第2章(2).ppt_咨信网zixin.com.cn

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,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,数据库原理与技术,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,An Introduction to Database System,安徽农业大学计算机与信息学院,An Introduction to Database System,第二章关系数据库,(,续,),数据库原理与技术,数据库原理与技术,第二章关系数据库,2.1,关系模型概述,2.2,关系数据结构,2.3,关系的完整性,2.4,关系代数,2.5,关系演算,2.6,小结,数据库原理与技术,2.4,关系代数,概述,传统的集合运算,专门的关系运算,数据库原理与技术,集合,运算,符,-,并,差,交,笛卡尔积,比较运算符,大于,大于等于,小于,小于等于,等于,不等于,运算符,含义,运算符,含义,表,2.4,关系代数运算符,概述,数据库原理与技术,专门的关系运算符,选择,投影,连接,除,逻辑运算符,非,与,或,运算符,含义,运算符,含义,表,2.4,关系代数运算符（续）,概述,(,续,),数据库原理与技术,2.4,关系代数,概述,传统的集合运算,专门的关系运算,数据库原理与技术,1.,并（,Union,）,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,R,S,仍为,n,目关系，由属于,R,或属于,S,的元组组成,R,S,=,t,|,t,R,t,S,数据库原理与技术,并(续),数据库原理与技术,2.,差（,Difference,）,R,和,S,具有相同的目,n,相应的属性取自同一个域,R-S,仍为,n,目关系，由属于,R,而不属于,S,的所有元组组成,R,-,S,=,t,|,t,R,t,S,数据库原理与技术,差(续),数据库原理与技术,3.,交（,Intersection,）,R,和,S,具有相同的目,n,相应的属性取自同一个域,R,S,仍为,n,目关系，由既属于,R,又属于,S,的元组组成,R,S,=,t,|,t,R,t,S,R,S,=,R,(,R,-,S,）,数据库原理与技术,交,(,续,),数据库原理与技术,4.,笛卡尔积（,Cartesian Product,）,严格地讲应该是广义的笛卡尔积（,Extended Cartesian Product,）,R:,n,目关系，,k,1,个元组,S:,m,目关系，,k,2,个元组,R,S,列：（,n,+,m,）,列元组的集合,元组的前,n,列是关系,R,的一个元组,后,m,列是关系,S,的一个元组,行：,k,1,k,2,个元组,R,S,=,t,r,t,s,|,t,r,R,t,s,S,数据库原理与技术,笛卡尔积,(,续,),数据库原理与技术,2.4,关系代数,概述,传统的集合运算,专门的关系运算,数据库原理与技术,2.4.2,专门的关系运算,先引入几个记号,（,1,）,R,，,t,R,，,tA,i,设关系模式为,R(A,1,，,A,2,，,，,A,n,),它的一个关系设为,R,t,R,表示,t,是,R,的一个元组,t,A,i,则表示元组,t,中相应于属性,A,i,的一个分量,数据库原理与技术,专门的关系运算,(,续,),（,2,）,A,，,tA,，,A,若,A,=,A,i,1,，,A,i,2,，,，,A,ik,，,其中,A,i,1,，,A,i,2,，,，,A,ik,是,A,1,，,A,2,，,，,A,n,中的一部分，则,A,称为属性列或属性组。,tA,=(,t,A,i,1,，,t,A,i,2,，,，,t,A,ik,),表示元组,t,在属性列,A,上诸分量的集合。,A,则表示,A,1,，,A,2,，,，,A,n,中去掉,A,i,1,，,A,i,2,，,，,A,ik,后剩余的属性组。,数据库原理与技术,专门的关系运算,(,续,),（,3,）,t,r,t,s,R,为,n,目关系，,S,为,m,目关系。,t,r,R,，,t,s,S,，,t,r,t,s,称为元组的连接。,t,r,t,s,是一个,n,+,m,列的元组，前,n,个分量为,R,中的一个,n,元组，后,m,个分量为,S,中的一个,m,元组。,数据库原理与技术,专门的关系运算,(,续,),（,4,）象集,Z,x,给定一个关系,R,（,X,，,Z,），,X,和,Z,为属性组。,当,t,X,=,x,时，,x,在,R,中的,象集,（,Images Set,）,为：,Z,x,=,t,Z,|,t,R,，,t,X,=,x,它表示,R,中属性组,X,上值为,x,的诸元组在,Z,上分量的集合,数据库原理与技术,专门的关系运算,(,续,),x,1,在,R,中的象集,Z,x1,=,Z,1,，,Z,2,，,Z,3,，,x,2,在,R,中的象集,Z,x2,=,Z,2,，,Z,3,，,x,3,在,R,中的象集,Z,x3,=,Z,1,，,Z,3,象集举例,数据库原理与技术,专门的关系运算,(,续,),选择,投影,连接,除,数据库原理与技术,专门的关系运算,(,续,),(a),Student,4),学生,-,课程数据库,:,学生关系,Student,、,课程关系,Course,和选修关系,SC,学号,Sno,姓名,Sname,性别,Ssex,年龄,Sage,所在系,Sdept,200215121,李勇,男,20,CS,200215122,刘晨,女,19,IS,200215123,王敏,女,18,MA,200215125,张立,男,19,IS,数据库原理与技术,专门的关系运算,(,续,),课程号,Cno,课程名,Cname,先行课,Cpno,学分,Ccredit,1,数据库,5,4,2,数学,2,3,信息系统,1,4,4,操作系统,6,3,5,数据结构,7,4,6,数据处理,2,7,PASCAL,语言,6,4,Course,(b),数据库原理与技术,专门的关系运算,(,续,),(c),SC,学号,Sno,课程号,Cno,成绩,Grade,200215121,1,92,200215121,2,85,200215121,3,88,200215122,2,90,200215122,3,80,数据库原理与技术,1.,选择（,Selection,）,1),选择又称为限制（,Restriction,）,2),选择运算符的含义,在关系,R,中选择满足给定条件的诸元组,F,(,R,)=,t,|,t,R,F,(,t,)=,真,F,：,选择条件，是一个逻辑表达式，基本形式为：,X,1,Y,1,数据库原理与技术,选择,（,续）,3),选择运算是从关系,R,中选取使逻辑表达式,F,为真的元组，是从,行的角度,进行的运算,数据库原理与技术,选择（续）,例,1,查询信息系（,IS,系）全体学生,Sdept,=IS,(Student),或,5=IS,(Student),结果：,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,200215122,刘晨,女,19,IS,200215125,张立,男,19,IS,数据库原理与技术,选择（续）,例,2,查询年龄小于,20,岁的学生,Sage 20,(Student),或,4 20,(Student),结果：,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,200215122,刘晨,女,19,IS,200215123,王敏,女,18,MA,200215125,张立,男,19,IS,数据库原理与技术,2.,投影（,Projection,）,1,）投影运算符的含义,从,R,中选择出若干属性列组成新的关系,A,(,R,)=,t,A,|,t,R,A,：,R,中的属性列,数据库原理与技术,2.,投影（,Projection,）,2,）投影操作主要是从,列的角度,进行运算,但投影之后不仅取消了原关系中的某些列，而且还可能取消某些元组（避免重复行）,数据库原理与技术,投影,（,续）,例,3,查询学生的姓名和所在系,即求,Student,关系上学生姓名和所在系两个属性上的投影,Sname,，,Sdept,(Student),或,2,，,5,(Student),结果：,数据库原理与技术,投影,（,续）,Sname,Sdept,李勇,CS,刘晨,IS,王敏,MA,张立,IS,数据库原理与技术,投影,（,续）,例,4,查询学生关系,Student,中都有哪些系,Sdept,(Student),结果：,Sdept,CS,IS,MA,数据库原理与技术,3.,连接（,Join,）,1,）连接也称为,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,=|,t,r,R,t,s,S,t,r,A,t,s,B,A,和,B,：,分别为,R,和,S,上度数相等且可比的属性组,：,比较运算符,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,B,t,r,t,s,数据库原理与技术,连接,(,续,),3,）两类常用连接运算,等值连接（,equijoin,）,什么是等值连接,为“”的连接运算称为等值连接,等值连接的含义,从关系,R,与,S,的广义笛卡尔积中选取,A,、,B,属性值相等的那些元组，即等值连接为：,R S,=|,t,r,R,t,s,S,t,r,A,=,t,s,B,A=B,t,r,t,s,数据库原理与技术,连接,(,续,),自然连接（,Natural join,）,自然连接是一种特殊的等值连接,两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组,在结果中把重复的属性列去掉,自然连接的含义,R,和,S,具有相同的属性组,B,R,S,=|,t,r,R,t,s,S,t,r,B,=,t,s,B,t,r,t,s,数据库原理与技术,连接,(,续,),4,）一般的连接操作是从行的角度进行运算。,自然连接还需要取消,重复列,，所以是同时从行和列的角度进行运算。,A,B,R,S,数据库原理与技术,连接,(,续,),例,5,关系,R,和关系,S,如下所示：,数据库原理与技术,连接,(,续,),一般连接,R S,的结果如下：,C,E,数据库原理与技术,连接,(,续,),等值连接,R,S,的结果如下：,R.B=S.B,数据库原理与技术,连接,(,续,),自然连接,R,S,的结果如下：,数据库原理与技术,连接,(,续,),外连接,如果把舍弃的元组也保存在结果关系中，而在其他属性上填空值,(Null),，,这种连接就叫做外连接（,OUTER JOIN,）。,左外连接,如果只把左边关系,R,中要舍弃的元组保留就叫做左外连接,(LEFT OUTER JOIN,或,LEFT JOIN),右外连接,如果只把右边关系,S,中要舍弃的元组保留就叫做右外连接,(RIGHT OUTER JOIN,或,RIGHT JOIN),。,数据库原理与技术,连接,(,续,),下图是例,5,中关系,R,和关系,S,的外连接,数据库原理与技术,连接,(,续,),图,(b),是例,5,中关系,R,和关系,S,的左外连接,图,(c),是右外连接,数据库原理与技术,4.,除（,Division,）,给定关系,R,(,X,，,Y,),和,S,(,Y,，,Z,),，,其中,X,，,Y,，,Z,为属性组。,R,中的,Y,与,S,中的,Y,可以有不同的属性名，但必须出自相同的域集。,R,与,S,的除运算得到一个新的关系,P(X),，,P,是,R,中满足下列条件的元组在,X,属性列上的投影：,元组在,X,上分量值,x,的象集,Y,x,包含,S,在,Y,上投影的集合，记作：,R,S,=,t,r,X,|,t,r,R,Y,(,S,),Y,x,Y,x,：,x,在,R,中的象集，,x,=,t,r,X,数据库原理与技术,除(续),2,）除操作是同时从行和列角度进行运算,R,S,数据库原理与技术,除(续),例,6,设关系,R,、,S,分别为下图的,(a),和,(b),，,R,S,的结果为图,(c),数据库原理与技术,分析,在关系,R,中，,A,可以取四个值,a1,，,a2,，,a3,，,a4,a,1,的象集为,(,b,1,，,c,2,),，,(,b,2,，,c,3,),，,(,b,2,，,c,1,),a,2,的象集为,(,b,3,，,c,7,),，,(,b,2,，,c,3,),a,3,的象集为,(b,4,，,c,6,),a,4,的象集为,(,b,6,，,c,6,),S,在,(,B,，,C,),上的投影为,(b1,，,c2),，,(b2,，,c1),，,(b2,，,c3),只有,a,1,的象集包含了,S,在,(,B,，,C,),属性组上的投影,所以,R,S,=,a,1,数据库原理与技术,5,综合举例,以学生,-,课程数据库为例,(P56),例,7,查询至少选修,1,号课程和,3,号课程的学生号码,首先建立一个临时关系,K,：,然后求：,Sno,Cno,(SC),K,Cno,1,3,数据库原理与技术,综合举例,(,续,),例,7,续,Sno,Cno,(SC),200215121,象集,1,，,2,，,3,200215122,象集,2,，,3,K=1,，,3,于是：,Sno,Cno,(SC),K=,200215121,Sno,Cno,200215121,1,200215121,2,200215121,3,200215122,2,200215122,3,数据库原理与技术,综合举例,(,续,),例,8,查询选修了,2,号课程的学生的学号。,Sno,（,Cno=2,（,SC,）,200215121,，,200215122,数据库原理与技术,综合举例,(,续,),例,9,查询至少选修了一门其直接先行课为,5,号课程的,的学生姓名,Sname,(,Cpno=5,(Course SC Student),),或,Sname,(,Cpno=5,(Course),SC,Sno,，,Sname,(Student),或,Sname,(,Sno,(,Cpno=5,(,Course)SC),Sno,，,Sname,(,Student),数据库原理与技术,综合举例,(,续,),例,10,查询选修了全部课程的学生号码和姓名。,Sno,，,Cno,（,SC,）,Cno,（,Course,）,Sno,，,Sname,（,Student,）,数据库原理与技术,小结,关系代数运算,关系代数运算,并、差、交、笛卡尔积、投影、选择、连接、除,基本运算,并、差、笛卡尔积、投影、选择,交、连接、除,可以用,5,种基本运算来表达,引进它们并不增加语言的能力，但可以简化表达,数据库原理与技术,小结,(,续,),关系代数表达式,关系代数运算经有限次复合后形成的式子,典型关系代数语言,ISBL,（,Information System Base Language,）,由,IBM United Kingdom,研究中心研制,用于,PRTV,（,Peterlee,Relational Test Vehicle,）,实验系统,数据库原理与技术,第二章关系数据库,2.1,关系模型概述,2.2,关系数据结构,2.3,关系的完整性,2.4,关系代数,2.5,关系演算,2.6,小结,数据库原理与技术,2.5,关系演算,关系演算,以数理,逻辑,中的谓词演算为基础,按谓词变元不同进行分类,1.,元组关系演算：,以,元组变量,作为谓词变元的基本对象,元组关系演算语言,ALPHA,2.,域关系演算：,以,域变量,作为谓词变元的基本对象,域关系演算语言,QBE,数据库原理与技术,2.5.1,元组关系演算语言,ALPHA,由,E.F.Codd,提出,INGRES,所用的,QUEL,语言是参照,ALPHA,语言研制的,语句,检索语句,GET,更新语句,PUT,，,HOLD,，,UPDATE,，,DELETE,，,DROP,数据库原理与技术,一、检索操作,语句格式：,GET,工作空间名,（,定额,）,（,表达式,1,）,：,操作条件,DOWN/UP,表达式,2,定额：规定检索的元组个数,格式：数字,表达式,1,：指定语句的操作对象,格式：,关系名,|,关系名,.,属性名,|,元组变量,.,属性名,|,集函数,，,操作条件：将操作结果限定在满足条件的元组中,格式：逻辑表达式,表达式,2,：指定排序方式,格式：关系名,.,属性名,|,元组变量,.,属性名,，,数据库原理与技术,一、检索操作,（,1,）简单检索,GET,工作空间名,（,表达式,1,）,例,1,查询所有被选修的课程号码。,GET W (,SC.Cno,),例,2,查询所有学生的数据。,GET W (Student),数据库原理与技术,（,2,）限定的检索,格式,GET,工作空间名,（,表达式,1,）：,操作条件,例,3,查询信息系,(IS),中年龄小于,20,岁的学生的学号和年龄,GET W (,Student.Sno,，,Student.Sage):,Student.Sdept=IS,Student.Sage19,数据库原理与技术,条件查询（与条件）,例,4,求计算机科学系年龄大于,19,岁的学生的学号。,方法,(1),：把两个条件写在同一行上,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,P.,200215121,19,CS,数据库原理与技术,条件查询（与条件）,方法,(2),：把两个条件写在不同行上，但使用相同的示例元,素值,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,P.,200215121,P.,200215121,19,CS,数据库原理与技术,条件查询（与条件,）,例,5,查询既选修了,1,号课程又选修了,2,号课程的学生的学号。,Sc,Sno,Cno,Grade,P.,200215121,P.,200215121,1,2,数据库原理与技术,条件查询（或条件）,例,6,查询计算机科学系或者年龄大于,19,岁的学生的,学号。,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,P.,200215121,P.,200215122,19,CS,数据库原理与技术,条件查询（多表连接）,例,7,查询选修,1,号课程的学生姓名。,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,200215121,P.,李勇,注意：示例元素,Sno,是连接属性，其值在两个表中要,相同,。,Sc,Sno,Cno,Grade,200215121,1,数据库原理与技术,条件查询（非条件）,例,8,查询未选修,1,号课程的学生姓名,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,200215121,P.,李勇,思路：显示学号为,200215121,的学生名字，而该学生选修,1,号课程的情况为假,Sc,Sno,Cno,Grade,200215121,1,数据库原理与技术,条件查询（续）,例,9,查询有两个人以上选修的课程号。,思路：查询这样的课程,1,，它不仅被,200215121,选修,而且也被另一个学生（,200215121,）选修了,Sc,Sno,Cno,Grade,200215121,200215121,P.,1,1,数据库原理与技术,3.,聚集函数,常用聚集函数：,QBE,中的聚集函数,函数名,功能,CNT,对元组计数,SUM,求总和,AVG,求平均值,MAX,求最大值,MIN,求最小值,数据库原理与技术,聚集函数（续）,例,10,查询信息系学生的平均年龄。,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,P.AVG.ALL,IS,数据库原理与技术,4.,对查询结果排序,升序排序：,对查询结果按某个属性值的升序排序，只需在相应列中填入“,AO.,”,降序排序：,按降序排序则填“,DO.,”,多列排序：,如果按多列排序，用“,AO(i).”,或“,DO(i).”,表示，其中,i,为排序的优先级，,i,值越小，优先级越高,数据库原理与技术,对查询结果排序（续）,例,11,查全体男生的姓名，要求查询结果按所在系升序排序，对相同系的学生按年龄降序排序。,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,P.,李勇,男,DO（2）.,AO（1）.,数据库原理与技术,二、更新操作,1.,修改操作,例,12,把,200215121,学生的年龄改为,18,岁。,方法,(1),：将操作符“,U.”,放在值上,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,200215121,U.18,数据库原理与技术,修改操作,(,续,),方法,(2),：将操作符“,U.”,放在关系上,码,200215121,标明要修改的元组。,“,U.”,标明所在的行是修改后的新值。,由于主码是不能修改的，,所以系统不会混淆要修改的属性,。,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,U.,200215121,18,数据库原理与技术,修改操作,(,续,),例,13,把,200215121,学生的年龄增加,1,岁,操作涉及表达式，必须将操作符“,U.”,放在关系上,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,U.,200215121,200215121,17,17,+1,数据库原理与技术,修改操作,(,续,),例,14,将计算机系所有学生的年龄都增加,1,岁,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,U.,200215122,200215122,18,18,+1,CS,数据库原理与技术,2.,插入操作,例,15,把信息系女生,200215701,，姓名张三，年龄,17,岁存入数据库中。,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,I.,200215701,张三,女,17,IS,数据库原理与技术,3.,删除操作,例,17,删除学生,200215089,为保证参照完整性，删除,200215089,学生前，先删除,200215089,学生选修的全部课程,Student,Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept,D.,200215089,Sc,Sno,Cno,Grade,D.,200215089,数据库原理与技术,第二章关系数据库,2.1,关系模型概述,2.2,关系数据结构,2.3,关系的完整性,2.4,关系代数,2.5,关系演算,2.6,小结,数据库原理与技术,2.6,小结,关系数据库系统是目前使用最广泛的数据库系统,关系数据库系统与非关系数据库系统的区别：,关系系统只有“表”这一种数据结构；,非关系数据库系统还有其他数据结构，以及对这些数据结构的操作,数据库原理与技术,小结,（续）,关系数据结构,关系,域,笛卡尔积,关系,关系，属性，元组,候选码，主码，主属性,基本关系的性质,关系模式,关系数据库,数据库原理与技术,小结,（续）,关系操作,查询,选择、投影、连接、除、并、交、差,数据更新,插入、删除、修改,数据库原理与技术,小结,（续）,关系的完整性约束,实体完整性,参照完整性,外码,用户定义的完整性,数据库原理与技术,小结,（续）,关系数据语言,关系代数语言,关系演算语言,元组关系演算语言,ALPHA,域关系演算语言,QBE,数据库原理与技术,

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