教案第二章备课

教案（第二章备课）

长度指定长度的字符串集合

{‘男’，‘女’} 介于某个取值围的日期

. 笛卡尔积（）

) 笛卡尔积

给定一组域，，…，，这些域中可以有相同的。，，…，的笛卡尔积为：××…×＝｛（，，…，）｜，＝，，…，｝

所有域的所有取值的一个组合，不能重复

例给出三个域：

{ 清玫，逸 }

{计算机专业，信息专业}

{勇，晨，王敏}

则，，的笛卡尔积为：

×× ＝

｛(清玫，计算机专业，勇)，(清玫，计算机专业，晨)，

(清玫，计算机专业，王敏)，(清玫，信息专业，勇)，

(清玫，信息专业，晨)，(清玫，信息专业，王敏)，

(逸，计算机专业，勇)，(逸，计算机专业，晨)，

(逸，计算机专业，王敏)，(逸，信息专业，勇)，

(逸，信息专业，晨)，(逸，信息专业，王敏) ｝

) 元组（）

笛卡尔积中每一个元素（，，…，）叫作一个元组（）或简称元组。

) 分量（）

笛卡尔积元素（，，…，）中的每一个值叫作一个分量。

) 基数（）

若（＝，，…，）为有限集，其基数为（＝，，…，），则××…×的基数为：

在上例中，基数：××＝，即××共有××＝个元组

)笛卡尔积的表示方法

笛卡尔积可表示为一个二维表。表中的每行对应一个元组，表中的每列对应一个域。

在上例中，个元组可列成一二维表

. 关系（）

) 关系

××…×的子集叫作在域，，…，上的关系，表示为

（，，…，）

：关系名

：关系的目或度（）

注意：

关系是笛卡尔积的有限子集。无限关系在数据库系统中是无意义的。

由于笛卡尔积不满足交换律，即

(，，…，)≠(，，…， )

但关系满足交换律，即

(，，…，，，…，）（，，…，，，…，）（，，，…，）

解决方法：为关系的每个列附加一个属性名以取消关系元组的有序性

例在表的笛卡尔积中取出有实际意义的元组来构造关系

关系：(，，)

学生（学号，，性别，专业号，年龄）：

专业（专业号，

专业名）：

例学生、课程、学生与课程之间的多对多联系

学生（学号，，性别，专业号，年龄）

课程（课程号，课程名，学分）

选修（学号，课程号，成绩）

例学生实体及其部的领导联系(一对多)

学生（学号，，性别，专业号，年龄，班长）

．外码（）

设是基本关系的一个或一组属性，但不是关系的码。如果与基本关系的主码，相对应，则称是基本关系的外码

基本关系称为参照关系（）

基本关系称为被参照关系（）或目标关系（）。

说明：

关系和不一定是不同的关系

目标关系的主码和参照关系的外码必须定义在同一个（或一组）域上

外码并不一定要与相应的主码同名

当外码与相应的主码属于不同关系时，往往取相同的名字，以便于识别

. 参照完整性规则

若属性（或属性组）是基本关系的外码

它与基本关系的主码相对应（基本关

系和不一定是不同的关系），则对

于中每个元组在上的值必须为：

或者取空值（的每个属性值均为空值）

或者等于中某个元组的主码值。

学生关系中每个元组的“专业号”属性只取下面两类值：

（）空值，表示尚未给该学生分配专业

（）非空值，这时该值必须是专业关系中某个元组的“专业号”值，表示该学生不可能分配到一个不存在的专业中

选修（学号，课程号，成绩）

“学号”和“课程号”是选修关系中的主属性按照实体完整性和参照完整性规则，它们只能取相应被参照关系中已经存在的主码值

学生（学号，，性别，专业号，年龄，班长）

“班长”属性值可以取两类值：

（）空值，表示该学生所在班级尚未选出班长，或该学生本人即是班长；

（）非空值，这时该值必须是本关系中某个元组的学号值

2.3.3用户定义的完整性

用户定义的完整性是针对某一具体关系数据库的约束条件，反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。

关系模型应提供定义和检验这类完整性的机制，以便用统一的系统的方法处理它们，而不要由应用程序承担这一功能。

例:

课程(课程号，课程名，学分)

“课程名”属性必须取唯一值

非主属性“课程名”也不能取空值

“学分”属性只能取值{，，，}

小结：

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

关系的数据操作集合：

查询：选择、投影、连接、除、并、交、差

数据更新：插入、删除、修改

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

关系代数

概述

.关系代数

一种抽象的查询语言

用对关系的运算来表达查询

．关系代数运算的三个要素

运算对象：关系

运算结果：关系

运算符：四类——

集合运算符：

将关系看成元组的集合

运算是从关系的“水平”方向即行的角度来进行

专门的关系运算符：

不仅涉及行而且涉及列

算术比较符：

辅助专门的关系运算符进行操作

逻辑运算符：

辅助专门的关系运算符进行操作

．关系代数运算的分类

传统的集合运算：

并、差、交、广义笛卡尔积

专门的关系运算：

选择、投影、连接、除

．表示记号

（），，[]

设关系模式为(，，…，)

它的一个关系设为。表示是的一个元组，[]则表示元组中相应于属性的一个分量（），[]，

若{，，…，}，其中，，…，是，，…，中的一部分，则称为属性列或域列。[]([]，[]，…，[])表示元组在属性列上诸分量的集合。则表示{，，…，}中去掉{，，…，}后剩余的属性组。

（）

为目关系，为目关系。，，称为元组的连接。它是一个列的元组，前个分量为中的一个元组，后个分量为中的一个元组。

（）象集

给定一个关系（，），和为属性组。当[]时，在中的象集（）为： {[] ，[]}

它表示中属性组上值为的诸元组在上分量的集合。

2.4.1传统的集合运算

. 并（）

和：具有相同的目（即两个关系都有个属性），相应的属性取自同一个域

∪

仍为目关系，由属于或属于的元组组成

∪ { ∨ }

. 差（）

和：具有相同的目，相应的属性取自同一个域

仍为目关系，由属于而不属于的所有元组组成

{ ∧ }

. 交（）

和：具有相同的目，相应的属性取自同一个域

∩

仍为目关系，由既属于又属于的元组组成

∩ { ∧ }

∩ –(）

. 广义笛卡尔积（）

：目关系，个元组

：目关系，个元组

×

列：（）列的元组的集合，元组的前列是关系的一个元组，后列是关系的一个元组行：×个元组

× { ∧ }

2.4.2专门的关系运算

. 选择（）

) 选择又称为限制（）

) 选择运算符的含义

在关系中选择满足给定条件的诸元组

σ() {∧() '真'}

：选择条件，是一个逻辑表达式，基本形式为：

[( ] θ [ )][φ [( ] θ [ )]]…

θ：比较运算符（＞，≥，＜，≤，＝或<>）

，等：属性名、常量、简单函数；属性名也可以用它的序号来代替；

φ：逻辑运算符（∧或∨）

[ ]：表示任选项

…：表示上述格式可以重复下去

) 选择运算是从行的角度进行的运算

) 举例

设有一个学生课程数据库，包括学生关系、课程关系和选修关系。

[例] 查询信息系（系）全体学生

σ '' ()或σ '' ()

结果：

[例] 查询年龄小于岁的学生

σ < () 或σ < ()

结果：

. 投影（）

）投影运算符的含义

从中选择出若干属性列组成新的关系

π() { [] } ：中的属性列

）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）) 举例

[例] 查询学生的和所在系

即求关系上学生和所在系两个属性上的投影

π，() 或π，()

结果：

[例] 查询学生关系中都有哪些系

π()

结果：

. 连接（）

）连接也称为θ连接

）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

{ ∧ ∧[]θ[] }

和：分别为和上度数相等且可比的属性组

θ：比较运算符

连接运算从和的广义笛卡尔积×中选取（关系）在属性组上的值与（关系）在属性组上值满足比较关系的元组。

）两类常用连接运算

等值连接（）

什么是等值连接

θ为“＝”的连接运算称为等值连接

等值连接的含义

从关系与的广义笛卡尔积中选取、属性值相等的那些元组，即等值连接为：

{ ∧ ∧[] [] }

自然连接（）

什么是自然连接

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

和具有相同的属性组

{ ∧ ∧[] [] }

）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。

等值连接

自然连接

．象集

给定一个关系（，），和为属性组。当[]时，在中的象集（）为：

{[] ，[]}

它表示中属性组上值为的诸元组在上分量的集合。

. 除（）

给定关系 (，) 和 (，)，其中，，为属性组。

中的与中的可以有不同的属性名，但必须出自相同的域集。与的除运算得到一个新的关系()，是中满足下列条件的元组在属性列上的投影：元组在上分量值的象集包含在上投影的集合。

÷ { [] ∧π () }

：在中的象集， []

）除操作是同时从行和列角度进行运算

）举例

[例] ()

分析：

在关系中，可以取四个值{，，，}

的象集为 {(，)，(，)，(，)}

的象集为 {(，)，(，)}

的象集为 {(，)}

的象集为 {(，)}

在(，)上的投影为

{(，)，(，)，(，) }

只有的象集包含了在(，)属性组上的投影，所以÷ {}

．综合举例

以学生课程数据库为例 ()

[例] 查询至少选修号课程和号课程的学生

首先建立一个临时关系：

了

π()：

然后求：π()÷

π()：

象集{，，}

象集{，}

π(){，}

于是：π()÷{}

[例 ] 查询选修了号课程的学生的学号。

π（σ''（））＝｛，｝

[例] 查询至少选修了一门其直接先行课为号课程的课程的学生。

π(σ''( ))

或π(σ''() π，())

或π (π (σ'' () ) π， ())

[例] 查询选修了全部课程的学生和。

π，（）÷π（）π，（）

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。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

（）

由研究中心研制

用于（）实验系统

关系演算

关系演算

以数理逻辑中的谓词演算为基础

种类：按谓词变元不同分类

.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

.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

2.5.1元组关系演算语言

语句：

检索语句：

更新语句：，，，，

一、检索操作

语句格式：

工作空间名 [（定额）]（表达式）[：操作条件] [ 表达式] 定额：规定检索的元组个数

格式：数字

表达式：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：指定排序方式

格式：关系名. 属性名元组变量. 属性名[，… ]

（）简单检索

工作空间名（表达式）

[例] 查询所有被选修的课程。

()

[例] 查询所有学生的数据。

()

（）限定的检索

格式

工作空间名（表达式）：操作条件

[例] 查询信息系()中年龄小于岁的学生的学号和年龄。

(，): ''∧ <

（）带排序的检索

格式

工作空间名（表达式）[：操作条件]

表达式

[例] 查询计算机科学系()学生的学号、年龄，结果按年龄降序排序。

(，):

'‘

（）带定额的检索

格式: 工作空间名（定额）（表达式）

[：操作条件] [ 表达式]

[例] 取出一个信息系学生的学号。

() ():

''

[例] 查询信息系年龄最大的三个学生的学号及其年龄，结果按年龄降序排序。

() (，):

''

（）用元组变量的检索

元组变量的含义：

表示可以在某一关系围变化（也称为围变量）

元组变量的用途：

①简化关系名：设一个较短名字的元组变量来代替较长的关系名。

②操作条件中使用量词时必须用元组变量。

定义元组变量：

格式：关系名变量名

一个关系可以设多个元组变量

() 用存在量词的检索

[例] 查询选修号课程的学生名字。

(): (∧'')

[例] 查询选修了这样课程的学生学号，其直接先行课是号课程。

():

(∧'')

[例]查询至少选修一门其先行课为号课程的学生名字

(): (∧

(∧''))

前束式形式：

():

(∧

∧'')

（）带有多个关系的表达式的检索

[例] 查询成绩为分以上的学生名字与课程名字。

(，):

(≥∧

∧

)

（）用全称量词的检索

[例] 查询不选号课程的学生名字。

():

(≠∨≠'')

用存在量词表示：

():

(∧'')

（）用两种量词的检索

[例] 查询选修了全部课程的学生。

():

(∧

)

（）用蕴函（）的检索

[例] 查询最少选修了学生所选课程的学生学号。

(): (

(''∧) (∧ ))

（）集函数

常用集函数（）或部函数（）

[例] 查询学生所在系的数目。

( () )

函数在计数时会自动排除重复值。

[例] 查询信息系学生的平均年龄

(():

'’ )

二、更新操作

（）修改操作步骤

①用语句将要修改的元组从数据库中读到工作空间中

工作空间名（表达式）[：操作条件 ]

语句是带上并发控制的语句

②用宿主语言修改工作空间中元组的属性

③用语句将修改后的元组送回数据库中

工作空间名

[例] 把学生从计算机科学系转到信息系。

(， ):

插入操作：建立新元组

修改操作：修改

删除操作：

2.5.2域关系演算语言

一种典型的域关系演算语言

由提出，年在上得以实现，也指此关系数据库管理系统

：

基于屏幕表格的查询语言

查询要求：以填写表格的方式构造查询

用示例元素(域变量)来表示查询结果可能的情况

查询结果：以表格形式显示

操作框架

一、检索操作

（）用户提出要求；

（）屏幕显示空白表格；

（）用户在最左边一栏输入要查询的关系名，例如；

（）系统显示该关系的属性名

（）用户在上面构造查询要求

（）屏幕显示查询结果

构造查询的几个要素:

示例元素：即域变量，一定要加下划线，示例元素是这个域中可能的一个值，它不必是查询结果中的元素

打印操作符. ：指定查询结果所含属性列

查询条件：不用加下划线

可使用比较运算符＞，≥，＜，≤，＝和≠，其中＝可以省略

排序要求

. 简单查询

[例] 查询全体学生的全部数据。

显示全部数据也可以简单地把.操作符作用在关系名上。

. 条件查询

() 简单条件

[例] 求信息系全体学生的。

[例] 求年龄大于岁的学生的学号。

[例] 求计算机科学系年龄大于岁的学生的学号。

方法（）：把两个条件写在同一行上

方法（）：把两个条件写在不同行上，但使用相同的示例元素值

[ 例] 查询既选修了号课程又选修了号课程的学生的学号。

[例] 查询计算机科学系或者年龄大于岁的学生的学号。

多表连接

[例] 查询选修号课程的学生。

注意：示例元素是连接属性，其值在两个表中要相同。

条件查询（非条件）