《數據庫系統(tǒng)原理》教案.doc

數據庫系統(tǒng)原理教案教學內容第二章 關系數據庫教材章節(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，即關系模型的數據結構、關系操作和關系完整性。結合第三章的數據定義介紹數據結構與數據完整性。關系操作主要介紹關系代數。教學重點1、 數據結構：笛卡兒積、關系、關系模式、關系數據庫。2、 關系完整性：實體、參照、用戶自定義。3、 關系操作：關系代數，重點是投影、選擇、連接、除法操作。教學難點關系數據庫的型和值；關系代數的除法運算。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容介紹如下：第一次：介紹數據結構（笛卡兒積、關系、關系模式、關系數據庫）。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據庫的插入操作部分提前到這里，相當于第三章有2學時多調整到了這里）。第二次：介紹舉例關系操作的語義（關系代數，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容調整到了此處介紹）。第三次：關系操作舉例，關系數據庫管理系統(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。備注本提交文檔內容與次序與實際講課內容與次序有不一致的地方。第二章 關系數據庫21 關系數據庫概述1、 關系數據庫系統(tǒng)：支持關系模型的數據庫系統(tǒng)。2、 關系模型的組成：關系數據結構、關系操作集合、完整性約束條件三部分。3、 關系數據結構表，特點：簡單的數據結構表達豐富的語義，描述現實世界的實體以及實體間的聯系（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) 關系代數語言：用代數方式表示，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、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、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實現的實際語言不完全一樣（提供許多附加功能，如集函數、關系賦值、算術運算等）*關系數據庫的標準語言（SQLstructured query language結構化查詢語言）是集數據查詢、DDL數據定義、DML數據操縱、DCL數據控制于一體的語言。具有關系代數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。22關系數據結構（關系、關系模式、關系數據庫）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：實際應用中的具體表：最大表的有意義的子集1） 域：是一組具有相同數據類型值的集合。表中的每列都與一域（表的數據類型）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：D1D2. Dn=（d1,d2,dn）diDi,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，其基數為mi(i=1,2,n)，則D1D2. Dn的基數為m1*m2*mn3） 關系*定義：D1D2. 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）。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屬性間數據的依賴關系集合（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、 關系數據庫含義：在一個給定的現實世界的領域中，相應于所有實體及實體之間的聯系的關系的集合構成一個關系數據庫。關系數據庫的型和值：型即關系數據庫模式，是對關系數據庫的描述，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據庫，是這些關系模式在某一時刻對應的關系的集合。關系數據庫模式與關系數據庫通常稱為關系數據庫。23關系完整性1、 實體完整性要點：主屬性不能取空值?，F實世界的語義要求：一個基本關系通常對應現實世界的一個實體集，現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：因為現實世界的實體之間存在某種聯系，而關系模型中實體及實體間的聯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據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)*24如何實現完整性約束規(guī)則（作問題處理）1、 在表中定義完整性規(guī)則2、 在對表中的數據進行更新操作時，數據庫管理系統(tǒng)自動的檢查完整性規(guī)則，將表中的數據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。即在輸入數據時一定程度上過濾了不合法的數據。相同的檢查在數據庫表中可以不需要再定義。*在前端一已經實現的完整性約束，在數據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據庫表時，就沒有了相應的完整性檢查。24 關系代數1、 何為關系代數：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、SRABa1b1a1b2 SABa1b2a2b21） 并（U）R S= t | tR tS 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（同類型數據）2） 差（）R S= t | tR tS 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（同類型數據）3） 交（）R S= t | tR tS 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（同類型數據）4） 廣義笛卡爾積R S=trts | trR tsS *關系R、S分別為m、n目k1、k2個元組，結果為m+n目，元組個數為k1*k2個。例：R學號姓名1A2B S課 程數據庫操作系統(tǒng)R S學號姓名課程1A數據庫1A操作系統(tǒng)2B數據庫2B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F（R）=t| tR 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： sdept=is（student） 例2：sage20（student） 邏輯表達式F的基本形式為：X1 Y1 X2 Y2 比較運算符，邏輯運算符，Xi、Yi屬性名或常量名或簡單函數。2） 投影A(R)=tA| tR 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：sname,sdept(student) 例4：sdept(student)注：投影后的重復行應該消除 3） 連接R S=trts | trR tsS trA tsB AB從廣義笛卡爾積R S中選擇滿足比較運算表達式AB的元組，A、B分別為R、S上度數相等且可比的屬性組。例(P50)：R S cd 等值連接：上述連接的特例，取=自然連接：書寫格式在連接符下不加比較表達式，比較分量必須是相同的屬性組，連接結果去掉重復列。4） 除（）例6：設關系R（A，B，C），S（B，C，D），求RS，RS為新關系P（A），P是R中滿足下列條件的元組在A屬性列上的投影：元組在A上分量值a的象集BCa包含S在BC上投影的集合。見書P51 *象集：關系R（X，Z），X和Z為屬性組。我們定義，當tX=x時，x在R中的象集為：Zx=tZ| tR ,tX=x表示R中屬性組X上值為x的諸元素在Z 上分量的集合。*RS：R（X，Y），S（Y，Z），其中X，Y，Z為屬性組R（X，Y）X=A，Y=BCS（Y，Z）Y=BC，Z=DRS的結果為新關系P（X），P是R中滿足下列條件的元組在X屬性列上的投影：元組在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。 R S = trX| trR y(S) 包含于trX的象集例：至少選修了課程表中所有課程的學生sno,cno(student_course) cno(course)例：P51 例7例10假設學生課程數據庫中有表：（理解含義） Student（Sno學號，sname姓名，sex性別，age年齡，sdept所在系）， Course（Cno,Cname,Cpno,Ccredit）， SC(Sno,Cno,Grade)例8：（錯誤）例9：查詢至少選修了一門其直接先行課為6號課程的學生姓名1、 先行課為6號的課程，涉及課程表。P1=cpno=6（coruse）2、 選了上述課程的學生學號P2：P1SC 或sno(P1SC )3、 根據學號求姓名：P2Sno,Sname(Student),投影出Sname例10：查詢選修了全部課程的學生號碼和姓名1、 所有課程的課程號P1：cno(Course )2、 選修了所有課程的學生號P2：Sno,Cno(SC)P13、 學生姓名、學生號:P2Sno,Sname(Student)2.6關系數據庫管理系統(tǒng)（簡稱關系系統(tǒng)）1、關系系統(tǒng)：為支持關系模型的系統(tǒng)，各種實際應用的關系系統(tǒng)對關系模型的支持程度不同（數據結構、數據操縱、完整性約束）。2、各類關系系統(tǒng)的分類與定義：1） 表式系統(tǒng)：僅支持關系數據結構，不支持集合級操作，實際上不能