《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理》教案.doc

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《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理》教案 教學(xué)內(nèi)容 第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù) 教材章節(jié) 教學(xué)周次 2 教學(xué)課時(shí) 6 授課對(duì)象 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)041/042/043/職教041/理工041 教學(xué)環(huán)境 多媒體教室 教學(xué)目標(biāo) 介紹關(guān)系模型的基本概念，即關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作和關(guān)系完整性。結(jié)合第三章的數(shù)據(jù)定義介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)完整性。關(guān)系操作主要介紹關(guān)系代數(shù)。 教學(xué)重點(diǎn) 1、 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：笛卡兒積、關(guān)系、關(guān)系模式、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。 2、 關(guān)系完整性：實(shí)體、參照、用戶自定義。 3、 關(guān)系操作：關(guān)系代數(shù)，重點(diǎn)是投影、選擇、連接、除法操作。 教學(xué)難點(diǎn) 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的型和值；關(guān)系代數(shù)的除法運(yùn)算。 教學(xué)過(guò)程 本章分3次講述，每次2學(xué)時(shí)，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(jié)構(gòu)（笛卡兒積、關(guān)系、關(guān)系模式、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)）。關(guān)系完整性（實(shí)體、參照、用戶自定義）（實(shí)際教學(xué)過(guò)程中將第三章的表定義及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的插入操作部分提前到這里，相當(dāng)于第三章有2學(xué)時(shí)多調(diào)整到了這里）。 第二次：介紹舉例關(guān)系操作的語(yǔ)義（關(guān)系代數(shù)，重點(diǎn)是投影、選擇、連接、除法操作），并介紹相應(yīng)的SQL語(yǔ)句表達(dá)式（實(shí)際教學(xué)過(guò)程相當(dāng)于將第三章的相關(guān)內(nèi)容調(diào)整到了此處介紹）。 第三次：關(guān)系操作舉例，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（重點(diǎn)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(xí)題要求熟練掌握。 備注 本提交文檔內(nèi)容與次序與實(shí)際講課內(nèi)容與次序有不一致的地方。 第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù) 2．1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)概述 1、 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。 2、 關(guān)系模型的組成：關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合、完整性約束條件三部分。 3、 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 表， 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達(dá)豐富的語(yǔ)義，描述現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系（例） 4、 關(guān)系操作 *采用集合操作：操作對(duì)象與操作結(jié)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(dá)能力是關(guān)系操作中的最主要部分 *關(guān)系模型中關(guān)系操作能力的早期抽象表示（即抽象查詢語(yǔ)言，領(lǐng)會(huì)語(yǔ)言的含義）： 1) 關(guān)系代數(shù)語(yǔ)言：用代數(shù)方式表示，即用關(guān)系的運(yùn)算來(lái)表達(dá)查詢要求的方式。 2) 關(guān)系演算語(yǔ)言：用邏輯方式表示，即用謂詞來(lái)表達(dá)查詢要求的方式。 元組關(guān)系演算：謂詞變?cè)幕緦?duì)象是元組變量。 域關(guān)系演算：謂詞變?cè)幕緦?duì)象為域變量。 3) 關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算（元組關(guān)系演算、域關(guān)系演算）三種語(yǔ)言在表達(dá)能力上是等價(jià)的。 *早期抽象查詢語(yǔ)言（關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算語(yǔ)言）的作用 作為評(píng)估實(shí)際系統(tǒng)中查詢語(yǔ)言能力的標(biāo)準(zhǔn)。與具體DBMS實(shí)現(xiàn)的實(shí)際語(yǔ)言不完全一樣（提供許多附加功能，如集函數(shù)、關(guān)系賦值、算術(shù)運(yùn)算等） *關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言（SQL—structured query language結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)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(yǔ)言。 具有關(guān)系代數(shù)與關(guān)系演算雙重特點(diǎn)的語(yǔ)言。 5、 完整性約束 *允許定義三類完整性：實(shí)體完整性、參照完整性、用戶自定義完整性。 *關(guān)系系統(tǒng)自動(dòng)支持的完整性：實(shí)體完整性、參照完整性。 2．2關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（關(guān)系、關(guān)系模式、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)） 1、 關(guān)系 例1：有表結(jié)構(gòu)（關(guān)系模式）：學(xué)生（學(xué)號(hào)、性別） 如果，學(xué)號(hào)為子界類型 D1=[1..100], 性別為枚舉類型D2=（男，女）， 學(xué)生表的最大取值(最大表)：100*2=200個(gè)元組 例2：有表結(jié)構(gòu)：學(xué)生（學(xué)號(hào)、姓名、性別、系別、年齡、籍貫） 每個(gè)列的類型：integer,char(8),bolean,char(8),integer,char(10) 最大表元組數(shù)： 實(shí)際應(yīng)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(guān)連 2） 笛卡兒積（本質(zhì)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(gè)元素（d1,d2,…,dn）叫作一個(gè)n元組，或簡(jiǎn)稱為元組。 元素中的每一個(gè)值di叫作一個(gè)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(guān)系 *定義：D1╳D2╳…. ╳Dn的子集叫作在域D1，D2，….，Dn上的關(guān)系，用 R（D1，D2，….，Dn）表示。R表示關(guān)系的名字，n是關(guān)系的目或度 n=1單元關(guān)系 n=2二元關(guān)系 關(guān)系為笛卡兒積的子集，表行——元組，表列——屬性（n目關(guān)系有n個(gè)屬性）。 *侯選碼：若關(guān)系中某一屬性組的值能唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)元組，則稱該屬性組為侯選碼 *主碼：若一個(gè)關(guān)系中有多個(gè)侯選碼，則選其中一個(gè)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(guān)系的所有屬性組 *關(guān)系的三種類型：基本表（實(shí)際存在表）、查詢表（查詢結(jié)果）、視圖表（虛表由基本表與其他試圖表導(dǎo)出） *基本關(guān)系具有6條性質(zhì)：（見書P40） 2、 關(guān)系模式 *定義：關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式。它可形式化地表示為R（U，D，DOM，F(xiàn)）。 R為關(guān)系名 U組成該關(guān)系的屬性名集合 D屬性組所來(lái)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(guān)系集合（第四章專門討論） *關(guān)系模式通常簡(jiǎn)記為R（U）或R（A1，A2，…，An），域名及屬性向域的映象常常直接說(shuō)明為屬性的類型、長(zhǎng)度 *型與值：模式是型，關(guān)系（表）是模式的值 3、 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù) 含義：在一個(gè)給定的現(xiàn)實(shí)世界的領(lǐng)域中，相應(yīng)于所有實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系的關(guān)系的集合構(gòu)成一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的型和值：型即關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模式，是對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)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(guān)系模式。關(guān)系模式的值也稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，是這些關(guān)系模式在某一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的關(guān)系的集合。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模式與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)通常稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。 2．3關(guān)系完整性 1、 實(shí)體完整性 要點(diǎn)：主屬性不能取空值。 現(xiàn)實(shí)世界的語(yǔ)義要求：一個(gè)基本關(guān)系通常對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)實(shí)體集，現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體是可以區(qū)分的，即它們具有某種唯一標(biāo)識(shí)，在關(guān)系模型中以主碼作為唯一標(biāo)識(shí)。 2、 參照完整性 *關(guān)系與關(guān)系之間存在著引用關(guān)系：因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體之間存在某種聯(lián)系，而關(guān)系模型中實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來(lái)描述的。 *舉例： * 要點(diǎn)： *外碼——基本關(guān)系R的非碼屬性（組）F與基本關(guān)系S的主碼Ks相對(duì)應(yīng)，則屬性（組）F為R的外碼。 *參照關(guān)系——R *被參照關(guān)系——S *參照完整性規(guī)則——基本關(guān)系R的外碼F與基本關(guān)系S的主碼Ks相對(duì)應(yīng)，則R上的每個(gè)元組在F上的取值要求：或者取空值；或者等于S中的某個(gè)元組的主碼值。 3、 用戶自定義完整性 *反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語(yǔ)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(shí)現(xiàn)完整性約束規(guī)則（作問(wèn)題處理） 1、 在表中定義完整性規(guī)則 2、 在對(duì)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)自動(dòng)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(dāng)check功能），在前端進(jìn)行合法性檢查。即在輸入數(shù)據(jù)時(shí)一定程度上過(guò)濾了不合法的數(shù)據(jù)。相同的檢查在數(shù)據(jù)庫(kù)表中可以不需要再定義。 **在前端一已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的完整性約束，在數(shù)據(jù)庫(kù)表中是否可以不需要再定義？回答否，因?yàn)椋绮煌ㄟ^(guò)應(yīng)用程序直接通過(guò)工具操作數(shù)據(jù)庫(kù)表時(shí)，就沒有了相應(yīng)的完整性檢查。 2．4 關(guān)系代數(shù) 1、 何為關(guān)系代數(shù)：是抽象的查詢語(yǔ)言，它用關(guān)系運(yùn)算來(lái)表達(dá)查詢。主要研究關(guān)系（表）運(yùn)算，運(yùn)算對(duì)象是關(guān)系，運(yùn)算結(jié)果也是關(guān)系。 2、 關(guān)系運(yùn)算分兩類： 1） 傳統(tǒng)的集合運(yùn)算：并、交、差、廣義笛卡爾積。運(yùn)算只涉及行，將關(guān)系看成是行（元組）的集合，。 2） 專門的關(guān)系運(yùn)算：選擇、投影、連接、除。運(yùn)算既涉及行也涉及列。 3、 傳統(tǒng)的集合運(yùn)算（著重掌握語(yǔ)義） 設(shè)關(guān)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?qū)儆赟的元組組成。兩集合元組并在一起，去掉重復(fù)元組。 關(guān)系R、S要求具有相同的目n（都具有n個(gè)屬性），相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)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(guān)系R、S要求具有相同的目n（都具有n個(gè)屬性），相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)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(guān)系R、S要求具有相同的目n（都具有n個(gè)屬性），相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域（同類型數(shù)據(jù)） 4） 廣義笛卡爾積 R ╳ S={trts | tr∈R ∧ ts∈S} *關(guān)系R、S分別為m、n目k1、k2個(gè)元組，結(jié)果為m+n目，元組個(gè)數(shù)為k1*k2個(gè)。 例： R 學(xué)號(hào) 姓名 1 A 2 B S 課 程 數(shù)據(jù)庫(kù) 操作系統(tǒng) R╳ S 學(xué)號(hào) 姓名 課程 1 A 數(shù)據(jù)庫(kù) 1 A 操作系統(tǒng) 2 B 數(shù)據(jù)庫(kù) 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(guān)系運(yùn)算（運(yùn)算結(jié)果著重掌握語(yǔ)義） 1） 選擇 σF（R）={t| t∈R ∧F(t)=“T”} 選擇關(guān)系R中滿足邏輯表達(dá)式F為真的元組。 P48 例1、查詢信息系的全體學(xué)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(dá)式F的基本形式為：X1 θ Y1[φ X2 θ Y2]… θ比較運(yùn)算符，φ邏輯運(yùn)算符﹁∧∨，Xi、Yi屬性名或常量名或簡(jiǎn)單函數(shù)。 2） 投影 ПA(R)={t[A]| t∈R } A為R中的屬性列 例3：學(xué)生關(guān)系在姓名和系兩個(gè)屬性上的投影。例4：在學(xué)生關(guān)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(fù)行應(yīng)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(yùn)算表達(dá)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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