数据库关系运算理论:关系数据操作与关系完整性概念解析

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简介: 数据库关系运算理论:关系数据操作与关系完整性概念解析

关系数据操作

关系的基本操作

关系模型中常用的关系操作包括查询操作插入删除修改操作两大部分。

关系的查询表达能力很强,是关系操作中最主要的部分。

查询操作可以分为:选择(select)、投影(Project)、除(Divide)、并(Union)、交(Intersection)、连接(Join)、差(Except)和笛卡儿积等

其中,选择、投影、并、差、笛卡儿积是五种基本操作其他操作是可以用基本操作来定义和导出的。

关系操作的特点

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的方式,这里提到的“一个集”也可以理解为“一个关系”或“一个二维表”。

相应地,非关系数据模型的数据操作方式称为一次一记录的方式。


关系数据语言

(1)关系数据语言按照完成的功能可分为三类:

数据定义语言(DDL)、数据操纵语言(DML)和数据控制语言(DCL)。

(2)关系数据语言按照查询方式的不同可分为三类:

关系代数语言(如ISBL)、关系演算语言(如 APLHA)、具有关系代数与关系演算双重特点的语言(如 SQL)。


关系的完整性

完整性约束的分类

关系模型中有三类完整性约束:

实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。

(1)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,被称作是关系的两个不变性,应该由关系数据库 DBMS 自动支持

(2)用户自定义的完整性是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。


实体完整性

1.实体完整性规则

若属性 A 是基本关系 R 的主属性,则属性 A 不能取空值

2.实体完整性的必要性

(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或一个多对多联系。

(2)现实世界中的实体和实体间的联系都是可区分的即它们具有某种唯一性标识

相应地,关系模型中以主码作为唯一性标识

(3)主码中的属性即主属性不能取空值。空值就是"不知道”或“无意义"的值主属性取空值,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。(注意大写的 NULL 是空值)

3.实体完整性规则规定:基本关系的所有主属性都不能取空值

例如:学生实体中“学号”是主码,则“学号”不能取空值;“课程”是主码,则“课程号”不能取空值;学生选课关系——选修表(学号,课程号,成绩)中,"学号、课程号”是主码,则"学号、课程号”两个属性都不能取空值。

参照完整性

1.关系间的引用

现实世界中的实体之间往往存在着某种联系,在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的。这样就自然存在着关系与关系间的引用

例如:学生、课程、学生与课程之间的多对多联系可以用如下三个关系表示:

       学生(学号,姓名,性别,年龄,院系)
       课程(课程号,课程名,学分)
       选修(学号,课程号,成绩)

这三个关系(或三张表)之间存在着属性的引用,即选修关系引用了学生关系的主码“学号”和课程关系的主码“课程号”。

2.外码

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是基本关系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)。

在上例中,选修关系中的“学号”属性与学生关系的主码“学号”相对应;选修关系的“课程号”属性与课程关系的主码“课程号”相对应,因此“学号”和课程号”属性分别是选修关系的外码。这里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

3.参照完整性规则

       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:或取空值 ( F 的每个属性值均为空值);或等于S中某个元组的主码值。

结合实例,按照参照完整性规则“学号”和“课程号”属性也可以取两类值:空值或目标关系中已经存在的值。但由于“学号”和“课程号”是选修关系中的主属性,按照实体完整性规则,它们均不能取空值,并且选修关系中的“学号”和“课程号”属性实际上只能取相应被参照关系中已经存在的主码值。

1)学生关系中的专业号参照专业关系中的专业号,专业号的值可以是:

(1)空值——表示尚未给学生分配专业

(2)非空值——值必须取专业关系中专业号的值

2)学生关系中的班长与学号之间存在引用关系,班长的取值可以是:

(1)空值——表示该班级未选班长

(2)非空值——值必须取同一关系的学号

用户定义完整性

实体完整性与参照完整性是由系统自动支持的,这是关系模型所要求的。除此之外,不同的关系数据库系统根据其应用环境的不同往往需要一些特殊的约束条件,这就是用户定义的完整性约束件。

(1)用户定义完整性规则是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。

(2)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,而不要由应用程序承担这一功能。


(1)对属性的类型约束

年龄只能取整数,姓名的字符串长度最大为20。

(2)对属性的非空约束

学生的姓名不允许为空。

(3)对属性值的取值范围进行约束

学生成绩在 0一100 之间,在职职工的工资不低于1000 元等。

(4)对同一关系的不同元组进行约束

不允许出现两个不同的用户拥有相同的账号昵称。

(5)对同一关系的各属性进行约束

职工工资=职工工龄*工龄工资 +职务工资 +......

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