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数据库系统概论基础5 关系数据结构及关系的完整性

3522人浏览 / 0人评论 / | 作者:因情语写  | 分类: 数据库系统概论  | 标签: 数据库系统概论  | 

作者:因情语写

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    关系数据库 

    关系数据库简介

  • IBM公司的E.F.Codd于1970年提出关系数据模型E.F.Codd, “A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks”, 《Communication of the ACM》 ,1970
  • 之后, 提出了关系代数和关系演算的概念

    1.1 关系模型(关系数据结构)

    单一的数据结构----关系
    现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示

    关系数据结构

    学生

    域(Domain)

域是一组具有相同数据类型的值的集合。 例:

  • 整数
  • 实数
  • 介于某个取值范围的整数
  • 指定长度的字符串集合
  • {‘男’, ‘女’}
  • ……………..

    笛卡尔积(Cartesian Product)

    域的笛卡尔积空间
    给定一组域D1, D2, …, Dn, 允许其中某些域是相同的。
    D1, D2, …, Dn的笛卡尔积空间为:
    D1×D2×…×Dn =
    {(d1, d2, …, dn) |di∈Di, i=1, 2, …, n}

  • 所有域取值的任意组合
  • 笛卡尔积可以看着是关系的“域” 。

     基数(Cardinal number)

  • 若Di(i=1, 2, …, n) 为有限集, 其基数为mi(i=1, 2, …,n) , 则D1×D2×…×Dn的基数M为:

    笛卡尔积的表示方法

  • 笛卡尔积可表示为一张二维表
  • 表中的每行对应一个元组, 表中的每列对应一个域

    例如, 给出3个域:

  • D1=导师集合SUPERVISOR={张清玫, 刘逸}
  • D2=专业集合SPECIALITY={计算机专业, 信息专业}
  • D3=研究生集合POSTGRADUATE={李勇, 刘晨, 王敏}
  • D1, D2, D3的笛卡尔积为

    D1×D2×D3={
    (张清玫,计算机专业,李勇), (张清玫,计算机专业,刘晨),
    (张清玫,计算机专业,王敏), (张清玫,信息专业,李勇),
    (张清玫,信息专业,刘晨), (张清玫,信息专业,王敏),
    (刘逸,计算机专业,李勇), (刘逸,计算机专业,刘晨),
    (刘逸,计算机专业,王敏), (刘逸,信息专业,李勇),
    (刘逸,信息专业,刘晨), (刘逸,信息专业,王敏) }
    基数为2×2×3=12

    1. 关系(Relation)

    (1) 关系
    D1×D2×…×Dn的子集叫作在域D1, D2, …, Dn上的关系, 表示为
    R(D1, D2, …, Dn)

  • R: 关系名
  • n: 关系的目或度(Degree)

    (2) 元组
    关系中的每个元素(d1, d2, …, dn) 叫作一个n元组(n-tuple)或简称元组, 通常用 t 表示。
    (3) 属性

  • 关系中不同列称为属性(Attribute) , 每个属性有一个名字
  • n目关系必有n个属性

     (4) 码

  • 候选码(Candidate key)

    若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组,则称该属性组为候选码
    简单的情况:候选码只包含一个属性

  • 全码(All-key)

    最极端的情况:关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码,称为全码(All-key)

  • 主码

    若一个关系有多个候选码,则选定其中一个为主码(Primary key)

  • 主属性

    候选码的诸属性称为主属性(Prime attribute)
    不包含在任何侯选码中的属性称为非主属性(Non-Prime attribute)或非码属性(Non-key attribute)

    (5) 单元关系与二元关系
    当n=1时, 称该关系为单元关系(Unary relation)或一元关系
    当n=2时, 称该关系为二元关系(Binary relation)

    (6) 基本关系的性质
    ① 列是同质的(Homogeneous),即来自同一个属性
    ② 不同的列可出自同一个域
    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
    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

    ⑥ 分量必须取原子值
    这是规范条件中最基本的一条

    D1, D2, …, Dn的笛卡尔积的某个子集才有实际含义
    例:表2.1 的笛卡尔积没有实际意义
    取出有实际意义的元组来构造关系
    关系: SAP(SUPERVISOR, SPECIALITY, POSTGRADUATE)
    假设:导师与专业: n:1, 导师与研究生: 1:n
    主码: POSTGRADUATE(假设研究生不会重名)

    1.2 关系模式

    1. 什么是关系模式?
    2.如何定义关系模式?
    3. 关系模式与关系的关系

    1.什么是关系模式

    关系模式(Relation Schema) 是型、 关系是值
    关系模式是对关系的描述
    元组集合的结构

  • 属性构成
  • 属性来自的域
  • 属性与域之间的映象关系

    完整性约束条件

    2.定义关系模式

    关系模式可以形式化地表示为:
    R(U, D, DOM, F)
    R 关系名
    U 组成该关系的属性名集合
    D U中属性所来自的域
    DOM 属性向域的映象集合
    F 属性间数据的依赖关系的集合

    关系模式通常可以简记为
    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

    3. 关系模式与关系的“关系”

    “型” 与“值” 的关系

  • 关系模式:是对关系的描述, 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

    关系模式和关系往往笼统称为关系
    通过上下文加以区别

    1.3 关系数据库

  • 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

    关系数据库的型: 关系数据库模式, 是对关系数据库的描述
    关系数据库的值: 关系模式在某一时刻对应的关系的集合,通常称为关系数据库

    关系模型(关系完整性约束)

    关系的三类完整性约束

  • 实体完整性和参照完整性

    关系模型必须满足的完整性约束条件称为关系的两个不变性, 应该由关系系统自动支持

  • 用户定义的完整性

    应用领域需要遵循的约束条件, 体现了具体领域中的语义约束

    1 实体完整性

  • 实体完整性(Entity Integrity)

    关系的主属性不能取空值
    空值就是“不知道” 或“不存在” 或“无意义” 的值
    例:
        选修(学号, 课程号, 成绩)
    “学号、 课程号” 为主码
    “学号” 和“课程号” 两个属性都不能取空值

  • 说明

    (1) 实体完整性规则是针对基本关系而言的。
    一个基本表通常对应现实世界的一个实体集。
    (2) 现实世界中的实体是可区分的, 即它们具有某种唯一性标识。
    (3) 关系模型中以主码作为唯一性标识。
    (4) 主码中的属性即主属性不能取空值。
    主属性取空值, 就说明存在某个不可标识的实体, 即存在不可区分的实体, 这与第(2) 点相矛盾, 因此这个规则称为实体完整性

    2 参照完整性

    1. 关系间的引用

  • 在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的,自然存在着关系与关系间的引用。

  • 学生关系引用了专业关系的主码“专业号”。
  • 学生关系中的“专业号”值必须是确实存在的专业的专业号

 

    2.外码(Foreign Key)

  • 设F是基本关系R的一个或一组属性, 但不是关系R的码。

    如果F与基本关系S的主码Ks相对应, 则称F是R的外码

  • 基本关系R称为参照关系(Referencing Relation)
  • 基本关系S称为被参照关系(Referenced Relation)或目标关系(Target Relation)

    [例2.1]中学生关系的“专业号”与专业关系的主码“专业号”相对应

  • “专业号”属性是学生关系的外码
  • 专业关系是被参照关系,学生关系为参照关系

 

    [例2.2]中
    选修关系的“学号” 与学生关系的主码“学号”相对应
    选修关系的“课程号”与课程关系的主码“课程号”相对应

  • “学号”和“课程号”是选修关系的外码
  • 学生关系和课程关系均为被参照关系
  • 选修关系为参照关系

 

    [例2.3]中“班长”与本身的主码“学号”相对应

  • “班长”是外码
  • 学生关系既是参照关系也是被参照关系

 

  • 关系R和S不一定是不同的关系
  • 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
  • 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

    3. 参照完整性规则

    参照完整性规则
    若属性(或属性组) F是基本关系R的外码它与基本关系S的主码Ks相对应(基本关系R和S不一定是不同的关系) ,则对于R中每个元组在F上的值必须为:

  • 或者取空值(F的每个属性值均为空值)
  • 或者等于S中某个元组的主码值

    [例2.1]中
    学生关系中每个元组的“专业号” 属性只取两类值:
    (1) 空值, 表示尚未给该学生分配专业
    (2) 非空值, 这时该值必须是专业关系中某个元组的“专业号” 值, 表示该学生不可能分配一个不存在的专业

    [例2.2] 中
    选修(学号课程号,成绩)
    “学号”和“课程号”可能的取值 :
    (1)选修关系中的主属性,不能取空值
    (2)只能取相应被参照关系中已经存在的主码值

    [例2.3] 中
    学生(学号,姓名,性别,专业号,年龄, 班长
    “班长”属性值可以取两类值:
    (1)空值,表示该学生所在班级尚未选出班长
    (2)非空值,该值必须是本关系中某个元组的学号值

    3 用户定义的完整性

  • 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, 而不需由应用程序承担这一功能

    例:
    课程(课程号, 课程名, 学分)
    “课程号” 属性必须取唯一值
    非主属性“课程名” 也不能取空值
    “学分” 属性只能取值{1, 2, 3, 4}


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