数据库系统原理（第二章关系数据库 ）

一、关系数据库概述

20世纪80年代后，在商用数据库管理系统中，（ 关系模型 ）逐渐取代早 期的网状模型和层次模型，成为主流数据模型

SQL3（SQL-99）:1999年

SQL2（SQL-92）：1992年

SQL（SQL-89） ：1989年

 

 关系数据库的基本特征是使用关系数据模型组织数据，这种思想来源于数学。

关系数据库的优点：高级的分过程语言接口、较好的数据独立性，为商品化的关系数据库管理系统的研制做好了技术上的准备

 二、关系数据模型

 

数据模型的要素包括：数据结构、数据操作、数据约束

关系数据模型的组成要素：关系数据结构、关系操作集合、关系完整性约束

********************************1、关系数据结构***************************

 

表（Table）： 也称为关系，是一个二维的数据结构，由表名、列、若干行数据组成；每个表有唯一的表名，表中每一行数据描述一条具体的记录值

关系（Relation）： 一个关系逻辑上对应一张二维表，可以为每个关系取一个名称进行表示。基本关系 （基本表、 基表）、 查询表、 视图表（导出的虚表）

列（Column） ：也称为字段（Field）或属性（Attribute）。属性的个数称为关系的元或度；列的值称为属性值，其取值范围称为值域

行（Row）： 也称为元组（Tuple）或记录（Record）。表中的数据按行存储。

分量（Component）：（具体的数据项） ：元组（行）中的一个属性值，称为分量。

域（Domain） ：表示属性的取值范围

数据类型（Data Type）： 每个列都有相应的数据类型，它用于限制（或容许）该列中存储的数据。

码或键（Key）： 属性（或属性组）的值都能用来唯一标识该关系的元组，则称这些属性（ 或属性组）为该关系的码或键

超码或超键（Super Key）： 在码中去除某个属性，它仍然是这个关系的码

候选码或候选键（Candidate Key）： 在码中不能从中移去任何一个属性，否则它就不再是这个关系的码或键；候选码或候选键是这个关系的最小超码或超键。

主属性（Primary Attribute）或非主属性（Nonprimary Attribute）： 包含在任何一个候选码中的属性称为主属性或码属性

主码或主键（Primary Key）： 在若干个候选码中指定一个唯一标识关系的元组（行）

全码或全键（All Key） ：一个关系模式的所有属性集合是 这个关系的主码或主键，这样的 主码或主键称为全码或全键。

外码或外键（Foreign Key）： 某个属性（或属性组）不是这个关系的主码或候选码，而是另一个关系的 主码

参照关系（Referencing Relation）和被参照关系（Referenced Relation）： 参照关系也称为从关系，被参照关系也称为主关系，它们是指以外码相关联 的两个关系。

 

 关系模式（Relation Schema）： 关系模式是型（type），关系是 值（value），即关系模式是对关 系的描述；关系模式是静态的、稳定的； 关系是动态的、随时间不断变化 的。

 

关系数据库（Relation Database） 所有关系的集合，构成一个关系数据库。 以关系模型作为数据的逻辑模型，并采用关系作为数据组织方式的一类数 据库，其数据库操作建立在关系代数的基础上。

关系数据库对关系的限定/要求：

1）每一个属性都是不可分解的（不允许表中有表）；

2）每一个关系仅仅有一种关系模式；

3）每一个关系模式中的属性必须命名，属性名不同；

4）同一个关系中不允许出现候选码或候选键值完全相同的元组；

5）在关系中元组的顺序（即行序）是无关紧要的，可以任意交换；

6）在关系中属性的顺序（即列序）是无关紧要的，可以任意交换。

 

 ******************************2、关系操作集合**************************************

基本的关系操作：

查询 Query （集合的操作方式（一次一集合））

 

 

插入 Insert

 

删除 Delete

 

 

修改 Update

****************************************************************************

关系数据语言的分类

关系代数语言：任何一种操作都包含三大要素： 操作对象、 操作符 、操作结果

SQL：结构化查询语言

关系演算语言： 元组关系演算 、域关系演算

共同特点：具有完备的表达能力，是非过程化的集合操作语言，功能强， 能够独立使用也可以嵌入高级语言中使用。

传统的集合运算：

 

*************************差（DIFFERENCE）：R3=R1-R2******************************

 

**********************交（INTERSECTION）：R3=R1∩R2**************************

 

 ********************笛卡尔积（CARTESIAN PRODUCT）：R3=R1×R2********************

 专门的关系运算

 

 ***************************投影（PROJECTION）：πA（R）**************************************

A：是属性序列

关系代数中投影运算是对关系进行的垂直分解

 

 *************************连接（JOIN），也称θ连接：**************************************

 

 ***********************除（DIVISION）：R÷S************************************************

 ************************************************例题**********************************************************

 ******************************3、关系的完整性约束**************************************

数据库的数据完整性是指数据库中数据的正确性、相容性、一致性

关系的完整性约束分类：

• 实体完整性约束：主码的组成不能为空，主属性不能是空值NULL
• 参照完整性约束：定义外码和主码之间的引用规则 要么外码等于主码中某个元组的主码值，要么为空值（NULL）
• 用户定义完整性约束：域完整性约束（针对某一应用环境的完整性约束）、其他

执行插入操作的检验

 

执行删除操作
一般只需要对被参照关系检查参照完整性约束(是否被引用)
执行更新操作
上述两种情况的综合

 

三、关系数据库的规范化理论

关系模式中可能存在的冗余和异常问题

• 数据冗余：指同一数据被反复存储的情况
• 更新异常：数据冗余造成的，多个内容更改使操作错误
• 插入异常
• 删除异常

函数依赖与关键字

函数依赖：关系中属性间的对应关系

X→Y：设R为任一给定关系，如果对于R中属性X的每一个值，R中的属性Y只有唯一 值与之对应，则称X函数决定Y或称Y函数依赖于X，记作X→Y。其中X称为决 定因素。

 

 

X  /→ Y：

 

 

 

 函数依赖分类：完全函数依赖 、部分函数依赖 、传递函数依赖

*****************完全函数依赖************************

 

 *****************部分函数依赖************************

 

  *****************传递函数依赖************************

 

 关键字

 

 

范式与关系规范化过程

规范化（Normalization）：一个低一级范式的关系模式通过模式分解（Schema Decomposition）可以转换为若干个高一级范式的关系模式 的集合，这种过程就叫规范化（Normalization）

*****************第一范式1NF***********************

 

 第一范式的缺点：

 

 *********************第二范式2NF*************************

设R为任一给定关系，若R为1NF， 且其所有非主属性都完全函数依赖于候选关键字，则R为第二范式。

 

*************************第三范式3NF*******************

设R为任一给定关系，若R为2NF， 且其每一个非主属性都不传递函数依赖于候选关键字，则R为第三范式

 

********************第三范式的改进形式BCNF******************

 

SQL的主要构成：