《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理》教案.doc

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)21 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（SQLstructured 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。22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：D1D2. Dn=（d1,d2,dn）diDi,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D1D2. Dn的基數(shù)為m1*m2*mn3） 關(guān)系*定義：D1D2. 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(jiàn)書(shū)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(mén)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)。23關(guān)系完整性1、 實(shí)體完整性要點(diǎn)：主屬性不能取空值?，F(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)*24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(méi)有了相應(yīng)的完整性檢查。24 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(mén)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、SRABa1b1a1b2 SABa1b2a2b21） 并（U）R S= t | tR tS 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 | tR tS 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 | tR tS 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 | trR tsS *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1A2B S課 程數(shù)據(jù)庫(kù)操作系統(tǒng)R S學(xué)號(hào)姓名課程1A數(shù)據(jù)庫(kù)1A操作系統(tǒng)2B數(shù)據(jù)庫(kù)2B操作系統(tǒng)（廣義笛卡兒積與笛卡兒積的比較：）4、 專門(mén)關(guān)系運(yùn)算（運(yùn)算結(jié)果著重掌握語(yǔ)義）1） 選擇F（R）=t| tR 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： sdept=is（student） 例2：sage<20（student） 邏輯表達(dá)式F的基本形式為：X1 Y1 X2 Y2 比較運(yùn)算符，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A(R)=tA| tR 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(jiàn)P48 例3：sname,sdept(student) 例4：sdept(student)注：投影后的重復(fù)行應(yīng)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(yùn)算表達(dá)式AB的元組，A、B分別為R、S上度數(shù)相等且可比的屬性組。例(P50)：R S c<d 等值連接：上述連接的特例，取=自然連接：書(shū)寫(xiě)格式在連接符下不加比較表達(dá)式，比較分量必須是相同的屬性組，連接結(jié)果去掉重復(fù)列。4） 除（）例6：設(shè)關(guān)系R（A，B，C），S（B，C，D），求RS，RS為新關(guān)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(jiàn)書(shū)P51 *象集：關(guān)系R（X，Z），X和Z為屬性組。我們定義，當(dāng)tX=x時(shí)，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(jié)果為新關(guān)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(xué)生sno,cno(student_course) cno(course)例：P51 例7例10假設(shè)學(xué)生課程數(shù)據(jù)庫(kù)中有表：（理解含義） Student（Sno學(xué)號(hào)，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(cuò)誤）例9：查詢至少選修了一門(mén)其直接先行課為6號(hào)課程的學(xué)生姓名1、 先行課為6號(hào)的課程，涉及課程表。P1=cpno=6（coruse）2、 選了上述課程的學(xué)生學(xué)號(hào)P2：P1SC 或sno(P1SC )3、 根據(jù)學(xué)號(hào)求姓名：P2Sno,Sname(Student),投影出Sname例10：查詢選修了全部課程的學(xué)生號(hào)碼和姓名1、 所有課程的課程號(hào)P1：cno(Course )2、 選修了所有課程的學(xué)生號(hào)P2：Sno,Cno(SC)P13、 學(xué)生姓名、學(xué)生號(hào):P2Sno,Sname(Student)2.6關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱關(guān)系系統(tǒng)）1、關(guān)系系統(tǒng)：為支持關(guān)系模型的系統(tǒng)，各種實(shí)際應(yīng)用的關(guān)系系統(tǒng)對(duì)關(guān)系模型的支持程度不同（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操縱、完整性約束）。2、各類關(guān)系系統(tǒng)的分類與定義：1） 表式系統(tǒng)：僅支持關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不支持集合級(jí)操作，實(shí)際上不能算關(guān)系系統(tǒng)。2） （最?。╆P(guān)系系統(tǒng)：支持關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和選擇、投影、連接三種操作。（FoxBASE,FoxPro等）3） 關(guān)系完備系統(tǒng)：支持關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和支持關(guān)系代數(shù)操作（功能上與關(guān)系代數(shù)等價(jià)）。（DB2，ORACLE等）4） 全關(guān)系系統(tǒng)：支持關(guān)系模型的所有特征。到目前為止尚沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)是全關(guān)系系統(tǒng)。DB2，ORACLE接近全關(guān)系目標(biāo)。3、關(guān)系系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)*不同關(guān)系系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)都符合三級(jí)模式結(jié)構(gòu)。*三級(jí)模式：模式表，外模式視圖，內(nèi)模式物理存儲(chǔ)文件*兩級(jí)映象：模式與外模式，模式與內(nèi)模式。映象由關(guān)系系統(tǒng)自動(dòng)提供與維護(hù)。