关系模型与SQL语言入门

# 关系模型与 SQL 语言入门 ## 1. 关系模型概述 关系数据模型基于表的集合。数据库系统的用户可以对这些表进行查询、插入新元组、删除元组以及更新（修改）元组等操作。以下是一些关键概念： - **关系与实例**：关系的模式指其逻辑设计，而关系的实例指某一时刻的内容。数据库的模式和实例也有类似定义。关系的模式包括其属性，还可选择包含属性的类型和关系上的约束，如主键和外键约束。 - **键的概念** - **超键**：是一个或多个属性的集合，其值能唯一标识关系中的元组。 - **候选键**：是最小的超键，即形成超键的属性集，但其任何子集都不是超键。 - **主键**：从关系的候选键中选择一个作为主键。 - **外键**：是引用关系中的一组属性，对于引用关系中的每个元组，外键属性的值必须作为被引用关系中某个元组的主键值出现。 - **模式图**：是数据库模式的图形表示，展示数据库中的关系、它们的属性以及主键和外键。 - **关系查询语言**：定义了一组对表进行操作的操作符，并以表作为结果输出。这些操作可以组合成表达式来表达所需的查询。 - **关系代数**：提供了一组操作，以一个或多个关系作为输入，并返回一个关系作为输出。像 SQL 这样的实用查询语言基于关系代数，但增加了许多有用的语法特性。 ### 1.1 关键术语总结 |术语|解释| |----|----| |表|关系数据模型的基本存储结构| |关系|等同于表| |元组|表中的一行| |属性|表中的一列| |域|属性的取值范围| |原子域|不可再分的域| |空值|表示缺失的值，可能存在但未知，或根本不存在| |数据库模式|数据库的逻辑设计| |数据库实例|某一时刻数据库的内容| |关系模式|关系的逻辑设计| |关系实例|某一时刻关系的内容| |键|包括超键、候选键和主键| |外键|引用其他关系主键的属性集| |参照完整性约束|确保外键值的有效性| |模式图|数据库模式的图形表示| |查询语言|用于查询数据库的语言，包括过程式和非过程式语言| |关系操作|如选择元组、选择属性、自然连接、笛卡尔积和集合操作| |关系代数|对关系进行操作的代数系统| ### 1.2 实践练习示例 以下是一些实践练习的示例，帮助理解上述概念： - **练习 2.1**：考虑特定的关系数据库，确定合适的主键。 - **练习 2.2**：考虑从 instructor 表的 dept name 属性到 department 表的外键约束，给出可能违反该外键约束的插入和删除操作示例。 - **练习 2.3**：对于 time slot 关系，解释为什么 day 和 start time 是该关系主键的一部分，而 end time 不是。 - **练习 2.4**：在 instructor 表的某个实例中，没有两个教师具有相同的姓名。能否得出 name 可以作为 instructor 表的超键（或主键）的结论？ - **练习 2.5**：先对 student 和 advisor 表进行笛卡尔积操作，然后对结果使用谓词 s id = ID 进行选择操作，结果是什么？用关系代数符号表示为 s id=I D(student × advisor)。 ## 2. SQL 查询语言概述 SQL 是目前使用最广泛的数据库查询语言，它不仅可以查询数据库，还能定义数据结构、修改数据库中的数据以及指定安全约束。 ### 2.1 SQL 的发展历程 - IBM 在 20 世纪 70 年代初开发了 SQL 的原始版本，最初称为 Sequel，后来演变为 SQL（Structured Query Language）。 - 1986 年，美国国家标准协会（ANSI）和国际标准化组织（ISO）发布了 SQL 标准 SQL - 86，随后又发布了 SQL - 89、SQL - 92、SQL:1999、SQL:2003、SQL:2006 和最近的 SQL:2008 等标准。 ### 2.2 SQL 的组成部分 SQL 语言由以下几个部分组成： - **数据定义语言（DDL）**：提供定义关系模式、删除关系和修改关系模式的命令。 - **数据操作语言（DML）**：提供从数据库中查询信息、插入元组、删除元组和修改元组的能力。 - **完整性**：包括指定数据库中存储的数据必须满足的完整性约束的命令。违反完整性约束的更新操作将被禁止。 - **视图定义**：包括定义视图的命令。 - **事务控制**：包括指定事务开始和结束的命令。 - **嵌入式 SQL 和动态 SQL**：定义了如何将 SQL 语句嵌入到通用编程语言（如 C、C++ 和 Java）中。 - **授权**：包括指定对关系和视图的访问权限的命令。 ### 2.3 SQL 数据定义 #### 2.3.1 基本类型 SQL 标准支持多种内置类型： - **char(n)**：固定长度的字符串，用户指定长度为 n。也可以使用完整形式 character。 - **varchar(n)**：可变长度的字符串，用户指定最大长度为 n。完整形式 character varying 与之等效。 - **int**：整数（机器依赖的整数子集）。完整形式 integer 与之等效。 - **smallint**：小整数（机器依赖的整数类型子集）。 - **numeric(p, d)**：定点数，用户指定精度。该数字由 p 位（包括符号）组成，其中 d 位在小数点右侧。 - **real, double precision**：浮点数和双精度浮点数，精度取决于机器。 - **float(n)**：浮点数，精度至少为 n 位。 每个类型可能包含一个特殊值 null，表示缺失的值。在比较 char 类型和 varchar 类型时，可能会出现问题，建议使用 varchar 类型以避免这些问题。SQL 还提供了 nvarchar 类型来存储使用 Unicode 表示的多语言数据，但许多数据库甚至允许在 varchar 类型中存储 UTF - 8 编码的 Unicode 数据。 #### 2.3.2 基本模式定义 使用 `create table` 命令来定义 SQL 关系。例如，创建一个名为