數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理教學教案第四章

1、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理課件第四章演示文稿第1頁，共69頁。優(yōu)選數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理課件第四章第2頁，共69頁?？己酥R點和考核要求4.1關系代數(shù)4.1.1關系代數(shù)的五個基本操作（并、差、笛卡兒積、投影、選 擇）(綜合運用)4.1.2關系代數(shù)的四個組合操作(交、連接、自然連接、除法) （綜合運用）4.1.3關系代數(shù)表達式的應用（綜合運用）4.1.4關系代數(shù)的兩個擴充操作（外連接、外部并）（領會）4.2關系演算4.2.1元組關系演算的定義及表達式的含義(簡單應用)4.2.2域關系演算的定義及表達式的含義(領會)4.2.3關系運算的安全約束和等價性(領會)4.3關系代數(shù)表達式的優(yōu)化(領會) 第3頁，共69頁。關系

2、模型有三個重要組成部分：）數(shù)據(jù)結構 數(shù)據(jù)庫中全部數(shù)據(jù)及其相互聯(lián)系都被組織成“關系”的形式。關系模型基本的數(shù)據(jù)結構是關系。）數(shù)據(jù)操縱 關系模型提供一組完備的高級關系運算，以支持對數(shù)據(jù)庫的各種操作，關系運算分為關系代數(shù)和關系演算兩類。）數(shù)據(jù)完整性規(guī)則 數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)必須滿足實體完整性，參照完整性和用戶定義的完整性等三類完整性規(guī)則。第4頁，共69頁。關系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)操縱語言（DML）的語句分為：查詢語句和更新語句兩大類。關系查詢語言根據(jù)其理論基礎的不同分成兩類：）關系代數(shù)語言：查詢操作是以集合操作為基礎的運算；）關系演算語言：查詢操作是以謂詞演算為基礎的運算。第5頁，共69頁。關系代數(shù)運算的三個要素：

3、運算對象：關系運算結果：關系運算符：四類第6頁，共69頁。集合運算符將關系看成元組的集合運算是從關系的“水平”方向即行的角度來進行專門的關系運算符不僅涉及行而且涉及列算術比較符輔助專門的關系運算符進行操作邏輯運算符輔助專門的關系運算符進行操作第7頁，共69頁。4.1 關系代數(shù) 傳統(tǒng)的集合運算 專門的關系運算1.關系關系代數(shù)的五個基本操作：并、差、笛卡爾積、投影和選擇。它們組成了關系代數(shù)完備的操作集。 2.關系代數(shù)的四個組合操作：交、聯(lián)接、自然聯(lián)接和除法。第8頁，共69頁。傳統(tǒng)的集合運算并差交廣義笛卡爾積除第9頁，共69頁。1. 并（Union）R和S具有相同的目n（即兩個關系都有n個屬性）相應

4、的屬性取自同一個域RS 仍為n目關系，由屬于R或屬于S的元組組成 RS = t|t Rt S 第10頁，共69頁。并ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b1c1a1b2c2a1b3c2a2b2c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSRS 第11頁，共69頁。2. 差（Difference）R和S具有相同的目n相應的屬性取自同一個域R - S 仍為n目關系，由屬于R而不屬于S的所有元組組成 R -S = t|tRtS 第12頁，共69頁。差ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b1c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSR-S 第13頁，共69頁

5、。3. 交（Intersection）R和S具有相同的目n相應的屬性取自同一個域RS仍為n目關系，由既屬于R又屬于S的元組組成 RS = t|t Rt S RS = R (R-S）第14頁，共69頁。交ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b2c2a2b2c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSR S 第15頁，共69頁。4. 廣義笛卡爾積（Extended Cartesian Product）Rn目關系，k1個元組Sm目關系，k2個元組RS 列：（n+m）列的元組的集合元組的前n列是關系R的一個元組后m列是關系S的一個元組行：k1k2個元組RS = tr ts |tr

6、 R tsS 第16頁，共69頁。廣義笛卡爾積ABCa1b1c1a1b2c2a2b2c1ABCa1b1c1a1b1c1a1b1c1a1b2c2a1b2c2a1b2c2a2b2c1a2b2c1a2b2c1ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1RSR S ABCa1b2c2a1b3c2a2b2c1a1b2c2a1b3c2a2b2c1a1b2c2a1b3c2a2b2c1第17頁，共69頁。2.4.2 專門的關系運算選擇投影連接第18頁，共69頁。案例學 號Sno姓 名Sname性 別Ssex年 齡Sage所 在 系Sdept95001李勇男20CS95002劉晨女19IS95003王敏女18MA

7、95004張立男19IS(a) Student學生-課程數(shù)據(jù)庫: 學生關系Student、課程關系Course和選修關系SC第19頁，共69頁。(b)Course課程號課程名先行課學分CnoCnameCpnoCcredit1數(shù)據(jù)庫542數(shù)學23信息系統(tǒng)144操作系統(tǒng)635數(shù)據(jù)結構746數(shù)據(jù)處理27PASCAL語言64第20頁，共69頁。(c)SC學 號課 程 號成 績SnoCnoGrade9500119295001285950013889500229095002380第21頁，共69頁。1. 選擇（Selection） 1) 選擇又稱為限制（Restriction）2) 選擇運算符的含義在關系

8、R中選擇滿足給定條件的諸元組 F(R) = t|tRF(t)= 真F：選擇條件，是一個邏輯表達式，基本形式為：X1Y1 第22頁，共69頁。選擇（續(xù)）3) 選擇運算是從行的角度進行的運算 第23頁，共69頁。選擇（續(xù)）例1 查詢信息系（IS系）全體學生 Sdept = IS (Student)或 5 =IS (Student)結果： SnoSnameSsexSageSdept95002劉晨女19IS95004張立男19IS第24頁，共69頁。選擇（續(xù)）例2 查詢年齡小于20歲的學生 Sage 20(Student) 或 4 2ABC456789 t | t R tS 第59頁，共69頁。ABC

9、123346t|（u）（S（t）R（u）t3u1）R.BS.CR.A534837867897 t |（u）（v）（R（u） S（v）u1v2t1=u2t2=v3t3=u1） 第60頁，共69頁。域關系演算域關系演算的查詢表達式為： |(x1,x2,xn)， 其中x1,x2,xn代表域變量，代表演算公式，是由關系、域變量、常量及運算符組成的公式。域關系演算的結果是符合給定條件的域變量值序列的集合，也就是一個關系。 域關系演算以元組變量的分量，即域變量，作為謂詞變元的基本對象。 第61頁，共69頁。域關系演算域關系演算的結果是符合給定條件的域變量值序列的集合，也就是一個關系。 域關系演算以元組變量

10、的分量，即域變量，作為謂詞變元的基本對象。 第62頁，共69頁。域關系演算域演算的原子公式有以下兩種形式： R(x1xk)，R是k元關系，每個xi是常量或域變量。xy，其中x，y是常量或域變量，但至少有一個是域變量，是算術比較運算符。 第63頁，共69頁。ABC123456789ABC123346569RSABC456R1=x y z |R(xyz) x3ABC123456789346R2=xyz| R(xyz) S(xyz) y=4)DE7548WBDA574877847R3=xyz| (u) (v)(R(xyz) w(yv) uv)第64頁，共69頁。表達式的安全性元組關系演算有可能會產(chǎn)生

11、無限關系，這樣的表達式是不安全的。如t | R(t)，表示所有不在R中的元組的集合，這是一個無限關系。我們必須采取措施，防止無限關系和無窮驗證的出現(xiàn)。在數(shù)據(jù)庫技術中，不產(chǎn)生無限關系和無窮驗證的運算稱為安全運算，相應的表達式稱為安全表達式，所采取的措施稱為安全約束。 在關系演算中，我們約定，運算只對表達式中公式涉及到的關系值范圍內(nèi)操作，這樣就不會產(chǎn)生無限關系和無窮驗證問題，關系演算是安全的。第65頁，共69頁。ABA1B1A1B2A2B3dom(t R) = A1 , A2 , B1 , B2 , B3ABA1B3A2B1A2B2R t |(t R) 第66頁，共69頁。4.3關系代數(shù)表達式的優(yōu)化問題目的在關系代數(shù)中找一種好的操作步驟，既省空間，查詢效率又比較高。在關系代數(shù)中，笛卡兒積和聯(lián)結運算是最費時間和空間的，在關系很大的時候，必須要考慮怎樣做才能合理的安排，做到省時省力。第67頁，共69頁。舉例：設關系R和S都是二元關系，屬性名分別是A、B和C、D。那么如下查詢：E1=A（B=C D=99（R S）也可以是 E2=A（B=C（ R D=99（ S）或E3=A（R D=99（ S） 如何安排選擇、投影和連接的順序是一個很重要的問題。B=C第