jié)的字符串集合等等。 2. 笛卡爾積 笛卡爾積可以表示為一個(gè)二維表。表中的每行對(duì)應(yīng)一個(gè)元組，每列對(duì)應(yīng)一個(gè)域。 例如：給出3個(gè)域： D1 導(dǎo)師集合 李清，劉濤 D2 專(zhuān)業(yè)集合 計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)，管理工程專(zhuān)業(yè) D3 研究生集合 李華，楊敏，劉穎 則D1，D2，D3的笛卡爾積為？,4.1.2 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義,該笛卡爾積共有 D1D2D312 個(gè)元組，可以列成一張表。,表2-1,4.1.2 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義,3. 關(guān)系 笛卡爾積D1D2Dn的任一個(gè)子集稱(chēng)為D1，D2，Dn上的一個(gè)n元關(guān)系。表示為：R(D1, D2, , Dn) 例如：可以在表3-1的笛卡爾積中取出一個(gè)子集來(lái)構(gòu)造一個(gè)關(guān)系。一個(gè)研究生只師從于一個(gè)導(dǎo)師，學(xué)習(xí)某一個(gè)專(zhuān)業(yè)。從中取出有實(shí)際意義的元組來(lái)構(gòu)造關(guān)系，并將關(guān)系取名為SAP。這個(gè)關(guān)系可以表示為： SAP(導(dǎo)師，專(zhuān)業(yè)，研究生),4.1.2 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義,假設(shè)導(dǎo)師與專(zhuān)業(yè)是一對(duì)一的，即一個(gè)導(dǎo)師只有一個(gè)專(zhuān)業(yè)，導(dǎo)師與研究生是一對(duì)多，即一個(gè)導(dǎo)師可以帶多名研究生，而一名研究生只有一個(gè)導(dǎo)師，則SAP關(guān)系可以包含3個(gè)元組，如下表：,表2-2,4.1.2 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義,4. 關(guān)系的性質(zhì) (1) 列是同質(zhì)的，即每一列中的分量是同一類(lèi)型的數(shù)據(jù)，來(lái)自同一個(gè)域。,4.1.2 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義,4. 關(guān)系的性質(zhì) (2) 不同的列可出自同一個(gè)域，其中的每一列稱(chēng)為一個(gè)屬性，要給予不同的屬性名。,姓名2 曾用名,4.1.2 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義,4. 關(guān)系的性質(zhì) (3) 列的順序無(wú)所謂，即列的次序可以任意交換，也稱(chēng)屬性無(wú)序性。,關(guān)系性質(zhì)3屬性無(wú)序,4.1.2 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義,4. 關(guān)系的性質(zhì) (4) 任意兩個(gè)元組不能完全相同。,4.1.2 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義,4. 關(guān)系的性質(zhì) (5) 行的順序無(wú)關(guān)緊要，即行的次序可以任意交換，稱(chēng)為元組無(wú)序性。,4.1.2 關(guān)系的數(shù)學(xué)定義,4. 關(guān)系的性質(zhì) (6) 所有屬性值都是原子，不允許屬性又是一個(gè)二維關(guān)系。,關(guān)系性質(zhì)6分量是原子,非規(guī)范化關(guān)系,規(guī)范化關(guān)系,4. 2 關(guān)系的3類(lèi)完整性約束,（1）實(shí)體完整性規(guī)則 關(guān)系中主碼的值不能為空或部分為空。 （2）參照完整性規(guī)則 參照完整性規(guī)則就是定義外碼與主碼之間的引用規(guī)則。 （3）用戶(hù)定義的完整性 指用戶(hù)對(duì)某一具體數(shù)據(jù)指定的約束條件進(jìn)行檢驗(yàn)。,4. 2 關(guān)系的3類(lèi)完整性約束,不允許為空值或重復(fù)值,一個(gè)錯(cuò)誤的引用(不存在15),允許為空值,傳統(tǒng)的集合運(yùn)算是二目運(yùn)算，是在兩個(gè)關(guān)系中進(jìn)行的。但是并不是任意的兩個(gè)關(guān)系都能進(jìn)行這種集合運(yùn)算，而是要在兩個(gè)滿(mǎn)足一定條件的關(guān)系中進(jìn)行運(yùn)算。那么，對(duì)關(guān)系有什么要求呢？ 設(shè)給定兩個(gè)關(guān)系R、S，若滿(mǎn)足： 具有相同的度n; R中第i個(gè)屬性和S中第i個(gè)屬性必須來(lái)自同一個(gè)域。則說(shuō)關(guān)系R、S是相容的。 除笛卡爾積外，要求參加運(yùn)算的關(guān)系必須滿(mǎn)足上述的相容性定義。,4.3 關(guān)系代數(shù),4.3.1 傳統(tǒng)的集合運(yùn)算,1. 并（Union） 關(guān)系R和關(guān)系S的并由屬于R或?qū)儆赟的元組組成，即R和S的所有元組合并，刪去重復(fù)元組，組成一個(gè)新關(guān)系，其結(jié)果仍為n目關(guān)系。記作： RS=t|tRtS 對(duì)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄的插入 和添加可通過(guò)并運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。,4.3.1 傳統(tǒng)的集合運(yùn)算,4.3.1 傳統(tǒng)的集合運(yùn)算,2. 差（Difference） 關(guān)系R與關(guān)系S的差由屬于R而不屬于S的所有元組組成，即R中刪去與S中相同的元組，組成一個(gè)新關(guān)系，其結(jié)果仍為n目關(guān)系。記作： R-S=t|tRtS 通過(guò)差運(yùn)算，可實(shí)現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù) 記錄的刪除。,3. 交（Intersection） 關(guān)系R與關(guān)系S的交由既屬于R又屬于S的元組組成，即R與S中相同的元組，組成一個(gè)新關(guān)系，其結(jié)果仍為n目關(guān)系。記作： RS=t|tRtS,4.3.1 傳統(tǒng)的集合運(yùn)算,4. 廣義笛卡爾積（Extended Cartesian Product） 兩個(gè)分別為n目和m目關(guān)系R和S的廣義笛卡爾積是一個(gè)（n+m）列的元組的集合，元組的前n列是關(guān)系R的一個(gè)元組，后m列是關(guān)系S的一個(gè)元組。若R有k1個(gè)元組，S有k2個(gè)元組，則關(guān)系R和關(guān)系S的廣義笛卡爾積有k1*k2個(gè)元組，記作 RS=trts| trR,tsS 關(guān)系的廣義笛卡爾積可用于兩關(guān)系的連接操作,4.3.1 傳統(tǒng)的集合運(yùn)算,廣義笛卡兒積運(yùn)算實(shí)例,隨堂練習(xí),設(shè)有關(guān)系R、S，計(jì)算R1=R-S、R2=RS、R3=RS、R4=RS,R,S,由于傳統(tǒng)的集合運(yùn)算，只是從行的角度進(jìn) 行，而要靈活地實(shí)現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)多樣的查詢(xún)操 作，必須引入專(zhuān)門(mén)的關(guān)系運(yùn)算。 (選擇) （投影） （連接） （除）,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,樣板數(shù)據(jù)庫(kù)(學(xué)生-課程數(shù)據(jù)庫(kù)),4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,選擇在關(guān)系R中求由滿(mǎn)足給定條件F的元組組成新的關(guān)系的運(yùn)算。其形式為： SELECT 關(guān)系名 WHERE 條件 選擇運(yùn)算記為F(R)。 其中，為選取運(yùn)算符，F(xiàn)為選取的條件。 例如：在關(guān)系S1中找出所有“男生”的數(shù)據(jù)。 SELECT S1 WHERE 性別=“男” 關(guān)系代數(shù)為： 性別=“男”(S1),4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,F為選取的條件，由運(yùn)算對(duì)象（屬性名、常數(shù)、簡(jiǎn)單函數(shù)）、算術(shù)比較運(yùn)算符（ ，=，）和邏輯運(yùn)算符（ ）連接起來(lái)的邏輯表達(dá)式，結(jié)果為邏輯值“真”或“假”。,例子1：查詢(xún)信息系全體學(xué)生,sdept=“IS” (student),5=“IS” (student),或,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,選擇運(yùn)算是從關(guān)系R中選取使邏輯表達(dá)式F為真的元組，實(shí)際上是從行的角度進(jìn)行的運(yùn)算。,例子1,已知關(guān)系R和S， 求,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,2. 投影在關(guān)系R中求指定的由若干個(gè)屬性組成新的關(guān)系，即對(duì)關(guān)系在垂直方向進(jìn)行的運(yùn)算，從左到右按照指定的若干屬性及順序取出相應(yīng)列，刪去重復(fù)元組。記為x(R)。,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,從定義可看出，投影運(yùn)算是從列的角度進(jìn)行的運(yùn)算，這正是選取運(yùn)算和投影運(yùn)算的區(qū)別所在。,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,例子2：查詢(xún)學(xué)生的姓名和所在的系,sname，sdept(student),2，5(student),或,投影運(yùn)算可以改變關(guān)系的屬性次序,例子3： 查詢(xún)選課關(guān)系中有哪些學(xué)生選了課。,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,由例3可以看出，投影后取消了某些屬性列后，就可能出現(xiàn)重復(fù)行，應(yīng)該取消這些完全相同的行。所以投影之后，不但減少了屬性，元組也可能減少，新關(guān)系與原關(guān)系不相容。,SNO(SC) 結(jié)果如右圖所示,例子4： 查詢(xún)選了1號(hào)課程的學(xué)生號(hào)。,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,SNO(CNO=1(SC),例子2,已知關(guān)系R和S， 求,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,3. 連接從關(guān)系R和S的笛卡爾積中選取屬性值滿(mǎn)足一定條件的元組。 （1）連接 記為R S。 其中i和j分別為R和S中的第i、第j個(gè)分量，為算術(shù)比較運(yùn)算符。,ij,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,一般的連接操作是從行的角度進(jìn)行運(yùn)算。,例子3,已知關(guān)系R和S，求,例子3（續(xù)）,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,連接舉例：求 R S, R S,2=1,R,S,32,結(jié)果中不除去重復(fù)的屬性,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,（2）F連接選取屬性值滿(mǎn)足某一條件公式F的元組 記為R S。 例如：R S （3）自然連接除去重復(fù)屬性的等值連接 記為R S，即 R S。 例如： R S，R S,F,i=j,213=2,32,3=2,關(guān)系R與S，求：R和S的大于連接（CD）； R和S的等值連接（C=D）；R和S的等值連接 （R.B=S.B）；R和S的自然連接。,例子4,R,S,大于連接（CD） 等值連接（C=D）,例子4（續(xù)）,等值連接(R.B=S.B) 自然連接,例子4（續(xù)）,等值連接與自然連接的區(qū)別： 1. 等值連接中不要求相等屬性值的屬性名相同，而自然連接要求相等屬性值的屬性名必須相同，即兩關(guān)系只有在同名屬性才能進(jìn)行自然連接。 2. 等值連接不將重復(fù)屬性去掉，而自然連接去掉重復(fù)屬性，也可以說(shuō)，自然連接是去掉重復(fù)列的等值連接。,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,外連接 如果把舍棄的元組也保存在結(jié)果關(guān)系中，而在其他屬性上填空值(Null)，這種連接就叫做外連接（OUTER JOIN）。 左外連接 如果只把左邊關(guān)系R中要舍棄的元組保留就叫做左外連接(LEFT OUTER JOIN或LEFT JOIN) 右外連接 如果只把右邊關(guān)系S中要舍棄的元組保留就叫做右外連接(RIGHT OUTER JOIN或RIGHT JOIN)。,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,下圖是例4中關(guān)系R和關(guān)系S的全外自然連接,(a) 全外自然連接,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,(b) 左外自然連接,圖(b)是例4中關(guān)系R和關(guān)系S的左外連接,圖(c)是右外連接,(c) 右外自然連接,4. 除記為RS。 除法運(yùn)算是二目運(yùn)算，設(shè)有關(guān)系R（X，Y）與關(guān)系S（Y，Z），其中X，Y，Z為屬性集合，R中的Y與S中的Y可以有不同的屬性名，但對(duì)應(yīng)屬性必須出自相同的域。關(guān)系R除以關(guān)系S所得的商是一個(gè)新關(guān)系P（X），P是R中滿(mǎn)足下列條件的元組在X上的投影：元組在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。記作： RS=trX|trRy(S)Yx 其中，Yx為x在R中的象集，x= trX。,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,除操作是同時(shí)從行和列角度進(jìn)行運(yùn)算,象集,(a1,b1)的象集,(a1,b2)的象集,(a4,b5)的象集,X,Y,除,X,Y,=,Y,R上分量值X 的象集Yx包含S在Y上的投影,4.3.2 專(zhuān)門(mén)的集合運(yùn)算,關(guān)系除法運(yùn)算的步驟： 將被除關(guān)系屬性分為象集屬性和結(jié)果屬性 對(duì)象集屬性進(jìn)行投影目標(biāo)數(shù)據(jù)集 將被除關(guān)系分組：結(jié)果屬性值一樣的元組分為一組 找出結(jié)果集,除運(yùn)算實(shí)例,=,選課,必修課,選擇了所有必修課表中的課程的學(xué)生的學(xué)號(hào)和成績(jī),例子5,求 RS,隨堂練習(xí),R,S,求 RS,綜合舉例,所用實(shí)例：如下圖。,Q1：查詢(xún)選修103課程的學(xué)生名的關(guān)系代數(shù)表達(dá)式。,或： sname ( cid=103 (SC) S),表達(dá)式： sname ( cid=103 (SC S),查詢(xún)結(jié)果：何大明, 陳勝,說(shuō)明：, 對(duì)第二種表達(dá)式，可分解成三步來(lái)做, (Temp1, cid=103 (SC), (Temp2, Temp1 S), sname(Temp2), 第二種表達(dá)式比第一種更好，因?yàn)橹虚g結(jié)果更少。, 由上可知，存在一個(gè)查詢(xún)優(yōu)化的問(wèn)題。,優(yōu)化： sname (sid (cid=103 (SC) sid,sname ( S),Q2：查詢(xún)選修學(xué)分為3的學(xué)生名的代數(shù)表達(dá)式。,或：sname(credit=3 (C) SC S),或：sname(sid (sid (credit=3 C) SC) S),查詢(xún)結(jié)果：何大明,李峰,Q3：學(xué)生“李峰”所選課程的學(xué)分的代數(shù)表達(dá)式 。,表達(dá)式：credit(