数据库概论课堂笔记-03 关系数据库系统

最新推荐文章于 2025-05-22 16:41:47 发布

Eyja

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文章标签：数据库笔记

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本文介绍关系数据库系统，阐述其优点，如数据结构简单、用户使用方便等。还提及衡量准则，包括初期六条准则和1985年的12条严格标准，并据此对产品分类。重点讲解关系代数，涵盖名词术语、关系操作及用关系代数表示关系的方法。

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第三讲拖的时间有点久了，主要是国庆没啥斗志。但这章的内容很重要，关系代数的运算算是一个大重点了，虽然相关概念因为之前自学过sql所以都懂，但是用数学公式表示仍然很有难度。、

老师还专门整了一个额外课件讲关系代数的例题，但是没有整理到这里面来。之后我啃明白了看看能不能单独写一篇。

03 关系数据库系统

1 关系数据库系统的优点

2 关系数据库系统衡量准则

初期的‘六条准则’（1974年IFIP会议）

完全关系型的12条严格标准（1985年）

依据上述衡量准则对关系数据库产品的类别划分

03 关系数据库系统

关系数据库系统就是基于关系模型的数据库系统。70年代末以后所问世的数据库产品大多为关系模型，并且取代了其它数据库系统而成为主流。关系数据库的崛起与它明显的优越性有关。

1 关系数据库系统的优点

数据结构简单：

关系数据库使用统一的二维表作为存储结构，不存在复杂的内部连接关系。
用户使用方便：

不涉及系统的内部物理结构；所用数据语言均为非过程性语言，操作简单。
功能强：

模型的表达能力强；可方便地修改数据间关系；以及路径选择的灵活性、存储结构的简单性等。
数据独立性高：

关系数据库的组织、使用不涉及物理存储因素和过程性因素，所以数据的物理独立性很高。
理论基础深
可移植性好
标准化程度高

数据子语言SQL具有统一标准
分布式功能

Client/Server分离；分布式数据库
开放性

通过提供各种网络环境下的数据访问接口实现系统的开放性

2 关系数据库系统衡量准则

初期的‘六条准则’（1974年IFIP会议）

提供高度的数据独立性
提供严格的数据视图
- 视图是一种虚拟的关系，可由用户通过数据库中的基本关系导出，可直观理解为一张”虚拟的表“，其中的数据由用户对原始表数据筛选而来。
减轻DBA的工作
- DBA是数据库管理员的意思
建立理论基础
事务管理与文件管理相结合
操作对象是记录集合，而不是单个记录

完全关系型的12条严格标准（1985年）

信息准则

关系数据库的所有信息都应能在逻辑一级唯一地用‘表’中的值显式表示；数据库的结构描述信息也应在逻辑上组织成关系形式
确保访问准则

应能保证用逻辑方式依靠表名、关键字值与列名的组合来访问数据库中每一个原子数据
空值的关系处理准则

系统应该有处理空值的能力。定义空值的比较运算，含有空值的表达式计算，含有空值成员的集合上的统计运算等。
基于资源管理的动态联机目录

‘数据库的描述信息’与‘用户数据’具有相同的表示形式与操作方式。被授权用户可以采用同样的方式对‘数据库的描述信息’进行查询与扩充。
统一易用的数据子语言
视图更新准则
高级的插入、删除及修改操作
物理数据独立性
逻辑数据独立性
数据完整性原则
分布独立性
无损害原则

如果某关系数据库管理系统允许使用每次处理一个元组的低级语言，则此种使用不能损害数据完整性准则。

依据上述衡量准则对关系数据库产品的类别划分

基于上面的12条标准，关系数据库产品可分为三类：

半关系型系统：满足12条中的少量要求
基本关系型系统：满足12条中的大部分要求
完全关系型系统：严格符合全部12条要求

3 关系模型数学理论——关系代数（重点）

3.1 名词术语解释

二维表（简称表）的组成有表框架和元组。

表框架(Frame)由个命名的属性组成。每个属性有一个取值范围，即值域。
被称为表的元数（n元表）。

元组：

在表框架中可按行存放数据，其中的每行数据被称为元组。
一个元组由n个分量组成，它们对应着表框架中的属性。
一个表框架可以存放m个元组，m被称为表的基数。

键：

在二维表中能够唯一最小标识元组的属性集称为该表的键，或“关键字”。
在键中可选中一个键，称为“主键”，其余为“候选键”。

外键：

如果表A中的属性集F是表B的键，则F为表A的“外键”。
其中，表A称为“引用表”，表B为“被引用表”。
表A和表B可以是一个表。

3.2 关系上的操作

关系模型上的数据查询操作可分为四类：增、删、改、查。

数据查询：
- 单张表的数据查询：行选择（选择满足某些逻辑条件的元组）--列指定（指定关系中的一些属性）
- 两张表的~：先将两种表合并为一张，再同单张表一样进行查询。
- 多张表的~：将多张表两两合并整合成一张大表，再进行查询。我对这部分持保留意见
数据删除：
- 数据删除的基本单位是元组。确定被删除的元组的方式可以参照数据查询中确定元组的方式。
- 一次删除只能删除一个关系内的元组（就是只能在一张表内删）。
数据插入：在指定关系中插入一个或多个新的元组。同样一次插入操作只能向一个关系中新增元组。
数据修改：在一个关系中修改指定元组的某些列上的值。
- 数据修改操作的具体实现方式是先删除要修改的元组，再插入修改后的新元组。

3.3 用关系代数表示关系

表的表示方式

有一个二维表，其数据如下：

sno	name	dept
1	张三	数学
2	李颖	英语
3	王华	语文

上述关系可表示为下面的集合：S={(1,张三,数学),(2,李颖,英语),(3,王华,语文)}

关系运算的表示

并操作： $R \cup S$ （这里R和S都是集合，下同）
交运算： $R \cap S$
差运算： $R-S$
投影运算：设关系R有n个属性 $A_1,A_2,..,A_n$ ，在其中选取m个属性 $B_1,B_2,...,B_m$ 的投影运算表示为 $\Pi_{B_1,b_2,...,B_m}(R),B_i\in \{A_1,A_2,...,A_n\}.$
- 直观理解：运算结果是从R中选择出了这m列。
选择运算： $\sigma_F(R)$ ，其中F是条件，由若干基本逻辑条件经逻辑运算符( $\and, \or$ )组合成
- 例如：查询‘人事档案’表E中‘年龄’小于或等于20岁的女职工
- 写法： $\sigma_{年龄\leq20\and性别=‘女’}(E)$
可以结合投影和选择运算来实现单张表的查询操作，形如： $\Pi_A(\sigma_F(R))$ 。
- 可以简写为： $\Pi_{A}\sigma_{F}(R)$ 。未加括号时，运算顺序为从右到左。
笛卡尔乘积运算： $R\times S$
除运算： $R\div S$

结果元组为关系S的所有元组在关系R中所对应的同一个值。看图理解可能更直观：
联接运算： $R \bowtie_F S$ （原本F应该写在符号正下方的，打不出来了）

F表示连接条件。从关系R和S中分别任取一个元组r和s，如果它们满足联接条件F，则将r和s合并构成结果关系T中的一个元组。且有以下推导公式：
- 自然联接运算：不写联接条件F，直接写 $R \bowtie S$ 就是自然联接运算。这时，联接条件就是R和S中的公共属性完全相同。下面是一个例子：
此外还有外联接、左外联接、右外联接。（TODO：这部分PPT没详写，之后得自己补上）