【正文】 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理主講人：黃順強(qiáng)主講人：黃順強(qiáng)Tel：： 18984849883, 13985138163 13368699848 :287986791Email:貴州大學(xué)軟貴州大學(xué)軟 件件 學(xué)學(xué) 院院2022年 3月254。數(shù)據(jù)庫發(fā)展經(jīng)歷了人工管理 ,文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫三個(gè)階段254。信息世界表示信息的模型常用 ER模型254。數(shù)據(jù)模型有層次，網(wǎng)狀，關(guān)系三種254。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的具有外模式，模式和內(nèi)模式三級(jí)模式254。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括硬件，操作系統(tǒng)， DBMS和相關(guān)人員（比如 DBA，用戶，系統(tǒng)分析員，程序設(shè)計(jì)工程師等）上章內(nèi)容回顧：2第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫2教學(xué)目標(biāo)：p關(guān)系模型的概念p關(guān)系模型基本概念的形式化定義p關(guān)系完整性約束第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型概述關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系的完整性關(guān)系代數(shù)關(guān)系演算關(guān)系數(shù)據(jù)庫簡介? 系統(tǒng)而嚴(yán)格地提出關(guān)系模型的是美國 IBM公司的 – 1970年提出關(guān)系數(shù)據(jù)模型? , “A Relational Model of Data forLargeSharedDataBanks”,《 CommunicationoftheACM》 ,1970– 之后，提出了關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算的概念– 1972年提出了關(guān)系的第一、第二、第三范式– 1974年提出了關(guān)系的 BC范式關(guān)系數(shù)據(jù)庫簡介? 關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫 應(yīng)用數(shù)學(xué)方法應(yīng)用數(shù)學(xué)方法 來處理數(shù)據(jù)庫中來處理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)? 80年代后，關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)成為最重要、年代后，關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)成為最重要、最流行的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)最流行的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫簡介? 典型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)典型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)– SystemR– UniversityINGRES? 典型商用系統(tǒng)典型商用系統(tǒng)– ORACLE– SYBASE– INFORMIX– DB2– INGRES第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型概述關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系的完整性關(guān)系代數(shù)關(guān)系演算小結(jié)關(guān)系模型概述? 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)系模型的組成– 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)– 關(guān)系操作集合– 關(guān)系完整性約束1.關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)? 單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 關(guān)系– 現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體以及實(shí)體間的各種聯(lián)系均用關(guān)系來表示? 數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu) 二維表– 從用戶角度，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表。 2.關(guān)系操作集合? 1)常用的關(guān)系操作? 2)關(guān)系操作的特點(diǎn)? 3)關(guān)系數(shù)據(jù)語言的種類? 4)關(guān)系數(shù)據(jù)語言的特點(diǎn)關(guān)系操作集合?1)常用的關(guān)系操作常用的關(guān)系操作– 查詢查詢? 選擇選擇 (select)、投影、投影 (project)、連接、連接(join)、? 除除 (divide)、并、并 (union)、交、交(intersection)、? 差差 (difference)– 數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)更新? 插入插入 (insert)、刪除、刪除 (delete)、修改、修改(update)– 查詢的表達(dá)能力是其中最主要的部分查詢的表達(dá)能力是其中最主要的部分關(guān)系操作集合（續(xù)）? 2)關(guān)系操作的特點(diǎn)– 集合操作方式，即操作的對象和結(jié)果都是集合。? 非關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)操作方式：一次一記錄? 文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)操作方式關(guān)系操作集合（續(xù)）? 3)關(guān)系數(shù)據(jù)語言的種類? 有三種：即關(guān)系代數(shù)語言? 關(guān)系演算語言? 具有以上兩種特點(diǎn)的語言 – 關(guān)系代數(shù)語言 ? 用對關(guān)系的運(yùn)算來表達(dá)查詢要求? 典型代表： ISBL關(guān)系操作集合（續(xù)）? 關(guān)系數(shù)據(jù)語言的種類（續(xù)）– 關(guān)系演算語言：用謂詞來表達(dá)查詢要求? 元組關(guān)系演算語言173。 謂詞變元的基本對象是元組變量173。 典型代表： APLHA,QUEL? 域關(guān)系演算語言 173。 謂詞變元的基本對象是域變量173。 典型代表： QBE– 具有關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算雙重特點(diǎn)的語言? 典型代表： SQL(StructurelQueryLanguage)? 它是集 Query、 DDL、 DML、 DCL? 于一體的關(guān)系數(shù)據(jù)語言，是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)語言關(guān)系操作集合（續(xù)）? 4)關(guān)系數(shù)據(jù)語言的特點(diǎn)– 關(guān)系語言是一種高度非過程化的語言? 存取路徑的選擇由 DBMS的優(yōu)化機(jī)制來完成? 用戶不必用循環(huán)結(jié)構(gòu)就可以完成數(shù)據(jù)操作– 能夠嵌入高級(jí)語言中使用– 關(guān)系代數(shù)、元組關(guān)系演算和域關(guān)系演算三種語言在表達(dá)能力上完全等價(jià)3. 關(guān)系的三類完整性約束? 實(shí)體完整性– 通常由關(guān)系系統(tǒng)自動(dòng)支持? 參照完整性– 早期系統(tǒng)不支持，目前大型系統(tǒng)能自動(dòng)支持? 用戶定義的完整性– 反映應(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– 用戶定義后由系統(tǒng)支持第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系模型概述關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義關(guān)系的完整性關(guān)系代數(shù)關(guān)系演算小結(jié)關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義? 關(guān)系模型建立在集合代數(shù)的基礎(chǔ)上? 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念– 關(guān)系– 關(guān)系模式– 關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)? 關(guān)系? 關(guān)系模式? 關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)? 關(guān)系? 關(guān)系模式? 關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系? ⒈ 域（ Domain）? 2.笛卡爾積（ CartesianProduct）? 3.關(guān)系（ Relation）⒈ 域（ Domain）? 域 是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。– 例? 整數(shù)? 實(shí)數(shù)? 介于某個(gè)取值范圍的整數(shù)? 長度指定長度的字符串集合? {‘男 ’， ‘女 ’}? 介于某個(gè)取值范圍的日期2.笛卡爾積（ CartesianProduct）? 1)笛卡爾積給定一組域給定一組域 D1， D2， …… ， Dn，這些域中可以有，這些域中可以有相同的。相同的。 D1， D2， …… ， Dn的笛卡爾積為：的笛卡爾積為：D1D2… Dn＝｛（＝｛（ d1， d2， …… ， dn）｜）｜ di?Di， i＝＝ 1， 2， …… ， n｝｝– 所有域的所有取值的一個(gè)組合所有域的所有取值的一個(gè)組合– 不能重復(fù)不能重復(fù)笛卡爾積（續(xù) )例例 21給出三個(gè)域：給出三個(gè)域：D1=SUPERVISOR={張清玫，劉逸張清玫，劉逸 }D2=SPECIALITY={計(jì)算機(jī)專業(yè)，信息專業(yè)計(jì)算機(jī)專業(yè)，信息專業(yè) } D3=POSTGRADUATE={李勇，劉晨，王敏李勇，劉晨，王敏 }則則 D1， D2， D3的笛卡爾積為：的笛卡爾積為：D1D2D3＝｛＝｛ (張清玫，計(jì)算機(jī)專業(yè)，李勇張清玫，計(jì)算機(jī)專業(yè)，李勇 )， (張清玫，張清玫，計(jì)算機(jī)專業(yè)，劉晨計(jì)算機(jī)專業(yè)，劉晨 )， (張清玫，計(jì)算機(jī)專業(yè)，王敏張清玫，計(jì)算機(jī)專業(yè)，王敏 )， (張清張清玫，信息專業(yè)，李勇玫，信息專業(yè)，李勇 )， (張清玫，信息專業(yè)，劉晨張清玫，信息專業(yè)，劉晨 )， (張清張清玫，信息專業(yè)，王敏玫，信息專業(yè)，王敏 )， (劉逸，計(jì)算機(jī)專業(yè)，李勇劉逸，計(jì)算機(jī)專業(yè)，李勇 )， (劉逸劉逸，計(jì)算機(jī)專業(yè)，劉晨，計(jì)算機(jī)專業(yè)，劉晨 )， (劉逸，計(jì)算機(jī)專業(yè)，王敏劉逸，計(jì)算機(jī)專業(yè)，王敏 )， (劉逸劉逸，信息專業(yè)，李勇，信息專業(yè)，李勇 )， (劉逸，信息專業(yè)，劉晨劉逸，信息專業(yè)，劉晨 )， (劉逸，信劉逸，信息專業(yè)，王敏息專業(yè)，王敏 )｝｝笛卡爾積（續(xù) )? 2)元組（元組（ Tuple））– 笛卡爾積中每一個(gè)元素（笛卡爾積中每一個(gè)元素（ d1， d2， …… ， dn）叫作一個(gè)）叫作一個(gè) n元元組（組（ ntuple）或簡稱元組。）或簡稱元組。例例? 3)分量（分量（ Component））– 笛卡爾積元素（笛卡爾積元素（ d1， d2， …… ， dn）中的每一個(gè)值）中的每一個(gè)值 di叫作一叫作一個(gè)分量。個(gè)分量。? 4)基數(shù)（基數(shù)（ Cardinalnumber））– 若若 Di（（ i＝＝ 1， 2， …… ， n）為有限集，其基數(shù)為）為有限集，其基數(shù)為 mi（（ i＝＝ 1， 2， …… ， n），則），則 D1D2… Dn的基數(shù)的基數(shù) M為為：：在上例中，基數(shù)：在上例中，基數(shù)： 223＝＝ 12，即，即 D1D2D3共共有有 223＝＝ 12個(gè)元組個(gè)元組笛卡爾積（續(xù) )笛卡爾積（續(xù) )? 5)笛卡爾積的表示方法– 笛卡爾積可表示為一個(gè)二維表。表中的每行對應(yīng)一個(gè)元組，表中的每列對應(yīng)一個(gè)域。在上例中， 12個(gè)元組可列成一張二維表 笛卡爾積（續(xù) )3.關(guān)系（ Relation）1)關(guān)系D1D2… Dn的子集叫作在域的子集叫作在域 D1， D2， …… ， Dn上的關(guān)系，表示為上的關(guān)系，表示為R（（ D1， D2， …… ， Dn））R：： 關(guān)系名關(guān)系名 n：： 關(guān)系的目或度（關(guān)系的目或度（ Degree））關(guān)系（續(xù)）1)關(guān)系 (續(xù) )注意注意關(guān)系是笛卡爾積的有限子集。無限關(guān)系在數(shù)據(jù)關(guān)系是笛卡爾積的有限子集。無限關(guān)系在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中是無意義的。庫系統(tǒng)中是無意義的。由于笛卡爾積不滿足交換律，即由于笛卡爾積不滿足交換律，即(d1， d2， …… ， dn)≠(d2， d1， …… ， dn)但關(guān)系滿足交換律，即但關(guān)系滿足交換律，即(d1， d2， …… ， di ， dj ， …… ， dn）） =（（ d1， d2， ……， dj， di ， …… ， dn）） （（ i， j=1， 2， …… ， n）） 解決方法：為關(guān)系的每個(gè)列附加一個(gè)屬性名解決方法：為關(guān)系的每個(gè)列附加一個(gè)屬性名以取消關(guān)系元組的有序性以取消關(guān)系元組的有序性關(guān)系（續(xù)）例如在表 的笛卡爾積中取出有實(shí)際意義的元組 來構(gòu)造關(guān)系關(guān)系： SAP(SUPERVISOR， SPECIALITY， POSTGRADUATE)– 關(guān)系名，屬性名假設(shè)： 導(dǎo)師與專業(yè)： 1:1（即一個(gè)導(dǎo)師只能對一個(gè)專業(yè)）， 導(dǎo)師與研究生： 1:n（一個(gè)研究生只能遵從一個(gè)導(dǎo)師）于是： SAP關(guān)系可以包含三個(gè)元組 ｛ (張清玫，信息專業(yè)，李勇 )， (張清玫，信息專業(yè)，劉晨 )， (劉逸，信息專業(yè)，王敏 ) }關(guān)系（續(xù)）2)元組關(guān)系中的每個(gè)元素是關(guān)系中的元組，通常用 t表示。3)單元關(guān)系與二元關(guān)系當(dāng) n=1時(shí)，稱該關(guān)系為單元關(guān)系（ Unary relation）。當(dāng) n=2時(shí)，稱該關(guān)系為二元關(guān)系（ Binaryrelation）。關(guān)系（續(xù)）4)關(guān)系的表示關(guān)系也是一個(gè)二維表，表的每行對應(yīng)一個(gè)元組，表的每列對應(yīng)一個(gè)域。關(guān)系（續(xù)）5)屬性關(guān)系中不同列可以對應(yīng)相同的域，為了加以區(qū)分，必須對每列起一個(gè)名字，稱為屬性（ Attribute）。n目關(guān)系必有 n個(gè)屬性。關(guān)系（續(xù)）關(guān)系（續(xù)）6)碼碼候選碼（候選碼（ Candidatekey））若關(guān)系中的某一屬性組的值能唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)若關(guān)系中的某一屬性組的值能唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)元組，則稱該屬性組為候選碼，在有多個(gè)元組，則稱該屬性組為候選碼，在有多個(gè) 候候 選碼選碼時(shí)可以選一個(gè)作為主碼。時(shí)可以選一個(gè)作為主碼。在最簡單的情況下，候選碼只包含一個(gè)屬性。在最簡單的情況下，候選碼只包含一個(gè)屬性。在最極端的情況下，關(guān)系模式的所有屬性組在最極端的情況下，關(guān)系模式的所有屬性組是這個(gè)關(guān)系模式的候選碼，稱為是這個(gè)關(guān)系模式的候選碼，稱為 全碼（全碼（ Allkey））關(guān)系（續(xù)）關(guān)系（續(xù)）碼碼 (續(xù)續(xù) )主碼主碼若一個(gè)關(guān)系有多個(gè)候選碼，則選定其中一個(gè)若一個(gè)關(guān)系有多個(gè)候選碼，則選定其中一個(gè)為主碼（為主碼（ Primarykey））主碼的諸屬性稱為主碼的諸屬性稱為 主屬性主屬性 （（ Primeattribute）。）。不包含在任何侯選碼中的屬性稱為不包含在任何侯選碼中的屬性稱為 非碼屬性非碼屬性（（ Nonkeyattribute）） 關(guān)系（續(xù)）關(guān)系（續(xù)）7)三類關(guān)系（或稱三類表）三類關(guān)系（或稱三類表）基本關(guān)系基本關(guān)系 （基本表或基表）（基本表或基表）實(shí)際存在的表，是實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的邏輯表示實(shí)際存在的表，是實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的邏輯表示查詢表查詢表查詢結(jié)果對應(yīng)的表查詢結(jié)果對應(yīng)的表視圖表視圖表由基本表或其他視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不由基本表或其他視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不對對應(yīng)實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)應(yīng)實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)8)基本關(guān)系的性質(zhì)① 列是同質(zhì)的（ Homogeneous）每一列中的分量是同一類型的數(shù)據(jù)，來自同一個(gè)域② 不同的列可出自同一個(gè)域其中的每一列稱為一個(gè)屬性不同的屬性要給予不同的屬性名基本關(guān)系的性質(zhì)基本關(guān)系的性質(zhì) (續(xù)續(xù) )上例中也可以只給出兩個(gè)域：上例中也可以只給出兩個(gè)域：人（人（ PERSON）） =張清玫，劉逸，李勇，劉晨，王敏張清玫，劉逸，李勇，劉晨，王敏專業(yè)（專業(yè)（ SPECIALITY）） =計(jì)算機(jī)專業(yè)，信息專業(yè)計(jì)算機(jī)專業(yè)，信息專業(yè)SAP關(guān)系的導(dǎo)師屬性和研究生屬性都從關(guān)系的導(dǎo)師屬性和研究生屬性都從 PERSON域中取值域中取值為了避免混淆，必須給這兩個(gè)屬性取不同的屬性名，而不能直接使為了避免混淆，必須給這兩個(gè)屬性取不同的屬性名，而不能直接使用域名。用域名。例如定義例如定義 :導(dǎo)師屬性名為導(dǎo)師屬性名為 SUPERVISORPERSON（或（或 SUPERVISOR））研究生屬性名為研究生屬性名為 POSTGRADUATEPERSON（或（或POSTGRADUATE））基本關(guān)系的性質(zhì) (續(xù) )③③ 列的順序無所謂列的順序無所謂列的次序可以任意交換遵循這一性質(zhì)的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品 (如 ORACLE)，增加新屬性時(shí)，永遠(yuǎn)是插至最后一列但也有許多關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品沒有遵循這一性質(zhì)，例如 FoxPro仍然區(qū)分了屬性順序基本關(guān)系的性質(zhì) (續(xù) )④ 任意兩個(gè)元組不能完全相同由笛卡爾積的性質(zhì)決定但許多關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品沒有遵循這一性質(zhì)但許多關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品沒有遵循這一性質(zhì)。例如 :Oracle， SQL SERVER， FoxPro等都允許關(guān)系等都允許關(guān)系表中存在兩個(gè)完全相同的元組，除非用戶特別定義表中存在兩個(gè)完全相同的元組，除非用戶特別定義了相應(yīng)的約束條件。了相應(yīng)的約束條件。基本關(guān)系的性質(zhì) (續(xù) )⑤ 行的順序無所謂行的次序可以任意交換遵循這一性質(zhì)的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品 (如 ORACLE)，插入一個(gè)元組時(shí)永遠(yuǎn)插至最后一行但也有許多關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品沒有遵循這一性質(zhì)，例如 FoxPro仍然區(qū)分了元組的順序基本關(guān)系的性質(zhì) (續(xù) )⑥ 分量必須取原子值每一個(gè)分量都必須是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)。這是規(guī)范條件中最基本的一條關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系關(guān)系模式關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系模式1．什么是關(guān)系模式2．定義關(guān)系模式3.關(guān)系模式與關(guān)系1．什么是關(guān)系模式關(guān)系模式（ RelationSchema）是型