数据库系统概念中的关系模型是数据库理论的核心之一,它在数据管理中扮演着至关重要的角色。关系模型是由E.F. Codd在20世纪70年代初提出的,这一理论基于集合论,为数据库提供了坚实的数学基础,并因此Codd荣获1981年ACM图灵奖。早期的代表系统如IBM的System R和加州Berkeley分校的INGRES,现在主流的商业数据库系统如Oracle、SQL Server、DB2等,以及像Access、Foxpro、Foxbase这样的桌面数据库系统,都是关系模型的应用实例。
关系模型的关键在于其单一的数据结构——关系。从用户的角度来看,关系就像一个二维表格,它能够表示现实世界中的实体及其相互联系。在关系模型中,数据的逻辑结构是一个二维表,由一系列行(元组)和列(属性)组成。
域(Domain)是关系模型的基础,它是具有相同数据类型的值的集合。例如,整数集合、字符串集合或者特定实体的集合。笛卡尔积(Cartesian Product)是多个域的组合,所有可能的值组合形成一个元组,元组的每个值称为分量。如果每个域的基数分别为mi,则笛卡尔积的基数为m1×m2×...×mn。
关系是笛卡尔积的一个子集,具有特定的意义。一个关系通常表示为R(D1, D2,..., Dn),其中R是关系名,n是关系的度或目。关系的每个元组由来自不同域的分量构成,这些分量构成了二维表格的行。例如,关系TEACH(T, S, C)表示教师、学生和课程之间的关系。
关系有一些基本的性质:列是同质的,即同一列的分量来自同一个域;不同的列可以来自同一个域,但必须有不同的属性名;行列顺序不重要,但某些数据库产品如Oracle会遵循这一原则,而其他如FoxPro则不然;关系中的元组应该是唯一的,不允许完全相同的元组存在,尽管某些数据库产品如Oracle和FoxPro允许在没有特定约束条件下存在重复元组。
数据库模式(DB Schema)是关系模式的描述,用于定义数据库的结构。关系模式如S(sno, sname, dept)表明了一个名为S的关系,包含三个属性:学生编号(sno)、学生姓名(sname)和部门(dept)。关系模式定义了属性的名称、数据类型和关系之间的约束,而关系实例则包含了具体的值。
在关系模型中,关系代数是一种查询语言,包括基本运算如选择(Select)、投影(Project)、并集(Union)、差集(Difference)和笛卡尔积,以及附加的运算如连接(Join)、除法(Divide)和集合函数。这些运算符允许对数据库进行复杂的查询和操作。
此外,SQL(Structured Query Language)是关系数据库中广泛使用的标准化查询语言,它结合了关系代数和元组关系演算的概念,支持创建、查询、更新和管理关系数据库。
关系模型是理解和操作现代数据库系统的基础,掌握它的概念和运算对于数据库设计、开发和管理至关重要。通过深入学习这部分内容,可以更好地理解和应用数据库技术,解决实际问题。