全国计算机三级数据库考点分析之数据库系统基本原理[2]

考点12关系数据模型

关系模型由关系数据结构、关系 *** 作集合和关系完整性约束3部分组成。

1关系数据结构

关系模型中的数据结构非常单一。实体及实体间的联系都用关系表示，一个关系就是一张二维表，是关系模型中数据的逻辑结构。

2关系 *** 作集合

关系模型中的关系 *** 作的理论依据为关系代数和关系演算。

关系模型中常用的关系 *** 作包括：选择(select)、投影(project)、连接(join)、除(divide)、并(union)交(intersection)和差(difference)等，以及查询(query) *** 作和增(insert)、删(delete)、改(update) *** 作两大部分。查询的表达能力是其中最主要的部分。

关系数据语言可以分为如下3类：关系代数语言、关系演算语言(包括元组关系演算语言和域关系演算语言)及具有关系代数和关系演算双重特点的语言。

3关系的完整性约束

数据库的数据完整性是指数据库中数据的正确性和相容性，那是一种语义概念，包括两个方面：与现实世界中应用需求的数据的相容性和正确性数据库内数据之间的相容性和正确性。

关系模型中有3类完整性约束：实体完整性、参照完整性和用户自定义的完整性。

45关系模型的数据结构

考点13关系模型的数据结构和基本术语

(1)关系( Relation) ;关系是个元素个数为K(K,1 )的元组集合。一个关系对应一个二维表，二维表名就是关系名。

(2)属性(Attribute)和值域(Domain)：二维表中的列(字段)，称为属性，属性的个数称为关系的元数，列的值称为属性值．属性值的取值范围称为值域

(3)关系模式(Relation Schema)：关系的描述称为关系模式。

(4)元组(Tuple)：二维表中的行(记录的值)称为一个元组。关系模式和元组的集合通称为关系。

(5)候选码(Candidate Key)或候选键：如果在一个关系中，存在多个属性(或属性集合)都能用来标识该关系的元组，这些属性(或属性集合)都称为该关系的候选码或候选键。而包含在任何一个候选码中的属性称为主属性或码属性，相反，不包含的为非主属性或非码属性。关系模式的所有数据组是这个关系模式的候选码，称为全码。

(6)主码(Primary Key)或主键：在一个关系的若十个候选码中指定一个用来标识该关系的元组，这个的码称为该关系的主码或主键。

(7)外码(Foreign Key)或外键：当关系中的某个属性(或属性组)不是该关系的主码或只是主码的一部分，但却是另一个关系的主码时，称该属性(或属性组)为这个关系的外码。

(8)参照关系(Referencing Relation)与被参照关系( Referenced Relation)：它们是指与外码相关联的两个关系。以外码作为主码的关系称为参照关系；外码所在的关系称为被参照关系或目标关系。

(9)分量(Component)：元组中的一个属性值。

(10)主属性(Primary Attribute)和非主属性(Nonprimary Attribute)：关系中包含在任何一个候选码中的属性称为主属性或码属性，不包含在任何一个候选码中的属性称为非主属性或非码属性。

考点14关系的形式定义和关系数据库对关系的限定

1关系的形式定义

关系从数学的观点来定义有以下两种解释。

(1)集合论观点：即前面所述，关系是一个元素个数为K(K,1)的元组集合。

(2)值域的观点：关系是属性值域笛卡儿积的一个子集。

2关系数据犀对关系的限定

当关系作为关系数据模型的数据结构时，关系数据库对关系有如下的限制。

(1)列是同质的．即每一列中的分量是同一类型的数据，来自同一个域。

(2)不同的列可以出自同一个域，称其中的每一列为一个属性，不同的属性要给予不同的属性名。

(3)列的顺序无关紧要，即列的次序可以任意交换。

(4)任意两个元组不能完全相同。

(5)行的顺序无关紧要，即行的次序可以任意交换。

(6)每一个属性是不可分解的这是关系数据库对关系的最基本的一条限定。分量必须取原子值，即每一个分量都必须是不可拆分的数据项。

46关系模型的完整性约束

考点15数据完整性规则的分类

关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条件。关系模型中可以有3类完整性约束：实体完整性、参照完整性和用户自定义的完整性。其中实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，被称为两个不变性、应该由关系系统自动支持。

1实体完整性规则

实体完整性规则：若属性“是基本关系“的主属性，则属性A不能取空。实体完整性关系的所有主属性都不能取空值，而不仅是主码整体不能取空值。说明实体完整性规则应包括如下几个方面：

(1)实体完整性规则是针对基本关系而言的。一个关系(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，即它们具有某种性标识。

(3)相应地，关系模型中以主码作为标识。

(4)主码中的属性即主属性不能取空值。所谓空值就是“不知道”或“不确定”的值。

2参照完整性规则

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：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。

3用户有定义的完整性

用户定义的完整性通常是定义对关系中除外码与主码属性之外的其他属性取值的约束，即对其他属性值域的约束，也称为域完整性规则，包括数据类型、精度、取值范围、是否允许空值等。

47关系代数

考点16传统集合运算

传统的集合运算包括并、交、差和广义笛卡儿积4种运算。

1并(union)

设关系R和关系S具有相同的目n(即都有n个属性)，且相应的属性取自同一个域，则关系R与S的并是由属于R或属于S的元组组成的，结果仍为n目关系，记做：

RUS＝｛t／t∈R∨t∈S｝，t是元组变量。

2差(difference)

设关系R和关系S具有相同的目n，且相应的属性取自同一个域，则关系R与关系S的差是由属于R而不属于S的所有元组组成的，结果仍为n目关系，记做：

R－S={t／t∈R∧t￠S},t是元组变量

3交(intersection)

设关系R和关系S具有相同的目n，且相应的属性取自同一个域，则关系R与关系S的交是由既属于R而不属于S的所有元组组成的，结果仍为n目关系，记做：

R∩S=｛t|t∈R∧t∈S｝t ER八：ES｝,t是元组变量。

显然R自s＝R一(R一s)。

4广义笛卡儿积(Extended Cartesian Product)

设关系R和s的元数分别是厂和，，定义R和s的笛卡儿积是一个(r+s)元元组的集合，每一个元组的前r个分量来自R的一个元组，后s个分量来自S的一个元组。若R有m个元组，S有n个元组，则关系R 和S的广义笛卡儿积有m ×n个元组，记做：

R×S＝｛t|t=＜t¬¬¬¬r ,ts＞∧t¬¬¬¬r ∈ts∈S

考点17专门的关系运算

专门的关系运算包括：对单个关系进行垂直分解(投影 *** 作)或水平分解(选择 *** 作)和对多个关系进行结合(连接 *** 作)等。

1选择(selection)

选择又称为限制，是在关系R中选择满足给定条件的各元组，记做：

(R)={t|t∈R∧F(t=′真′)}，其中F表示选择条件，是一个逻辑表达式。

选择运算实际上是从关系R中选取使逻辑表达式F为真的元组。这是从行的角度进行的运算。

2投影(projection)

关系R上的投影是从R中选择出若干属性列组成新的关系，记做：

二1(R、＝｛t［A〕I t ER｛,A为R的属性列。

投影 *** 作实际上是从关系中选取某些列，即从列的角度进行的运算。

3连接(join )

连接是从两个关联的笛卡儿积中选取属性间满足一定条件的元组。

连接运算中有两种最为重要也是常用的连接，一种是等值连接( equi - join)，一种是自然连接(naturaljoin)自然连接是构造新关系的有效方法。一般，自然连接使用在两个关系有公共属性的情况中。

4除(di%-ision)

给定关系R(X，州和别Y, Z)，其中X，Y, Z为属性组。R中的Y与S中的Y可以有不同的属性名，但必须出自相同的域集R与S的除运算得到一个新的关系尸(X)，P是R中满足下列条件的元组在X属性列上的投影：元组在X分量值的对象Yx包含S在Y上投影的集合。记做：

R÷S＝t,[X]t,ER八二，(S) C-玖｝

除 *** 作是同时从行和列的角度进行运算。

48 SQL概述：

考点18结构化查询语言SQL

SQL (Structured Query Language)称为结构化查询语言，是于1974年由Boyce和Chamberlin提出的，1975年IBM公司研制的关系数据库管理系统的原型系统System R实现了SQL语言。SQL是一个通用的、功能极强的关系数据库语言。我国制定了SQL的国家标准为GB12911, SQL已经成为关系数据库领域中的一种主流语言。

考点19 SQL的特点一

SQL语言集数据查询、数据 *** 纵、数据定义和数据控制功能于一体，主要特点包括以下几个方面：

(1)综合统一。

(2)高度非过程化。

(3)面向集合的 *** 作方式。

(4)以同一种语法结构提供两种使用方式。

(5)语言简洁，易学易用。

考点20 SQL数据库体系结构

SQL语言支持关系数据库三级模式结构：其中外模式对应于视图和部分基本表，模式对应于基本表，内模式对应于存储文件：

基本表是本身独立存在的表，在SQL中一个关系就是一个基本表。一个基本表对应一个存储文件，一个表可以带若干索引，索引也存放在存储文件中存储文件的逻辑结构组成了关系数据库的内模式。存储文件的物理结构是任意的，对用户是透明的。

视图是从一个或几个基本表导出的表二视图是一个虚表视图在概念上与基本表等同，用户可以在视上再定义视图。

49 SQL的数据定义

考点21基本表

1定义基本表

SQL语言使用CREATE TABLE语句定义基本表，其格式如下：

CREATE TABLE＜表名＞(＜列名＞＜数据类型＞［列级完整性约束〕

［，＜列名＞＜数据类型＞［列级完整性约束］…＝

〔，＜表级完整性约束＞〕)；

如果完整性约束条件涉及到该表的多个属性列，则必须定义在表级上，否则既可以定义在列级，也可以定义在表级。

2修改基本表

SQL语言用ALTER TABLE语句修改基本表，其格式为：

ALTER TABLE＜表名＞

「ADD＜新列名＞＜数据类型＞［完整性约束〕〕

［DROP＜完整性约束名＞〕

［MODIFY＜列名＞＜数据类型＞」；

ADD子句用于增加新列和新的完整性约束条件。DROP子句用于删除指定的完整性约束条件。MOD-IFY子句用于修改原有的列定义，包括修改列名和数据类型。

3删除基本表

当某个基本表不再需要时，可以用DROP TABLE语句进行删除，其格式为：

DROP TABLE＜表名＞

基本表一旦被删除，表中的数据、此表上建立的索引和视图都将自动被删除。因此执行删除基本表的 *** 作时一定要格外小心。

字段也就是关系模型中二维表的列，也叫做属性。

关系模型的基本术语共有十三个，它们分别是：

1、关系：一个关系对应着一个二维表，二维表就是关系名。

2、属性和值域：在二维表中的列，称为属性。属性的个数称为关系的元或度。列的值称为属性值；属性值的取值范围为值域。

3、关系模式：在二维表中的行定义，即对关系的描述称为关系模式

4、元组：在二维表中的一行，称为一个元组。

5、分量：元组中的一个属性值

6、键或者码：如果在一个关系中存在这样的一个属性，使得在该关系的任何一个关系状态中的两个元组，在该属性上的值的组合都不同，即这些属性的值都能够用来唯一标识该关系的元组，则称这些属性为该关系的键或者码。

7、超键或者超码：如果在关系的一个键中移去某个属性，它仍然是这个关系的键，则称这样的键为关系的超键或者超码。

8、候选键或者候选码：如果在关系的一个键中不能移去任何一个属性，否则它就不是这个关系的键，则称这个被指定的候选键为该关系的候选键或者候选码。

9、主键或者主码：在一个关系的若干候选键中指定一个用来唯一标识该关系的元组，则称这个被指定的候选键为该关系的主键或者主码。

10、全键或者全码：一个关系模式中的所有属性的集合。

11、主属性和非主属性：关系中包含在任何一个候选键中的属性称为主属性，不包含在任何一个候选键中的属性为非主属性。

12、外键或者外码：关系中的某个属性虽然不是这个关系的主键，或者只是主键的，但它却是另外一个关系的主键时，则称之为外键或者外码。

13、参照关系与被参照关系：是指以外键相互联系的两个关系，可以相互转化。

1、属性：描述实体的特性称为属性。如职工的职工号，姓名，性别，出生日期，职称等。

2、数据库是“按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库”。是一个长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的、统一管理的大量数据的集合。数据库是以一定方式储存在一起、能与多个用户共享、具有尽可能小的冗余度、与应用程序彼此独立的数据集合，可视为电子化的文件柜—存储电子文件的处所，用户可以对文件中的数据进行新增、查询、更新、删除等 *** 作。

对属性的值域的约束也称为域完整性规则(domain integrity rule),是指对关系中属性取值的正确性限制,包括数据类型、精度、取值范围,是否允许空值等。取值范围又可分为静态定义和动态定义两种:静态定义取值范围是指属性的值域范围是固定的,可

已经讲了数据结构的层次模型和网状模型，最后再看下第三种模型，关系模型。

关系模型以二维表结构来表示实体与实体之间的联系，它是以关系数学理论为基础的，每个二维表又可称为关系。

在关系模型中， *** 作的对象和结果都是二维表，关系模型是目前最流行的数据库模型。支持关系模型的数据库管理系统称为关系数据库管理系统，Access就是一种关系数据库管理系统。

1、基本术语

（1）关系(Relation)：一个关系对应着一个二维表，二维表就是关系名。

（2）元组(Tuple)：在二维表中的一行，称为一个元组。

（3）属性(Attribute)：在二维表中的列，称为属性。属性的个数称为关系的元或度。列的值称为属性值；

（4）（值）域(Domain)：属性值的取值范围为值域。

（5）分量：每一行对应的列的属性值，即元组中的一个属性值。[2]

（6）关系模式：在二维表中的行定义，即对关系的描述称为关系模式。一般表示为（属性1，属性2，,属性n），如老师的关系模型可以表示为教师（教师号，姓名，性别，年龄，职称，所在系）。

（7）键(码)：如果在一个关系中存在唯一标识一个实体的一个属性或属性集称为实体的键，即使得在该关系的任何一个关系状态中的两个元组，在该属性上的值的组合都不同。

（8）候选键(候选码)：若关系中的某一属性的值能唯一标识一个元组如果在关系的一个键中不能移去任何一个属性，否则它就不是这个关系的键，则称这个被指定的候选键为该关系的候选键或者候选码。

例如下列学生表中“学号”或“图书证号”都能唯一标识一个元组，则“学号”和“图书证号”都能唯一地标识一个元组，则“学号”和“图书证号”都可作为学生关系的候选键。

而在选课表中，只有属性组“学号”和“课程号”才能唯一地标识一个元组，则候选键为（学号，课程号）。

2、关系模型的数据 *** 作与完整性约束

关系数据模型的 *** 作主要包括查询、插入、删除和修改数据;这些 *** 作必须满足关系的完整性约束条件。

关系模型中数据 *** 作的特点是集合 *** 作方式，即 *** 作对象和 *** 作结果都是集合，这种 *** 作方式也称为一次一集合的方式。

相应地，非关系数据模型的 *** 作方式是一次一记录的方式。

关系的完整性约束条件包括三大类：

实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。

实体完整性定义数据库中每一个基本关系的主码应满足的条件，能够保证元组的唯一性。参照完整性定义表之间的引用关系，即参照与被参照关系。用户定义完整性是用户针对具体的应用环境制定的数据规则，反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。

3、关系模型的优缺点

关系数据模型的优点主要体现在以下几点：

(1) 关系模型与非关系模型不同，它是建立在严格的数学理论基础上的。

(2) 关系模型的概念单一，实体与实体间的联系都用关系表示，对数据的检索结果也是关系(即表)，所以其数据结构简单、清晰，用户易懂易用。

(3) 关系模型的物理存储和存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性，简化了程序员的数据库开发工作。

关系数据模型的缺点有以下几点：

(1) 由于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系数据模型高。因此，为了提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，这就增加了开发数据库管理系统的难度和负担。

(2) 关系数据模型不能以自然的方式表示实体集间的联系，存在语义信息不足、数据类型过少等弱点。

1关系模型：用二维表格结构表示实体集，外键表示实体间联系的数据模型称为关系模型。关系模型是由若干个关系模式组成的集合。

2关系模式：关系模式实际上就是记录类型。它包括：模式名，属性名，值域名以及模式的主键。关系模式仅是对数据特性的描述。

3关系实例：就是一个关系，即一张二维表格。

4属性：在关系模型中，字段称为属性。

5域：在关系中，每一个属性都有一个取值范围，称为属性的值域。

6元组：在关系中，记录称为元组。

7候选码：在关系中能唯一标识元组的属性集称为关系模式的候选码。

8主码：用户选作元组标识的一个候选码为主码。

9外码：某个关系的主码相应的属性在另一关系中出现，此时该主码在就是另一关系的外码，如有两个关系S和SC,其中S#是关系S的主码，相应的属性S#在关系SC中也出现，此时S#就是关系SC的外码。

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