关系数据库——关系数据语言

关系

域：一组具有相同数据类型的值的集合（即取值范围）
笛卡尔积：域上的一种集合运算。结果为一个集合，集合的每一个元素是一个元组，元组的每一个分量来自不同的域。
基数：一个域允许的不同取值个数。
笛卡尔积的基数：每个域不同取值的个数的乘积，或者说元组的个数
关系：域的笛卡尔积的子集叫做在域上的关系，域的个数叫做关系的目或度。（即列数，属性的数目），注意广义上的笛卡尔积一般不能称为关系，因为存在无效的数据。
关系：表

列：属性

行：元组
候选码：某一属性组的值能唯一地标示一个元组，而其子集不能，则称该属性组为候选码
主属性：候选码中的属性都称为主属性，注意：主属性非空。
非主属性：候选码之外的属性称为非主属性
全码：关系模式的所有属性是这个关系模式的候选码
主码：从候选码中选取一组能唯一确定一个元组的属性组作为主码。
三类关系：

1）基本关系：实际存在的表，是实际存储数据的逻辑表示

2）查询表：查询结果对应的表

3）视图表：由基本表或其他视图表导出的表，是虚表，不对应实际存储的数据。

注意：关系数据模型中的关系必须是有限集合。

关系的每一个列必须附加一个属性名，属性名不能重名，这种方法取消了关系属性的有序性。
① 列是同质的（Homogeneous）：每一列中的分量来自同一个域，是同一类型的数据

② 不同的列可出自同一个域
- 其中的每一列称为一个属性
- 不同的属性要给予不同的属性名
③ 列的顺序无所谓, 列的次序可以任意交换

④ 任意两个元组的候选码不能相同：相同就不是候选码了

⑤ 行的顺序无所谓，行的次序可以任意交换

⑥ 分量必须取原子值（不允许表中套表）

关系模式

关系模式：对关系的描述，是静态的、稳定的
关系：是关系模式在某一时刻的状态或内容，是动态的、随时间不断变化的，指后边的那个关系
关系模式的形式化表示：

//关系模式
R(U, D, DOM, F)
R       关系名
U       组成该关系的属性名集合
D       属性组U中属性所来自的域
DOM     属性向域的映象集合
F       属性间的数据依赖关系集合//可以简记为
R (U)    或    R (A1，A2，…，An)
R: 关系名
A1，A2，…，An  : 属性名
注：域名及属性向域的映象常常直接说明为属性的类型、长度

关系数据库

在一个给定的应用领域中，所有关系的集合构成一个关系数据库
关系数据库的型与值，不是关系的型与值

1）关系数据库的型也称关系数据库模式，是对关系数据库的描述

2）关系数据库的值是关系模式在某一时刻对应的关系的集合，简称为关系数据库

基本的关系操作

常用的基本操作：

**查询：**选择、投影、连接、除、并、交、差

**数据更新：**插入、删除、修改
**5种基本操作：**选择、投影、并、差、笛卡尔积 注意：不算交
关系操作的特点：

集合操作方式：操作的对象和结果都是集合，一次一集合的方式，操作对象是集合，操作结果亦为集合。

关系的完整性

实体完整性（即主属性非空）

若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值

参照完整性

关系间的引用：关系与关系之间存在着联系
外码：设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的主码，Ks是基本关系S的主码。如果F与Ks相对应，则称F是基本关系R的外码，外码所在的基本关系叫做参照关系，Ks所在的关系叫做被参照关系。

注：

1）R、S不一定是不同的关系。

2）目标关系S的主码Ks 和参照关系的外码F必须定义在同一个（或一组）域上

3）外码并不一定要与相应的主码同名，当外码与相应的主码属于不同关系时，往往取相同的名字，以便于识别

4）外码的取值：如果外码是参照关系的主属性，则不能为空（实体完整性），只能为被参照关系中主码的取值。如果外码不是参照关系的主属性，则可以取空或者被参照关系主码的取值
两个不变性：指实体完整性和参照完整性

用户定义完整性

针对某一具体关系数据库的约束条件，反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求
关系模型应提供定义和检验这类完整性的机制，以便用统一的系统的方法处理它们，而不要由应用程序承担这一功能

关系代数

传统的集合运算

传统的关系运算：

并、交、差、笛卡尔积

操作对象关系：

操作方式：同数学中的并、交、差、笛卡尔积。只不过操作对象的元素是元组。另外需要注意能进行运算所需要满足的条件。

对于并、交、差需要满足的关系：1）属性的数目相同；2）相应的属性取自同一个域

专门的关系运算

常见的关系运算有选择、投影、连接、除

选择：

在关系R中选择满足给定条件的诸元组。

表达式：$\sigma_F(R) = {t | t \in R \and F(t) = ''true''}$

F：为选择条件，是一个逻辑表达式，基本形式为：$X_1 \theta Y_1$，其中$\theta$为大于、小于、等于、不等于等。

举例：

选择：$\sigma_{Sdept = "IS"}(Student)$

投影：

从R中选择出若干属性列组成新的关系

表达式：$\prod_{A} (R)= {t[A] | t\in R}$

A为属性列，即从R中选择A中属性列的元组，当然选择之后可能会删掉一些元组，因为避免重复。

举例：还是上方的关系，经过投影$\prod_{Sname, Sdept}(Student)$，结果如下：

连接

1）**一般连接：**从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组

（1）表达式：$R\bowtie_ {A \theta B} S = {t_r^ \frown t_s | t_r \in R \and t_s \in S \and t_r[A] \theta t_s[B] }$

（2）A和B：分别为R和S上度数相等且可比的属性组

（3）$\theta$表示比较运算符，

（4）连接运算从R和S的广义笛卡尔积R×S中选取（R关系）在A属性组上的值与（S关系）在B属性组上值满足比较关系θ的元组

2）**等值连接：**当上述的运算符为等于号的时候

（1）含义：从关系R与S的广义笛卡尔积中选取A、B属性值相等的那些元组，即等值连接为：

（2）表达式：$R\bowtie_ {A = B} S = {t_r^ \frown t_s | t_r \in R \and t_s \in S \and t_r[A] = t_s[B] }$

（3）仍然是从行的角度进行运算，而不涉及列

（4）属性组可以不同

3）**自然连接：**一种特殊的等值连接

（1）与等值连接的不同：两个关系R和S必须具有相同的属性组

（2）将结果中相同的属性列去掉

（3）表达式：$R\bowtie S = {t_r^ \frown t_s | t_r \in R \and t_s \in S \and t_r[A] = t_s[B] }$

4）由自然连接所引发的一系列问题：

（1）悬浮元组：在做自然连接的时候被舍弃的元组

（2）外连接：如果把舍弃的元组也保存在结果关系中，而在其他属性上填空值(Null)，这种连接就叫做外连接，外连接 = 左外连接 + 右外连接

（3）左外连接：如果只把左边关系R中要舍弃的元组保留就叫做左外连接

（4）右外连接：如果只把右边关系S中要舍弃的元组保留就叫做右外连接

除

1）除运算的意义：

（1）假设关系R，S，RS，R关系拥有的属性是姓名，S关系拥有的属性是课程，RS关系拥有的属性是姓名和课程的联系，则RS/S表示选出所有至少选了表S中所列课程的学生的元组。

（2）如下图：

注：RS/S得到的关系：张三和李四构成的表，表示选修了全部课程的同学的集合。

举例：

R：

A	B	C
a1	b1	c2
a2	b3	c7
a3	b4	c6
a1	b2	c3
a4	b6	c6
a2	b2	c3
a1	b2	c1

B	C	D
b1	c2	d1
b2	c1	d1
b2	c3	d2

R÷S

A
a1

(1) 找S与R的共同属性，即公式中的Y属性

(2)计算R中每个X属性的象集，如果某个象集包含S在Y属性上的投影，则该属为R/S结果中的一个值。

解答如下：

在关系R中，A可以取四个值{a1,a2,a3,a4}，其中：

a1的象集为：{（b1,c2），（b2,c3），（b2,c1）}

a2的象集为：{（b3,c7），（b2,c3）}

a3的象集为：{（b4,c6）}

a4的象集为：{（b6,c6）}

S在（B,C）上的投影为{(b1,c2),(b2,c3),(b2,c1)}。

显然只有R的象集a1包含S在（B,C）属性组上的投影，所以R÷S={a1}。

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