学习笔记——DB关系数据库

蔚落 2023-07-24 14:36 60阅读 0赞

关系模型的三个组成部分：关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束。

关系数据库系统与非关系数据库系统的区别是，关系系统只有“表”这一种数据结构; 而非关系数据库系统还有其他数据结构，以及对这些数据结构的操作。

### **一、关系数据结构及形式化定义** ###

关系模型的数据结构非常简单，只包含单一的数据结构关系。

在用户看来，关系模型中数据的逻辑结构是一张扁平的二维表。

**1.关系**

若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组，而其子集不能，则称该属性组为候选码(candidate key )。 若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码(primary key)。候选码的诸属性称为主属性(prime attribute)。不包含在任何候选码中的属性称为非主属性(non-prime attribute)或非码属性(non-key attribute)。

关系可以有三种类型：基本关系(通常又称为基本表或基表)、查询表和视图表。其中，基本表是实际存在的表，它是实际存储数据的逻辑表示；查询表是查询结果对应的表； 视图表是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。

关系模型要求关系必须是规范化(normalization)的， 即要求关系必须满足一定的规范条件。 这些规范条件中最基本的一条就是， 关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。规范化的关系简称为范式(Normal Form， NF)。

关系表中不允许还有表，简言之不允许“表中有表”。

**2.关系模式**

关系的描述称为关系模式。关系数据库中，关系模式是型，关系是值。

关系是关系模式在某一时刻的状态或内容。关系模式是静态的、稳定的，而关系是动态的、随时间不断变化的，因为关系操作在不断地更新着数据库中的数据。例如，学生关系模式在不同的学年，学生关系是不同的。

**3.关系数据库**

所有关系的集合构成一个关系数据库。  
关系数据库的值是这些关系模式在某一时刻对应的关系的集合， 通常就称为关系数据库。

**4.关系模型的存储结构**

有的管理系统中，一个表对应一个文件。

### **二、关系操作** ###

**1.关系操作**

增删改查。关系的查询表达能力很强，是关系操作中最主要的部分。

查询操作又可以分为选择（select）、投影（project）、连接（join）、除（divide）、并（union）、差（except），交（intersection）、笛卡儿积等。 其中选择、 投影、 并、 差、 笛卡儿积是5种基本操作， 其他操作可以用基本操作来定义和导出。

关系操作的特点是集合操作方式， 即操作的对象和结果都是集合。 这种操作方式也称为一次一集合(set-at-a-time)的方式。 相应地， 非关系数据模型的数据操作方式则为一次一记录(record-at-a-time)的方式。

**2.关系数据语言的分类**

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(Structured Query Language, SQL)，是一种介于关系代数和关系演算之间的结构化查询语言。SQL不仅具有丰富的查询功能， 而且具有数据定义和数据控制功能， 是集查询、 数据定义语言、 数据操纵语言和数据控制语言(Data Control Language, DCL)于  
一体的关系数据语言。

### **三、关系的完整性** ###

关系模型中有三类完整性约束：实体完整性（entity integrity）、参照完整性（referential integrity）和用户定义的完整性（user-defined integrity）。

1)实体完整性：若属性（指一个或一组属性）A是基本关系R的主属性， 则A不能取空值（null value）。所谓空值就是“不知道”或“不存在”或“无意义”的值。

2)参照完整性：关系与关系之间存在着相互引用、相互约束的情况。参照完整性规则就是定义外码与主码之间的引用规则。

设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的码，Ks是基本关系S的主码。如果F与Ks相对应，则称F是R的外码（foreign key），并称基本关系R为参照关系（referencing relation）。显然，目标关系S的主码Ks和参照关系R的外码F必须定义在同一个（或同一组） 域上。如下图。

**参照完整性**：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：

或者取空值(F的每个属性值均为空值)； \#外码属性本身不是主属性

或者等于S中某个元组的主码值。

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如上图，R中的F必须满足上述条件。

3)用户定义完整性：针对某一具体关系数据库的约束条件， 它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。例如某个属性必须取唯一值等条件。

### **四、关系代数**  ###

关系代数是一种抽象的查询语言，它用对关系的运算来表达查询。

关系代数的运算对象是关系，运算结果亦为关系。

运算符：

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并(union)：由属于R或属于S的元组组成。

差(except)：由属于R而不属于S的所有元组组成。

交(intersection)：由既属于R又属于S的元组组成。

选择(selection)：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。

投影(projection)：从R中选择出若干属性列组成新的关系。

连接(join)：从两个关系的笛卡儿积中选取属性间满足一定条件的元组。一般从行的角度进行运算，但自然连接还需要取消重复列，所以是同时从行和列的角度进行运算。

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