第三章关系代数与关系运算.docx
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第三章关系代数与关系运算
第三章关系代数与关系运算
关系数据语言有三类:
1.关系代数语言
2.关系演算语言(元组关系演算语言、域关系演算语言)
3.具有关系代数和关系演算双重特点的语言如SQL
一.关系代数
关系代数:
一种抽象的查询语言,是关系数据操纵语言的一种传统表达方式。
用对关系的运算来表达查询。
运算:
将一定的运算符作用于一定的运算对象上,得到预期的运算结果
运算三要素:
运算符、运算对象、运算结果
关系代数的运算对象和结果都是:
关系
关系代数运算符(四类):
集合运算符、专门的关系运算符、算术比较符和逻辑运算符
集合运算符:
并(U)、差(—)、交(∩)
传统的集合运算符——从关系的“水平“方向即行的角度来进行
专门的关系运算符:
广义笛卡尔积(ⅹ)、选择(σ)、投影(π)、连接、除
专门关系运算符不仅涉及行而且涉及列
比较运算符:
>、<、=、≥、≤、≠
逻辑运算符:
¬∧∨
用来辅助专门的关系运算符
二.传统的集合运算符
传统集合运算符是二目运算符
设关系R和S具有相同的目n(即n个属性),且相应的属性取自同一个域
1.并(Union)
记作:
RUS={t|t∈R∨t∈S}结果仍是n目关系,由属于R或S的元组组成。
例:
(a)(b)
(c)(d)(e)
2.差
关系R与S的差记作:
R-S={t|t∈R∧t∈S}结果仍是n目,由属于R而不属于S的所有元组组成。
如图E
3.交
关系R与S的交记作:
R∩S={t|t∈R∧t∈S}结果仍是n目,由即属于R又属于S的所有元组组成。
如图D可以用差来表示R∩S=R-(R-S)
4.广义笛卡尔积
两个分别为n目和m目的关系R和S的广义笛卡尔积是一个(m+n)列的元组的集合。
元组的前n列是关系R的一个元组,后m列是关系S的一个元组。
若R有k1个元组,S有k2个元组,那么关系R与S的广义笛卡尔积有k1xk2个元组,记作
R×S={trts|tr∈R∧ts∈S}结果是m+n目
如图例
总结:
集合运算符主要研究的是元组,即对表中的行进行研究、操作。
三.专门的关系运算符
包括选择、投影、连接、除等,为叙述上方便引入几个记号
1)设关系模式为R(A1,A2,…,An)。
它的一个关系为R。
t∈R表示t是R的一个元组。
t[Ai]则表示元组t中相应于属性Ai的一个分量。
例:
关系R(A,B,C)中t[B2]=b2
2)若A={Ai1,Ai2,…,Aik},其中Ai1,Ai2,…,Aik是A1,A2,…,An中的一部分,则A称为属性列或域列。
t[A]=(t[Ai1],t[Ai2]…,t[Aik])表示元组t在属性列A上诸分量的集合。
A则表示{A1,A2,…,An}中去掉{Ai1,Ai2,…,Aik}后剩余的属性组。
3)R是n目关系,S是m目关系。
tr∈R,ts∈S,trts称为元组的连接(Concatenation)。
它是一个n+m列的元组,前n个分量为R中的一个n元组,后m个分量为S中的一个m元组。
具体例的后面讲解
4)给定一个关系R(X,Z),X和Z为属性组,定义,当t[X]=x时,x在R中的象集为:
Zx={t[Z]|t∈R,t[X]=x}
它表示R中属性组X上值为x的诸元组在Z上分量的集合。
如:
Z=(B,C)R=(A,Z),x=a1则Zx={(b1,c1)(b2,c2)}
1.选择(selection):
又称限制,是在关系R中选择满足给定条件的元组
记作:
бF(R)={t|t∈R∧F(t)=’真’}
F:
表示选择条件,是一个逻辑表达式,逻辑值只有“真”和“假”,由逻辑运算符连接算术表达式组成。
算术表达式基本形式:
X1θY1,其中θ表示比较运算符,它可以是>,≥,<,≤,=或≠。
X1,Y1等是属性名,或为常量,或为简单函数;属性名也可以用它的序号来代替。
c:
\iknow\docshare\data\第四节数据库应用系统的建立\数据库应用系统的建立.doc
例:
学生—课程数据库,
包括学生关系Student(学号、姓名、性别、年龄、所在系),
课程关系Course(课程号,课程名,先行课,学分)
选修关系SC(成绩)
画出上面数据库中的E-R图,先由学生画出,然后给出结果E-R图结果如下:
根据E-R图设计其表如下:
(a)
(b)
(c)
下面的例子要现场建立一个数据表,在SQLSERVER中测试查询语句。
例1:
查询信息系统(IS系)全体学生
σSdept=’IS’(Student)或σ5=’IS’(Student)
其中下角标“5”为Sdept的属性序号。
结果如图
对应SQL语句为:
SELECT*FROMStudentwhereSdept=”IS”;
例2:
查询年龄小于20岁的学生
σSage<20(Student)或σ4<20(Student)结果如下图
对应的SQL语句为:
SELECT*FROMStudentWHERESage<20;
2.投影(从列的角度进行运算)
关系R上的投影是从R中选择若干属性列组成新的关系:
记作πA(R)={t[A]|t∈R},其中A为R中的属性列。
查询结果会取消有重复的列
例3:
查询学生的姓名和所在系,即求Student关系在学生姓名和系上的投影。
代数式为:
πSname,Sdept(Student)或π2,5(Student),结果如图:
对应的SQL语句为:
SELECTSname,SdeptFROMStudent
例4:
查询学生关系中有哪些系?
代数式为:
πSdept(Student)或π5(Student),结果如上图:
对应的SQL语句为:
SELECTSdeptFROMStudent
3.连接(又称θ连接)
它是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间的满足一定条件的元组。
记作:
期中A和B分别为R和S上度数相同且可比的属性组。
θ是比较运算符。
连接运算从R和S的广义笛卡尔积RxS中选取在A属性祖上的值与在B属性组上值满足比较关系θ的元组。
重要两种的连接:
等值连接(equijoin)、自然连接(naturaljoin)
1)等值连接:
θ为“=“的连接运算,是从关系R与S的广义笛卡尔积中选取A,B属性值相等的那些元组,即:
2)自然连接:
一种特殊的等值连接,要求两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组,并且结果中把重复的属性列去掉。
即若R和S具有相同的属性组B,则自然连接可记作:
一般的连接从行的角度,自然连接要取消重复列,是从行和列的角度进行运算。
连接对应后面的SQL语句的嵌套查询等
例:
有关系关系R和关系S如图(a)(b),则
如图(c)等值连接
的结果为图(d),自然连接结果为(e)
(a)(b)(c)
(d)(e)
4.除——从行和列的角度进行运算
给定关系R(X,Y)和S(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P(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上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。
记作:
其中Yx为x在R中的象集x=tr[X].
例6:
关系R和S如图
(a)(b)(c)
对应概念中有R(A,Y)和S(Y,D)其中,Y为属性列组(B,C)
关系R中A可以取四个值{a1,a2,a3,a4}其中
a1的象集为{(b1,c2),(b2,c3),(b2,c1)}
a2的象集为{(b3,c7),(b2,c3)}
a3的象集为{(b4,c6)}
a4的象集为{(b6,c6)}
S在(B,C)上的投影为{(b1,c2),(b2,c1),(b2,c3)}
a1的象集(B,C)a1包含了S在(B,C)属性组上的投影,故R÷S={a1}
Cno
1
3
综合练习:
例7:
查询至少选修1号课程和3号课程的学生学号.
先建立一个临时关系K,然后求:
πSno,Cno(SC)÷K结果为{95001}
例8:
查询选修了2号课程的学生的学号
πSno(бcno=’2’(SC))={95001,95002}
例9:
查询至少选修了一门其直接先行课为5号课程的学生的姓名
分解:
先查询先行课为5号课程的课程,然后再查询选修的学生
πSname,(бCpno=’5’(Course)|×|SC|×|πSno,Sname(Student))
或
πSname,(πSno(бCpno=’5’(Course)|×|SC)|×|πSno,Sname(Student))
例10:
查询选修了全部课程的学生学号和姓名
πSno,Cno(SC)÷πCno(Course)|×|πSno,Sname(Student)
课下练习、作业
总结:
掌握各种运算符的运算规则和使用方法
四、关系演算只要给学生讲解概念就可,具体的运算语言不作讲解
关系演算以数理逻辑谓词为基础的。
分为:
元组关系演算和域关系演算
以元组为变量的关系演算称为元组关系演算
以域为变量的关系演算称为域关系演算
对应的典型语言分别是元组关系演算语言ALPHA、域关系演算语言QBE(QueryByExample)
作业:
80页课后习题5、6