經(jīng)管營銷數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用第2章關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課件

第2章關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的數(shù)據(jù)模式關(guān)系代數(shù)關(guān)系的完整性規(guī)則關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)6/4/20231數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點①簡單明了的數(shù)據(jù)模型。②具有嚴禁的理論基礎(chǔ)。③實體表示方法和實體之間聯(lián)系的表示方法一致。④處理多對多的聯(lián)系方便。⑤使用的關(guān)系數(shù)據(jù)語言功能強大。6/4/20232數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系模型的數(shù)據(jù)模式關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系操作和關(guān)系數(shù)據(jù)語言6/4/20233數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系模型的數(shù)據(jù)模式關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。關(guān)系模型由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合和關(guān)系完整性約束三部分組成。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常單一，在關(guān)系模型中，現(xiàn)實世界的實體以及實體間的各種聯(lián)系均用關(guān)系來表示。在用戶看來，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表。關(guān)系模型允許定義三類完整性約束：實體完整性、參照完整性、和用戶定義的完整性。6/4/20234數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很單一，就是關(guān)系，它是建立在集合代數(shù)基礎(chǔ)上的。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，關(guān)系模型是型，關(guān)系是值，關(guān)系模式是對關(guān)系的描述。6/4/20235數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用術(shù)語關(guān)系。一個關(guān)系實質(zhì)上是一張二維表，每個關(guān)系有一個關(guān)系名。在計算機里，一個關(guān)系存儲為一個文件。元組。表中的行稱為元組，每一行為一個元組，對應(yīng)存儲文件中的一個記錄值。屬性。表中的列稱為屬性，每一列有一個屬性名，屬性值相當(dāng)于記錄中的數(shù)據(jù)項或者字段值。域。屬性的取值范圍稱為域，即不同元組對同一個屬性的取值所限定的范圍，或稱為屬性的值域。每一個屬性都對應(yīng)一個值域，不同的屬性也可以有相同的值域。6/4/20236數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用術(shù)語關(guān)系模式。對關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式，一個關(guān)系模式對應(yīng)一個關(guān)系文件的結(jié)構(gòu)。其格式為：關(guān)系名（屬性名1，屬性名2，……，屬性名n）。笛卡兒積。設(shè)一組域D1，D2，…，Dn（n≥2），允許有相同的域，這一組域D1，D2，…，Dn的笛卡兒積為：D1×D2×…×Dn={（d1，d2，…，dn）|di∈Di，i=1，2，…，n}，其中每一個元素（d1，d2，…，dn）叫作一個n元組或簡稱元組，元組中的每一個值di叫作一個分量。6/4/20237數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系中的鍵主鍵：關(guān)系有一個重要的性質(zhì)，即在任何關(guān)系中，不能有兩個完全相同的元組。確定了主鍵的值，就能唯一地確定一個元組。主鍵可以為單個屬性，也可以為屬性的組合。候選鍵：凡是在一個關(guān)系中具有主鍵特性的屬性或?qū)傩越M，均稱為候選鍵。因為它們都具有被選為主鍵的條件，所以一個關(guān)系可能有多個候選鍵，但只能選其中一個為主鍵。外鍵：當(dāng)關(guān)系中的某個或某些屬性由另一個關(guān)系的主鍵構(gòu)成時，則該屬性或?qū)傩越M稱為外鍵。6/4/20238數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系的性質(zhì)任意兩個元組（兩個行）不能完全相同。關(guān)系中元組（行）的次序是不重要的，可以任意交換。屬性（列）的次序也是不重要的，可以任意交換。同一列中的分量，必須來自同一個域，是同類型的數(shù)據(jù)。屬性必須有不同的名稱，但不同的屬性可以出自相同的域，即它們的分量可以取值于同一個域。每一個分量必須是原子的，即是不可再分的數(shù)據(jù)項。6/4/20239數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系操作關(guān)系模型中常用的關(guān)系操作包括：選擇、投影、連接、除、并、交、差等查詢操作和增加、刪除、修改操作兩大部分。查詢的表達能力是其中最主要的部分。關(guān)系操作的特點是集合操作方式，即操作的對象和結(jié)果都是集合。6/4/202310數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)語言數(shù)據(jù)庫操作語言包括查詢和增加、刪除、修改兩大部分功能。查詢的表達方式是數(shù)據(jù)操縱語言中最主要的部分。關(guān)系的數(shù)據(jù)操縱語言按照表達查詢的方式可以分為兩大類。用對關(guān)系的運算來表達查詢的方式稱為關(guān)系代數(shù)。用謂詞來表達查詢要求的方式稱為關(guān)系演算。6/4/202311數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系代數(shù)傳統(tǒng)的集合運算專門的關(guān)系運算6/4/202312數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系代數(shù)關(guān)系代數(shù)是一種抽象的查詢語言，是關(guān)系數(shù)據(jù)操縱語言的一種傳統(tǒng)表達方式，它是用對關(guān)系的運算來表達查詢的。任何一種運算都是將一定的運算符作用于一定的運算對象上，得到預(yù)期的運算結(jié)果。所以運算對象、運算符、運算結(jié)果是運算的三大要素。關(guān)系代數(shù)的運算對象是關(guān)系，運算結(jié)果亦為關(guān)系。關(guān)系代數(shù)用到的運算符包括四類：集合運算符、專門的關(guān)系運算符、算術(shù)比較符和邏輯運算符。6/4/202313數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系代數(shù)運算符

6/4/202314數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用傳統(tǒng)的集合運算傳統(tǒng)的集合運算是二目運算，包括并、差、交、廣義笛卡兒積四種運算。當(dāng)并、差、交用于關(guān)系運算時，參加運算的關(guān)系必須是相容的和可并的，即它們應(yīng)有相同的目n（即兩個關(guān)系都有n個屬性），且相應(yīng)的屬性值來自同一個域。兩個分別為n目和m目關(guān)系R和S的廣義笛卡兒積是一個（n+m）目的關(guān)系，關(guān)系中的每一個元組的前n列是關(guān)系R中的一個元組，后m列是關(guān)系S中的一個元組。6/4/202315數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用專門的關(guān)系運算專門的關(guān)系運算，包括選擇、投影、連接和除。選擇是一種單目運算，操作對象僅有一個關(guān)系，其作用是在關(guān)系的水平方向上選取符合給定條件的子集。投影是一種單目運算，其作用為在關(guān)系的垂直方向上選取含有給定屬性的子集。連接是一種二目運算，即操作對象有兩個關(guān)系，其作用是按照給定的條件，把兩個關(guān)系中的所有元組按一切可能的組合方式拼接起來。除是一種二目運算，用文字表示為：<關(guān)系1><關(guān)系2>。6/4/202316數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系的完整性規(guī)則數(shù)據(jù)完整性由完整性規(guī)則來定義，關(guān)系模型的完整性規(guī)則是對關(guān)系的某種約束條件。關(guān)系模型中可以有三類完整性約束：實體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。6/4/202317數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用實體完整性實體完整性規(guī)則：若屬性A是基本關(guān)系R的主屬性，則屬性A不能取空值。實體完整性規(guī)則是對關(guān)系中的主屬性值的約束，規(guī)定關(guān)系中的元組在組成主鍵的屬性上不能有空值?；娟P(guān)系的所有主屬性都不能取空值，而不僅是主鍵整體不能取空值。6/4/202318數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用實體完整性規(guī)則的說明①實體完整性規(guī)則是針對基本關(guān)系而言的。一個基本表通常對應(yīng)現(xiàn)實世界的一個實體集。②現(xiàn)實世界中的實體是可區(qū)分的，即它們具有某種唯一性標(biāo)識。③相應(yīng)地，關(guān)系模型中以主鍵作為唯一性標(biāo)識。④主鍵中的屬性即主屬性不能取空值。6/4/202319數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用參照完整性參照完整性規(guī)則：若屬性（屬性組）F是關(guān)系R的外鍵，它與關(guān)系S的主鍵Ks相對應(yīng)（關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系），則對于R中每個元組在F上的值必須為：或者取空值（F的每個屬性值均為空值）；或者等于S中某個元組的主鍵值。6/4/202320數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用用戶定義的完整性用戶定義的完整性是針對某一具體關(guān)系數(shù)據(jù)庫的約束條件。這是針對某一具體數(shù)據(jù)的約束條件，由應(yīng)用環(huán)境決定。它反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。用戶定義的完整性通常是定義對關(guān)系中除主鍵與外鍵屬性之外的其他屬性取值的約束，即對其他屬性的值域的約束。6/4/202321數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系完整性的操作當(dāng)執(zhí)行插入操作時，首先檢查實體完整性規(guī)則，插入行在主鍵屬性上的值，是否已經(jīng)存在。當(dāng)執(zhí)行刪除操作時，一般只需要檢查參照完整性規(guī)則。當(dāng)執(zhí)行更新操作時，先執(zhí)行刪除操作，再執(zhí)行插入操作，即上述兩種情況的結(jié)合。6/4/202322數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的一個有力工具就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化。規(guī)范化就是一系列規(guī)則，用于檢驗數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計的正確性，它可以幫助用戶避免一些不完善的數(shù)據(jù)庫設(shè)計存在的問題。6/4/202323數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用不完善的關(guān)系模式數(shù)據(jù)冗余信息內(nèi)容有限不一致的數(shù)據(jù)更新異常（不一致性的危險）插入異常刪除異常6/4/202324數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用函數(shù)依賴函數(shù)依賴是最重要的數(shù)據(jù)依賴，類似于變量之間的單值函數(shù)關(guān)系。函數(shù)依賴X→Y的定義為：對于X的每一個具體值，Y有唯一的具體值與之對應(yīng)，則稱Y函數(shù)依賴于X，或X函數(shù)決定Y，X稱做決定因素。6/4/202325數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用部分函數(shù)依賴設(shè)X→Y是關(guān)系模式的一個函數(shù)依賴，如果存在X的真子集X′，使得X′→Y成立，則稱Y部分依賴于X，否則，稱Y完全依賴于X。6/4/202326數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用傳遞函數(shù)依賴在同一關(guān)系模式中，如果存在非平凡的函數(shù)依賴X→Y，Y→Z，而不存在Y→X，則稱Z傳遞依賴于X。6/4/202327數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化主要有三種標(biāo)準的規(guī)范化規(guī)則。如果一個數(shù)據(jù)庫設(shè)計符合第n個規(guī)則（n=1，2，3），就稱它滿足第n范式?；蛘哒f，關(guān)系模式要滿足一定的條件，不同程度的條件稱做不同的范式。6/4/202328數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用第1范式第1范式（1NF）——每個屬性值都是不可再分的最小數(shù)據(jù)單位。關(guān)系模式的最低要求的規(guī)則是元組的每個分量必須是不可分的數(shù)據(jù)項，這叫做第1范式，簡稱1NF，是最基本的規(guī)范化。6/4/202329數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用第2范式第2范式（2NF）——非主屬性不部分依賴于關(guān)系的主鍵。在第1范式的基礎(chǔ)上進一步增加一些規(guī)則，則為第2范式。其定義為：在第1范式基礎(chǔ)上，關(guān)系的每一個非主屬性完全依賴于主鍵。第2范式就是不允許關(guān)系模式的屬性之間有這樣的函數(shù)依賴X→Y，其中X是鍵的真子集，Y是非主屬性。即不允許有非主屬性對健的部分函數(shù)依賴。6/4/202330數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用第3范式第3范式（3NF）——屬性不依賴于關(guān)系的非主屬性。在第2范式的基礎(chǔ)上，每一個非主屬性都不傳遞依賴于鍵，則為第3范式。第3范式就是不允許關(guān)系模式的屬性之間有這樣的非平凡函數(shù)依賴X→Y，其中X不包含鍵，Y是非主屬性。X不包含鍵有兩種情況，一種情況X是鍵的真子集，這是第2范式所不允許的，另一種情況X不是鍵的真子集，這是第3范式所不允許的。6/4/202331數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用BCNF范式Boyce-Codd（BCNF）范式——所有屬性都不傳遞依賴于關(guān)系的任何候選鍵。BCNF是3NF的進一步規(guī)范化，即限制條件更嚴格。其定義為：如果關(guān)系模式的所有屬性都不傳遞依賴于關(guān)系的任何候選鍵，則稱關(guān)系屬于BCNF范式。6/4/202332數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)物理存儲介質(zhì)記錄的存儲結(jié)構(gòu)文件組織6/4/202333數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用物理存儲介質(zhì)內(nèi)存一般不能用來存儲持久數(shù)據(jù)；另外，內(nèi)存儲器存儲單位數(shù)據(jù)的成本要比輔助存儲器高得多。在當(dāng)前技術(shù)條件下，采用多級存儲器是不可避免的。目前，用得最多的輔助存儲器是磁盤。磁盤上的數(shù)據(jù)劃分為大小相等的物理塊。每個物理塊間須留有間隙，以便在磁盤初始化時寫入控制信息，用以識別和選擇后續(xù)的物理塊。磁盤和內(nèi)存交換數(shù)據(jù)也是以物理塊為單位的，即每次訪問磁盤，至少存取一個物理塊。6/4/202334數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用記錄的物理表示定位法：每個字段按其最大可能長度分配固定長的位置，數(shù)據(jù)從左向右填入，多余的部分添以空格符。相對法：各個字段不是分配固定長的空間，而是用特殊的字符分開，例如用？或%隔開。用此法表示的記錄是變長的。計數(shù)法：在每個字段的開始，加上一個定長的字段，表示該字段的長度。6/4/202335數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用記錄的分配連續(xù)分配法：將一個文件的塊分配在磁盤的連續(xù)空間上，塊的次序也就是它們存儲的次序。鏈接分配法：物理塊不一定分配在磁盤上的連續(xù)區(qū)域，各物理塊用指針鏈接。聚簇（簇集）分配法：這是上面兩種方法的結(jié)合，把文件分為若干聚簇。所謂聚簇是物理上鄰接的若干物理塊，聚簇以指針鏈接。索引分配法：每個文件有一個邏輯塊號與其物理塊地址對照的索引。通過索引，可以查看文件中任一塊的地址。6/4/202336數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)消零或空格符法：數(shù)據(jù)中常常出現(xiàn)一串零或空格符，可用一個特殊符號和一個表示零或空格個數(shù)的數(shù)字表示。串型代替法：對于反復(fù)出現(xiàn)的字符串可用一個省略符代替，在轉(zhuǎn)換時，須查串型表。6/4/202337數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用文件組織數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的基礎(chǔ)是文件，對數(shù)據(jù)庫的任何操作最終要轉(zhuǎn)化為對文件的操作。所以在數(shù)據(jù)庫物理組織中，基本的問題是如何設(shè)計文件組織或者利用操作系統(tǒng)提供的基本的文件組織方法，即如何