【正文】 下一頁 計算機軟件基礎(chǔ) The software basic of puter 主講：趙英良 西安交通大學(xué) 計算機教學(xué)實驗中心 第 12單元 關(guān)系數(shù)據(jù)庫 及數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 下一頁 上一頁 停止放映 第 2頁 上節(jié)內(nèi)容總結(jié)（一） ? 一基本知識 ? （ 數(shù)據(jù) 、 庫 、 系統(tǒng) ） ， ? 功能 （ 高級的用戶接口 、 查詢和優(yōu)化 、 數(shù)據(jù)目錄管理 、并發(fā)控制 、 恢復(fù)功能 、 完整性約束檢查 、 訪問控制 ） 、 ? 數(shù)據(jù)的定義 、 建立和維護 、 管理 、 通信 ? 特點 （ 最小冗余 、 可以以最優(yōu)方式提供數(shù)據(jù)共享 、 數(shù)據(jù)的獨立性 、 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理 ） ? （ 手工管理階段 、 文件系統(tǒng)階段 、 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 、 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 ） ， – 發(fā)展趨勢 （ 可視化、多媒體、面向?qū)ο蟮奶幚?、交叉平臺、開放式 ） ? 下一頁 上一頁 停止放映 第 3頁 上節(jié)內(nèi)容總結(jié)（二） ? 二 數(shù)據(jù)模型 ? （ 現(xiàn)實 、 概念 、 數(shù)據(jù) ） ， ? （ 實體 、 屬性 、 總體 、 個體 、 ? 總體間的關(guān)系 ） 、 ER圖 ? 、 ? 數(shù)據(jù)模型的三種類型 （ 層次 、 網(wǎng)絡(luò) 、 關(guān)系 ） ? 三 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ? ? （ 用戶 、 全局 、 物理視圖 ） ? 三級模式結(jié)構(gòu) （用戶、邏輯、存儲模式） ? 四 計算模式 ? 單主機、分布式 Client/Server、網(wǎng)絡(luò)計算模式） 下一頁 上一頁 停止放映 第 4頁 教學(xué)目標 ? 了解關(guān)系數(shù)據(jù)庫有關(guān)概念 ? 了解關(guān)系運算、關(guān)系代數(shù) ? 了解關(guān)系模型的數(shù)學(xué)定義 ? 了解關(guān)系的規(guī)范化理論 下一頁 上一頁 停止放映 第 5頁 教學(xué)要求 ? 了解關(guān)系數(shù)據(jù)庫有關(guān)概念 – 數(shù)據(jù)庫記錄 、 字段 、 類型 、 值域 ? 了解關(guān)系運算 、 關(guān)系代數(shù) – 選擇運算 、 投影運算 、 聯(lián)結(jié)運算 – 關(guān)系的并 、 交 、 差 、 選擇 、 投影等運算 ? 了解關(guān)系模型的數(shù)學(xué)定義 ? 了解關(guān)系的規(guī)范化理論 – 第一范式 、 第二范式 、 第三范式 下一頁 上一頁 停止放映 第 6頁 本單元涉及內(nèi)容 ? 第 7章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ) – 關(guān)系模型的數(shù)學(xué)定義和關(guān)系代數(shù) ? .1 關(guān)系模型的數(shù)學(xué)定義 ? .1 關(guān)系代數(shù)及關(guān)系運算 – 關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論 ? .1 概述 ? .2 數(shù)據(jù)依賴 ? .3 規(guī)范化 下一頁 上一頁 停止放映 第 7頁 一、關(guān)系模型的數(shù)學(xué)定義和關(guān)系代數(shù) ? 關(guān)系 DB是建立在關(guān)系理論和關(guān)系代數(shù)嚴格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上 。 前面介紹了基于 RDBS上的關(guān)系運算 ，下面對關(guān)系數(shù)據(jù)模型進行較為嚴格的數(shù)學(xué)定義和描述 。 下一頁 上一頁 停止放映 第 8頁 ? (1)域 、 元組和關(guān)系 ? 域 （ Domain） 同類型值的集合 。 例如 ， 整數(shù)集合 、 字母集合等 。 ? 元組 （ Tuple） 設(shè)有一組域 D1， D2， … ,Dn,則以下集合中的每個元素 (d1,d2,… ,dn)稱為一個 元組 (n元組 )。每個 di值稱為一個分量 : D1xD2 x… xDn = {(d1,d2,… ,dn)|di ? Di,i=1,2,… ,n} ? 關(guān)系 （ Relation） D1xD2 x… xDn 的子集稱為域 D1，D2 ， … ， Dn 上的一個關(guān)系 。 下一頁 上一頁 停止放映 第 9頁 (2)笛卡爾乘積 ? 設(shè) D1， D2， … ,Dn為 n個任意集合。定義 D1， D2， … ,Dn的笛卡爾乘積為 : D1xD2?...?Dn={(d1,d2,… ,dn)| di ? Di,i=1,2,… ,n} 可讀作 : 笛卡爾乘積中的每一個元素 (d1,d2,… ,dn)叫做一個 n元元組 ,元組中的 di稱為該元組的 第 i個分量 。 元組中個分量 di的位置不能任意顛倒 ，因為 di ? Di 。 下一頁 上一頁 停止放映 第 10頁 舉例 ? 設(shè)有三個集合： NAME、 AGE、 SEX NAME AGE SEX NAS ? ? = 劉 王 21 20 男 女 NAME AGE SEX 劉 21 男 劉 21 女 劉 20 男 劉 20 女 王 21 男 王 21 女 王 20 男 王 20 女 NAME ?AGE ?SEX = {（ d1,d2,d3） |di ? Di, i=1,2,3} 其中 (劉 ,21,男 )是一個 元組 , 劉 ,21,男分別為 3個分量 . 一個元組 從 NAS中選出與劉有關(guān)的元組，就構(gòu)成 一個 關(guān)系 。 下一頁 上一頁 停止放映 第 11頁 (3)n元關(guān)系 ? 笛卡爾乘積 D1?D2?...?Dn的任何有限子集稱為 域 (集合 )D1,D2,… ,Dn上的一個 n元關(guān)系 。 ? 將 n元關(guān)系看成一個有 n列元素的二維表 ，給表中 的每一列起一個 名字叫 屬性（ Attribute） ， 則 n元關(guān)系有 n個屬性 。在同一個關(guān)系中 ， 屬性名必須是唯一的 。屬性的取值范圍 Di（ i=1,2,… ,n)稱為 值域 。 下一頁 上一頁 停止放映 第 12頁 (4)關(guān)系模式 ? 一個關(guān)系的屬性名表稱為該關(guān)系的關(guān)系模式，其記法為： 關(guān)系名 (屬性名 1,屬性名 2,… ,屬性名 n) ? 例如關(guān)系 SHOP個關(guān)系模式為 : SHOP(店名 ,地址 ,經(jīng)辦人 ,電話 ) ? 關(guān)系模式的集合，稱為 關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式 ? 注意 ：關(guān)系模式是型，關(guān)系是值，關(guān)系模式是靜態(tài)的，關(guān)系是動態(tài)的。 ? 關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式 =數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) +關(guān)系操作 +完整性約束 下一頁 上一頁 停止放映 第 13頁 (5)完整性約束 數(shù)據(jù)在語義上的約束，稱為完整性約束 ? 實體完整性 ：一個實體能與其他實體區(qū)分開來，要求關(guān)系的主屬性非空 ? 參照完整性 （引用完整性）一個關(guān)系中的屬性在另一個關(guān)系中也有反映，并且它們的值應(yīng)該相等。 ? 用戶定義完整性 ：用戶定義的取值條件等。 下一頁 上一頁 停止放映 第 14頁 (6)關(guān)系模型 數(shù)據(jù)模型是用來描述數(shù)據(jù)的一組概念和定義。 ? 關(guān)系模型 是以集合論中的關(guān)系的概念發(fā)展起來的數(shù)據(jù)模型 ? 在某數(shù)據(jù)處理工作中的所有關(guān)系模式及其屬性名 、 關(guān)鍵字的匯集 。 (關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式 ) ? 例如 ， 某大學(xué)采用計算機管理教學(xué)工作 。 涉及到三類實體：教師 、 課程 、 學(xué)生 ， 同時教師和課程 、 課程和學(xué)生之間都有聯(lián)系 。 從而確定了以下關(guān)系模式： teachers（ 工作證號 、 單位 、 姓名 、 職稱 ） students（ 學(xué)號 、 班級 、 姓名 ） subjects（ 課程號 、 課程名稱 、 學(xué)分 ） t_S(工作證號 、 課程號 、 教室 ) s_s(學(xué)號 、 課程號 、 成績 ) 及其屬性名 （ 班級 、 姓名等 ） 和關(guān)鍵字 （ 學(xué)號等 ） 。 下一頁 上一頁 停止放映 第 15頁 (7)關(guān)系數(shù)據(jù)庫 ? 對應(yīng)于一個關(guān)系模型的所有 關(guān)系（表） 的集合稱為 關(guān)系數(shù)據(jù)庫（值） 。 ? 例如，前述的 STUDENTS、 PE等就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫。 下一頁 上一頁 停止放映 第 16頁 ? (1)關(guān)系模型 是數(shù)學(xué)化的模型，它把數(shù)據(jù)看作二維表中的元素，表就是其關(guān)系。其 特點 是： – 表中每一列屬性都是不能再細分的基本單元 – 不允許有重復(fù)的列 – 不允許有相同的記錄 – 行、列次序均無關(guān) 下一頁 上一頁 停止放映 第 17頁 關(guān)系概念的圖解 關(guān)系（庫名） SHOP 店 名 地 址 經(jīng)辦人 電話 解放路食品店 解放路 262號 李國基 25036 桃園商場 桃園路 6號 張山 66161 香香瓜果店 北大街 26號 王宏 36201 白塔干鮮果店 西大街 56號 宋良 33637 北大街果品店 北大街 231號 林青 31116 關(guān)系框架 或 庫結(jié)構(gòu) 元組 或 記錄 屬性（字段） 屬性 ?電話?的值 下一頁 上一頁 停止放映 第 18頁 (2)關(guān)系的其它概念 ? 這樣的二維表被稱為數(shù)據(jù)庫文件 ? 表中行被稱為 記錄 （ Record） 或 元組 ? 列稱為 字段 （ Field） 或 屬性 ? 表的第一行是字段名的集合 ， 被稱為 庫結(jié)構(gòu) (關(guān)系框架或庫結(jié)構(gòu) ） ? 列中的元素為該字段 (屬性 )的值 ,且值總是限定在某個值域 (domain)內(nèi) 下一頁 上一頁 停止放映 第 19頁 (3)關(guān)鍵字（ Key） ? 候選關(guān)鍵字 （ Candidate Key） （ 候選碼 ） 在給定關(guān)系中 ， 具有唯一標識特性的一個或多個屬性被稱為該關(guān)系的候選關(guān)鍵字 。 例如 ， 學(xué)生關(guān)系中的學(xué)號 。 ? 主關(guān)鍵字 （ Primary Key） （ 主碼 ） 有時候選關(guān)鍵字多于一個 ， 從中選取一個作為操作的根據(jù) ， 稱其為主關(guān)鍵字 。 ? 外碼 假設(shè)有兩個關(guān)系 ， 第一個關(guān)系中除候選碼之外的一組屬性 ， 又成為第二個關(guān)系中的候選碼 ， 則稱第一個關(guān)系中的這組屬性為外碼 。 第一個關(guān)系稱為參照關(guān)系 ， 第二個關(guān)系稱為 被參照關(guān)系 。 下一頁 上一頁 停止放映 第 20頁 (4)基本數(shù)據(jù)類型 ? 數(shù)據(jù)是程序的必要組成部分 ， 也是程序處理的對象 ， 數(shù)據(jù)類型體現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點 ： – 數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系 （ 線性 、 非線性的 ） – 數(shù)據(jù)在計算機中的存儲方式 （