2013年自考《數(shù)據(jù)庫原理》串講-關(guān)系模型

更新時(shí)間：2012-12-10 10:09:17 來源：|0

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　　第二章關(guān)系模型

　　本章為次重點(diǎn)章，我們經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)庫均采用關(guān)系模型，本章主要介紹了關(guān)系模型的關(guān)系運(yùn)算理論，主要在于對(duì)關(guān)系演算運(yùn)算的理解，為后面章節(jié)的SQL作準(zhǔn)備。

　　一、關(guān)系模型的基本概念( 識(shí)記 )

　　1、關(guān)系模型的基本術(shù)語：

　　用二維表格結(jié)構(gòu)表示實(shí)體集、外鍵表示實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為關(guān)系模型 .

　　基本術(shù)語有：字段(屬性)、字段值(屬性值)、記錄(元組)、二維表格(元組集合、關(guān)系或?qū)嵗?。在這里，括號(hào)中的表述為關(guān)系模型中的術(shù)語。它與表格中術(shù)語可以一一對(duì)應(yīng)。還有，關(guān)系中屬性個(gè)數(shù)稱為元數(shù)，元組個(gè)數(shù)為基數(shù)。

　　鍵：由一個(gè)或幾個(gè)屬性組成。(注意鍵不一定是唯一的一個(gè)屬性)。

　　超鍵：在關(guān)系中能唯一標(biāo)識(shí)元組的屬性集稱為關(guān)系模式的超鍵。(注意，超鍵也是一個(gè)屬性集，不一定只是一個(gè)屬性)

　　候選鍵：不含有多余屬性的超鍵稱為候選鍵。

　　主鍵：用戶選作元組標(biāo)識(shí)的一個(gè)候選鍵為主鍵。

　　外鍵：某個(gè)關(guān)系的主鍵相應(yīng)的屬性在另一關(guān)系中出現(xiàn)，此時(shí)該主鍵在就是另一關(guān)系的外鍵，如有兩個(gè)關(guān)系S和SC，其中S#是關(guān)系S的主鍵，相應(yīng)的屬性S#在關(guān)系SC中也出現(xiàn)，此時(shí)S#就是關(guān)系SC的外鍵。

　　2、關(guān)系模式、關(guān)系子模式和存儲(chǔ)模式

　　關(guān)系模式：關(guān)系模式實(shí)際上就是記錄類型。它包括：模式名，屬性名，值域名以及模式的主鍵。關(guān)系模式僅是對(duì)數(shù)據(jù)特性的描述。 (這通常在數(shù)據(jù)庫中表現(xiàn)為一個(gè)數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu))

　　關(guān)系子模式：就是用戶所用到那部分?jǐn)?shù)據(jù)的描述。

　　存儲(chǔ)模式：關(guān)系存儲(chǔ)時(shí)的基本組織方式是文件，元組是文件中的記錄。

　　3、關(guān)系模型的三類完整性規(guī)則

　　實(shí)體完整性規(guī)則：要求關(guān)系中組成主鍵的屬性上不能有空值。

　　參照完整性規(guī)則：要求不引用不存在的實(shí)體。

　　用戶定義完整性規(guī)則：由具體應(yīng)用環(huán)境決定，系統(tǒng)提供定義和檢驗(yàn)這類完整性的機(jī)制。

　　4、關(guān)系模型的形式定義：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性規(guī)則。

　　二、關(guān)系代數(shù)運(yùn)算(簡單應(yīng)用)

　　1、關(guān)系代數(shù)的五個(gè)基本操作：并、差、笛卡爾積、投影和選擇。

　　并 (∪)：兩個(gè)關(guān)系需有相同的關(guān)系模式，并的對(duì)象是元組，由兩個(gè)關(guān)系所有元組構(gòu)成。

　　差 (-)：同樣，兩個(gè)關(guān)系有相同的模式，R和S的差是由屬于R但不屬于S的元組構(gòu)成的集合。

　　投影( σ)：對(duì)關(guān)系進(jìn)行垂直分割，消去某些列，并重新安排列的順序。

　　選擇 (π)：根據(jù)某些條件關(guān)系作水平分割，即選擇符合條件的元組。

　　2、關(guān)系代數(shù)的四個(gè)組合操作：交、聯(lián)接、自然聯(lián)接和除法

　　交 (∩)：R和S的交是由既屬于R又屬于S的元組構(gòu)成的集合。

　　聯(lián)接包括θ聯(lián)接和F聯(lián)接，是選擇R×S中滿足iθ(r+j)或F條件的元組構(gòu)成的集合，特別注意等值聯(lián)接 (θ為等號(hào)“=”)。

　　自然聯(lián)接 (R|X|S)：在R×S中，選擇R和S公共屬性值均相等的元組，并去掉R×S中重復(fù)的公共屬性列。如果兩個(gè)關(guān)系沒有公共屬性，則自然聯(lián)接就轉(zhuǎn)化為笛卡爾積。

　　除法 (÷)：首先除法的結(jié)果中元數(shù)為兩個(gè)元數(shù)的差，以例2.6為例，我們可以直接用觀察法來得到結(jié)果，把S看作一個(gè)塊，拿到R中去和相同屬性集中的元組作比較，如果有相同的塊，且除去此塊后留下的相應(yīng)元組均相同，那么可以得到一條元組，所有這些元組的集合就是除法的結(jié)果。

　　對(duì)于上述的五個(gè)基本操作和組合操作，應(yīng)當(dāng)從實(shí)際運(yùn)算方面進(jìn)行理解和運(yùn)用，對(duì)其形式定義可不必深究。注意課本上的例子。

　　3、關(guān)系代數(shù)表達(dá)式及應(yīng)用

　　在關(guān)系代數(shù)表達(dá)式中，復(fù)合了上述五個(gè)基本操作，在給出相應(yīng)的表格(關(guān)系)中，應(yīng)該能夠根據(jù)給出的關(guān)系代數(shù)表達(dá)式計(jì)算關(guān)系值，也要能根據(jù)相應(yīng)查詢要求列出關(guān)系表達(dá)式。

　　在列關(guān)系表達(dá)式時(shí)，通常有以下形式：

　　π……(σ……(R×S))或者π……(σ……(R|X|S))

　　首先把查詢涉及到的關(guān)系取來，執(zhí)行笛卡爾積或自然聯(lián)接操作得到一張大的表格，然后對(duì)大表格執(zhí)行水平分割(選擇)和垂直分割(投影)操作。但是注意當(dāng)查詢涉及到否定或全部值時(shí)，就不能用上述形式，而要用到差或除法操作。

　　三、關(guān)系演算( 領(lǐng)會(huì) )

　　關(guān)系演算分為元組關(guān)系演算或域關(guān)系演算，前者以元組為變量，后者以域?yàn)樽兞俊?/P>

　　元組演算表達(dá)式的一般形式為：{t|P(t)}，其含義為：這是一個(gè)元組集合，其中的每個(gè)元組t(t是元組變量)滿足公式P所規(guī)定的條件。所以在書寫演算表達(dá)式時(shí)，應(yīng)該注重理解公式P如何表達(dá)。

　　域演算表達(dá)式的一般形式為：{t1……tk|P(t1……，tk)}，其含義為：這是一個(gè)域集合，其中每個(gè)域變量的取值關(guān)系滿足公式P所規(guī)定的條件。也是注意公式P的表達(dá)。

　　以上兩類演算需要一定的離散數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，如果不能很深刻的掌握，問題也不大，主要應(yīng)看懂表達(dá)式即可，對(duì)于給定的表達(dá)式和給定的關(guān)系，應(yīng)當(dāng)能計(jì)算表達(dá)式的結(jié)果(得到一個(gè)關(guān)系)

　　四、查詢優(yōu)化

　　查詢優(yōu)化的目的就是為了系統(tǒng)在執(zhí)行時(shí)既省時(shí)間又能提高效率，在關(guān)系代數(shù)運(yùn)算中，通常是先進(jìn)行笛卡爾積或聯(lián)接運(yùn)算，再進(jìn)行選擇和投影，恰當(dāng)?shù)匕才胚x擇、投影和聯(lián)接的順序，就可實(shí)現(xiàn)查詢優(yōu)化。

　　優(yōu)化的策略主要有以下幾點(diǎn)：

　　(1)在關(guān)系代數(shù)表達(dá)式中盡可能早地執(zhí)行選擇操作(早選擇)。

　　(2)把笛卡爾積和隨后的選擇操作合并成F聯(lián)接運(yùn)算(F聯(lián)接)

　　(3)同時(shí)計(jì)算一連串的選擇和投影操作(同時(shí)算)

　　(4)保留同一子表達(dá)式的結(jié)果

　　(5)適當(dāng)對(duì)關(guān)系文件進(jìn)行預(yù)處理

　　(6)計(jì)算表達(dá)式之前先估計(jì)一下怎么計(jì)算合算。

　　以上幾點(diǎn)需要理解。根據(jù)表達(dá)式優(yōu)化的算法步驟對(duì)給定表達(dá)式進(jìn)行優(yōu)化。

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