2011年軟考數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)工程師知識(shí)點(diǎn)講解(5)

　　(2)關(guān)系操作 關(guān)系模型規(guī)定了關(guān)系操作的功能和特點(diǎn)，但不對(duì)DBMS語(yǔ)言的語(yǔ)法做出具體的規(guī)定。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言的主要特點(diǎn)(或優(yōu)點(diǎn))是其高度的非過(guò)程化(Non-procedureae)或者說(shuō)明性(declarative)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言的語(yǔ)句是透明的。用戶只須知道語(yǔ)句做什么，而不須知道怎么做的。Codd在其早期的文章中，引入了8種基本的操作:并(Union)交(Intersection)差(Difference)笛卡爾乘積(Cartesian Product)限制(Restrictions)投影(Projection)連接(Join)除(Division)這些操作都是對(duì)關(guān)系的內(nèi)容或表體實(shí)施操作的，得到的結(jié)果仍為關(guān)系。注意，這些操作只是基本的操作，而不是不再可分的原始(Primitive)操作，例如，Join，Intersection和Division可以由其它五種操作合成。但是，把它們?nèi)齻�(gè)也作為基本操作使用起來(lái)很方便。另外，Codd并沒(méi)說(shuō)上述8種操作就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)只能有的8種操作。實(shí)際上，上述8種操作僅僅是作為最小的DML操作的基礎(chǔ)部分，并且也還未考慮到DDL的需求。SQL支持的操作多于上述8種DML操作，而且SQL還支持DDL操作。關(guān)系操作的特點(diǎn)是集合操作，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集合(set-at-a-time)方式。而非關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫(kù)的操作方式則為一次一記錄(record-at-a-time)方式。關(guān)系操作可以用兩種方式來(lái)表示:

　　①代數(shù)方式，即關(guān)系代數(shù)

　　②邏輯方式，即關(guān)系演算而關(guān)系演算又進(jìn)一步分為元組關(guān)系演算和域關(guān)系演算。已經(jīng)證明，這些表示方式在功能上是相互等價(jià)的。一般選其一即可。

　　(3)關(guān)系模型的三類完整性 關(guān)系模型的三類完整性是:

　�、賹�(shí)體完整性(Entity Integrity)

　�、趨⒄胀暾�性(Referential Integrity)

　�、塾脩舳�義的完整性(User Defined Integrity)其中，實(shí)體完整性和參照完整性是任何關(guān)系模型都必須滿足的完整性約束條件，應(yīng)該由關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)DBMS自動(dòng)支持。而用戶定義的完整性的支持是由DBMS提供完整性定義設(shè)施(或機(jī)制)，可以隨DBMS商品軟件不同而有所變化。實(shí)體完整性是指:若屬性A是基本關(guān)系R的主關(guān)鍵字的屬性(即主屬性)，則屬性A不能取空值(NULL)。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中有各種關(guān)系，如基本關(guān)系(常稱為基本表)、查詢表、視圖表等等�；�本表是指實(shí)際存在的表，它是實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的邏輯表示。查詢表是指和查詢結(jié)果相對(duì)應(yīng)的表。而視圖表是由基本表或視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不對(duì)應(yīng)實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。實(shí)體完整性是針對(duì)基本關(guān)系的�？罩凳侵浮安恢�道”或者“無(wú)意義的”或“不屬于定義域”值�？罩狄浴癗ULL”表示。對(duì)于實(shí)體完整性作如下說(shuō)明:

　　(1)一個(gè)基本關(guān)系通常對(duì)應(yīng)于現(xiàn)實(shí)世界中的一個(gè)實(shí)體集。例如學(xué)生關(guān)系對(duì)應(yīng)于學(xué)生實(shí)體集�；�本關(guān)系不是由其它關(guān)系生成的關(guān)系�；�本關(guān)系是本原(Primitive)，是定義復(fù)雜關(guān)系的出發(fā)點(diǎn)。

　　(2)現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體是可區(qū)分的，即實(shí)體具有某種唯一性的標(biāo)識(shí)。

　　(3)在關(guān)系模型中由主關(guān)鍵字作為滿足唯一性的標(biāo)識(shí)。

　　(4)主關(guān)鍵字中屬性不能取空值。因?yàn)槿糁麝P(guān)鍵字中某屬性取空值，則意味著某個(gè)實(shí)體不可標(biāo)識(shí);而這和(2)相矛盾。參照完整性是指:若基本關(guān)系R中含有另一個(gè)基本關(guān)系S的主關(guān)鍵字K S 所對(duì)應(yīng)的屬性組F(F稱為R的外部關(guān)鍵字(external keys))，則在關(guān)系R中的每個(gè)元組中的F上的值必須滿足:

　�、倩蛘呷】罩�(即F中的每個(gè)屬性的值均為空值);

　�、诨虻扔赟中某個(gè)元組的主關(guān)鍵字的值�；�本關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系。外部關(guān)鍵字也稱為外來(lái)關(guān)鍵字。例如，某數(shù)據(jù)庫(kù)中有職工關(guān)系EMP(職工號(hào)，姓名，部門(mén)號(hào))和部門(mén)關(guān)系DEPT(部門(mén)號(hào)，部門(mén)名稱)為兩個(gè)基本關(guān)系。關(guān)系EMP的主關(guān)鍵字為“職工號(hào)”，DEPT的主關(guān)鍵字為“部門(mén)號(hào)”在EMP中，“部門(mén)號(hào)”是EMP的外部關(guān)鍵字。故此，在EMP中的每個(gè)元組中“部門(mén)號(hào)”的值只有兩種可能性:

　�、偃】罩�。這說(shuō)明這個(gè)職工尚未分到某個(gè)部門(mén);

　　②或取非空值。這時(shí)“部門(mén)號(hào)”的值必須是DEPT中某個(gè)元組中的“部門(mén)號(hào)”的值。這說(shuō)明一個(gè)職工不可能被分配到一個(gè)不存在的部門(mén)。也就是說(shuō)，被參照的關(guān)系DEPT中一定存在一個(gè)元組，該元組的關(guān)鍵字的值等于EMP中某元組的外部關(guān)鍵字的值。實(shí)體完整性和參照完整性是針對(duì)任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)庫(kù)的一般性原則。用戶定義的完整性針對(duì)某一具體的數(shù)據(jù)庫(kù)的約束條件。條件是由現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用環(huán)境決定的。它涉及到某一具體的應(yīng)用中的數(shù)據(jù)所必須滿足的語(yǔ)義要求。關(guān)型模型的DBMS應(yīng)提供定義和檢驗(yàn)這類完整性條件的機(jī)制，以使用統(tǒng)一的方法來(lái)自動(dòng)地處理它們而不要求應(yīng)用程序員來(lái)承擔(dān)這一功能。

　　5.關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言概述

　　關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言分三類:數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言DDL，數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言DML和數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言DCL。其中，DDL負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的描述，提供一種數(shù)據(jù)描述機(jī)制，用來(lái)描述數(shù)據(jù)庫(kù)的特征或數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。DML負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，提供一種處理數(shù)據(jù)庫(kù)操作的機(jī)制。DCL負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性和安全性，提供一種檢驗(yàn)完整性和保證安全的機(jī)制。DML是用戶經(jīng)常使用的語(yǔ)言，包括了DBMS的主要功能。DML包括數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)的增、刪、改等功能。其中查詢的表達(dá)方式是DML的主要部分。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的DML按照查詢方式可以分為兩大類:

　　(1)用對(duì)關(guān)系的集合代數(shù)運(yùn)算來(lái)表示查詢的方式，稱為關(guān)系代數(shù)(Relational Algebra)。

　　(2)用謂詞演算來(lái)表達(dá)查詢的方式，稱為關(guān)系演算(Relational Calculus)。關(guān)系演算又可按謂詞變?cè)�的基本�?duì)象是元組變量(tuple variable)還是域變量(domain variable)分為元組關(guān)系演算和域關(guān)系演算兩種。關(guān)系代數(shù)和兩種關(guān)系演算均是抽象的查詢語(yǔ)言，這些抽象的查詢語(yǔ)言和實(shí)際的DBMS軟件產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)的具體的查詢語(yǔ)言并不完全一樣。但它們是DBMS中查詢語(yǔ)言的理論基礎(chǔ)。關(guān)系代數(shù)、元組關(guān)系演算和域關(guān)系演算這三種語(yǔ)言在表達(dá)能力上是彼此相互等價(jià)的，它們均可以作為評(píng)價(jià)實(shí)際DBMS軟件產(chǎn)品中查詢語(yǔ)言能力的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際DBMS軟件產(chǎn)品的查詢語(yǔ)言，除了提供關(guān)系代數(shù)(或一種關(guān)系演算)之外，還提供了許多附加的功能，如庫(kù)函數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能。SQL是介于關(guān)系代數(shù)，和關(guān)系演算之間的一種語(yǔ)言。SQL不僅具有豐富的查詢功能，而且還具有數(shù)據(jù)庫(kù)定義和數(shù)據(jù)庫(kù)控制功能。SQL是集DDL、DML、DCL為一體的標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言。SQL充分體現(xiàn)了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)。

　　6.關(guān)系代數(shù)

　　關(guān)系代數(shù)中的運(yùn)算可以分為兩類:

　　(1)傳統(tǒng)的集合運(yùn)算，如并、交、差、笛卡爾乘積等。這類運(yùn)算是從關(guān)系的“水平方向(即按行)”來(lái)進(jìn)行的。

　　(2)專門(mén)的關(guān)系運(yùn)算，如選擇、投影、連接、除。這類運(yùn)算不僅涉及到行而且也涉及到列。

　　7.關(guān)系演算

　　關(guān)系演算是以數(shù)理邏輯中的謂詞演算為基礎(chǔ)的。用謂詞演算作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的語(yǔ)言并提出關(guān)系演算的是E.F.Codd。Codd首先定義了關(guān)系演算語(yǔ)言ALPHA。但ALPHA并沒(méi)有在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。但關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)INGRES所用的QUEL語(yǔ)言是參考ALPHA研制的，與ALPHA十分類似。