数据库复习

第一章绪论

1.1数据库系统概述

1.1.1 数据库的四个基本概念

数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统

1.数据（data)

数据库中存储的基本对象。

定义：描述事物的符号记录。
种类：数字、文字、视频、音频等
特征：特征就是数据的语义，数据与其语义是不可分割的。

2.数据库

是长期存储在计算机内部、有组织、可共享的、大量的数据的集合。

基本特征：数据按照一定的数据模型组织、描述和储存；可为各种用户共享；冗余度较小；数据独立性较高；易扩展。

3.数据库管理系统

位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。用来科学的组织和存储数据、高效地获取和维护数据。

4.数据库系统

在计算机系统中一如数据库后地系统。

数据库系统的构成

数据库、操作系统、数据库管理系统及开发工具、应用系统、数据库管理员、用户。

特征：数据结构化；数据共享性高，冗余度低且易扩充；数据独立性搞；数据又数据库系统统一管理和控制。

1.1.2数据管理技术的产生和发展

什么是数据处理：

围绕着数据所作的工作都可成为数据处理。既对各种数据进行手机、管理、加工、传播的一系列活动的综合。
什么是数据管理：

对数据进行分类、组织、编译、存储、检索、维护，是数据处理的中心问题。数据管理是数据处理业务的基本环节，而且是任何数据业务处理中必不可少的共有部分。
数据管理技术的发展过程
- 人工管理阶段
- 文件系统阶段
- 数据库系统阶段

1.1.3数据库系统的特点

数据结构化
数据的高共享性，冗余度低且易扩充
数据的独立性高
- 物理独立性：指用户的应用程序与数据库中数据的物理存储时相互独立的。当数据的物理存储改变了，应用程序不用改变。
- 逻辑独立性：指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，应用程序不用改变。
数据由数据库管理系统统一管理和控制

1.2数据模型

1.2.1三种数据模型

概念模型：也称为信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，用于数据库设计。
逻辑模型：逻辑模型主要包括网状模型、乘此模型、关系模型、面向对象数据模型、对象关系数据模型、半结构化数据模型等。按照计算机系统的观点对数据建模，用与DBMS实现。
物理模型：物理模型是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法。

1.2.2数据模型的组成要素

数据模型有三个组成要素：数据结构、数据操作、完整性约束条件。

数据结构

描述数据库的组成对象及对象之间的联系。它是对系统 静态特性的描述。
数据操作

对各种对象的实例允许执行的操作及有关的操作规则。它是对系统动态特性的描述。
数据的完整性约束条件

一组完整性规则的集合。

用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。

1.2.3概念模型

概念模型的用途：它主要用于信息世界的建模，是现实世界到机器世界的一个中间层次。是数据库设计的有力工具；是数据库设计人员和用户之间进行交流的语言。

实体：客观存在且相互区别的事物。

属性：实体所具有的某一特性。
码：唯一表示实体的属性集合。
域：属性的取值范围称为该属性的域。
实体型：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型。
实体集：同一类型实体的集合成为实体集。
联系：显示世界中书屋内部以及事物之间的联系。

1.2.4 最常用的数据模型

非关系模型：层次模型、网状模型
关系模型：
面向对象模型
对象关系模型

1.2.5层次模型

类似于数据结构里面的树状结构的东西。

1.2.6网状模型

对应数据结构里面的图

1.2.7关系模型

一张二维表

术语

关系：对应一张表
元组：表的一行
属性：表的一列，这一列的名称叫做属性名
主码：表中的属性组可以唯一的确定一个元组
域：属性的取值范围
分量：属性的取值范围
关系模式：对关系的描述

关系名（属性1，属性2，，，属性3）

关系必须是规范化的，满足一定的规范条件。

关系的每一个分量条件是一个不可分割的数据项，即不存在表中表

关系术语	一般表格的术语
关系名	表名
关系模式	表头（表格的描述）
关系	（一张）二维表
元组	记录或行
属性	列
属性名	列名
属性值	列值
分量	一条记录中的一个列值
非规范关系	表中有表（大表中嵌有小表）

关系数据模型的操纵
- 查询
- 插入
- 删除
- 更新
关系数据模型的完整性约束条件
- 实体完整性
- 参照完整性
- 用户自定义的完整性
关系模型的优点
- 建立在严格的数学概念的基础上
- 概念单一
- 关系模型的存取路径对用户透明
关系模型的缺点
- 存取路径都用户透明，查询效率低
- 提高性能要对用户查询的请求进行优化，增加了开发难度。

	层次模型	网状模型	关系模型	面向对象模型
创始	1968年IBM公司的IMS系统	1969 年 CODASYL 的 DBTG 报告 (71 年通过 )	1970 年 F.Codd 提出关系模型	20 世纪 80 年代
数据结构	复杂（树结构）	复杂（有向图结构）	简单（二维表）	复杂（嵌套递归）
数据联系	通过指针	通过指针	通过表间的公共属性	通过对象标识
查询语言	过程性语言	过程性语言	非过程性语言	面向对象语言
典型产品	IMS	IDS/Ⅱ IMAGE/3000 IDMS TOTAL	Oracle Sybase DB2 SQL Server Informix	ONTOS DB
盛行期	20 世纪 70 年代	70 年代至 80 年代中期	80 年代至现在	90 年代至现在

1.3数据库系统结构

1.3.1数据库系统模式的概念

型：对某一类数据的节后和属性的说明。（一个类型）
值：型的一个具体赋值（一个实例）
模式：数据库逻辑结构和特征的描述。它是型的描述。
实例：模式的一个具体值。

1..3.2 数据库系统的三级模式

外模式（子模式或用户模式）：数据库用户使用的局部数据的逻辑结构特征的的描述。一个数据库可以有多个。
模式（逻辑模式或概念模式）：数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。一个数据库只有一个。
内模式（存储模式）: 是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式，一个数据库只有一个内模式。

1.3.3 数据的二级映像功能与数据独立性

二层映射
- 外模式/模式
  
  同一个模式可以有多个外模式。 对每一个外模式 ，数据库系统都有一个外模式／模式映象，用来定义外模式与模式之间的对应关系，映象定义通常包含在各自外模式的描述中，以 保证数据的逻辑独立性。
  
  当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式／模式映象，使外模式保持不变。 应用程序是依据外模式编写的 ，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性。
- 模式/内模式映像
  
  l当数据库的存储结构改变了（如， 选用了另一种存储结构 ）， 数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变 。

1.3.4 数据库模式

1.4 数据库系统的组成

硬件平台与数据库、应用程序、数据库管理员。

第二章关系数据库

2.1 关系数据结构及形式化定义

2.1.1 关系

关系模型中的数据的逻辑结构时一张二维表

域：一组具有相同数据类型的值的集合。
笛卡尔积：一组域中的所有的值的全排列，不能出现重复。
- 元组：笛卡尔积中的一组取值
- 分量：一组取值中的一项
- 基数：组合出出来的个数
关系：笛卡尔积的子集，表示为
- 属性：列的名字
- 码
  
  候选码：关系中某一属性组的值能唯一标识一个元组，而其自己不能。
  
  关键字/主码：多个候选码时选择其中一个。
  
  主属性：候选码的诸属性
  
  非主属性：不包含在候选码中的属性。

2.1.2 关系模式

关系模式：关系模式是对关系的描述，关系模式是型，关系是值。
定义关系模式：R （ U ， D ， DOM ， F ）
- R：关系名
- U：组成该关系的属性名集合
- D：属性组U中属性所来自的域
- DOM：属性向域的映像集合
- F：属性键的数据依赖集合。
关系模式和关系
- 关系模式：对关系的描述，静态的、稳定的、
- 关系：关系模式在某一时刻的状态或内容。动态的、随时间不断变化。

2.1.3 关系数据库

在一个给定的应用领域中，所有关系的集合构成一个关系数据库。

2.1.4 关系模型的存储结构

2. 2关系操作

增、删、改、查。

2.3关系的完整性

关系的三类完整性约束：实体完整性、参照完整性、用户定义的完整性。

2.3.1 实体完整性

实体完整性规则：若属性A是基本关系R的主属性，则主属性A不能去空值。

2.3.2 参照完整性

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域基本关系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成为基本参照关系，基本关系S成为被参照关系。

参照完整性规则：若属性F是基本关系R的外码，它与基本关系S的主码Ks相对应。则对于R中每个元组在F上的值必须为一下两种情况：

或者取空值
或者等于S中某个元组的主码值。

实质就是不允许引用不存在的实体。

2.4 关系代数

并：
差：
交：
笛卡尔积：

笛卡尔积是把两列分别放在一起进行排列组合
选择：
投影：
连接：
- 等值连接：用A=B来选择。
- 自然连接：要就把两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组，并且在结果中把相重复的属性列去掉。此时记作：
- 悬浮元组：
- 外连接、左外连接、右外连接
除：

第1步：将被除关系R的属性分为象集属性和结果属性两部分：与除关系S相同的属性属于象集属性，不相同的属性属于结果属性。
第2步：在除关系S中，对与被除关系R相同的属性（象集属性）进行投影，得到除目标数据集。
第3步：将被除关系R分组，原则：结果属性值一样的元组为一组，求每个结果属性值的象集。
第4步：逐一考察每个组，如果它的象集属性值中包括除目标数据集，则对应的结果属性值应属于该除法运算结果集。