第五章
一、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述（一）關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)
關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用數(shù)學(xué)方法來(lái)處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。最早提出將這類方法用于數(shù)據(jù)處理的是1962年CODASYL發(fā)表的“信息代數(shù)”一文，之后有1968年David Child在7090機(jī)上實(shí)現(xiàn)的集合論數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但系統(tǒng)而嚴(yán)格地提出關(guān)系模型的是美國(guó)IBM公司的E.F.Codd。1970年E.F.Codd連續(xù)發(fā)表了多篇論文，奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的理論基礎(chǔ)。
（二）關(guān)系數(shù)據(jù)模型
關(guān)系數(shù)據(jù)模型由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合和關(guān)系完整性約束3大要素組成。
（1）關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一，在關(guān)系模型中，現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體以及實(shí)體間的各種聯(lián)系均用關(guān)系來(lái)表示。在用戶看來(lái)，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表。
（2）關(guān)系操作集合關(guān)系模型中常用的關(guān)系操作包括:選擇（select）、投影（project）、連接（join）、除（divide）、并（union）、交（intersection）、差（difference）等，以及查詢（query）操作和增（insert）、刪（delete）、改（update）操作兩大部分。查詢的表達(dá)能力是其中最主要的部分。關(guān)系操作的特點(diǎn)是集合操作方式，即操作的對(duì)象和結(jié)果都是集合。這種操作方式也稱為一次一個(gè)集合（set-at-a-time）的方式。相應(yīng)地，非關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)操作方式則為一次一個(gè)記錄（record-at-a-time）的方式。關(guān)系模型給出了關(guān)系操作的能力和特點(diǎn)，關(guān)系操作通過(guò)關(guān)系語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。關(guān)系語(yǔ)言的特點(diǎn)（它的優(yōu)點(diǎn)）是高度非過(guò)程化，所謂非過(guò)程化是指:①用戶不必請(qǐng)求DBA為他建立特殊的存取路徑，存取路徑的選擇由DBMS的優(yōu)化機(jī)制來(lái)完成。②用戶也不必求助于循環(huán)，遞歸來(lái)完成數(shù)據(jù)的重復(fù)操作。
（3）關(guān)系的完整性約束數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)完整性是指數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的正確性和相容性，那是一種語(yǔ)義概念，包括兩個(gè)方面:①與現(xiàn)實(shí)世界中應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)的相容性和正確性。②數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)之間的相容性和正確性。
二、關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（一）關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基本術(shù)語(yǔ)
在關(guān)系數(shù)據(jù)模型（relation model）中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用單一的二維表結(jié)構(gòu)來(lái)表示實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系。
（1）關(guān)系（relation）:一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)一個(gè)二維表，二維表就是關(guān)系名。
（2）屬性（attribute）和值域（domain）:在二維表中的列（字段），稱為屬性。屬性的個(gè)數(shù)稱為關(guān)系的元數(shù)，列的值稱為屬性值;屬性值的取值范圍稱為值域。
（3）關(guān)系模式（relation schema）:在二維表中的行定義（記錄的型），即對(duì)關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式，一般表示為:關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）
（4）元組（tuple）:在二維表中的一行（記錄的值），稱為一個(gè)元組。關(guān)系模式和元組的集合通稱為關(guān)系。
（5）分量（component）:元組中的一個(gè)屬性值
（6）候選碼（candidate key）或候選鍵:如果在一個(gè)關(guān)系中，存在多個(gè)屬性（或?qū)傩越M合）都能用來(lái)惟一標(biāo)識(shí)該關(guān)系的元組，這些屬性（或?qū)傩越M合）都稱為該關(guān)系的候選碼或候選鍵。
（7）主碼（primary key）或主鍵:在一個(gè)關(guān)系的若干個(gè)候選碼中指定一個(gè)用來(lái)惟一標(biāo)識(shí)該關(guān)系的元組，這個(gè)被指定的候選碼稱為該關(guān)系的主碼或主鍵。
（8）主屬性（primary attribute）和非主屬性（nonprimary attribute）:關(guān)系中包含在任何一個(gè)候選碼中的屬性稱為主屬性或碼屬性，不包含在任何一個(gè)候選碼中的屬性稱為非主屬性或非碼屬性。
（9）外碼（foreign key）或外鍵:當(dāng)關(guān)系中的某個(gè)屬性（或?qū)傩越M）雖然不是該關(guān)系的主碼或只是主碼的一部分，但卻是另一個(gè)關(guān)系的主碼時(shí)，稱該屬性（或?qū)傩越M）為這個(gè)關(guān)系的外碼。
（10）參照關(guān)系（referencing relation）與被參照關(guān)系（referencing relation）:參照關(guān)系也稱從關(guān)系，被參照關(guān)系也稱主關(guān)系，它們是指以外碼相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)關(guān)系。以外碼作為主碼的關(guān)系稱為被參照關(guān)系;外碼所在的關(guān)系稱為參照關(guān)系或目標(biāo)關(guān)系（target relation）。由此可見(jiàn)，被參照關(guān)系與參照關(guān)系是通過(guò)外碼相聯(lián)系的，這種聯(lián)系通常是1:n的聯(lián)系。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)要分清型（type）和值（value）的概念，數(shù)據(jù)庫(kù)的型是指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說(shuō)明，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的型即對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的描述，它包括若干關(guān)系集合。數(shù)據(jù)庫(kù)的值是型的一個(gè)具體賦值，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的值是這些關(guān)系模式在某一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的關(guān)系的集合。所以，數(shù)據(jù)庫(kù)的型亦稱為數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)涵（intention），數(shù)據(jù)庫(kù)的值亦稱為數(shù)據(jù)庫(kù)的外延（extensive）。數(shù)據(jù)庫(kù)的型是穩(wěn)定的，而數(shù)據(jù)庫(kù)的值是隨時(shí)間不斷變化的，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)在不斷變更。
（二）關(guān)系的形式定義和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)關(guān)系的限定
1.關(guān)系的形式定義
從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)定義關(guān)系稱為關(guān)系的形式定義。有如下兩種定義方法:
（1）用集合論的觀點(diǎn)定義關(guān)系:關(guān)系是一個(gè)元數(shù)為K的元組集合，即這個(gè)關(guān)系有若干個(gè)元組，每個(gè)元組有K個(gè)屬性值（把關(guān)系看成一個(gè)集合，集合中的元素是元組）。
（2）用值域的概念來(lái)定義關(guān)系:關(guān)系是屬性值域笛卡爾積的一個(gè)子集。設(shè)一個(gè)關(guān)系的屬性是A 1 ，…，An，其對(duì)應(yīng)的值域?yàn)镈 1 …，D n （也可以有相同的），定義D 1 ，…，D n 的笛卡爾積D=D 1 ×D 2 …×D n =｛（d 1 ，…，d n ）|d i ∈Di，1≤i≤n｝。D中的每一個(gè)子集稱為關(guān)系。這里D的元素（d ， …，d n ）就是一個(gè)n元元組（n-tuple），元素中的每一個(gè)值di稱為元組的一個(gè)分量。若Di（i=1，2…，，n）為有限集，其基數(shù)（Cardinal numder）為mi（i=1，2，…，n），則D 1 ×D 2 ×…D n 的基數(shù)M為 M=- n i=1 mi笛卡爾積可表示為一個(gè)二維表，表中的每行對(duì)應(yīng)一個(gè)元組，表中的每列對(duì)應(yīng)一個(gè)域。
2.關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)關(guān)系的限定
（1）每一個(gè)屬性是不可分解的。這是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)關(guān)系的最基本的一條限定，要求關(guān)系的每一個(gè)分量必須是一個(gè)不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，也就是說(shuō)，不允許表中還有表。
（2）每一個(gè)關(guān)系模式中屬性的數(shù)據(jù)類型以及屬性的個(gè)數(shù)是固定的，并且每個(gè)屬性必須命名，在同一個(gè)關(guān)系模式中，屬性名必須是不同的。
（3）每一個(gè)關(guān)系僅僅有一種記錄類型，即一種關(guān)系模式。
（4）在關(guān)系中元組的順序（即行序）是無(wú)關(guān)緊要的。
（5）在關(guān)系中屬性的順序可任意交換，交換時(shí)應(yīng)連同屬性名一起交換才行，否則順序是重要的。
（6）同一個(gè)關(guān)系中不允許出現(xiàn)完全相同的元組。
一、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述（一）關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)
關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用數(shù)學(xué)方法來(lái)處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。最早提出將這類方法用于數(shù)據(jù)處理的是1962年CODASYL發(fā)表的“信息代數(shù)”一文，之后有1968年David Child在7090機(jī)上實(shí)現(xiàn)的集合論數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但系統(tǒng)而嚴(yán)格地提出關(guān)系模型的是美國(guó)IBM公司的E.F.Codd。1970年E.F.Codd連續(xù)發(fā)表了多篇論文，奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的理論基礎(chǔ)。
（二）關(guān)系數(shù)據(jù)模型
關(guān)系數(shù)據(jù)模型由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合和關(guān)系完整性約束3大要素組成。
（1）關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一，在關(guān)系模型中，現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體以及實(shí)體間的各種聯(lián)系均用關(guān)系來(lái)表示。在用戶看來(lái)，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表。
（2）關(guān)系操作集合關(guān)系模型中常用的關(guān)系操作包括:選擇（select）、投影（project）、連接（join）、除（divide）、并（union）、交（intersection）、差（difference）等，以及查詢（query）操作和增（insert）、刪（delete）、改（update）操作兩大部分。查詢的表達(dá)能力是其中最主要的部分。關(guān)系操作的特點(diǎn)是集合操作方式，即操作的對(duì)象和結(jié)果都是集合。這種操作方式也稱為一次一個(gè)集合（set-at-a-time）的方式。相應(yīng)地，非關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)操作方式則為一次一個(gè)記錄（record-at-a-time）的方式。關(guān)系模型給出了關(guān)系操作的能力和特點(diǎn)，關(guān)系操作通過(guò)關(guān)系語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。關(guān)系語(yǔ)言的特點(diǎn)（它的優(yōu)點(diǎn)）是高度非過(guò)程化，所謂非過(guò)程化是指:①用戶不必請(qǐng)求DBA為他建立特殊的存取路徑，存取路徑的選擇由DBMS的優(yōu)化機(jī)制來(lái)完成。②用戶也不必求助于循環(huán)，遞歸來(lái)完成數(shù)據(jù)的重復(fù)操作。
（3）關(guān)系的完整性約束數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)完整性是指數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的正確性和相容性，那是一種語(yǔ)義概念，包括兩個(gè)方面:①與現(xiàn)實(shí)世界中應(yīng)用需求的數(shù)據(jù)的相容性和正確性。②數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)數(shù)據(jù)之間的相容性和正確性。
二、關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（一）關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基本術(shù)語(yǔ)
在關(guān)系數(shù)據(jù)模型（relation model）中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用單一的二維表結(jié)構(gòu)來(lái)表示實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系。
（1）關(guān)系（relation）:一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)一個(gè)二維表，二維表就是關(guān)系名。
（2）屬性（attribute）和值域（domain）:在二維表中的列（字段），稱為屬性。屬性的個(gè)數(shù)稱為關(guān)系的元數(shù)，列的值稱為屬性值;屬性值的取值范圍稱為值域。
（3）關(guān)系模式（relation schema）:在二維表中的行定義（記錄的型），即對(duì)關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式，一般表示為:關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）
（4）元組（tuple）:在二維表中的一行（記錄的值），稱為一個(gè)元組。關(guān)系模式和元組的集合通稱為關(guān)系。
（5）分量（component）:元組中的一個(gè)屬性值
（6）候選碼（candidate key）或候選鍵:如果在一個(gè)關(guān)系中，存在多個(gè)屬性（或?qū)傩越M合）都能用來(lái)惟一標(biāo)識(shí)該關(guān)系的元組，這些屬性（或?qū)傩越M合）都稱為該關(guān)系的候選碼或候選鍵。
（7）主碼（primary key）或主鍵:在一個(gè)關(guān)系的若干個(gè)候選碼中指定一個(gè)用來(lái)惟一標(biāo)識(shí)該關(guān)系的元組，這個(gè)被指定的候選碼稱為該關(guān)系的主碼或主鍵。
（8）主屬性（primary attribute）和非主屬性（nonprimary attribute）:關(guān)系中包含在任何一個(gè)候選碼中的屬性稱為主屬性或碼屬性，不包含在任何一個(gè)候選碼中的屬性稱為非主屬性或非碼屬性。
（9）外碼（foreign key）或外鍵:當(dāng)關(guān)系中的某個(gè)屬性（或?qū)傩越M）雖然不是該關(guān)系的主碼或只是主碼的一部分，但卻是另一個(gè)關(guān)系的主碼時(shí)，稱該屬性（或?qū)傩越M）為這個(gè)關(guān)系的外碼。
（10）參照關(guān)系（referencing relation）與被參照關(guān)系（referencing relation）:參照關(guān)系也稱從關(guān)系，被參照關(guān)系也稱主關(guān)系，它們是指以外碼相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)關(guān)系。以外碼作為主碼的關(guān)系稱為被參照關(guān)系;外碼所在的關(guān)系稱為參照關(guān)系或目標(biāo)關(guān)系（target relation）。由此可見(jiàn)，被參照關(guān)系與參照關(guān)系是通過(guò)外碼相聯(lián)系的，這種聯(lián)系通常是1:n的聯(lián)系。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)要分清型（type）和值（value）的概念，數(shù)據(jù)庫(kù)的型是指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說(shuō)明，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的型即對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的描述，它包括若干關(guān)系集合。數(shù)據(jù)庫(kù)的值是型的一個(gè)具體賦值，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的值是這些關(guān)系模式在某一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的關(guān)系的集合。所以，數(shù)據(jù)庫(kù)的型亦稱為數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)涵（intention），數(shù)據(jù)庫(kù)的值亦稱為數(shù)據(jù)庫(kù)的外延（extensive）。數(shù)據(jù)庫(kù)的型是穩(wěn)定的，而數(shù)據(jù)庫(kù)的值是隨時(shí)間不斷變化的，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)在不斷變更。
（二）關(guān)系的形式定義和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)關(guān)系的限定
1.關(guān)系的形式定義
從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)定義關(guān)系稱為關(guān)系的形式定義。有如下兩種定義方法:
（1）用集合論的觀點(diǎn)定義關(guān)系:關(guān)系是一個(gè)元數(shù)為K的元組集合，即這個(gè)關(guān)系有若干個(gè)元組，每個(gè)元組有K個(gè)屬性值（把關(guān)系看成一個(gè)集合，集合中的元素是元組）。
（2）用值域的概念來(lái)定義關(guān)系:關(guān)系是屬性值域笛卡爾積的一個(gè)子集。設(shè)一個(gè)關(guān)系的屬性是A 1 ，…，An，其對(duì)應(yīng)的值域?yàn)镈 1 …，D n （也可以有相同的），定義D 1 ，…，D n 的笛卡爾積D=D 1 ×D 2 …×D n =｛（d 1 ，…，d n ）|d i ∈Di，1≤i≤n｝。D中的每一個(gè)子集稱為關(guān)系。這里D的元素（d ， …，d n ）就是一個(gè)n元元組（n-tuple），元素中的每一個(gè)值di稱為元組的一個(gè)分量。若Di（i=1，2…，，n）為有限集，其基數(shù)（Cardinal numder）為mi（i=1，2，…，n），則D 1 ×D 2 ×…D n 的基數(shù)M為 M=- n i=1 mi笛卡爾積可表示為一個(gè)二維表，表中的每行對(duì)應(yīng)一個(gè)元組，表中的每列對(duì)應(yīng)一個(gè)域。
2.關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)關(guān)系的限定
（1）每一個(gè)屬性是不可分解的。這是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)關(guān)系的最基本的一條限定，要求關(guān)系的每一個(gè)分量必須是一個(gè)不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，也就是說(shuō)，不允許表中還有表。
（2）每一個(gè)關(guān)系模式中屬性的數(shù)據(jù)類型以及屬性的個(gè)數(shù)是固定的，并且每個(gè)屬性必須命名，在同一個(gè)關(guān)系模式中，屬性名必須是不同的。
（3）每一個(gè)關(guān)系僅僅有一種記錄類型，即一種關(guān)系模式。
（4）在關(guān)系中元組的順序（即行序）是無(wú)關(guān)緊要的。
（5）在關(guān)系中屬性的順序可任意交換，交換時(shí)應(yīng)連同屬性名一起交換才行，否則順序是重要的。
（6）同一個(gè)關(guān)系中不允許出現(xiàn)完全相同的元組。