讲关系数据库原理(关系数据模型)
第3讲关系模型概述
– 集合论提供了关系概念
• 集合论中的关系本身也是一个集合，以具有 某种联系的对象组合——“序组”为其成员 。
第3讲 关系模型概述
3.1关系模型
• 关系的数学描述
– 关系不是通过描述其内涵来刻划事物间 联系的，而是通过列举其外延（具有这 种联系的对象组合全体）来描述这种联 系。
若关系R的一个属性（集）F与关系S的主键Ks对应， 即关系R中的某个元组的F上的分量值也是关系S中某 个元组的Ks上的分量值，则称该属性（集）F为关系R 的外键。 R为参照关系（引用关系），S为被参照关系或目标 关系。关系R和关系S可以是同一个关系。 目标关系的主键Ks和参照关系R的外码F的命名可以 不同，但必须定义在同一（或同一组）域上。
关系 （表） R
学号 98001 98005
姓名 王丙 李甲
出生年月 性别 1980.4 男 1981.8 女
属性 （列）
第3系的数据结构
– 关系与二维表
• 在表中各列从左到右是有序的，关系中属性的次序是 任意的； • 在表中各行从上到下是有序的，关系中元组的次序是 任意的； • 在表中，可能包含重复的行，关系中不能有相同的元 组； • 表中至少含有一个列，但可存在不含任何属性的关系 ，相当于空集合； • 表中允许包含空行（例SQL中），而关系中不允许； • 表是“平面的”或是“二维的”，而关系却是“n维的 ”，是n个域上的一个n元组的集合。
第3讲 关系模型概述
3.1关系模型
• 关系的数据结构
– 关系的定义 笛卡尔积：
给定一组域D1，D2，…，Dn，这n个域的笛卡尔积 为： D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2，…，dn）｜ di∈Di，i＝1，2，…，n ｝
第2章 关系数据库数学模型
关系——二维表（行列），实体及其联系 都用关系表示。在用户看来关系数据的逻辑模 型就是一张二维表。
关系数据模型概述（续I）
关系操作 查询： 1）选择Select； 4）除Divide； Intersection； 编辑： 1）增加Insert； Update；
2）投影Project； 3）连接Join； 5）并Union； 6）交 7）差Difference；
三元关系的转换 一般要引入分离关系 如公司、产品和国家之间的m:n:p的三元关系及销 售联系。
关系代数
关系代数概述 关系代数的运算符 集合运算符
并U 交∩ 差 专门的关系运算符
笛卡尔积 × 选择σ 投影π 连接 除 算术比较符
> ≥ < ≤ = ≠ 逻辑运算符
EER模型到关系模式的转换（续IV）
为此，本例中引入一个分离关系On_Load(借 出的书)，可以避免空值的出现。 这样，存在以下三个关系模式： Borrower(B#,Name,Address,……) Book(ISBN,Title,……) On_Load(ISBN,B#,Date1,Date2) 只有借出的书才会出现在关系On_Load中， 避免空值 的出现，并把属性Date1和Date2加到 关系On_Load中。
D1 x D2 x…x Dn={(d1,d2,…,dn) | di∈Di, i=1,2,…,n} (d1,d2,…,dn) --------n元组(n-tuple) di--------元组的每一分量（Component) Di为有限集时，其基数为mi，则卡积的基 数为M=m1*m2*…*mn
关系数据库
关系型数据库的基本原理和概念
关系型数据库的基本原理和概念x《关系型数据库的基本原理和概念》一、关系型数据库的概念关系型数据库，简称 RDBMS，是根据结构化查询语言（SQL）标准来构建的、支持事务处理的关系数据库系统。
它是一种重点处理存储和维护数据的方法，以支持高性能的交互查询，事务处理能力，安全性和灵活性。
关系型数据库的概念源于E.F.Codd，他首先提出了一种可以满足复杂查询需求的抽象概念，即关系数据模型（RDM）。
RDM是Dr. Codd 于1970年发表的文章，它描述了一种使用简单的表来存储集合结构的数据模型。
RDM的基本原则有关系、可计算性、无重复项和统一操作接口（表达式）。
二、关系型数据库的基本原理关系型数据库的基本原理是以表格的形式组织和存储数据，在数据库中，表格用于存储元组，也就是一行或一条数据记录。
每个表格都具有一组唯一的名称，每个表格也有多个列（字段），每个列都有一个唯一的名称。
表之间可以通过关系（字段）连接在一起，这就是“关系”的概念，比如，一个“用户”表可以与一个“订单”表通过一个“用户ID”字段连接，以表示一个用户对应多个订单。
表格的这种组织形式非常适合查询，可以利用SQL语句通过关联多个表来组合复杂的查询结果。
此外，可以使用SQL语句以事务的方式操作数据，保证查询和更新的安全性和一致性。
三、关系型数据库的优点关系型数据库具有许多优点，可以有效地帮助组织存储、管理和检索大量数据。
1. 有效且灵活的数据存储：RDBMS可以有效地存储、管理和检索大量的数据，还可以轻松实现新数据的增加和对旧数据的更新。
2. 结构化数据模型：RDBMS使用结构化数据模型，这种模型描述了数据之间的关系，可以使用SQL语句检索和管理数据，从而简化了数据操作的复杂性。
3. 高性能的交互查询：由于数据的结构化，RDBMS支持高性能的交互查询，用户可以快速检索或筛选一组数据。
4. 强大的安全性和可靠性：RDBMS可以通过使用多种安全措施来保护数据的安全性，包括审计、授权和数据加密等；支持事务处理，可以有效保护数据的可靠性和一致性，比如支持回滚操作。
关系型数据库工作原理
关系型数据库工作原理
关系型数据库工作原理是通过使用关系型数据模型来存储和管理数据的。
关系型数据模型是基于关系的概念，将数据组织成表格形式，每个表格由行和列组成。
行代表一个数据实例，列代表数据实例的属性。
关系型数据库使用结构化查询语言（SQL）作为数据操作语言，通过SQL语句实现数据的增删改查。
当用户发送一个SQL查
询请求时，数据库管理系统（DBMS）会根据SQL语句解析
用户请求，执行相应的操作。
关系型数据库使用基于磁盘的存储结构来存储数据。
数据被存储在硬盘上的文件中，每个表格对应一个文件。
DBMS利用
索引来提高数据的查询效率，索引是一种有序的数据结构，可以帮助DBMS快速定位数据。
当内存中没有足够的空间来执行所有操作时，关系型数据库使用磁盘作为辅助存储。
数据库会将部分数据读取到内存中进行操作，并在需要时将更改的数据写回到磁盘上的文件中。
关系型数据库还支持事务的概念，事务是一组数据库操作的逻辑单元，它要么全部执行成功，要么全部回滚到初始状态。
事务通过保证数据库的一致性和隔离性来提供数据的完整性和并发控制。
总的来说，关系型数据库工作原理是基于关系型数据模型，使用SQL语句对数据进行操作，并使用磁盘和内存进行存储和
访问。
它提供了高效的查询和事务支持，适用于处理结构化数据的场景。
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。
关系数据库
关系数据库
关系模型是继层次模型和网状模型后出现的，是最重要的数据 模型。当前广泛应用的数据库管理系统几乎都是支持关系模型 的，被称为关系型数据库管理系统(Relational Data Base Management System)，即RDBMS。
1.1 关系模型与二维表
1.1 关系模型与二维表
在关系模型理论中 在关系数据库中
关系
表
元组
记录
属性
字段
关系数据库具有以下特点
数据结构化 数据独立性 数据共享，减少冗余
1.3 关系运算
关系运算是以关系为运算对象的运算，在关系运算中，变量是 关系，运算结果仍然是关系。
在关系型数据库管理系统中，基本的关系运算有选择、投影和 联接三种操作。
关系模型的主要特点
（1）关系中每一数据项不可再分，是最基本的数据单位； （2）二维表的属性决定了表的结构，同一列的数据类型及
长度是相同的，且各列的顺序是任意的； （3）每一横行由一个体事物的诸多属性构成，不允许出现
完全相同的两行，且各行的顺序可以是任意的； （4）一个关系是一张二维表，不允许有相同的属性名，也
不允许有相同的元组。
1.2 关系数据库
关系数据库是若干个关系的集合。 关系数据库是由若干二维表组成的。 在关系数据库中，将一个关系视为是一张二维 表。一个关系以字段属性加以分类的数据项组成的。
数据模型理论和关系数据库中的相关术语的比照
数据库原理及应用
数据库 关系模型
数据库关系模型数据库关系模型数据库关系模型是一种用于描述数据之间关系的数据模型，它是一种基于关系代数的数据模型，用于描述数据之间的关系，是现代关系型数据库的基础。
关系模型由三个要素组成：关系、属性和域。
1. 关系关系是指一个数据表，它由多个元组（行）组成，每个元组包含多个属性（列），每个属性对应一个域。
关系的基本特性是无序性、唯一性和可重复性，也就是说，关系中的元组是无序的、不重复的，但是可以存在相同的属性值。
关系可以用一个表格来表示，表格中的每一行代表一个元组，每一列代表一个属性。
如下图所示，关系表中包含多条记录，每条记录代表一个元组，每个元组包含多个属性。
2. 属性属性是指关系中的列，每个属性对应一个域，域是指属性可以取值的范围。
属性可以是基本数据类型，如整数、浮点数、字符串等，也可以是复合类型，如日期、时间、地址等。
属性用于描述元组的特征，例如在员工关系表中，属性可以包括员工编号、姓名、性别、年龄、部门编号等。
3. 域域是指属性可以取值的范围，例如在员工关系表中，员工编号的取值范围可能是1~1000，姓名的取值范围是字母和汉字。
域的定义对数据的精度和有效性有很大的影响，如果域的定义不合理，就会导致数据不准确、冗余或不一致。
关系模型基于关系代数，提供了一组基本操作，包括选择、投影、并、差、笛卡尔积等，可以通过这些操作来查询和操作数据。
除了关系模型，还有其他数据模型，例如层次模型、网状模型、面向对象模型等。
但是关系模型具有简单、易于理解和应用的优点，因此被广泛应用于各种数据库系统中。
总结数据库关系模型是一种用于描述数据之间关系的数据模型，由关系、属性和域三个要素组成。
关系模型基于关系代数，提供了一组基本操作，用于查询和操作数据。
关系模型具有简单、易于理解和应用的优点，被广泛应用于各种数据库系统中。
-数据库原理及应用第二版-第3章关系数据库
自然连接是连接中等值连接的特例，是一种 去掉重复属性的等值连接。连接的条件是两 个关系的同名属性。 记作：R*S 班级（班号，班名，班导师） 学生（学号，姓名，性别，班号） 班级*学生
两个重要的连接： 等值连接 θ为“=”，是从关系R和S的广义笛卡尔积中 选取A，B属性值相等的那些元祖。 自然连接 是一种特殊的等值连接，它要求两个关系 中进行比较的分量必须是相同的属性组，并且 在结果中把重复的属性列去掉。
A和B：分别为R和S上度数相等且可比的属性组。前
连接按连接条件分为：等值连接，大于连接和小于连接。 等值连接：就是指连接条件为等号。 大于连接就是指连接条件为>号 小于连接就是指连接条件为<号。 上述三种不同连接都称为连接，并不去掉重复属性和重复 元组。
R.A=S.A 班级（班号，班名，班导师） 学生（学号，姓名，性别，班号） R和S关系的连接，连接条件是R.A=S.A。运算结果是：
例1：学生实体和专业实体可以用下面的关系表示。
学生（学号，姓名，性别，专业号，出生日期） 专业（专业号，专业名）
例2：学生、课程以及学生与课程之间的选课关系可以用如 下三个关系表示：
学生（学号，姓名，性别，专业号，出生日期）
课程（课程号，课程名，学分） 选课（学号，课程号，成绩）
3.4.3 用户定义的完整性
2、属性 图3-1的学生关系中有学号、姓名、年龄、性别和所在系五 个属性，是一个五元关系。
二维表中的列称为属性（或叫字段），每个属性都有一个名字，称为属性名。 二维表中对应某一列的值称为属性值；二维表中列的个数称为关系的元数。
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第2讲 一、关系数据模型的基本概念
关系数据模型的含义
用二维表格结构表示实体以及实体之间的联系 的数据模型。
完成信息世界到机器世界的第二次抽象。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
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第2讲 一、关系数据模型的基本概念
关系数据模型的二维表结构
学号 03001 03102 03223 03103 03301
说明:关系模式和关系往往统称为关系。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
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第2讲 二、将ER图转化为关系模式/表
2. 转化原则
1. 每个实体转换为一个关系。
实体的属性就是关系的属性。 实体的码作为关系的码。
2. 每个联系(二元的)也转换成一个关系。
与关系相连的，各个实体的码、联系的属性转换成关 系的属性。
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第2讲 二、将ER图转化为关系模式/表
1. 基本概念
关系模式与关系的区别
① 关系模式是对关系结构的定义，是对关系“ 型”的描述。关系是二维表格，是对“值” 的描述
② 一般说来，关系模式是相对稳定、不随时间 变化的。关系是随时间动态变化的，关系中 的数据在不断更新。
例如:在学生表中，由于学生的入学、退学和毕业 等原因，学生关系是经常变化的，但其结构以及对 数据的限制是不会改变的。
第2讲
第1章 关系数据库原理
——关系数据模型设计 主讲人：段利文
SQL Server 2005
复习 第2讲
实现概念模型最常用的表示方法是什么？
答：ER图。
概念模型的三个基本要素是什么？
答：实体、属性、联系。
联系的类型有哪些？如何标识？
答：一对一联系(简记成1:1) 一对多联系(简记成1:n) 多对多联系(简记成m:n)
能力目标:
能将ER图转化为关系模式/表 (重点)
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
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第2讲 一、关系数据模型的基本概念
数据模型的类型（复习）
概念数据模型 逻辑数据模型 物理数据模型
概念数据模型（复习）
用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界 的第一次抽象。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
6. 该表的主关键字(主码/主键)是什么？
7. 该表的非主属性有哪些?
8. 哪个属性可以作为外关键字(外码/外键)?
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
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第2讲 二、将ER图转化为关系模式/表
1. 基本概念 教学活动：请同学们理解以下几个概念
1. 关系模式的含义 2. 关系模式的表示方法 3. 表的含义 4. 关系模式与关系的区别
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第2讲 一、关系数据模型的基本概念
逻辑数据模型
含义：是用户从数据库所看到的数据模型。
用概念数据模型表示的数据必须转化为逻辑数据模 型表示的数据，才能在DBMS中实现。
类型（四种）
关系模型（最常用）
– SQL Server采用的是关系数据模型。
层次模型 网状模型 面向对象模型
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
关系中每一个属性值都是不可分解的。 关系中不允许出现相同的行。 关系中不允许出现相同的列。 关系中没有行序、没有列序。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
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第2讲 一、关系数据模型的基本概念
学号 03001 03102 03223 03103 03301
姓名 马力刚 王萍华 王平 张华 李萍
关系 、记录（元组）、属性和属性值 、域 关键字(码)、候选关键字(候选码)、主关键
字(主码) 、外部关键字(外码)
将ER图转换为关系模式/表
关系模式的含义 转换原则 应用举例
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
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第2讲 第1章 关系数据库原理
——关系数据模型设计
学习目标
认知目标：
理解关系数据模型的基本概念
关系的码如下：
对于1:1的联系，每个实体的码均是该联系关系的候选码 对于1:N的联系，关系的码是N端实体的码。 对于M:N的联系，关系的码是诸实体码的组合。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
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第2讲 一、关系数据模型的基本概念
学号 03001 03102 03223 03103 03301
姓名 马力刚 王萍华 王平 张华 李萍
性别 男 女 男 男 女
年龄 21 20 21 22 19
系编号 01 02 03 04 05
教学活动（续）：
5. 哪些属性可以作为该表的候选关键字？
说明:
学生信息表
姓名 马力刚
性别 男
王萍华
女
王平
男
张华
男
李萍
女
年龄 21 20 21 22 19
系编号 01 02 03 04 05
一个关系就是一张二维表，二维表的—关系数据模型
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第2讲 一、关系数据模型的基本概念
关系应具备的性质
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
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第2讲 二、将ER图转化为关系模式/表
1. 基本概念
关系模式的含义
对关系的信息结构及语义限制的描述。
关系模式的表示方法
用关系名和包含的属性名的集合表示。
例如：学生（学号，姓名，性别，年龄，系编号）
表的含义
用二维表格表示的一个关系。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
2
复习 第2讲
如何绘制ER图？
答：基本要素的表示方法 长方形——实体
其间用用直直线相线连相连
椭 圆——属性
其间用用直直线相线连相连
菱 形——联系
ER图的设计原则是什么？
答：先局部，后综合。
用直线相连，并在直 线边注明联系的类型
(1:1、1:n、m:n)
性别 男 女 男 男 女
年龄 21 20 21 22 19
系编号 01 02 03 04 05
教学活动：自学教材P8-10中的基本概念(时间15分钟 )，并回答下面提问：
1. 该表中有几个元组（记录）？
2. 该表中有多少个属性？第4个元组的属性值分别 是多少？
3. 什么是域？年龄的域可以是多少？
4. 什么是关键字(码/键)?
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
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复习 第2讲
设计局部ER图的步骤是什么？
答: ① 确定实体类型及属性 ② 确定联系类型及属性。 ③ 把实体类型和联系类型组合成局部ER图。
第1章 关系数据库原理—关系数据模型
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第2讲 第1章 关系数据库原理
——关系数据模型设计
教学内容
关系数据模型的基本概念