第2章关模型和关系运算理论-2012

第2章 关系模型和关系运算理 论

本章重要概念(一)(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，ER模 型到关系模型的转换规则，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。

本章重要概念(二)(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。

本章概要

本章先介绍关系模型的基本概念；然后介绍关 系运算的三种理论：关系代数、关系演算和关 系逻辑。

关系模型和关系运算理

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

关系模型的基本概念 关系代数 关系演算 关系代数表达式的优化 关系逻辑

2.1 关系模型的基本概念

2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7

基本术语 关系的定义和性质 关系模型的三类完整性规则 ER模型向关系模型的转换规则 关系模型的三级体系结构 关系模型的形式定义和优点 关系查询语言和关系运算返 回

基本术语(1)

定义2.1 用二维表格表示实体集，用关键码进行数据导 航的数据模型称为关系模型(relational Model)。这里 数据导航(data navigation)是指从已知数据查找未知数 据的过程和方法。工 号 4001 4002 4124 5018 姓 名 zhang li liu wang 年 龄 50 40 35 25 性 别 M F M M 工 资 2000 1500 2000 1000

图2.1 职工登记表

基本术语(2)

在关系模型中，字段称为属性，字段值称为属性值， 记录类型称为关系模式。在图2.2中，关系模式名是R。 记 录 称 为 元 组 ( tuple ) , 元 组 的 集 合 称 为 关 系 (relation)或实例(instance)。一般用大写字母A、 B、C、… 表示单个属性，用大写字母 …、X、Y、Z表 示属性集，用小写字母表示属性值，有时也习惯称呼关 系为表或表格，元组为行(row),属性为列(column)。 关系中属性个数称为“元数”(arity),元组个数为 “基数”(cardinality)。

基本术语(3)

关系元数为5,基数为4一般术语 字段、数据项 关系模型术语 属性 关系模式

R

A a1 a2 a3 a4

B b1 b2 b3 b4

C c1 c2 c3 c4

D d1 d2 d3 d4

E e1 e2 e3 e4

记录类型

记录1记录2 记录3 记录4

元组1元组2 元组3 元组4

字段值

属性值

图2.2 关系模型的术语

基本术语(4) 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)超建(super Key) (2)候选键(candidate Key) (3)主键(primary Key) 在图2.1中，

(工号，姓名) 是模式的一个超键，但不是候选键，而(工号)是候选 键。在实际使用中，如果选择(工号)作为删除或查找 元组的标志，那么称(工号)是主键。 (4)外键(foreign Key)返 回

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。 在关系模型中，对关系作了下列规范性限制： (1)关系中每一个属性值都是不可分解的； (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； (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。

返 回

关系模型的三类完整性规则(1) 实体完整性规则(entity integrity rule)要求关系中元组在组成主键的属性上不能有空值。如果出 现空值，那么主键值就起不了惟一标织元组的作用。

关系模型的三类完整性规则 (2)参照完整性规则(reference integrity rule) 定义2.3 参照完整性规则的形式定义如下： 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。 这条规则的实质是“不允许引用不存在的实体”。 在上述形式定义中，关系模式R1的关系称为“参照关 系”,关系模式R2的关系称为“依赖关系”。“主表” 和“副表”,“父表”和“子表”。

关系模型的三类完整性规则 (3)例2.1 下面各种情况说明了参照完整性规则在关系中如 何实现的。 ① 在关系数据库中有下列两个关系模式： S(S#,SNAME,AGE,SEX) SC(S#,C#,GRADE) 这里带下划线者为主键，带波浪线者为外键。据规则 要求关系SC中的S# 值应该在关系S中出现。如果关系SC 中有一个元组(S7,C4,80),而学号S7却在关系S中找 不到，那么我们就认为在关系SC中引用了一个不存在的 学生实体，这就违反了参照完整性规则。 另外，在关系SC中S# 不仅是外键，也是主键的一部分， 因此这里S# 值不允许空。

关系模型的三类完整性规则 (4)② 设工厂数据库中有两个关系模式： DEPT(D#,DNAME) EMP(E#,ENAME,SALARY,D# ) 车间模式DEPT的属性为车间编号、车间名，职工模式 EMP的属性为工号、姓名、工资、所在车间的编号。每 个模式的主键与外键已标出。在EMP中，由于D# 不在主 键中，因此D# 值允许空。

关系模型的三类完整性规则 (5)③ 设课程之间有先修、后继联系。模式如下： R(C# ,CNAME,PC# ) 其属性表示课程号、课程名、先修课的课程号。如果 规定，每门课程的直接先修课只有一门，那么模式R的 主键是C#,外键是PC#.。这里参照

完整性在一个模式中 实现。即每门课程的直接先修课必须在关系中出现。