关系模型和关系运算理论剖析.ppt

Bing Liu, UIC Chd.Wang，E-Mail：Chdwang@njupt.edu.cn 第2章 关系模型和运算理论 王传栋 南京邮电大学计算机学院软件工程系 内容提纲 1）基本概念 关系模型 关键码（主键和外键） 关系的定义和性质 三类完整性规则 过程性语言与非过程性语言 2）关系代数 五个基本操作 四个组合操作 七个扩充操作 内容提纲 3）关系演算 元组关系演算和域关系演算的原子公式、公式的定义 关系演算的安全性和等价性 4）关系代数表达式的优化 关系代数表达式的等价及等价转换规则 启化式优化算法 5）关系逻辑 谓词、原子、规则和查询 规则的安全性 用规则模拟关系代数表达式 引言 关系模型是当前的主流逻辑数据模型 由IBM公司的高级研究员E.F.Codd于1970年提出 应用广泛的原因： 单一的数据建模概念 坚实的数学理论基础 提供高级接口：数据库语言SQL 2.1 关系模型的基本概念 基本术语 定义2.1 用二维表格表示实体集，用关键码表示实体之间联系的数据模型称为关系模型（Relational Model） 理解 用二维表格（table）表示实体集及其间联系， 用关键码（或键）进行数据导航 关系模型是逻辑模型的一种，也具有三个要素 关系数据结构 关系操作 数据完整性约束规则 2.1 关系模型的基本概念 基本术语 示例 2.1 关系模型的基本概念 基本术语 关系数据结构：二维表 字段称为属性，也称为列（column） 反映事物的一个特征，每个字段都有字段名和字段值 属性的取值范围(所有可取值的集合) 称为属性域Domain 大写字母A、B、C、… 表示单个属性；大写字母 …、X、Y、Z 表示属性集 小写字母a、b、c、… 表示属性值 记录称为元组（tuple），也称为行（row） 记录类型称为关系模式，由模式名和属性列表组成 元组集合称为关系（relation）或实例（instance），也称为表格 2.1 关系模型的基本概念 基本术语 关系数据结构：二维表 元组用关键字（Key word—简称键）来标识 属性个数称为元数（arity），也称为目；元组个数为基数（cardinality） 2.1 关系模型的基本概念 基本术语 关键码（key，简称键） 由一个或多个属性组成。在实际使用中，有下列几种键 1）超键（Super Key） 其值能唯一地决定其它所有属性的值的属性集 2）候选键（Candidate Key） 不含多余属性的超键 其值能唯一地决定关系中其它所有属性的值、而它的任何真子集无此性质的属性或属性组 3）主键（Primary Key） 用户选作元组标识的候选键，称为主键（PK），简称键 2.1 关系模型的基本概念 基本术语 关键码（key，简称键） 4）候补键（Alternate Key） 主键之外的候选键 5）全键 ：由关系的所有属性构成的主键 6）外键（Foreign Key，FK） 如果模式R中的属性K是其它模式的主键，那么K在模式R中称为外键 不是本关系的键，却引用了其它关系或本关系的键的属性或属性组 7）主属性与非主属性 2.1 关系模型的基本概念 基本术语 示例 关系模式STUDENT（学号，姓名，性别，出生日期，籍贯） 假设：不允许学生重名，问： （学号，姓名，性别，出生日期，籍贯）？ （学号，性别）？ （学号，姓名）？ （学号）？ （姓名）？ 哪些是主属性？ 2.1 关系模型的基本概念 关系的定义和性质 定义2.2 关系是一个属性数目相同的元组的集合 有限关系 在关系模型中，关系的规范性限制： 1）关系中每一个属性值都是不可分解的（原子的） 2）关系中不允许出现重复元组（即不允许出现相同的元组） 3）由于关系是一个集合，因此不考虑元组间的顺序，即没有行序 注：关系中元组的排列是有序的，取决于索引 4）元组中的属性在理论上也是无序的，但使用时按习惯考虑列的顺序 2.1 关系模型的基本概念 关系模型的完整性规则 实体完整性规则（entity integrity rule） 关系内的约束 每个关系都应有一个主键 每个元组的主键的值应当唯一；组成主键的属性，不能有空值（NULL） 否则，主键值就起不了惟一标识元组的作用 2.1 关系模型的基本概念 关系模型的完整性规则 实体完整性规则（entity integrity rule） 例如 2.1 关系模型的基本概念 关系模型的完整性规则 参照完整性规则（referenceintegrityrule） 不同关系或同一关系的不同元组间的约束 定义2.3 参照完整性规则的形式定义 如果属性集K是关系模式R1的主键，K也是关系模式R2的外键，那么在R2的关系中，K的取值只允许两种可能，或者为空值，或者等于R1关系中某个主键值