《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理》教案.doc
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《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理》教案 教學內(nèi)容 第二章 關系數(shù)據(jù)庫 教材章節(jié) 教學周次 2 教學課時 6 授課對象 計算機科學技術041/042/043/職教041/理工041 教學環(huán)境 多媒體教室 教學目標 介紹關系模型的基本概念，即關系模型的數(shù)據(jù)結構、關系操作和關系完整性。結合第三章的數(shù)據(jù)定義介紹數(shù)據(jù)結構與數(shù)據(jù)完整性。關系操作主要介紹關系代數(shù)。 教學重點 1、 數(shù)據(jù)結構：笛卡兒積、關系、關系模式、關系數(shù)據(jù)庫。 2、 關系完整性：實體、參照、用戶自定義。 3、 關系操作：關系代數(shù)，重點是投影、選擇、連接、除法操作。 教學難點 關系數(shù)據(jù)庫的型和值；關系代數(shù)的除法運算。 教學過程 本章分3次講述，每次2學時，每次主要講述以下內(nèi)容介紹如下： 第一次：介紹數(shù)據(jù)結構（笛卡兒積、關系、關系模式、關系數(shù)據(jù)庫）。關系完整性（實體、參照、用戶自定義）（實際教學過程中將第三章的表定義及對數(shù)據(jù)庫的插入操作部分提前到這里，相當于第三章有2學時多調(diào)整到了這里）。 第二次：介紹舉例關系操作的語義（關系代數(shù)，重點是投影、選擇、連接、除法操作），并介紹相應的SQL語句表達式（實際教學過程相當于將第三章的相關內(nèi)容調(diào)整到了此處介紹）。 第三次：關系操作舉例，關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（重點講述各類系統(tǒng)支持模型的程度）。 作業(yè)與要求 P64第2、3、4、5、7、8六題。本章的習題要求熟練掌握。 備注 本提交文檔內(nèi)容與次序與實際講課內(nèi)容與次序有不一致的地方。 第二章 關系數(shù)據(jù)庫 2．1 關系數(shù)據(jù)庫概述 1、 關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：支持關系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 2、 關系模型的組成：關系數(shù)據(jù)結構、關系操作集合、完整性約束條件三部分。 3、 關系數(shù)據(jù)結構 表， 特點：簡單的數(shù)據(jù)結構表達豐富的語義，描述現(xiàn)實世界的實體以及實體間的聯(lián)系（例） 4、 關系操作 *采用集合操作：操作對象與操作結果為集合， *常用的操作 **查詢：選擇、投影、連接、除、并、交、差等；更新：增、刪、改 **查詢的表達能力是關系操作中的最主要部分 *關系模型中關系操作能力的早期抽象表示（即抽象查詢語言，領會語言的含義）： 1) 關系代數(shù)語言：用代數(shù)方式表示，即用關系的運算來表達查詢要求的方式。 2) 關系演算語言：用邏輯方式表示，即用謂詞來表達查詢要求的方式。 元組關系演算：謂詞變元的基本對象是元組變量。 域關系演算：謂詞變元的基本對象為域變量。 3) 關系代數(shù)、關系演算（元組關系演算、域關系演算）三種語言在表達能力上是等價的。 *早期抽象查詢語言（關系代數(shù)、關系演算語言）的作用 作為評估實際系統(tǒng)中查詢語言能力的標準。與具體DBMS實現(xiàn)的實際語言不完全一樣（提供許多附加功能，如集函數(shù)、關系賦值、算術運算等） *關系數(shù)據(jù)庫的標準語言（SQL—structured query language結構化查詢語言） 是集數(shù)據(jù)查詢、DDL數(shù)據(jù)定義、DML數(shù)據(jù)操縱、DCL數(shù)據(jù)控制于一體的語言。 具有關系代數(shù)與關系演算雙重特點的語言。 5、 完整性約束 *允許定義三類完整性：實體完整性、參照完整性、用戶自定義完整性。 *關系系統(tǒng)自動支持的完整性：實體完整性、參照完整性。 2．2關系數(shù)據(jù)結構（關系、關系模式、關系數(shù)據(jù)庫） 1、 關系 例1：有表結構（關系模式）：學生（學號、性別） 如果，學號為子界類型 D1=[1..100], 性別為枚舉類型D2=（男，女）， 學生表的最大取值(最大表)：100*2=200個元組 例2：有表結構：學生（學號、姓名、性別、系別、年齡、籍貫） 每個列的類型：integer,char(8),bolean,char(8),integer,char(10) 最大表元組數(shù)： 實際應用中的具體表：最大表的有意義的子集 1） 域：是一組具有相同數(shù)據(jù)類型值的集合。 表中的每列都與一域（表的數(shù)據(jù)類型）相關連 2） 笛卡兒積（本質上為最大元組表） *定義：給定一組域D1，D2，….，Dn，這些域可以完全不同，也可以部分或全部相同。D1，D2，….，Dn的笛卡兒積為： D1╳D2╳…. ╳Dn={（d1,d2,…,dn）∣di∈Di,i=1,2,…,n} 其中每一個元素（d1,d2,…,dn）叫作一個n元組，或簡稱為元組。 元素中的每一個值di叫作一個分量。 *若Di（i=1,2,…,n）為有限集，其基數(shù)為mi(i=1,2,…,n)，則 D1╳D2╳…. ╳Dn的基數(shù)為m1*m2*……*mn 3） 關系 *定義：D1╳D2╳…. ╳Dn的子集叫作在域D1，D2，….，Dn上的關系，用 R（D1，D2，….，Dn）表示。R表示關系的名字，n是關系的目或度 n=1單元關系 n=2二元關系 關系為笛卡兒積的子集，表行——元組，表列——屬性（n目關系有n個屬性）。 *侯選碼：若關系中某一屬性組的值能唯一標識一個元組，則稱該屬性組為侯選碼 *主碼：若一個關系中有多個侯選碼，則選其中一個作為主碼。 *主屬性：主碼的諸屬性 *非碼屬性：不包含在任何侯選碼中的屬性 *全碼：侯選碼為關系的所有屬性組 *關系的三種類型：基本表（實際存在表）、查詢表（查詢結果）、視圖表（虛表由基本表與其他試圖表導出） *基本關系具有6條性質：（見書P40） 2、 關系模式 *定義：關系的描述稱為關系模式。它可形式化地表示為R（U，D，DOM，F(xiàn)）。 R為關系名 U組成該關系的屬性名集合 D屬性組所來自的域 DOM屬性向域的映象集合 F屬性間數(shù)據(jù)的依賴關系集合（第四章專門討論） *關系模式通常簡記為R（U）或R（A1，A2，…，An），域名及屬性向域的映象常常直接說明為屬性的類型、長度 *型與值：模式是型，關系（表）是模式的值 3、 關系數(shù)據(jù)庫 含義：在一個給定的現(xiàn)實世界的領域中，相應于所有實體及實體之間的聯(lián)系的關系的集合構成一個關系數(shù)據(jù)庫。 關系數(shù)據(jù)庫的型和值：型即關系數(shù)據(jù)庫模式，是對關系數(shù)據(jù)庫的描述，它包括若干域的定義以及在這些域上定義的若干關系模式。關系模式的值也稱為關系數(shù)據(jù)庫，是這些關系模式在某一時刻對應的關系的集合。關系數(shù)據(jù)庫模式與關系數(shù)據(jù)庫通常稱為關系數(shù)據(jù)庫。 2．3關系完整性 1、 實體完整性 要點：主屬性不能取空值。 現(xiàn)實世界的語義要求：一個基本關系通常對應現(xiàn)實世界的一個實體集，現(xiàn)實世界的實體是可以區(qū)分的，即它們具有某種唯一標識，在關系模型中以主碼作為唯一標識。 2、 參照完整性 *關系與關系之間存在著引用關系：因為現(xiàn)實世界的實體之間存在某種聯(lián)系，而關系模型中實體及實體間的聯(lián)系都是用關系來描述的。 *舉例： * 要點： *外碼——基本關系R的非碼屬性（組）F與基本關系S的主碼Ks相對應，則屬性（組）F為R的外碼。 *參照關系——R *被參照關系——S *參照完整性規(guī)則——基本關系R的外碼F與基本關系S的主碼Ks相對應，則R上的每個元組在F上的取值要求：或者取空值；或者等于S中的某個元組的主碼值。 3、 用戶自定義完整性 *反映某一具體應用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。 *通常有三類：非空約束（not null）、唯一約束(unique)、檢查約束(check) *2．4如何實現(xiàn)完整性約束規(guī)則（作問題處理） 1、 在表中定義完整性規(guī)則 2、 在對表中的數(shù)據(jù)進行更新操作時，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)自動的檢查完整性規(guī)則，將表中的數(shù)據(jù)約束在用戶期望的范圍中。 *PB提供了一定的前端約束檢查功能 **在前端定義約束規(guī)則（相當check功能），在前端進行合法性檢查。即在輸入數(shù)據(jù)時一定程度上過濾了不合法的數(shù)據(jù)。相同的檢查在數(shù)據(jù)庫表中可以不需要再定義。 **在前端一已經(jīng)實現(xiàn)的完整性約束，在數(shù)據(jù)庫表中是否可以不需要再定義？回答否，因為，如不通過應用程序直接通過工具操作數(shù)據(jù)庫表時，就沒有了相應的完整性檢查。 2．4 關系代數(shù) 1、 何為關系代數(shù)：是抽象的查詢語言，它用關系運算來表達查詢。主要研究關系（表）運算，運算對象是關系，運算結果也是關系。 2、 關系運算分兩類： 1） 傳統(tǒng)的集合運算：并、交、差、廣義笛卡爾積。運算只涉及行，將關系看成是行（元組）的集合，。 2） 專門的關系運算：選擇、投影、連接、除。運算既涉及行也涉及列。 3、 傳統(tǒng)的集合運算（著重掌握語義） 設關系R、S R A B a1 b1 a1 b2 S A B a1 b2 a2 b2 1） 并（U） R ∪ S={ t | t∈R ∨ t∈S } 并由屬于R或屬于S的元組組成。兩集合元組并在一起，去掉重復元組。 關系R、S要求具有相同的目n（都具有n個屬性），相應的屬性取自同一個域（同類型數(shù)據(jù)） 2） 差（—） R — S={ t | t∈R ∧﹁t∈S } 差由屬于R并不屬于S的元組組成。 關系R、S要求具有相同的目n（都具有n個屬性），相應的屬性取自同一個域（同類型數(shù)據(jù)） 3） 交（∩） R ∩ S={ t | t∈R ∧ t∈S } 由屬于R且屬于S的元組組成。 關系R、S要求具有相同的目n（都具有n個屬性），相應的屬性取自同一個域（同類型數(shù)據(jù)） 4） 廣義笛卡爾積 R ╳ S={trts | tr∈R ∧ ts∈S} *關系R、S分別為m、n目k1、k2個元組，結果為m+n目，元組個數(shù)為k1*k2個。 例： R 學號 姓名 1 A 2 B S 課 程 數(shù)據(jù)庫 操作系統(tǒng) R╳ S 學號 姓名 課程 1 A 數(shù)據(jù)庫 1 A 操作系統(tǒng) 2 B 數(shù)據(jù)庫 2 B 操作系統(tǒng) （廣義笛卡兒積與笛卡兒積的比較：） 4、 專門關系運算（運算結果著重掌握語義） 1） 選擇 σF（R）={t| t∈R ∧F(t)=“T”} 選擇關系R中滿足邏輯表達式F為真的元組。 P48 例1、查詢信息系的全體學生 例2、查詢年齡小于20的元組 例1： σsdept=is（student） 例2：σsage<20（student） 邏輯表達式F的基本形式為：X1 θ Y1[φ X2 θ Y2]… θ比較運算符，φ邏輯運算符﹁∧∨，Xi、Yi屬性名或常量名或簡單函數(shù)。 2） 投影 ПA(R)={t[A]| t∈R } A為R中的屬性列 例3：學生關系在姓名和系兩個屬性上的投影。例4：在學生關系中有那些系 表見P48 例3：Пsname,sdept(student) 例4：Пsdept(student) 注：投影后的重復行應該消除 3） 連接∞ R ∞ S={trts | tr∈R ∧ ts∈S ∧ tr[A] θ ts[B] } AθB 從廣義笛卡爾積R ╳ S中選擇滿足比較運算表達式AθB的元組，A、B分別為R、S上度數(shù)相等且可比的屬性組。 例５(P50)：R ∞ S c
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