关系数据库
提出关系模型的是美国IBM公司的E.F.Codd (Edgar Frank Codd,1923-2003) , “关系数据库之父”
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
E.F.Codd 1923年出生在英格兰多塞特郡波特兰市的一个大家庭中。他曾经就读于牛津大学,主修数学,获得学士与硕士学位。第二次世界大战期间曾在皇家空军服役。第二次世界大战后,动身前往美国成为IBM的一名程序员。
在40岁的时候,重返校园,在密歇根大学主修计算机与通信专业,于1965年获得博士学位。
因为在数据库管理系统的理论和实践方面的杰出贡献于1981年获图灵奖。
1984年从IBM退休, 于2003年谢世。
关系
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
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
关系模型建立在集合代数的基础上,这里从集合论的角度给出关系数据结构的形式化定义
⒈ 域(Domain)
域是一组具有相同数据类型的值的集合。例:
整数
实数
介于某个取值范围的整数
长度小于25字节的字符串集合
{‘男’,‘女’}
……………..
- 笛卡尔积(Cartesian Product)
笛卡尔积
给定一组域D1,D2,…,Dn,这些域中可以有相同的。
D1,D2,…,Dn的笛卡尔积为:
D1×D2×…×Dn =
{(d1,d2,…,dn)|di?Di,i=1,2,…,n}
所有域的所有取值的一个组合
元组(Tuple)
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(Tuple)
(张清玫,计算机专业,李勇)、(张清玫,计算机专业,刘晨)等都是元组
分量(Component)
笛卡尔积元素(d1,d2,…,dn)中的每一个值di叫作一个分量
张清玫、计算机专业、李勇、刘晨等都是分量
基数(Cardinal number)
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
- 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)
R:关系名
n:关系的元,或目或度(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(元)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 (教材上给出的此定义是否严谨?)
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)
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 (教材上给出的此定义是否严谨?)
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)
D1,D2,…,Dn的笛卡尔积的某个子集才有实际含义
例:表2.1 的笛卡尔积没有实际意义
取出有实际意义的元组来构造关系
关系:SAP(SUPERVISOR,SPECIALITY,POSTGRADUATE)
假设:导师与专业:1:1, 导师与研究生:1:n
主码:POSTGRADUATE(假设研究生不会重名)
SAP关系可以包含三个元组
{ (张清玫,计算机专业,李勇),
(张清玫,计算机专业,刘晨),
(刘逸,信息专业,王敏) }
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
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
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
元组语义以及完整性约束条件
属性间的数据依赖关系集合
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 属性组U中属性所来自的域
DOM 属性向域的映象集合
F 属性间的数据依赖关系集合
例:
导师和研究生出自同一个域——人,
取不同的属性名,并在模式中定义属性向域
的映象,即说明它们分别出自哪个域:
DOM(SUPERVISOR-PERSON)
= DOM(POSTGRADUATE-PERSON)
=PERSON
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
关系数据结构
关系数据库的型: 关系数据库模式
对关系数据库的描述。
关系数据库模式包括
若干域的定义
在这些域上定义的若干关系模式
关系数据库的值: 关系模式在某一时刻对应的关系的集合,简称为关系数据库
常用的关系操作
查询:选择、投影、连接、除、并、交、差、笛卡尔积
数据更新:插入、删除、修改
查询的表达能力是其中最主要的部分
选择、投影、并、差、笛卡尔积是5种基本操作,其他操作可以由基本操作导出
关系操作的特点
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
用对关系的运算来表达查询要求
代表:ISBL
关系演算语言:用谓词来表达查询要求
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
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
代表:SQL(Structured Query Language)
关系的三类完整性约束
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)
若属性A是基本关系R的主属性,则属性A不能取空值
例:
SAP(SUPERVISOR,SPECIALITY,POSTGRADUATE)
POSTGRADUATE:
主码(假设研究生不会重名)
不能取空值
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。
参照完整性
例2 学生、课程、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)
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
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)
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
[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,表示该学生不可能分配一个不存在的专业
〔例2〕 :
选修(学号,课程号,成绩)
“学号”和“课程号”可能的取值 :
(1)选修关系中的主属性,不能取空值
(2)只能取相应被参照关系中已经存在的主码值
〔例3〕:
学生(学号,姓名,性别,专业号,年龄,班长)
“班长”属性值可以取两类值:
(1)空值,表示该学生所在班级尚未选出班长
(2)非空值,该值必须是本关系中某个元组的学号值
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,而不要由应用程序承担这一功能
例:
课程(课程号,课程名,学分)
“课程号”属性必须取唯一值
非主属性“课程名”也不能取空值
“学分”属性只能取值{1,2,3,4}