大一下大機(jī)三數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)

第三章

數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)中北大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院SchoolofComputerScienceandControlEngineering.NUC

3.1數(shù)據(jù)庫的基本概念3.2數(shù)據(jù)模型3.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫3.4Access數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用3.1數(shù)據(jù)庫的基本概念

一數(shù)據(jù)管理技術(shù)基本概念數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)是人們用于記錄事物情況的物理符號(hào)。為了描述客觀事物而用到的數(shù)字、字符以及所有能輸入到計(jì)算機(jī)中并能被計(jì)算機(jī)處理的符號(hào)都可以看作數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)研究和處理的對(duì)象?；靖拍钚畔⑹菙?shù)據(jù)中所包含的意義。通俗地講，信息是經(jīng)過加工處理并對(duì)人類社會(huì)實(shí)踐和生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生決策影響的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)與信息既有區(qū)別，又有聯(lián)系。數(shù)據(jù)是信息的符號(hào)表示;信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵,是對(duì)數(shù)據(jù)語義的解釋。數(shù)據(jù)表示了信息，而信息只有通過數(shù)據(jù)形式表示出來才能被人們理解和接受。基本概念

數(shù)據(jù)處理是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息的過程，包括對(duì)數(shù)據(jù)的采集﹑存儲(chǔ)﹑加工﹑檢索和傳輸?shù)纫幌盗谢顒?dòng)。

基本概念數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.人工管理階段數(shù)據(jù)不保存沒有專用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理數(shù)據(jù)不共享，數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性

2.文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)期保存。由專門的軟件即文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)共享性差。數(shù)據(jù)獨(dú)立性低。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展3.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段使用復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型表示結(jié)構(gòu)具有很高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性。為用戶提供了方便的接口。提供了完整的數(shù)據(jù)控制功能。提高了系統(tǒng)的靈活性。

數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展3.1數(shù)據(jù)庫的基本概念

二數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本功能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的集合，是長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的﹑有組織的﹑可共享的數(shù)據(jù)的集合。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）

是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。它是一種系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織﹑操縱﹑維護(hù)﹑控制﹑保護(hù)﹑和數(shù)據(jù)服務(wù)等，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。

數(shù)據(jù)庫管理員是專門從事數(shù)據(jù)庫建立﹑使用和維護(hù)的工作人員數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本功能數(shù)據(jù)模式定義數(shù)據(jù)操縱：為用戶使用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)提供方便，如查詢、插入、修改、刪除等以及簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算及統(tǒng)計(jì)；數(shù)據(jù)庫運(yùn)行控制功能數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化是數(shù)據(jù)庫的主要特征之一整體結(jié)構(gòu)化不再僅僅針對(duì)某一個(gè)應(yīng)用，而是面向全組織不僅數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)化，整體是結(jié)構(gòu)化的，數(shù)據(jù)之間具有聯(lián)系數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)面向整個(gè)系統(tǒng)，可以被多個(gè)用戶、多個(gè)應(yīng)用共享使用。數(shù)據(jù)共享的好處減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲(chǔ)空間避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性使系統(tǒng)易于擴(kuò)充數(shù)據(jù)獨(dú)立性高物理獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與存儲(chǔ)在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)是相互獨(dú)立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變了，應(yīng)用程序不用改變。邏輯獨(dú)立性指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變了，用戶程序也可以不變。數(shù)據(jù)獨(dú)立性是由DBMS的二級(jí)映像功能來保證的數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制DBMS提供的數(shù)據(jù)控制功能(1)數(shù)據(jù)的安全性（Security）保護(hù)保護(hù)數(shù)據(jù)，以防止不合法的使用造成的數(shù)據(jù)的泄密和破壞。(2)數(shù)據(jù)的完整性（Integrity）檢查將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或保證數(shù)據(jù)之間滿足一定的關(guān)系。(3)并發(fā)（Concurrency）控制對(duì)多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)，防止相互干擾而得到錯(cuò)誤的結(jié)果。(4)數(shù)據(jù)庫恢復(fù)（Recovery）將數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。并提供二級(jí)映像功能。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念“型”和“值”的概念

型(Type)對(duì)某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明

值(Value)是型的一個(gè)具體賦值例如學(xué)生記錄型：（學(xué)號(hào)，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）一個(gè)記錄值：（900201，李明，男，計(jì)算機(jī)，22，江蘇）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念（續(xù)）模式（Schema）數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述是型的描述反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系模式是相對(duì)穩(wěn)定的實(shí)例（Instance）模式的一個(gè)具體值反映數(shù)據(jù)庫某一時(shí)刻的狀態(tài)同一個(gè)模式可以有很多實(shí)例實(shí)例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動(dòng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式的概念（續(xù)）例如：在學(xué)生選課數(shù)據(jù)庫模式中，包含學(xué)生記錄、課程記錄和學(xué)生選課記錄

2007年的一個(gè)學(xué)生數(shù)據(jù)庫實(shí)例，包含：2007年學(xué)校中所有學(xué)生的記錄學(xué)校開設(shè)的所有課程的記錄所有學(xué)生選課的記錄

2006年度學(xué)生數(shù)據(jù)庫模式對(duì)應(yīng)的實(shí)例與

2007年度學(xué)生數(shù)據(jù)庫模式對(duì)應(yīng)的實(shí)例是不同的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)模式（Schema）

外模式（ExternalSchema）內(nèi)模式（InternalSchema）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)（續(xù)）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)1模式（Schema）模式（也稱邏輯模式）數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖，綜合了所有用戶的需求一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)模式模式的地位：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層與數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境無關(guān)與具體的應(yīng)用程序、開發(fā)工具及高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言無關(guān)模式（續(xù)）模式的定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)項(xiàng)的名字、類型、取值范圍等）數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求2外模式（ExternalSchema）外模式（也稱子模式或用戶模式）數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示外模式（續(xù)）外模式的地位：介于模式與應(yīng)用之間模式與外模式的關(guān)系：一對(duì)多外模式通常是模式的子集一個(gè)數(shù)據(jù)庫可以有多個(gè)外模式。反映了不同的用戶的應(yīng)用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對(duì)數(shù)據(jù)保密的要求對(duì)模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長(zhǎng)度、保密級(jí)別等都可以不同外模式與應(yīng)用的關(guān)系：一對(duì)多同一外模式也可以為某一用戶的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)所使用但一個(gè)應(yīng)用程序只能使用一個(gè)外模式外模式（續(xù)）外模式的用途保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個(gè)有力措施每個(gè)用戶只能看見和訪問所對(duì)應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù)3內(nèi)模式（InternalSchema）內(nèi)模式（也稱存儲(chǔ)模式）是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映像功能與數(shù)據(jù)獨(dú)立性三級(jí)模式是對(duì)數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級(jí)別二級(jí)映象在DBMS內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換外模式／模式映像模式／內(nèi)模式映像1、外模式／模式映象模式：描述的是數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)外模式：描述的是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)同一個(gè)模式可以有任意多個(gè)外模式每一個(gè)外模式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有一個(gè)外模式／模式映象，定義外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系映象定義通常包含在各自外模式的描述中外模式／模式映象（續(xù)）保證數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性當(dāng)模式改變時(shí)，數(shù)據(jù)庫管理員修改有關(guān)的外模式／模式映象，使外模式保持不變應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。2、模式／內(nèi)模式映象模式／內(nèi)模式映象定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如，說明邏輯記錄和字段在內(nèi)部是如何表示的數(shù)據(jù)庫中模式／內(nèi)模式映象是唯一的該映象定義通常包含在模式中描述模式／內(nèi)模式映象（續(xù)）保證數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變了（例如選用了另一種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)庫管理員修改模式／內(nèi)模式映象，使模式保持不變應(yīng)用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。3.2數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這個(gè)工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)和信息。通俗地講數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實(shí)世界的模擬。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界容易為人所理解便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)兩大類數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型分為兩類（分屬兩個(gè)不同的層次）(1)概念模型也稱信息模型，它是按用戶的觀點(diǎn)來對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模，用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。(2)邏輯模型和物理模型

邏輯模型主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷?，按?jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)建模，用于DBMS實(shí)現(xiàn)。物理模型是對(duì)數(shù)據(jù)最底層的抽象，描述數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的表示方式和存取方法，在磁盤或磁帶上的存儲(chǔ)方式和存取方法。兩大類數(shù)據(jù)模型(續(xù))客觀對(duì)象的抽象過程---兩步抽象現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對(duì)象抽象為概念模型；把概念模型轉(zhuǎn)換為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。兩大類數(shù)據(jù)模型(續(xù))DBMS支持的數(shù)據(jù)模型概念模型認(rèn)識(shí)抽象信息世界機(jī)器世界現(xiàn)實(shí)世界中客觀對(duì)象的抽象過程現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)實(shí)世界概念模型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員完成邏輯模型物理模型由DBMS完成概念模型邏輯模型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員完成概念模型概念模型的用途概念模型用于信息世界的建模是現(xiàn)實(shí)世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的有力工具數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員和用戶之間進(jìn)行交流的語言對(duì)概念模型的基本要求較強(qiáng)的語義表達(dá)能力能夠方便、直接地表達(dá)應(yīng)用中的各種語義知識(shí)簡(jiǎn)單、清晰、易于用戶理解概念模型信息世界中的基本概念兩個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系概念模型的一種表示方法一、信息世界中的基本概念(1)實(shí)體（Entity）

客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體?？梢允蔷唧w的人、事、物或抽象的概念。(2)屬性（Attribute）實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性。一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來刻畫。

(3)碼（Key）唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集稱為碼。信息世界中的基本概念(續(xù))(4)域（Domain）屬性的取值范圍稱為該屬性的域。(5)實(shí)體型（EntityType）用實(shí)體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實(shí)體稱為實(shí)體型(6)實(shí)體集（EntitySet）同一類型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集信息世界中的基本概念(續(xù))(7)聯(lián)系（Relationship）

現(xiàn)實(shí)世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反映為實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系。實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系通常是指組成實(shí)體的各屬性之間的聯(lián)系實(shí)體之間的聯(lián)系通常是指不同實(shí)體集之間的聯(lián)系二、兩個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系實(shí)體型A聯(lián)系名實(shí)體型B111:1聯(lián)系實(shí)體型A聯(lián)系名1n1:n聯(lián)系實(shí)體型A實(shí)體型B聯(lián)系名mnm:n聯(lián)系實(shí)體型B用圖形來表示兩個(gè)實(shí)體型之間的這三類聯(lián)系

二、兩個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系（續(xù)）

一對(duì)一聯(lián)系（1:1）實(shí)例：一個(gè)班級(jí)只有一個(gè)正班長(zhǎng)，一個(gè)班長(zhǎng)只在一個(gè)班中任職定義：如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個(gè)（也可以沒有）實(shí)體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有一對(duì)一聯(lián)系，記為1:1

班級(jí)班級(jí)-班長(zhǎng)班長(zhǎng)111:1聯(lián)系兩個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系(續(xù))一對(duì)多聯(lián)系（1：n）實(shí)例：一個(gè)班級(jí)中有若干名學(xué)生，每個(gè)學(xué)生只在一個(gè)班級(jí)中學(xué)習(xí)定義：如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B有一對(duì)多聯(lián)系，記為1:n班級(jí)組成學(xué)生1n1:n聯(lián)系兩個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系(續(xù))多對(duì)多聯(lián)系（m:n）

實(shí)例：課程與學(xué)生之間的聯(lián)系：一門課程同時(shí)有若干個(gè)學(xué)生選修，一個(gè)學(xué)生可以同時(shí)選修多門課程定義：如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中也有m個(gè)實(shí)體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體B具有多對(duì)多聯(lián)系，記為m:n課程選修學(xué)生mnm:n聯(lián)系

概念模型的一種表示方法實(shí)體－聯(lián)系方法(E-R方法)用E-R圖來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型E-R方法也稱為E-R模型E-R圖實(shí)體型用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實(shí)體名。屬性用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實(shí)體連接起來學(xué)生教師學(xué)生學(xué)號(hào)年齡性別姓名E-R圖(續(xù))聯(lián)系聯(lián)系本身：用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實(shí)體連接起來，同時(shí)在無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型（1:1、1:n或m:n）聯(lián)系的表示方法實(shí)體型A聯(lián)系名實(shí)體型B111:1聯(lián)系實(shí)體型A聯(lián)系名1n1:n聯(lián)系實(shí)體型A實(shí)體型B聯(lián)系名mnm:n聯(lián)系實(shí)體型B聯(lián)系的表示方法示例班級(jí)班級(jí)-班長(zhǎng)班長(zhǎng)111:1聯(lián)系課程選修學(xué)生mnm:n聯(lián)系班級(jí)組成學(xué)生1n1:n聯(lián)系聯(lián)系的屬性課程選修學(xué)生mn成績(jī)聯(lián)系的屬性：聯(lián)系本身也是一種實(shí)體型，也可以有屬性。如果一個(gè)聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該聯(lián)系連接起來

最常用的數(shù)據(jù)模型非關(guān)系模型層次模型(HierarchicalModel)網(wǎng)狀模型(NetworkModel)關(guān)系模型(RelationalModel)層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次模型

滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型1.有且只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)2.根以外的其它結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀模型滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合：1.允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無雙親；2.一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親。關(guān)系模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)的組織方式1970年美國(guó)IBM公司SanJose研究室的研究員E.F.Codd首次提出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的關(guān)系模型計(jì)算機(jī)廠商新推出的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)幾乎都支持關(guān)系模型

關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在用戶觀點(diǎn)下，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。學(xué)號(hào)姓名年齡性別系名年級(jí)2005004王小明19女社會(huì)學(xué)20052005006黃大鵬20男商品學(xué)20052005008張文斌18女法律2005………………學(xué)生登記表屬性元組關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（續(xù)）關(guān)系（Relation）一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)通常說的一張表元組（Tuple）表中的一行即為一個(gè)元組屬性（Attribute）表中的一列即為一個(gè)屬性，給每一個(gè)屬性起一個(gè)名稱即屬性名關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（續(xù)）主碼（Key）表中的某個(gè)屬性組，它可以唯一確定一個(gè)元組。域（Domain）屬性的取值范圍。分量元組中的一個(gè)屬性值。關(guān)系模式對(duì)關(guān)系的描述關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系，年級(jí)）關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（續(xù)）關(guān)系必須是規(guī)范化的，滿足一定的規(guī)范條件最基本的規(guī)范條件：關(guān)系的每一個(gè)分量必須是一個(gè)不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng),不允許表中還有表

圖中工資和扣除是可分的數(shù)據(jù)項(xiàng),不符合關(guān)系模型要求

職工號(hào)姓名職稱工資扣除實(shí)發(fā)基本津貼職務(wù)房租水電86051陳平講師13051200501601122283圖

一個(gè)工資表(表中有表)實(shí)例關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（續(xù)）關(guān)系術(shù)語一般表格的術(shù)語關(guān)系名表名關(guān)系模式表頭（表格的描述）關(guān)系（一張）二維表元組記錄或行屬性列屬性名列名屬性值列值分量一條記錄中的一個(gè)列值非規(guī)范關(guān)系表中有表（大表中嵌有小表）術(shù)語對(duì)比表3.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫

一關(guān)系數(shù)據(jù)庫概念二關(guān)系的完整性約束三關(guān)系代數(shù)1．什么是關(guān)系模式關(guān)系模式（RelationSchema）是型關(guān)系是值關(guān)系模式是對(duì)關(guān)系的描述關(guān)系模式通?？梢院?jiǎn)記為

R(U)或R(A1，A2，…，An)R:關(guān)系名A1，A2，…，An:屬性名2.關(guān)系模式與關(guān)系關(guān)系模式對(duì)關(guān)系的描述靜態(tài)的、穩(wěn)定的關(guān)系關(guān)系模式在某一時(shí)刻的狀態(tài)或內(nèi)容動(dòng)態(tài)的、隨時(shí)間不斷變化的關(guān)系模式和關(guān)系往往統(tǒng)稱為關(guān)系關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫在一個(gè)給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有關(guān)系的集合構(gòu)成一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系的完整性關(guān)系的三類完整性約束實(shí)體完整性參照完整性用戶定義的完整性關(guān)系的三類完整性約束實(shí)體完整性和參照完整性：關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件稱為關(guān)系的兩個(gè)不變性，應(yīng)該由關(guān)系系統(tǒng)自動(dòng)支持用戶定義的完整性：應(yīng)用領(lǐng)域需要遵循的約束條件，體現(xiàn)了具體領(lǐng)域中的語義約束實(shí)體完整性實(shí)體完整性規(guī)則（EntityIntegrity）若屬性A是基本關(guān)系R的主屬性，則屬性A不能取空值。

例：SAP(SUPERVIS，SPECIALITY，POSTGRADUATE)POSTGRADUATE：主碼（假設(shè)研究生不會(huì)重名）不能取空值實(shí)體完整性(續(xù))實(shí)體完整性規(guī)則的說明(1)實(shí)體完整性規(guī)則是針對(duì)基本關(guān)系而言的。一個(gè)基本表通常對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)實(shí)體集。(2)現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體是可區(qū)分的，即它們具有某種唯一性標(biāo)識(shí)。(3)關(guān)系模型中以主碼作為唯一性標(biāo)識(shí)。(4)主碼中的屬性即主屬性不能取空值。主屬性取空值，就說明存在某個(gè)不可標(biāo)識(shí)的實(shí)體，即存在不可區(qū)分的實(shí)體，這與第（2）點(diǎn)相矛盾，因此這個(gè)規(guī)則稱為實(shí)體完整性參照完整性1.關(guān)系間的引用2.外碼3.參照完整性規(guī)則1.關(guān)系間的引用

在關(guān)系模型中實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來描述的，因此可能存在著關(guān)系與關(guān)系間的引用。例1學(xué)生實(shí)體、專業(yè)實(shí)體學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，年齡）專業(yè)（專業(yè)號(hào)，專業(yè)名）主碼主碼學(xué)生關(guān)系引用了專業(yè)關(guān)系的主碼“專業(yè)號(hào)”。學(xué)生關(guān)系中的“專業(yè)號(hào)”值必須是確實(shí)存在的專業(yè)的專業(yè)號(hào)

，即專業(yè)關(guān)系中有該專業(yè)的記錄。關(guān)系間的引用(續(xù))例2學(xué)生、課程、學(xué)生與課程之間的多對(duì)多聯(lián)系學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，年齡）課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)分）選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）關(guān)系間的引用(續(xù))例3學(xué)生實(shí)體及其內(nèi)部的一對(duì)多聯(lián)系學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，年齡，班長(zhǎng)）“學(xué)號(hào)”是主碼，“班長(zhǎng)”是外碼，它引用了本關(guān)系的“學(xué)號(hào)”“班長(zhǎng)”必須是確實(shí)存在的學(xué)生的學(xué)號(hào)

2．外碼（ForeignKey）設(shè)F是基本關(guān)系R的一個(gè)或一組屬性，但不是關(guān)系R的碼。如果F與基本關(guān)系S的主碼Ks相對(duì)應(yīng)，則稱F是基本關(guān)系R的外碼基本關(guān)系R稱為參照關(guān)系（ReferencingRelation）基本關(guān)系S稱為被參照關(guān)系（ReferencedRelation）或目標(biāo)關(guān)系（TargetRelation）外碼(續(xù))［例1］：學(xué)生關(guān)系的“專業(yè)號(hào)與專業(yè)關(guān)系的主碼“專業(yè)號(hào)”相對(duì)應(yīng)“專業(yè)號(hào)”屬性是學(xué)生關(guān)系的外碼專業(yè)關(guān)系是被參照關(guān)系，學(xué)生關(guān)系為參照關(guān)系

外碼(續(xù))［例2］：選修關(guān)系的“學(xué)號(hào)”與學(xué)生關(guān)系的主碼“學(xué)號(hào)”相對(duì)應(yīng)選修關(guān)系的“課程號(hào)”與課程關(guān)系的主碼“課程號(hào)”相對(duì)應(yīng)

“學(xué)號(hào)”和“課程號(hào)”是選修關(guān)系的外碼學(xué)生關(guān)系和課程關(guān)系均為被參照關(guān)系選修關(guān)系為參照關(guān)系外碼(續(xù))［例3］：“班長(zhǎng)”與本身的主碼“學(xué)號(hào)”相對(duì)應(yīng)“班長(zhǎng)”是外碼學(xué)生關(guān)系既是參照關(guān)系也是被參照關(guān)系

外碼(續(xù))關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系目標(biāo)關(guān)系S的主碼Ks和參照關(guān)系的外碼F必須定義在同一個(gè)（或一組）域上外碼并不一定要與相應(yīng)的主碼同名當(dāng)外碼與相應(yīng)的主碼屬于不同關(guān)系時(shí)，往往取相同的名字，以便于識(shí)別3.參照完整性規(guī)則參照完整性規(guī)則若屬性（或?qū)傩越M）F是基本關(guān)系R的外碼它與基本關(guān)系S的主碼Ks相對(duì)應(yīng)（基本關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系），則對(duì)于R中每個(gè)元組在F上的值必須為：或者取空值（F的每個(gè)屬性值均為空值）或者等于S中某個(gè)元組的主碼值參照完整性規(guī)則(續(xù))[例1]：學(xué)生關(guān)系中每個(gè)元組的“專業(yè)號(hào)”屬性只取兩類值：（1）空值，表示尚未給該學(xué)生分配專業(yè)（2）非空值，這時(shí)該值必須是專業(yè)關(guān)系中某個(gè)元組的“專業(yè)號(hào)”值，表示該學(xué)生不可能分配一個(gè)不存在的專業(yè)參照完整性規(guī)則(續(xù))〔例2〕：選修（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）“學(xué)號(hào)”和“課程號(hào)”可能的取值：只能取相應(yīng)被參照關(guān)系中已經(jīng)存在的主碼值參照完整性規(guī)則(續(xù))〔例3〕：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專業(yè)號(hào)，年齡，班長(zhǎng)）“班長(zhǎng)”屬性值可以取兩類值：（1）空值，表示該學(xué)生所在班級(jí)尚未選出班長(zhǎng)（2）非空值，該值必須是本關(guān)系中某個(gè)元組的學(xué)號(hào)值用戶定義的完整性針對(duì)某一具體關(guān)系數(shù)據(jù)庫的約束條件，反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求用戶定義的完整性(續(xù))例:

課程(課程號(hào)，課程名，學(xué)分)

“課程號(hào)”屬性必須取唯一值非主屬性“課程名”也不能取空值“學(xué)分”屬性只能取值{1，2，3，4}三關(guān)系代數(shù)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中查詢用戶所需數(shù)據(jù)時(shí)，需要對(duì)關(guān)系進(jìn)行一定的運(yùn)算。關(guān)系代數(shù)是一種抽象的查詢語言，它是用對(duì)關(guān)系的運(yùn)算來表達(dá)查詢。關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算主要分：1

傳統(tǒng)的集合運(yùn)算2專門的關(guān)系運(yùn)算傳統(tǒng)的集合運(yùn)算

1.并（Union）R和S具有相同的目n（即兩個(gè)關(guān)系都有n個(gè)屬性）相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域R∪S

仍為n目關(guān)系，由屬于R或?qū)儆赟的元組組成

R∪S={t|t

R∨tS}并(續(xù))2.差（Difference）R和S具有相同的目n相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域R-S

仍為n目關(guān)系，由屬于R而不屬于S的所有元組組成

R-S={t|tR∧tS}差(續(xù))3.交（Intersection）R和S具有相同的目n相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域R∩S仍為n目關(guān)系，由既屬于R又屬于S的元組組成

R∩S={t|t

R∧tS}

交(續(xù))4.笛卡爾積(CartesianProduct)嚴(yán)格地講應(yīng)該是廣義的笛卡爾積（ExtendedCartesianProduct）R:n目關(guān)系，k1個(gè)元組S:m目關(guān)系，k2個(gè)元組R×S

列：（n+m）列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)元組行：k1×k2個(gè)元組廣義的笛卡爾積專門的關(guān)系運(yùn)算(續(xù))選擇投影連接除專門的關(guān)系運(yùn)算(續(xù))(a)

Student學(xué)生-課程數(shù)據(jù)庫:

學(xué)生關(guān)系Student、課程關(guān)系Course和選修關(guān)系SC學(xué)號(hào)Sno姓名Sname性別Ssex年齡Sage所在系Sdept200215121李勇男20CS200215122劉晨女19IS200215123王敏女18MA200215125張立男19IS專門的關(guān)系運(yùn)算(續(xù))課程號(hào)Cno課程名Cname先行課Cpno學(xué)分Ccredit1數(shù)據(jù)庫542數(shù)學(xué)23信息系統(tǒng)144操作系統(tǒng)635數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)746數(shù)據(jù)處理27PASCAL語言64Course(b)專門的關(guān)系運(yùn)算(續(xù))

(c)SC學(xué)號(hào)Sno課程號(hào)Cno成績(jī)Grade2002151211922002151212852002151213882002151222902002151223801.選擇（Selection）

1)選擇又稱為限制（Restriction）2)選擇運(yùn)算符的含義在關(guān)系R中選擇滿足給定條件的諸元組

σF(R)={t|tR∧F(t)='真'}F：選擇條件，是一個(gè)邏輯表達(dá)式選擇（續(xù)）3)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，是從行的角度進(jìn)行的運(yùn)算σ選擇（續(xù)）[例1]查詢信息系（IS系）全體學(xué)生

σSdept

='IS'(Student)

或

σ5='IS'(Student)

結(jié)果：SnoSnameSsexSageSdept200215122劉晨女19IS200215125張立男19IS選擇（續(xù)）[例2]查詢年齡小于20歲的學(xué)生

σSage<20(Student)

或σ4<20(Student)

結(jié)果：

SnoSnameSsexSageSdept200215122劉晨女19IS200215123王敏女18MA200215125張立男19IS2.投影（Projection）

1）投影運(yùn)算符的含義從R中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系

πA(R)={t[A]|tR} A：R中的屬性列

2.投影（Projection）

2）投影操作主要是從列的角度進(jìn)行運(yùn)算但投影之后不僅取消了原關(guān)系中的某些列，而且還可能取消某些元組（避免重復(fù)行）π投影（續(xù)）[例3]查詢學(xué)生的姓名和所在系即求Student關(guān)系上學(xué)生姓名和所在系兩個(gè)屬性上的投影

πSname，Sdept(Student)

或π2，5(Student)結(jié)果：投影（續(xù)）SnameSdept李勇CS劉晨IS王敏MA張立IS投影（續(xù)）[例4]查詢學(xué)生關(guān)系Student中都有哪些系

πSdept(Student)結(jié)果：SdeptCSISMA3.連接（Join）

1）連接也稱為θ連接2）連接運(yùn)算的含義從兩個(gè)關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組

RS={|tr

R∧ts

S∧tr[A]θts[B]}A和B：分別為R和S上可比的屬性組θ：比較運(yùn)算符

連接運(yùn)算從R和S的廣義笛卡爾積R×S中選取（R關(guān)系）在A屬性組上的值與（S關(guān)系）在B屬性組上值滿足比較關(guān)系θ的元組

AθBtrts

連接(續(xù))

3）兩類常用連接運(yùn)算等值連接（equijoin）什么是等值連接θ為“＝”的連接運(yùn)算稱為等值連接

等值連接的含義從關(guān)系R與S的廣義笛卡爾積中選取A、B屬性值相等的那些元組，即等值連接為：

RS={|tr

R∧tsS∧tr[A]=ts[B]}A=Btrts

連接(續(xù))

自然連接（Naturaljoin）

自然連接是一種特殊的等值連接兩個(gè)關(guān)系中進(jìn)行比較的分量必須是相同的屬性組在結(jié)果中把重復(fù)的屬性列去掉自然連接的含義

R和S具有相同的屬性組B

R

S={|trR∧tsS∧tr[B]=ts[B]}trts連接(續(xù))4）一般的連接操作是從行的角度進(jìn)行運(yùn)算。

自然連接還需要取消重復(fù)列，所以是同時(shí)從行和列的角度進(jìn)行運(yùn)算。

AθBRS連接(續(xù))[例5]關(guān)系R和關(guān)系S

如下所示：連接(續(xù))一般連接RS的結(jié)果如下：

C＜E連接(續(xù))等值連接R

S的結(jié)果如下：R.B=S.B

連接(續(xù))

自然連接R

S的結(jié)果如下：

4.除（Division）設(shè)兩個(gè)關(guān)系R和S的元數(shù)分別為r和s(設(shè)r>s>0),那么R÷S是一個(gè)(r-s)元的元組的集合。R÷S是滿足下列條件的最大關(guān)系：其中每個(gè)元組t與S中的每個(gè)元組u組成的新元組<t,u>必在關(guān)系R中。除（Division）R÷S的具體計(jì)算過程如下:T=π1,2,…r-s(R)W=(T×S)-R(計(jì)算T×S中不在R中的元組)V=π1,2,…r-s(W)

R÷S=T-V除(續(xù))除操作是同時(shí)從行和列角度進(jìn)行運(yùn)算

÷RS除(續(xù))ABCDabcdabefabdebcefedcdedefCDcdef[例6]設(shè)關(guān)系R、S分別為下圖的(a)和(b)，R÷S的結(jié)果為圖(c)

(a)R(b)SABabed(c)R÷S關(guān)系代數(shù)運(yùn)算的應(yīng)用實(shí)例數(shù)據(jù)庫中有三個(gè)關(guān)系:S(S#,SNAME,AGE,SEX)SC(S#,C#,GRADE)C(C#,CNAME,TEACHER)試用關(guān)系代數(shù)表達(dá)式表達(dá)每個(gè)查詢語句。關(guān)系代數(shù)運(yùn)算的應(yīng)用實(shí)例1檢索學(xué)習(xí)課程號(hào)為C2的學(xué)生學(xué)號(hào)與成績(jī)?chǔ)衧#,GRADE(σC#=‘C2'(SC))2檢索學(xué)習(xí)課程號(hào)為C2的學(xué)生學(xué)號(hào)與姓名πs#,SNAME(σC#=‘C2'(SSC))關(guān)系代數(shù)運(yùn)算的應(yīng)用實(shí)例檢索選修課程名為Maths的學(xué)生學(xué)號(hào)與姓名πs#,SNAME(σCNAME=‘Maths'(SSCC))4檢索選修課程號(hào)為C2或C4的學(xué)生學(xué)號(hào)πs#(σC#=‘C2'∨C#=‘C4'(SC))關(guān)系代數(shù)運(yùn)算的應(yīng)用實(shí)例5檢索不學(xué)C2課的學(xué)生姓名與年齡πSNAME,AGE(S)-πSNAME,AGE(σC#=‘C2'(SSC)6檢索學(xué)習(xí)全部課程的學(xué)生姓名πSNAME(S(πs#,C#(SC)÷πC#(C)

))關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言SQL

SQL（StructuredQueryLanguage）即結(jié)構(gòu)化查詢語言，是一種關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言。它功能豐富，不僅具有數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)控制功能，還有著強(qiáng)大的查詢功能。SQL語言簡(jiǎn)潔，只用9個(gè)動(dòng)詞（CREATE、DROP、ALTER、SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE、GRANT、REVOKE）就完成了數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)操縱和數(shù)據(jù)控制的核心功能。關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言SQL

1.數(shù)據(jù)定義（1）在SQL語言中，可以使用CREATETABLE語句定義基本表CREATETABLE<表名>（<字段名1><數(shù)據(jù)類型1>[字段級(jí)完整性約束條件1][,<字段名2><數(shù)據(jù)類型2>[字段級(jí)完整性約束條件2]][,…][,<字段名n><數(shù)據(jù)類型n>[字段級(jí)完整性約束條件n]])；數(shù)據(jù)定義例如：創(chuàng)建一個(gè)“學(xué)生”表，包括學(xué)號(hào)、姓名、出生日期、籍貫、高考成績(jī)和簡(jiǎn)歷字段。createtable學(xué)生(學(xué)號(hào)text(10)primarykey，姓名text(5)，出生日期date,籍貫text(5)，高考成績(jī)single，簡(jiǎn)歷memo)；其中text表示文本型，date表示日期/時(shí)間型，single表示數(shù)字型（單精度型），memo表示備注型。數(shù)據(jù)定義（2）使用ALTERTABLE修改已建表的結(jié)構(gòu)。其基本格式為：ALTERTABLE<表名>[ADD<新字段名><數(shù)據(jù)類型>[字段級(jí)完整性約束條件]][DROP<新字段名>][ALTER<字段名><數(shù)據(jù)類型>]；其中<表名>為需要修改的表的名字。ADD用于增加新字段和該字段的完整性約束條件。DROP用于刪除指定的字段。ALTER用于修改原有的字段屬性。數(shù)據(jù)定義在“學(xué)生”表中增加一個(gè)字段，字段名為“性別”，數(shù)據(jù)類型為文本；將“簡(jiǎn)歷”字段刪除。ALTERTABLE學(xué)生ADD性別text(2)；ALTERTABLE學(xué)生DROP簡(jiǎn)歷；數(shù)據(jù)定義(3)DROP語句如果要?jiǎng)h除某個(gè)不需要的表，可以使用DROPTABLE語句。其基本格式為：DROPTABLE<表名>；數(shù)據(jù)查詢2.數(shù)據(jù)查詢