数据库原理第二章
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数据库原理第二章
第 二 章
2.3关系代数
关系 R A a1 a1 a2 B b1 b2 b2 C c1 c2 c1 关系 R∪S A a1 a1 a2 a2 B b1 b2 b2 b2 C c1 c2 c1 c2 图 2-4 关系的并运算与差运算 A a1 a2 a2 B b2 b2 b2 关系 R-S A a1 B b1 C c1 关系 S C c2 c1 c2
关 系 数 据 库
( S S #'S 6' ( S )) W
其中，W为修改后的学生有序组构成的关系，即 W=(S6,…, …,22)。 …表示原值 例8检索选修课程号为c2或c4的学生学号
S # ( C #'C 2'C #'C 4' ( SC )
或者 ( S# C #'C 2' ( SC ) C #'C 4' ( SC ))
第 二 章
2.3关系代数
3.删除-集合的差运算
设有兼容关系R、S，则二者的差运算定义为：
关 系 数 据 库
R S {t | t R t S}
式中“－”为差运算符，t为元组变量，结果R-S 为一个新的与R、S兼容的关系，该关系是由属 于R而且不属于S的元组构成的集合，即在R中减 去与S中相同的那些元组。运算的结果仍为N目。 例题2-2
第 二 章
本章内容
2.1关系模型。 2.2关系模式。 2.3关系代数。
关 系 数 据 库
2.4关系数据库规范化理论
重 点 难 点
1.关系代数。 2.关系数据库规范化理论
第 二 章
2.1关系模型
2.1.1关系数据结构 关系模型的逻辑结构就是一张二维表
数据库系统原理第二章习题
第2章关系数据库一、选择题1、关于关系模型，下列叙述不正确的是（）。
A. 一个关系至少要有一个候选码B。
列的次序可以任意交换C。
行的次序可以任意交换 D. 一个列的值可以来自不同的域2、下列说法正确的是（）。
A。
候选码都可以唯一地标识一个元组B。
候选码中只能包含一个属性C. 主属性可以取空值D. 关系的外码不可以取空值3、关系操作中,操作的对象和结果都是（）。
A. 记录B。
集合 C. 元组D。
列4、假设存在一张职工表,包含“性别”属性，要求这个属性的值只能取“男”或“女”，这属于（）.A。
实体完整性B。
参照完整性 C. 用户定义的完整性D。
关系不变性5、有两个关系R(A，B, C)和S（B, C, D），将R和S进行自然连接,得到的结果包含几个列（）A. 6 B。
4 C。
5 D. 2二、判断题1、关系模型的一个特点是，实体以及实体之间的联系都可以使用相同的结构类型来表示。
（）2、关系模型中，非主属性不可能出现在任何候选码中。
（）3、关系模式是对关系的描述，关系是关系模式在某一时刻的状态或内容。
（）三、填空题1、在关系模型中，关系操作包括查询、____________、____________和_____________等。
2、关系模型的三类完整性约束是指______________、_______________和_____________。
3、关系模型包括8种查询操作,其中__________、_________、并、________和笛卡儿积是5种基本操作，其他操作可以用基本操作定义和导出。
4、职工（职工号，姓名，年龄，部门号）和部门（部门号，部门名称）存在引用关系，其中________________是参照关系，____________是外码。
四、综合题假设有一个数据库包含以下关系模式：Teacher（Tno, Tname, Tage，Tsex）Department(Dno, Dname，Tno）Work（Tno，Dno，Year, Salary)教师表Teacher由教师代码Tno、教师名字Tname、教师年龄Tage、教师性别Tsex组成. 系表Department由系代码Dno、系名Dname、系主任代码Tno组成工作表Work由教师代码Tno、系代码Dno、入职年份Year、工资Salary组成使用关系代数表示每个查询（1）列出工资超过5000的教师的不同年龄;（2）查找不在计算机系工作的教师代码；（3）系主任T1管辖范围内的所有教师姓名。
数据库原理(第二章)
11
关系代数
关系代数运算符：P52 集合运算符 专门的关系运算符（比较运算符，逻辑运算符） 传统的集合运算：并，交，差，笛卡尔积 专门的关系运算：选择（对关系进行水平分 割），投影（对关系进行垂直分割），连接（关系的 合并），除运算
12
关 系 运 算（续）
t：元组变量 t R：t属于关系R t R：t不属于关系R t.A：属性A在元组t中的值
1. δsex＝‘女’ ∧ age<22（S） 2. Πsno(δgrade>90（SC）) Πsno,sname（S） 3. Πsname( (Πcno(δpcno=‘005’（C）)) Πsno,cno（SC） Πsno,sname（S）) 4.Πsname,grade( Πcno(δcname=‘数据库’（C）) SC Πsno,sname（S）)
26
综合运算答案（续）
5.Πsname,age ((Πsno（S）－ Πsno(δcno=‘005’（SC）) ) Πsno,sname,age（S）) 6. Πsno,cno（SC）÷Πcno（C） Πsno,sname（S ）
27
28
R }
注意：新关系的元组数小于等于原关系的元组数（去掉重复 元组）。
19
扩 充 的 关 系 运 算（续）
3. 连接运算 把两个关系按相应属性值的比较条件（R.AθS.B）进 行连接，它是两个关系的笛卡尔积的一个子集。相应的连接 称为该比较运算符连接（R 大于连接 小于等于连接 等于连接（等值连接） ……
24
综合运算举例
1.求年龄在22岁以下的女学生； 2.求成绩在90分以上的学生的学号和姓名； 3.查询至少选修了一门其直接先修课为005号课程的学生名； 4.求选修数据库课程的学生的姓名和成绩； 5.查询没选005号课程的学生姓名与年龄。 6.查询选修了全部课程的学生的学号和姓名。
关系代数
关系代数运算符：P52 集合运算符 专门的关系运算符（比较运算符，逻辑运算符） 传统的集合运算：并，交，差，笛卡尔积 专门的关系运算：选择（对关系进行水平分 割），投影（对关系进行垂直分割），连接（关系的 合并），除运算
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关 系 运 算（续）
t：元组变量 t R：t属于关系R t R：t不属于关系R t.A：属性A在元组t中的值
1. δsex＝‘女’ ∧ age<22（S） 2. Πsno(δgrade>90（SC）) Πsno,sname（S） 3. Πsname( (Πcno(δpcno=‘005’（C）)) Πsno,cno（SC） Πsno,sname（S）) 4.Πsname,grade( Πcno(δcname=‘数据库’（C）) SC Πsno,sname（S）)
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综合运算答案（续）
5.Πsname,age ((Πsno（S）－ Πsno(δcno=‘005’（SC）) ) Πsno,sname,age（S）) 6. Πsno,cno（SC）÷Πcno（C） Πsno,sname（S ）
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R }
注意：新关系的元组数小于等于原关系的元组数（去掉重复 元组）。
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扩 充 的 关 系 运 算（续）
3. 连接运算 把两个关系按相应属性值的比较条件（R.AθS.B）进 行连接，它是两个关系的笛卡尔积的一个子集。相应的连接 称为该比较运算符连接（R 大于连接 小于等于连接 等于连接（等值连接） ……
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综合运算举例
1.求年龄在22岁以下的女学生； 2.求成绩在90分以上的学生的学号和姓名； 3.查询至少选修了一门其直接先修课为005号课程的学生名； 4.求选修数据库课程的学生的姓名和成绩； 5.查询没选005号课程的学生姓名与年龄。 6.查询选修了全部课程的学生的学号和姓名。
数据库原理2 关系数据库
三、用户定义的完整性（User-defined integrity）
实体完整性和参照性适用于任何关系数据 库系统。除此之外，不同的关系数据库 系统根据其应用环境的不同，往往还需 要一些特殊的约束条件。用户定义的完 整性就是针对某一具体关系数据库的约 束条件，它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。
体和实体间的联系的关系的集合构成一 个关系数据库。同样，关系数据库也有 型和值之分。
型：关系数据库模式 是对关系数据库的描 述。
值：一般就称为关系数据库。
2.3 关系的完整性
关系模型的完整性规则是对关系的某种约 束条件。
关系模型的三类完整性：
1. 实体完整性 2. 参照完整性 3. 用户定义的完整性
2.4 关系代数
本节要求
给定关系和关系代数表达式，要会算。
给定关系模式和查询（语义）要求，要会写 关系代数表达式。
关系代数是一种抽象的查询语言，用对
关系的运算来表达查询，作为研究关系 数据语言的数学工具。
关系代数的运算对象是关系，运算结果
亦为关系。关系代数用到的运算符包括 四类：集合运算符、专门的关系运算符、 算术比较符和逻辑运算符。
第二章 关系数据库
2-5章为本课程重点与难点 关系数据库的理论基础 1970, E.F.Codd “A Relational Model of Data for Shared Data Banks” 现代主流数据库几乎全部支持关系模型 Oracle(甲骨文)，Sybase, IBM DB2, MS SQL Server, Ingres
引用的时候，必须取基本表中已经存在的 值。由此引出参照的引用规则。
数据库原理第二章关系数据库
关系代数小结
❖ 传统的集合运算
▪ 并、差、交、笛卡尔积
❖ 专门的关系运算
▪ 选择、投影、连接、除
❖ 5种基本运算
▪ 并、差、笛卡尔积、投影、选择
二、关系演算
❖ 关系演算是以数理逻辑中的谓词演算为基础的，通过谓词 形式来表示查询表达式。
❖ 根据谓词变元的不同，可将关系演算分为元组关系演算和 域关系演算。前者以元组为变量，简称元组演算；后者以 域为变量，简称域演算。
❖ 元组关系演算
▪ Tuple Relational Calculus ，简称TRC ▪ 元组关系演算语言ALPHA ▪ 元组关系表达式
❖ 域关系运算
▪ Domain Relational Calculus ，简称DRC ▪ 域关系演算语言QUE
1、元组关系演算
❖ 元组关系演算是以元组变量作为谓词变元的基本对象。 ❖ 元组关系演算语言的典型代表是E.F.Codd提出的ALPHA
例2：查询一名男同学的教师号和姓名，并使他的年龄最小。
GET W (1) (Student) : Student. Ssex = ‘男’ up Student.Sage
▪ 所谓的定额查询就是通过在W后面的括号中加上定额数量， 限定查询出元组的个数。
▪ 这里(1)表示查询结果中男同学的个数，取出学生表中第一 个男同学的学号和姓名。
RANGE Course CX SC SCX
GET W (Student.Sname): SCX (SCX.Sno=Student.Sno∧ CX (o=o∧CX.Pcno='6'))
例5：查询选修全部课程的学生姓名。
RANGE SC X Course CX
GET W (Student.SN) : CXSCX (SCX.SNO=Student.SNO∧O=O)
数据库系统原理第二章基本概念及课后习题有答案
数据库系统原理第二章基本概念及课后习题有答案一、数据库系统生存期1．数据库系统生存期：数据库应用系统从开始规划、设计、实现、维护到最后被新的系统取代而停止使用的整个期间。
2．数据库系统生存期分七个阶段：规划、需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计、实现、运行维护。
3．规划阶段三个步骤：系统调查、可行性分析、确定数据库系统总目标。
4．需求分析阶段：主要任务是系统分析员和用户双方共同收集数据库系统所需要的信息内容和用户对处理的需求，并以需求说明书的形式确定下来。
5．概念设计阶段：产生反映用户单位信息需求的概念模型。
与硬件和DBMS无关。
6．逻辑设计阶段：将概念模型转换成DBMS能处理的逻辑模型。
外模型也将在此阶段完成。
7．物理设计阶段：对于给定的基本数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构的过程。
数据库的物理结构主要指数据库的存储记录格式、存储记录安排和存取方法。
8．数据库的实现：包括定义数据库结构、数据装载、编制与调试应用程序、数据库试运行。
二、ER模型的基本概念ER模型的基本元素是：实体、联系和属性。
2．实体：是一个数据对象，指应用中可以区别的客观存在的事物。
实体集：是指同一类实体构成的集合。
实体类型：是对实体集中实体的定义。
一般将实体、实体集、实体类型统称为实体。
3．联系：表示一个或多个实体之间的关联关系。
联系集：是指同一类联系构成的集合。
联系类型：是对联系集中联系的定义。
一般将联系、联系集、联系类型统称为联系。
4．同一个实体集内部实体之间的联系，称为一元联系；两个不同实体集实体之间的联系，称为二元联系，以此类推。
5．属性：实体的某一特性称为属性。
在一个实体中，能够惟一标识实体的属性或属性集称为实体标识符。
6． ER模型中，方框表示实体、菱形框表示联系、椭圆形框表示属性、实体与联系、实体与其属性、联系与其属性之间用直线连接。
实体标识符下画横线。
联系的类型要在直线上标注。
注意：联系也有可能存在属性，但联系本身没有标识符。
数据库原理二章节关系数据库
私保护。
05
关系数据库管理系统
RDBMS的基本功能
数据存储
关系数据库管理系统能够存储大量的结构化 数据，并保证数据的安全性和完整性。
数据更新
RDBMS支持数据的插入、更新和删除操作， 并能够维护数据的一致性和完整性。
数据检索
通过SQL等查询语言，用户可以快速、准确 地检索到所需的数据。
数据控制
关系数据库管理系统提供了数据访问控制和 权限管理功能，确保数据的安全性。
并发控制层
负责协调多个用户或应用程序同时访问数据 库时的数据一致性问题。
02
关系模型
关系数据结构
元组
表格中的一行，表示一个数据 记录。
域
属性的取值范围。
关系
一个二维表格，由行和列组成， 每一列都有明确定义的数据类 型。
属性
表格中的一列，表示一个数据 字段。
主键
唯一标识关系中每个元组的属 性或属性组合。
RDBMS的常见产品
MySQL
流行的开源关系数据库管理系统，广泛应用于Web开发。
PostgreSQL
强大的开源关系数据库管理系统，支持多种功能和扩展。
Oracle
商业关系数据库管理系统，广泛应用于企业级应用。
SQL Server
微软开发的关系数据库管理系统，与Windows操作系统紧密集成。
RDBMS的性能优化
关系数据库的特点
标准化
可靠性和完整性
高效查询
关系数据库使用标准化的数 据结构，通过规范化的表和 关系来避免数据冗余和重复。
关系数据库管理系统提供了 数据安全和完整性控制机制， 确保数据的准确性和可靠性。
关系数据库支持高效的查询 操作，使用结构化查询语言 （SQL）来执行数据检索、 插入、更新和删除等操作。
05
关系数据库管理系统
RDBMS的基本功能
数据存储
关系数据库管理系统能够存储大量的结构化 数据，并保证数据的安全性和完整性。
数据更新
RDBMS支持数据的插入、更新和删除操作， 并能够维护数据的一致性和完整性。
数据检索
通过SQL等查询语言，用户可以快速、准确 地检索到所需的数据。
数据控制
关系数据库管理系统提供了数据访问控制和 权限管理功能，确保数据的安全性。
并发控制层
负责协调多个用户或应用程序同时访问数据 库时的数据一致性问题。
02
关系模型
关系数据结构
元组
表格中的一行，表示一个数据 记录。
域
属性的取值范围。
关系
一个二维表格，由行和列组成， 每一列都有明确定义的数据类 型。
属性
表格中的一列，表示一个数据 字段。
主键
唯一标识关系中每个元组的属 性或属性组合。
RDBMS的常见产品
MySQL
流行的开源关系数据库管理系统，广泛应用于Web开发。
PostgreSQL
强大的开源关系数据库管理系统，支持多种功能和扩展。
Oracle
商业关系数据库管理系统，广泛应用于企业级应用。
SQL Server
微软开发的关系数据库管理系统，与Windows操作系统紧密集成。
RDBMS的性能优化
关系数据库的特点
标准化
可靠性和完整性
高效查询
关系数据库使用标准化的数 据结构，通过规范化的表和 关系来避免数据冗余和重复。
关系数据库管理系统提供了 数据安全和完整性控制机制， 确保数据的准确性和可靠性。
关系数据库支持高效的查询 操作，使用结构化查询语言 （SQL）来执行数据检索、 插入、更新和删除等操作。
数据库原理第2章
图号总号 分号 书 书 编 类 名
作 出单 者 版位
单 价
450 T35 操系 王 高教出社1.0 453 P1 作统 生 等育版 22
数据库系统基础
27
2.投影 2.投影 从关系模式中挑选若干属性组成新的关 系称为投影。这是从列的角度进行的运 算，相当于对关系进行垂直分解。经过 投影运算得到一个新关系，其关系模式 所包含的属性个数比原关系少，或者属 性的排列顺序不同。 PROJECT <关系名> （属性1，属性 <关系名> （属性1 2，...） ...）
数据库系统基础
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§2.2关系运算 2.2关系运算 关系是由若干个元组组成，每个元组 有若干个属性。关系的基本运算有两 类：
一类是传统的集合运算（并、交、差 等）； 一类是专门的关系运算（选择、投影、 联接等）有些查询需要几个基本运算的 组合。 1.并
数据库系统基础
3
2.笛卡尔积 2.笛卡尔积
D1 × D2 × ... × DN = {(d1 , d 2 ,..., d n ) d i ∈ DI , i =1,2,..., n}
例：给出下面三个域 例：给出下面三个域
D1=教师名={张辉，李晓云，王东} 教师名={张辉，李晓云，王东} D2=性别={男，女} 性别={男，女} D3=职称={副教授，讲师，助教} 职称={副教授，讲师，助教} 则它们的笛卡儿积也是一个域，表示为: 则它们的笛卡儿积也是一个域，表示为: D1×D2×D3={（张辉，男，副教授），（张辉， ={（ 男，讲师），（张辉，男，助教），（张辉， 女，副教授），（张辉，女，讲师），
数据库系统基础 28
例3.从图书中列出所有书的书名、作者、出版 3.从图书中列出所有书的书名、作者、出版 社、单价。 PROJECT 图书（书名，作者，出版单位，单价）
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智能交通统 一应用平台
局部气象监测 温度、湿度 风、雨 雪、冰
气象 传感网
人体 传感网
刹车 胎压 车间距
车辆 传感网
道路 传感网
道路监测 车速、车型 车流量 道路状况
智能交通实现的前提：全面的感知，及时可靠的传送，智能应用平台的信息 聚合处理和应用
4
Purchase from a supermarket
Models real-world enterprises or organizations
Relationships (e.g., Li is taking Database and Knowledge)
Databases touch all aspects of our lives
8
Database Applications
6
Outline
Databases, DBMS and Database Systems View of Data Database Languages Relational Databases Database Design Database Architecture Database Users and Administrators Overall Database System Structure Data Storage and Querying Transaction Management History of Database Systems Challenges
Chapter 1 Database Systems: An Introduction
Big Data:A Joke
某比萨店的电话铃响了，客服人员拿起电话。
客服：XXX比萨店。您好，请问有什么需要我为您服务 ？ 顾客：你好，我想要一份…… 客服：先生，烦请先把您的会员卡号告诉我。 顾客：16846146***。
Database administrators (a.k.a. DBA’s): load, back up, and restore data, fine-tune databases for performance
DBMS implementors: develop the DBMS or specialized data management software, implement new techniques for query processing and optimization inside DBMS
Hard to add new constraints or change existing ones
12
Purpose of Database Systems (Cont.)
Drawbacks of using file systems (cont.)
Atomicity of updates Failures may leave database in an inconsistent state with partial updates carried out Example: Transfer of funds from one account to another should either complete or not happen at all Concurrent access by multiple users Concurrent accessed needed for performance Uncontrolled concurrent accesses can lead to inconsistencies • Example: Two people reading a balance and updating it at the same time Security problems Hard to provide user access to some, but not all, data
Database systems offer solutions to all the above problems
13
Why use a DBMS?
Data Data
independence and efficient access
application development time data administration access, recovery from integrity and security
Human resources: employee records, salaries, tax deductions
9
Database Management System (DBMS)
A Database Management System (DBMS) is a software package designed to store and manage databases Functions of DBMS
Purchasing Program
Query (goods_name, price, stock,…) Return (price, stock,…)
Query
Query Program
5
Outline of the Course
Chapter Chapter Chapter Chapter Chapter Chapter Chapter Chapter 1 2 3 4 5 6 7 8 Introduction (2) Relational Model (2) Formal Relational Query Language (6) Structured Query Language (SQL) (6) Database Design (6) Query Processing and Optimization (3) Transaction Management (3) Database Management and Maintenance (4)
Data isolation — multiple files and formats Integrity problems
Integrity constraints (e.g. account balance > 0) become “buried” in program code rather than being stated explicitly
Data redundancy and inconsistency
Multiple file formats, duplication of information in different files
Difficulty in accessing data
Need to write a new program to carry out each new task
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What is a database?
A very large, integrated collection of data
The amount of data is very large The data is structured and interrelated The data is integrated Entities (e.g., students, courses)
客服：您上星期一在中央图书馆借了一本《低脂健康食谱》。
2
Big Data:A Joke
客服：99元，这个足够您一家六口吃了。但您母亲应该少吃，她上个月刚刚做了心脏搭桥 手术，还处在恢复期。 顾客：那可以刷卡吗？ 客服：陈先生，对不起。请您付现款，因为您的信用卡已经刷爆了，您现在还欠银行4807 元，而且还不包括房贷利息 顾客：那我先去附近的提款机提款。 客服：陈先生，根据您的记录，您已经超过今日提款限额。 顾客：算了，你们直接把比萨送我家吧，家里有现金。你们多久会送到？ 客服：大约30分钟。如果您不想等，可以自己骑车来。 顾客：为什么？
End users: query/update databases through application user interfaces (e.g., etc.)
Database designers: design database “schema” to model aspects of the real world Database application developers: build applications that interface with databases
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Purpose of Database Systems
In the early days, database applications were built directly on top of file systems
Drawbacks of using file systems to store data:
客服：陈先生，您好！您是住在泉州路一号12楼120x室，请问您想要点什么？ 顾客：我想要一个海鲜比萨…… 客服：陈先生，海鲜比萨不适合您。 顾客：为什么？
客服：根据您的医疗记录，你的血压和胆固醇都偏高。 顾客：那你们有什么可以推荐的？ 客服：您可以试试我们的低脂健康比萨。 顾客：你怎么知道我会喜欢吃这种的？
Supports secure, atomic access to very large amount of data
Contrast two people editing the same file – last to write “wins”