數(shù)據(jù)庫原理二章節(jié)關(guān)系數(shù)據(jù)庫

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1、數(shù)據(jù)庫原理第二章：關(guān)系數(shù)據(jù)庫授 課 教 師 ： 王 哲 本 次 課 學(xué) 習(xí) 內(nèi) 容v關(guān) 系 代 數(shù) 關(guān) 系 運(yùn) 算 （ 選 擇 、 投 影 、 連 接 ， 除 運(yùn) 算 ）v* 關(guān) 系 演 算 是 以 數(shù) 理 邏 輯 中 的 謂 詞 演 算 為 基 礎(chǔ) 的 。 可 分 為 ： 元 組 關(guān) 系 演 算 語 言 （ get， put等 6條 語 句 ） 域 關(guān) 系 演 算 語 言 QBE 一 、 關(guān) 系 代 數(shù)v1、 除 運(yùn) 算v2、 除 運(yùn) 算 示 例v3、 除 運(yùn) 算 練 習(xí) 1、 除 運(yùn) 算 （ Division， 亦 稱 商 ）v用 途 ： 除 法 運(yùn) 算 同 時 從 行 和 列 的 角 度

2、 進(jìn) 行 運(yùn) 算 ， 在 表 達(dá) 某些 查 詢 時 有 用 ， 適 合 于 包 含 “ 全 部 ” 之 類 的 短 語 的 查 詢 ，例 如 “ 查 詢 已 注 冊 選 修 了 所 有 課 程 的 學(xué) 生 名 字 ” 。v定 義 ： 給 定 關(guān) 系 R（ X， Y） ， S（ Y， Z） ， X， Y， Z為 屬性 列 ， 關(guān) 系 R和 關(guān) 系 S中 的 Y出 自 相 同 域 集 ， 則 ：R S=t rX|tr R y(S)Yx其 中 ， Yx為 x在 R中 的 象 集 ， x= trX。 象 集 Zx 給 定 一 個 X和 關(guān) 系 R（ X， Z） ， Z為 屬 性 組 。 當(dāng) tX=x時

3、 ， x在 R中 的 象 集 （ Images Set） 為 ： Zx=tZ|t R， tX=x 它 表 示 R中 屬 性 組 X上 值 為 x的 諸 元 組 在 Z上 分 量 的 集 合v x 1在 R中 的 象 集 Zx1 =Z1， Z2， Z3，v x2在 R中 的 象 集 Zx2 =Z2， Z3，v x3在 R中 的 象 集 Zx3=Z1， Z3 例 1： 設(shè) 關(guān) 系 R、 S分 別 為 下 圖 的 (a)和 (b)， R S的 結(jié) 果 為 圖 (c) 2、 除 運(yùn) 算 示 例 分 析v 在 關(guān) 系 R中 ， A可 以 取 四 個 值 a1， a2， a3， a4a1的 象 集 為 (

4、b1， c2)， (b2， c3)， (b2， c1)a2的 象 集 為 (b3， c7)， (b2， c3)a3的 象 集 為 (b4， c6)a4的 象 集 為 (b6， c6)v S在 (B， C)上 的 投 影 為 (b1， c2)， (b2， c1)， (b2， c3) v 只 有 a 1的 象 集 包 含 了 S在 (B， C)屬 性 組 上 的 投 影 所 以 R S =a1 寫 出 R S=A B C Da1 2 4 6a3 8 2 3a1 2 3 5a4 7 7 8 C D3 54 6 A Ba1 2R S R S 例 2： 有 關(guān) 系 A、 B1、 B2和 B3， 請 分

5、別 計 算 A/B1、 A/B2及 A/B3。分 析 ： 在 關(guān) 系 中 ， sno可 以 取 四 個 值 s1， s2， s3， s4s1的 象 集 為 p1， p2， p3， p4s2的 象 集 為 p1， p2s3的 象 集 為 p2s4的 象 集 為 p2,p4 R sid cid 3 101 3 102 3 103 3 104 5 101 5 102 8 102 10 102 10 104 cid S 1 102 S 2 102 104 S 3 101 102 104 sid R /S 1 3 5 8 10 R /S 2 3 10 R /S 3 3 商 操 作 示 意 圖 R sid

6、 cid 3 1 0 1 3 1 0 2 3 1 0 3 3 1 0 4 5 1 0 1 5 1 0 2 8 1 0 2 1 0 1 0 2 1 0 1 0 4 cid S 1 1 0 2 S 2 1 0 2 1 0 4 S 3 1 0 1 1 0 2 1 0 4 sid R /S 1 3 5 8 1 0 R /S 2 3 1 0 R /S 3 3 商 操 作 示 意 圖 例 3： 有 關(guān) 系 R、 S1、 S2和 S3， 請 分 別 計 算 R/S1、 R/S2及 R/S3。分 析 ： 在 R關(guān) 系 中 ， sid可 以 取 四 個 值 s1， s2， s3， s4s1的 象 集 為 p1，

7、 p2， p3， p4， s2的 象 集 為 p1， p2s3的 象 集 為 p2， s4的 象 集 為 p2,p4 例 4： 查 詢 至 少 選 修 1號 課 程 和 3號 課 程 的 學(xué) 生 號 碼解 題 思 路 ： 首 先 建 立 一 個 臨 時 關(guān) 系 K，然 后 求 Sno,Cno(SC) K200215121象 集 1， 2， 3200215122象 集 2， 3 K=1， 3 于 是 ： Sno,Cno(SC) K=200215121 Cno 1 3 Sno Cno200215121 1200215121 2200215121 3200215122 2200215122 3 v

8、關(guān) 系 除 法 運(yùn) 算 的 步 驟 ：1) 將 被 除 關(guān) 系 屬 性 分 為 象 集 屬 性 和 結(jié) 果 屬 性2) 對 象 集 屬 性 進(jìn) 行 投 影 目 標(biāo) 數(shù) 據(jù) 集3) 將 被 除 關(guān) 系 分 組 ： 結(jié) 果 屬 性 值 一 樣 的 元 組 分 為 一 組4) 找 出 結(jié) 果 集 3、 除 運(yùn) 算 練 習(xí)1、 已 知 關(guān) 系 r、 s、 w如 圖 所 示 ， 計 算 T= (r s) w) Sr關(guān) 系 s關(guān)系 w關(guān) 系 A B C1 b 22 a 21 b 1 3 a 3 A B C2 b 13 b 13 b 23 a 2 B Ca 2b 1解 ： T= A B C2 b 13 b

9、13 b 23 a 2 2、 檢 索 學(xué) 習(xí) 全 部 課 程 的 學(xué) 生 學(xué) 號3、 檢 索 學(xué) 習(xí) 全 部 課 程 的 學(xué) 生 學(xué) 號 和 姓 名 4、 檢 索 所 學(xué) 課 程 包 含 學(xué) 生 S3所 學(xué) 課 程 的 學(xué) 生 學(xué) 號 Sno， Cno（ SC） Cno（ Course）Sno， Cno（ SC） Cno（ Course） Sno， Sname（ Student） 或 ： Sno， Sname（ Student Sno， Cno（ SC） Cno（ Course） ）Sno， Cno（ SC） Cno（ sno=S3（ SC） ） 關(guān) 系 代 數(shù) 小 結(jié)v傳 統(tǒng) 的 集 合 運(yùn)

10、 算 并 、 差 、 交 、 笛 卡 爾 積v專 門 的 關(guān) 系 運(yùn) 算 選 擇 、 投 影 、 連 接 、 除v5種 基 本 運(yùn) 算 并 、 差 、 笛 卡 爾 積 、 投 影 、 選 擇 二 、 關(guān) 系 演 算v關(guān) 系 演 算 是 以 數(shù) 理 邏 輯 中 的 謂 詞 演 算 為 基 礎(chǔ) 的 ， 通 過 謂 詞形 式 來 表 示 查 詢 表 達(dá) 式 。v根 據(jù) 謂 詞 變 元 的 不 同 ， 可 將 關(guān) 系 演 算 分 為 元 組 關(guān) 系 演 算 和域 關(guān) 系 演 算 。 前 者 以 元 組 為 變 量 ， 簡 稱 元 組 演 算 ； 后 者 以域 為 變 量 ， 簡 稱 域 演 算 。 v

11、元 組 關(guān) 系 演 算 Tuple Relational Calculus ， 簡 稱 TRC 元 組 關(guān) 系 演 算 語 言 ALPHA 元 組 關(guān) 系 表 達(dá) 式v域 關(guān) 系 運(yùn) 算 Domain Relational Calculus ， 簡 稱 DRC 域 關(guān) 系 演 算 語 言 QUE 1、 元 組 關(guān) 系 演 算v元 組 關(guān) 系 演 算 是 以 元 組 變 量 作 為 謂 詞 變 元 的 基 本 對 象 。v元 組 關(guān) 系 演 算 語 言 的 典 型 代 表 是 E.F.Codd提 出 的 ALPHA語 言 ， 這 種 語 言 雖 然 沒 有 實 際 實 現(xiàn) ， 但 較 有 名 氣

12、 ，INGRES關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 庫 上 使 用 的 QUEL語 言 ， 就 是 在 ALPHA語 言 的 基 礎(chǔ) 上 研 制 的 。v這 里 主 要 介 紹 ALPHA語 言 。 ALPHA語 言v基 本 格 式 是 ： (): 操 作 符 有 GET、 PUT、 HOLD、 UPDATE、 DELETE， DROP等 6條 語 句 。 工 作 空 間 是 指 內(nèi) 存 空 間 ， 通 常 用 W表 示 ， 也 可 以 用 別 的 字 母 表 示 。 工作 空 間 是 用 戶 與 系 統(tǒng) 的 通 信 區(qū) 。 目 標(biāo) 表 用 于 指 定 操 作 （ 如 查 詢 、 更 新 等 ） 出 來 的 結(jié)

13、果 ， 它 可 以 是 關(guān) 系名 或 屬 性 名 ， 一 條 語 句 可 以 同 時 對 多 個 關(guān) 系 或 多 個 屬 性 進(jìn) 行 操 作 。 只 有 滿 足 操 作 條 件 的 元 組 才 能 進(jìn) 行 ， 操 作 操 作 條 件 可 以 為 空 。 除 此 之 外 ， 還 可 以 在 基 本 格 式 上 加 上 排 序 要 求 ， 定 額 要 求 等 。 1） 簡 單 查 詢v 下 面 以 學(xué) 生 課 程 數(shù) 據(jù) 庫 （ P56） 為 例 ， 說 明 ALPHA語 言 的 使 用 。例 1： 查 詢 所 有 學(xué) 生 的 數(shù) 據(jù)GET W (Student) GET語 句 的 作 用 是 把

14、 數(shù) 據(jù) 庫 中 的 數(shù) 據(jù) 讀 入 內(nèi) 存 空 間 W， 目 標(biāo) 表 為 學(xué)生 關(guān) 系 S， 代 表 查 詢 出 來 的 結(jié) 果 ， 即 所 有 的 學(xué) 生 。 冒 號 后 面 的 操 作 條 件 缺 省 ， 表 示 無 條 件 查 詢 。例 2： 查 詢 所 有 被 選 修 的 課 程 號 碼 。GET W (SC.Cno) 目 標(biāo) 表 為 選 課 關(guān) 系 SC中 的 屬 性 CNO， 代 表 所 有 被 選 修 的 課 程 號 碼 , 查 詢 結(jié) 果 自 動 消 去 重 復(fù) 行 。 v 由 冒 號 后 面 的 邏 輯 表 達(dá) 式 給 出 查 詢 條 件 ， 在 表 達(dá) 式 中 可 以 使

15、 用如 下 三 類 運(yùn) 算 符 ： 比 較 運(yùn) 算 符 ： ， ， ， ， =等 于 ， ； 邏 輯 運(yùn) 算 符 ： （ 與 ） , （ 或 ） , （ 非 ） 表 示 執(zhí) 行 次 序 的 括 號 ： （ ）v 其 中 ， 比 較 運(yùn) 算 符 的 優(yōu) 先 級 高 于 邏 輯 運(yùn) 算 符 ， 可 以 使 用 （ ） 改變 它 們 的 優(yōu) 先 級 。2） 條 件 查 詢 例 1： 查 詢 所 有 男 學(xué) 生 的 姓 名 。GET W (Student.Sname) : Student. Ssex = 男 例 2： 查 詢 信 息 系 (IS)中 年 齡 小 于 20歲 的 學(xué) 生 的 學(xué) 號 和

16、年 齡GET W (Student.Sno， Student.Sage): Student.Sdept=IS Student.Sage20例 3： 查 詢 信 息 系 (IS)或 計 算 機(jī) 系 (CS)的 男 學(xué) 生GET W (Student): (Student.Sdept=IS V Student.Sdept=CS) Student. Ssex = 男 3） 排 序 檢 索例 1： 查 詢 S3同 學(xué) 所 選 課 程 號 及 成 績 ， 并 按 成 績 降 序 排 列 。GET W (SC.CNO,SC.SCORE):SC.SNO=S3 DOWN SC.SCORE例 2： 查 詢 計

17、算 機(jī) 科 學(xué) 系 (CS)學(xué) 生 ， 按 年 齡 升 序 排 序GET W (Student):Student.Sdept=CS up Student.Sage DOWN表 示 降 序 ， 后 面 緊 跟 排 序 的 屬 性 名 。 升 序 排 列 時 使 用 UP。 4） 限 額 檢 索例 1： 查 詢 查 詢 一 名 男 同 學(xué) 。GET W (1) (Student) : Student. Ssex = 男 例 2： 查 詢 一 名 男 同 學(xué) 的 教 師 號 和 姓 名 ， 并 使 他 的 年 齡 最 小 。GET W (1) (Student) : Student. Ssex =

18、男 up Student.Sage 所 謂 的 定 額 查 詢 就 是 通 過 在 W后 面 的 括 號 中 加 上 定 額 數(shù) 量 ，限 定 查 詢 出 元 組 的 個 數(shù) 。 這 里 (1)表 示 查 詢 結(jié) 果 中 男 同 學(xué) 的 個 數(shù) ， 取 出 學(xué) 生 表 中 第 一個 男 同 學(xué) 的 學(xué) 號 和 姓 名 。 5） 帶 元 組 變 量 的 查 詢v 元 組 關(guān) 系 演 算 就 是 以 元 組 變 量 作 為 謂 詞 變 元 的 基 本 對 象 ， 元 組 變量 是 在 所 定 義 的 關(guān) 系 范 圍 內(nèi) 變 化 ， 所 以 也 稱 作 范 圍 變 量 Range Variable,

19、一 個 關(guān) 系 可 以 設(shè) 多 個 元 組 變 量 。例 1： 查 詢 S3同 學(xué) 所 選 課 程 號 。RANGE SC XGET W (X.CNO):X.SNO= S3 使 用 RANGE來 說 明 元 組 變 量 ， X為 關(guān) 系 SC上 的 元 組 變 量 。 如 果 關(guān) 系 的 名 字 很 長 ， 使 用 起 來 不 方 便 ， 這 時 可 以 設(shè) 一 個 名 字 較 短的 元 組 變 量 來 代 替 關(guān) 系 名 ， 簡 化 關(guān) 系 名 ， 使 操 作 更 加 方 便 。 例 2： 查 詢 所 有 男 學(xué) 生 的 姓 名 。RANGE Student XGET W (X.Sname)

20、 : X. Ssex = 男 例 3： 查 詢 信 息 系 (IS)中 年 齡 小 于 20歲 的 學(xué) 生 的 學(xué) 號 和 年 齡RANGE Student XGET W (X.Sno， X.Sage): X.Sdept=IS X.Sage， ， 18Student Sno Sname Ssex Sage Sdept P.趙 亦 女 P.趙 亦 18 例 3： 查 詢 年 齡 大 于 18歲 或 者 女 學(xué) 生 的 姓 名 。v在 QBE中 ， 表 示 兩 個 條 件 的 “ 或 ” ， 要 把 兩 個 條 件 寫 在 不同 行 上 ， 且 必 須 使 用 不 同 的 示 例 元 素 。Stu

21、dent Sno Sname Ssex Sage Sdept P.趙 亦 女 P.李 亦 18 例 4： 查 詢 選 修 C1號 課 程 學(xué) 生 的 姓 名 。本 查 詢 涉 及 兩 個 關(guān) 系 ： Student和 SC， 這 兩 個 關(guān) 系 具 有 公共 的 屬 性 Sno， Sno作 為 連 接 屬 性 ， 把 具 有 相 同 的 SNO值 的 兩個 關(guān) 系 連 接 起 來 ， Sno在 兩 個 表 中 的 值 要 相 同 。Student Sno Sname Ssex Sage Sdept S1 P.趙 亦SC Sno Cno Grade S1 C1 例 5： 查 詢 未 選 修 C1

22、號 課 程 學(xué) 生 的 姓 名 。v 查 詢 條 件 中 的 “ 未 選 修 ” 需 使 用 邏 輯 非 來 表 示 。 QBE中 的 邏 輯 非 運(yùn) 算符 為 ， 填 寫 在 關(guān) 系 名 下 方 。v 如 果 S1同 學(xué) 選 修 C1號 課 程 的 情 況 為 假 ， 則 符 合 查 詢 的 條 件 ， 顯 示 S1同 學(xué) 的 學(xué) 號 ， 然 后 再 查 詢 其 他 同 學(xué) 。 Student Sno Sname Ssex Sage Sdept S1 P.趙 亦SC Sno Cno Grade S1 C1 3） 排 序 查 詢例 1： 查 詢 全 體 女 同 學(xué) 的 學(xué) 號 和 姓 名 ，

23、要 求 查 詢 結(jié) 果 按 年 齡降 序 排 列 。v 對 查 詢 結(jié) 果 按 照 某 個 屬 性 值 升 序 排 列 時 ， 則 在 相 應(yīng) 的 屬 性 下 方 填 入“ AO” ， 降 序 排 列 時 ， 填 入 “ DO” 。v 如 果 按 照 多 個 屬 性 值 同 時 排 序 ， 則 用 “ AO(i)” 或 “ DO(i)” 表 示 ， 其中 I為 排 序 的 優(yōu) 先 級 ， I值 越 小 ， 優(yōu) 先 級 越 高 。Student Sno Sname Ssex Sage Sdept P.95001 P.趙 亦 DO v例 2： 查 全 體 男 生 的 姓 名 ， 要 求 查 詢 結(jié)

24、 果 按 所 在 系 升 序 排序 ， 對 相 同 系 的 學(xué) 生 按 年 齡 降 序 排 序 。Student Sno Sname Ssex Sage SdeptP.李 勇 男 DO（ 2） . AO（ 1） . 4） 使 用 聚 集 函 數(shù)v同 ALPHA語 言 類 似 ， QBE語 言 也 提 供 了 一 些 有 關(guān) 運(yùn)算 的 標(biāo) 準(zhǔn) 函 數(shù) ， 以 方 便 用 戶 。函 數(shù) 名 稱 功 能AVG 按 列 計 算 平 均 值SUM 按 列 計 算 值 的 總 和MAX 求 一 列 中 的 最 大 值MIN 求 一 列 中 的 最 小 值 CNT 按 列 值 計 算 元 組 個 數(shù)QBE常

25、 用 的 庫 函 數(shù) 及 其 功 能 v例 1： 求 學(xué) 號 為 S1學(xué) 生 的 平 均 分 。v例 2： 求 信 息 （ IS） 系 學(xué) 生 的 平 均 年 齡 。SC Sno Cno GradeS1 P.AVG.ALLStudent Sno Sname Ssex Sage SdeptS1 P.AVG.ALL 數(shù) 據(jù) 更 新v修 改 ： 修 改 的 命 令 為 U. v插 入 ： 插 入 的 命 令 為 I.v刪 除 ： 刪 除 的 命 令 為 D. 1） 修 改 操 作v例 1： 把 劉 偉 同 學(xué) 轉(zhuǎn) 到 信 息 系 。v例 2： 把 劉 偉 同 學(xué) 年 齡 改 為 18歲 。Stude

26、nt Sno Sname Ssex Sage SdeptU. 劉 偉 ISStudent Sno Sname Ssex Sage Sdept 劉 偉 U.18 例 3： 把 200215121學(xué) 生 的 年 齡 增 加 1歲例 4： 將 所 有 學(xué) 生 年 齡 增 加 1歲Student Sno Sname Ssex Sage SdeptU. 200215121200215121 1717+1Student Sno Sname Ssex Sage SdeptU. 200215121200215121 1818+1 2） 插 入 操 作例 1： 在 SC表 中 插 入 一 條 選 課 記 錄 （

27、 S6， C1）注 意 ： 新 插 入 的 元 組 必 須 具 有 主 碼 值 ， 其 他 屬 性 值 可 以為 空 ， 如 本 例 中 的 Grade為 空 。SC Sno Cno G radeI. S6 C1 3） 刪 除 操 作v例 1： 刪 除 S1同 學(xué) 選 修 C1課 程 的 信 息 。v例 2： 刪 除 刪 除 學(xué) 生 200215089同 學(xué) 的 信 息 。SC Sno Cno G radeD. S1 C1 Student Sno Sname Ssex Sage Sdept D. 200215089 第 二 章 關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 庫 小 結(jié)v關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 關(guān) 系 （ 域

28、 ， 笛 卡 爾 積 ， 關(guān) 系 ） 關(guān) 系 ， 屬 性 ， 元 組 ， 候 選 碼 ， 主 碼 ， 主 屬 性 ， 基 本 關(guān) 系 的 性質(zhì) 關(guān) 系 模 式 ， 關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 庫v關(guān) 系 操 作 查 詢 （ 選 擇 、 投 影 、 連 接 、 除 、 并 、 交 、 差 ） 數(shù) 據(jù) 更 新 （ 插 入 、 刪 除 、 修 改 ） v關(guān) 系 的 完 整 性 約 束 實 體 完 整 性 參 照 完 整 性 （ 外 碼 ） 用 戶 定 義 的 完 整 性v關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 語 言 關(guān) 系 代 數(shù) 語 言 關(guān) 系 演 算 語 言元 組 關(guān) 系 演 算 語 言 ALPHA域 關(guān) 系 演 算 語 言 Q

29、BE 練 習(xí) 題v 例 ： 數(shù) 據(jù) 庫 中 有 三 個 關(guān) 系S(S#,SNAME,AGE,SEX)C(C#,CNAME,TEACHER)SC(S#,C#,GRADE)請 用 ALPHA語 言 、 QBE語 言 完 成 如 下 操 作v 檢 索 學(xué) 習(xí) 課 程 號 為 C2的 學(xué) 生 學(xué) 號 與 成 績v 檢 索 學(xué) 習(xí) 課 程 號 為 C2的 學(xué) 生 學(xué) 號 與 姓 名v 檢 索 選 修 課 程 名 為 Maths的 學(xué) 生 學(xué) 號 與 姓 名v 檢 索 選 修 課 程 號 為 C2或 C4的 學(xué) 生 學(xué) 號 v 檢 索 至 少 選 修 課 程 號 C2和 C4的 學(xué) 生 學(xué) 號v 檢 索 不 學(xué) C2課 的 學(xué) 生 姓 名 與 年 齡