數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)自學(xué).ppt

第3講 數(shù)據(jù)庫(kù)原理,參考文獻(xiàn)：薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論 數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)管理的工具。數(shù)據(jù)管理經(jīng)歷了從手工管理階段、文件管理階段到數(shù)據(jù)庫(kù)管理階段的變遷。 幾個(gè)重要概念： 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)庫(kù) 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),存放數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)（顧名思義/不準(zhǔn)確的含義） 信息的載體/表示 盡管數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)已發(fā)展成熟，但還沒(méi)有一個(gè)普遍接受的、嚴(yán)格的定義。,數(shù)據(jù)庫(kù)(Data Base),數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)具備的特征/定義： （1）數(shù)據(jù)庫(kù)是相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合 數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)不是孤立的，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間是相互關(guān)聯(lián)的，在數(shù)據(jù)庫(kù)中不僅要能夠表示數(shù)據(jù)本身，還要能夠表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。 如：學(xué)籍管理學(xué)生、課程兩類數(shù)據(jù)。 （2）用綜合的方法組織數(shù)據(jù) 順序、索引、聚簇Cluster,數(shù)據(jù)庫(kù),例：人事部門(mén)有一個(gè)職工文件：,教育部門(mén)也有一個(gè)職工文件：,其中，“職工基本情況”重復(fù)存儲(chǔ)，浪費(fèi)空間?？晒蚕泶?儲(chǔ)類似這樣的共同數(shù)據(jù)，以降低數(shù)據(jù)的冗余度。,（3）具有較小的數(shù)據(jù)冗余，可供多個(gè)用戶共享 低冗余與數(shù)據(jù)共享：在數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)之前，數(shù)據(jù)文件都是獨(dú)立的，任何數(shù)據(jù)文件都必須含有滿足某一應(yīng)用的全部數(shù)據(jù)。,數(shù)據(jù)庫(kù),（4）具有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性 數(shù)據(jù)獨(dú)立性：（包括物理獨(dú)立性、邏輯獨(dú)立性。） 指數(shù)據(jù)的組織和存儲(chǔ)方法與應(yīng)用程序互不依賴，彼此獨(dú)立的特性?？山档蛻?yīng)用程序的開(kāi)發(fā)代價(jià)和維護(hù)代價(jià)。,數(shù)據(jù)庫(kù),在數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)之前，數(shù)據(jù)文件的組織方式和應(yīng)用程序是密切相關(guān)的。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變，相應(yīng)的應(yīng)用程序也必須隨之修改=開(kāi)發(fā)/維護(hù)代價(jià),數(shù)據(jù)庫(kù),（5）具有安全控制機(jī)制，能夠保證數(shù)據(jù)的安全、可靠 數(shù)據(jù)庫(kù)要有一套安全機(jī)制，以便有效地防止數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)被非法使用/修改； 數(shù)據(jù)庫(kù)還要有一套備份/恢復(fù)機(jī)制，以保證當(dāng)數(shù)據(jù)遭到破壞時(shí)將數(shù)據(jù)立刻完全恢復(fù)=繼續(xù)、可靠地運(yùn)行。,（6）允許并發(fā)地使用數(shù)據(jù)庫(kù)，能有效、及時(shí)地處理數(shù)據(jù)，并能保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性 一致性：數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是共享的，并且允許多個(gè)用戶同時(shí)使用相同的數(shù)據(jù)。這就要求數(shù)據(jù)庫(kù)能夠協(xié)議一致，保證各個(gè)用戶之間對(duì)數(shù)據(jù)的操作不發(fā)生矛盾和沖突。 正確性、完整性： 保證數(shù)據(jù)正確的特性數(shù)據(jù)完整性 可通過(guò)建立一些約束條件保證數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是正確的。 如：學(xué)生年齡20 （2或100則錯(cuò)誤）,數(shù)據(jù)庫(kù),數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DataBase Management System ，DBMS） 數(shù)據(jù)庫(kù)的功能/特性不是數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)固有的，是靠管理或支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)軟件DBMS提供的。 DBMS任務(wù)： 對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行管理，使之能為多個(gè)用戶共享。 保證數(shù)據(jù)的安全性/可靠性/完整性/一致性/獨(dú)立性,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),2 數(shù)據(jù)庫(kù)操縱功能 完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的操作：插入、刪除、修改； 重新組織數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)； 完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的備份/恢復(fù)等.,DBMS功能： 1 數(shù)據(jù)庫(kù)定義功能 定義數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)； 定義數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系； 定義數(shù)據(jù)完整性約束條件和保證完整性的觸發(fā)機(jī)制等.,3數(shù)據(jù)庫(kù)查詢功能 以各種方式提供靈活的查詢功能，以便方便使用數(shù)據(jù). 4 數(shù)據(jù)庫(kù)控制功能 完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性控制/完整性控制/并發(fā)控制 5 數(shù)據(jù)庫(kù)通信功能 在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)或提供網(wǎng)絡(luò)操作功能的數(shù)據(jù)庫(kù)中還必須提供通信功能。,數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) (DataBase System，DBS) 基于數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，包括： 以數(shù)據(jù)為主體的數(shù)據(jù)庫(kù) 管理數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)軟件DBMS 支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)環(huán)境 管理和使用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的人，特別是DBA 方便使用和管理系統(tǒng)的技術(shù)說(shuō)明書(shū)和使用說(shuō)明書(shū),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理員,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理員,數(shù)據(jù)庫(kù)管理員 (DataBase Administrator，DBA) 從事數(shù)據(jù)庫(kù)管理工作的人員，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的全面管理工作（維護(hù)、設(shè)計(jì)） 數(shù)據(jù)庫(kù)的使用會(huì)改變企事業(yè)單位的管理方式，但因?yàn)橐驯姸嗖块T(mén)或用戶的數(shù)據(jù)放在同一數(shù)據(jù)庫(kù)中，會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，如：數(shù)據(jù)沖突；越權(quán)使用數(shù)據(jù)；重要數(shù)據(jù)丟失 因此需要管理部門(mén)：負(fù)責(zé)和數(shù)據(jù)管理有關(guān)的工作。,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理員,注: DBA工作繁重、重要、關(guān)鍵： 除了要掌握一定的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)之外，還應(yīng)有處理好人際關(guān)系的素質(zhì)、能力。在一個(gè)企事業(yè)中，特別是一個(gè)規(guī)模較大的數(shù)據(jù)庫(kù)，不能指望一兩個(gè)人來(lái)完成管理工作，所以DBA常指數(shù)據(jù)庫(kù)管理部門(mén)。 開(kāi)發(fā)DBS時(shí)，一開(kāi)始就應(yīng)設(shè)置DBA的職位或相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，以明確DBA職責(zé)、權(quán)限。,數(shù)據(jù)處理是計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中最大的一類應(yīng)用 用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段： 1 人工管理階段 數(shù)據(jù)庫(kù)管理的初級(jí)階段。 在50年代中期以前，計(jì)算機(jī)采用的是批處理方式，主要用于科學(xué)計(jì)算。,1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,2 文件系統(tǒng)階段（50年代后期60年代中期） 特點(diǎn)： 計(jì)算機(jī)技術(shù)有了很大的發(fā)展，開(kāi)始廣泛應(yīng)用于信息處理 存儲(chǔ)設(shè)備有了磁盤(pán)、磁鼓等可直接存取的設(shè)備 計(jì)算機(jī)有了操作系統(tǒng)，包括文件管理系統(tǒng)，用戶可將數(shù) 據(jù)組織成文件體交給系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)管理。 數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存在磁盤(pán)等存儲(chǔ)設(shè)備上 程序和數(shù)據(jù)有了一定的獨(dú)立性，且文件有多種形式的組 織結(jié)構(gòu)：順序、鏈接、索引、直接,1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,缺點(diǎn)： （1）數(shù)據(jù)冗余較大 每個(gè)文件都是為特定的用途設(shè)計(jì)的， 同樣數(shù)據(jù)在多個(gè)文件中重復(fù)存儲(chǔ) 進(jìn)能提供以文件為單位的數(shù)據(jù)共享。 （2）程序和數(shù)據(jù)之間的獨(dú)立性較差 應(yīng)用程序依賴于文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，修改文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)就要修改程序,1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,（3）對(duì)數(shù)據(jù)的表示和處理能力較差 文件的結(jié)構(gòu)和操作比較單一，不夠豐富。 （4）數(shù)據(jù)不一致 由（1）造成，更新時(shí)會(huì)造成同一數(shù)據(jù)在不同文件 中的不一致。 （5）數(shù)據(jù)聯(lián)系弱 文件與文件之間是獨(dú)立的，文件之間的聯(lián)系必須通 過(guò)程序來(lái)構(gòu)造。 盡管如此，文件系統(tǒng)在數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展中仍起 著很重要的作用。,1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,3.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段 從60年代后期開(kāi)始，計(jì)算機(jī)用于信息處理的規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)數(shù)據(jù)管理的技術(shù)提出了更高的要求，此時(shí)開(kāi)始提出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)，出現(xiàn)了大容量的磁盤(pán)，文件系統(tǒng)已不再能勝任多用戶環(huán)境下的數(shù)據(jù)共享和處理。一個(gè)新的數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)DBMS由此而形成，它對(duì)所有用戶數(shù)據(jù)實(shí)行統(tǒng)一的、集中的管理、操作和維護(hù)。,按照數(shù)據(jù)模型的進(jìn)展情況，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展可劃分為三代： 第一代：層次數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 主要支持層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型 第二代：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 支持關(guān)系數(shù)據(jù)模型，該模型有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)， 概念簡(jiǎn)單、清晰，易于用戶理解和使用。因此一 經(jīng)提出便迅速發(fā)展，成為實(shí)力性最強(qiáng)的產(chǎn)品。,1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,第三代：新一代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 基于擴(kuò)展的關(guān)系數(shù)據(jù)模型或面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型的尚未 完全成熟的一代數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 。 特點(diǎn)：支持包括數(shù)據(jù)、對(duì)象和知識(shí)的管理 在保持和繼承第二代技術(shù)的基礎(chǔ)上引進(jìn)新技術(shù)(如OO) 對(duì)其他系統(tǒng)開(kāi)放，具有良好的可移植性、可連結(jié)性、 可擴(kuò)充性、互操作性。,1.1.2 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,1.2 數(shù)據(jù)模型,模型對(duì)客觀事物、現(xiàn)象、過(guò)程或系統(tǒng)的簡(jiǎn)化描述 所有的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)都為它所要描述的世界建立了模型： 數(shù)據(jù)建模：描述了組織數(shù)據(jù)的框架結(jié)構(gòu)。 如：樓房住戶-數(shù)據(jù)；房間規(guī)格-數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)建模最后發(fā)展成為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式（數(shù)據(jù)字典 中的定義） 業(yè)務(wù)功能建模：用戶的最終需求。 業(yè)務(wù)功能建模最后發(fā)展成為應(yīng)用程序 產(chǎn)生高效的應(yīng)用程序的前提是良好的數(shù)據(jù)模型。（正如10 平米的房間無(wú)法成為會(huì)議廳一樣，一個(gè)糟糕的數(shù)據(jù)模型也無(wú)法產(chǎn)生高質(zhì)量的應(yīng)用。,1.2 數(shù)據(jù)模型,為什么要建立數(shù)據(jù)模型（Data Model）： 象蓋大樓的設(shè)計(jì)圖一樣，DM可使所有的 項(xiàng)目參與者都有一個(gè)共同的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 避免出現(xiàn)問(wèn)題再解決（邊干便改的方式） 可及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 加快應(yīng)用開(kāi)發(fā)速度,1.2.1 數(shù)據(jù)模型的三要素,1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 描述數(shù)據(jù)的靜態(tài)特征，包括對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù) 建聯(lián)系的描述。 通常按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來(lái)命名數(shù)據(jù)模型： 層次結(jié)構(gòu)層次模型 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀模型 關(guān)系結(jié)構(gòu)關(guān)系模型 2數(shù)據(jù)操作 描述數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)特征：一組定義在數(shù)據(jù)上的操作（包括操作的含義、操作符、運(yùn)算規(guī)則及其語(yǔ)言等） 主要操作：檢索與更新（插入、刪除、修改）,1.2.1 數(shù)據(jù)模型的三要素,33. 數(shù)據(jù)的約束條件 完整性規(guī)則的集合，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)必須滿足 這組規(guī)則。 約束條件的主要目的是使數(shù)據(jù)庫(kù)與它所描述的現(xiàn)實(shí)系 統(tǒng)相符合。 設(shè)計(jì)時(shí)：時(shí)數(shù)據(jù)模型正確、真實(shí)、有效地反映現(xiàn)實(shí) 運(yùn)行時(shí)：保證數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)值真實(shí)地體現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世 界的狀態(tài),1.2.2常見(jiàn)數(shù)據(jù)模型,根據(jù)數(shù)據(jù)模型應(yīng)用目的不同，數(shù)據(jù)模型有以下幾種： 概念（數(shù)據(jù)）模型（Conceptual Data Model） 面向現(xiàn)實(shí)世界建模 主要用來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界的概念化結(jié)構(gòu)，與具 體的DBMS無(wú)關(guān)； - 現(xiàn)實(shí)世界的事物經(jīng)過(guò)人腦的抽象加工，提取出對(duì)用 戶有用的信息，經(jīng)過(guò)組織整理加工形成結(jié)余現(xiàn)實(shí)世 界和計(jì)算機(jī)世界之間的中間模型； - CDM只關(guān)心現(xiàn)實(shí)世界中的事物、事務(wù)特征、聯(lián)系， 完全沒(méi)有與具體及其相關(guān)的任何概念；,1.2.2常見(jiàn)數(shù)據(jù)模型,CDM是系統(tǒng)分析員、程序設(shè)計(jì)員、維護(hù)人員、用戶 之間相互理解的共同語(yǔ)言； - CDM能時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的初始階段擺脫 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及DBMS的具體技術(shù)問(wèn)題，集中精力分析 數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系； - 概念模型必須轉(zhuǎn)換成邏輯模型，才能在DBMS中實(shí) 現(xiàn)； - 最常用的概念模型是E-R模型,1.2.2常見(jiàn)數(shù)據(jù)模型, 邏輯（數(shù)據(jù)）模型（Logical Data Model） 面向用戶建模 用戶從數(shù)據(jù)庫(kù)所看到的數(shù)據(jù)模型； - 是具體的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型（網(wǎng)狀/層次 /關(guān)系/面向?qū)ο螅?- 既要面向用戶，也要面向系統(tǒng)； - LDM表示數(shù)據(jù)建聯(lián)系的方法 - 一般的DBMS支持一種LDM（特殊的DBMS支 持多種LDM）,1.2.2常見(jiàn)數(shù)據(jù)模型, 物理（數(shù)據(jù)）模型（Physical Data Model） 面向具體的DBMS，面向機(jī)器 描述數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu) - PDM不僅與具體的DBMS有關(guān)，還與操作系統(tǒng) 和硬件有關(guān) - 每一種邏輯模型在實(shí)現(xiàn)時(shí)都有其對(duì)應(yīng)的物理模型 - PDM加入了概念模型中為考慮的因素：觸發(fā)器、 存儲(chǔ)過(guò)程、主鍵、外鍵、索引等 - DBMS為保證其獨(dú)立性和可以執(zhí)行，大部分PDM 的實(shí)現(xiàn)工作由系統(tǒng)自動(dòng)完成，而設(shè)計(jì)者只設(shè)計(jì)索 引、聚簇等特殊結(jié)構(gòu),1.2.3概念模型,實(shí)體-聯(lián)系（Entity-Relationship）概念模型 首先介紹E-R模型中常用的幾個(gè)重要概念，利用它們可 構(gòu)造出現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)的抽象描述。 1實(shí)體、實(shí)體型、實(shí)體集 實(shí)體（Entity） 客觀存在并能相互區(qū)分的事物 如：人；數(shù)據(jù)庫(kù)課程；正是用的計(jì)算機(jī)；一 場(chǎng)足球賽不能?chē)?yán)格地定義實(shí)體，正如幾何中“ 點(diǎn)”，“線”一樣。 關(guān)鍵之處：一個(gè)實(shí)體能和別的實(shí)體區(qū)分開(kāi)。,1.2.3概念模型, 實(shí)體型（Entity Type） 用實(shí)體名及屬性名集合來(lái)抽象刻畫(huà)同類實(shí)體 實(shí)體集（Entity Set） 同型的實(shí)體組成的集合。 2屬性（Attribute） 指實(shí)體所具有的某一方面的特性，一個(gè)實(shí)體可 由若干個(gè)屬性來(lái)刻劃。 - 屬性取值在一定的范圍，稱為該屬性的值域/域 （Domain） - 唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集稱為碼(Key),1.2.3概念模型,3聯(lián)系（Relationship） 實(shí)體集合間存在的相互關(guān)系 為了建立現(xiàn)實(shí)世界的完整模型，常常需要對(duì)聯(lián)系 分 類，根據(jù)一個(gè)實(shí)體集合的實(shí)體可以和多少個(gè)另一類 實(shí)體集合的實(shí)體相聯(lián)系，可將聯(lián)系分為如下幾種： (1) 一對(duì)一聯(lián)系（1：1） 系系主任 (2) 一對(duì)多聯(lián)系（1：n） 班級(jí)學(xué)生 (3) 多對(duì)多聯(lián)系（m：n） 課程學(xué)生,1.2.3概念模型,4 實(shí)體-聯(lián)系圖 （1） 確定所有實(shí)體集合 用矩形方框表示實(shí)體集合，方框內(nèi)標(biāo)明實(shí)體集合名 稱； （2） 選擇實(shí)體集應(yīng)包含的屬性 用橢圓框表示屬性，通過(guò)無(wú)向邊連接到實(shí)體集。只 有一個(gè)屬性的實(shí)體集可用屬性代替，附加到它參加 的聯(lián)系上； （3） 確定實(shí)體集之間的聯(lián)系 用菱形框表示，框內(nèi)標(biāo)明聯(lián)系的名稱，通過(guò)無(wú)向邊 （或有向邊）連接到參加聯(lián)系的每個(gè)實(shí)體集合；,1.2.3概念模型,（ 4）確定實(shí)體集的關(guān)鍵字 用下劃線在屬性上標(biāo)明關(guān)鍵字的屬性集合； （5） 確定聯(lián)系的類型 在用無(wú)向邊連接聯(lián)系到實(shí)體集時(shí)，在邊上注明1或 n（多）來(lái)知名聯(lián)系的類型。（在用有向邊連接 聯(lián)系到實(shí)體集時(shí)，讓邊的箭頭指向1的實(shí)體集的 一方，多對(duì)多因?yàn)槎际嵌喾?，故無(wú)箭頭）,1.2.4 三種主要的邏輯數(shù)據(jù)模型,上節(jié)討論的概念數(shù)據(jù)模型是“概念上”的，是抽象的，它與具體的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)無(wú)關(guān)。這節(jié)要討論的數(shù)據(jù)模型將與具體的DBMS有關(guān)，與DBMS支持的數(shù)據(jù)和聯(lián)系的表示或存儲(chǔ)有關(guān)。 前面提到過(guò)，數(shù)據(jù)庫(kù)中不僅要存放數(shù)據(jù)本身，還要存放數(shù)據(jù)間的聯(lián)系，可用不同的方法表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。 把表示數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的方法稱為邏輯（數(shù)據(jù)）模型。,1.2.4 三種主要的邏輯數(shù)據(jù)模型,一、 層次模型（Hierarchical Model） 用樹(shù)型結(jié)構(gòu)來(lái)表示實(shí)體之間聯(lián)系的模型。 支持層次模型的典型系統(tǒng)誕生于1970年前后，是IBM 公司的IMS（Information Management System）系統(tǒng)。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：插入、刪除限制多,1.2.4 三種主要的邏輯數(shù)據(jù)模型,二、網(wǎng)狀模型（Network Model） 典型代表：DBTG（Data Base Task Group）數(shù)據(jù) 庫(kù)任務(wù)組 1 網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 2 網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束 3 網(wǎng)狀模型的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 4網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：更能直接描述世界 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜,1.2.4 三種主要的邏輯數(shù)據(jù)模型,三、 關(guān)系模型（Relational Model） 1970，IBM，E.F.Codd 關(guān)系模型源于數(shù)學(xué)，它把數(shù)據(jù)看成是二維表（關(guān)系） 中的元素。（其嚴(yán)格定義下一章給出） 用關(guān)系表示（不需用指針）實(shí)體和實(shí)體之間聯(lián)系的模 型稱為關(guān)系模型。 對(duì)于用戶，關(guān)系方法應(yīng)該是很簡(jiǎn)單的，但RDBMS很 復(fù)雜，因?yàn)閷⒋罅抗ぷ鞫嫁D(zhuǎn)嫁給了RDBMS。,1.2.4 三種主要的邏輯數(shù)據(jù)模型,RDBMS的設(shè)想在層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)誕生的同時(shí)產(chǎn)生的，但研制開(kāi)發(fā)RDBMS卻花費(fèi)了比人們想象的要長(zhǎng)得多的時(shí)間。所以成為商品并投入使用比層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)晚了十幾年。但一投入使用就顯示了旺盛的活力，并逐步取代層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)。,1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),1.3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模式的概念 當(dāng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)感興趣； 即模式（Schema）：數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié) 構(gòu)和特征的描述 當(dāng)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，關(guān)心的是數(shù)據(jù)庫(kù)中存在的數(shù)據(jù) 實(shí)例（Instance）。 數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)經(jīng)常變化，而數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)在一定時(shí) 間范圍內(nèi)不會(huì)改變。 數(shù)據(jù)庫(kù)中結(jié)構(gòu)的定義可以在多個(gè)抽象級(jí)別進(jìn)行，形成 多個(gè)級(jí)別的數(shù)據(jù)庫(kù)模式。,1.3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式不僅可以使數(shù)據(jù)具有獨(dú)立性，而且還可以使數(shù)據(jù)達(dá)到共享，使同一數(shù)據(jù)滿足更多用戶的不同要求。 一、 內(nèi)模式（Internal Schema） 存儲(chǔ)模式 是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的內(nèi)部表示，即對(duì)數(shù)據(jù)的物 理結(jié)構(gòu)/存儲(chǔ)方式的描述，是低級(jí)描述，一般由 DBMS提供的語(yǔ)言或工具完成；,1.3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu), 要修改存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)（例如，用倒排文件代替多 鏈表），那么僅僅需要把這些修改反映在存儲(chǔ)模式中； 通常我們不關(guān)心內(nèi)模式的具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)，而是從一般組 織的觀點(diǎn)（即概念模式）或用戶的觀點(diǎn)（外模式）來(lái)討 論數(shù)據(jù)庫(kù)的描述。但我們必須意識(shí)到基本的內(nèi)模式和存 儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的存在。,1.3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu),二、 模式（Schema） 邏輯模式 是數(shù)據(jù)庫(kù)中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特性的描述， 是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖； DBMS提供數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言DDL來(lái)描述邏輯模式，嚴(yán)格定義數(shù)據(jù)的名稱、特征、相互關(guān)系、約束等。,1.3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu),三、 外模式（External Schema） 用戶模式（視圖） 是模式的子集或變形，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示； 不同用戶需求不同，看待數(shù)據(jù)的方式也可以不同 ，對(duì)數(shù)據(jù)保密的要求也可以不同，使用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言也可以不同，因此不同用戶的外模式的描述可以使不同的。,1.3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu),舉例： 民航售票系統(tǒng)包括處理航班程序和處理旅客程序。 - 程序的使用人員不必知道關(guān)于人事檔案、丟失的行 李、飛行員的航行分配等信息； - 調(diào)度員可能需要知道關(guān)于航班、飛機(jī)和人事檔案等 信息（如那些飛行員有資格駕駛747），但不必知道雇員的工資、旅客等信息。 所以可以為訂票部門(mén)建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)視圖，為調(diào)度部門(mén)建立另一個(gè)完全不同的部門(mén)。,1.3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu),Note：視圖處理的數(shù)據(jù)并不實(shí)際存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，而僅可以從邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)中構(gòu)造出來(lái)。視圖比（邏輯）模式的抽象級(jí)別更高。 舉例：“年齡”在人事部門(mén)數(shù)據(jù)庫(kù)中，但（邏輯）模式重金包含出生年月。當(dāng)用戶希望通過(guò)訪問(wèn)視圖得到年齡時(shí)，DBMS翻譯這個(gè)要求，在從物理數(shù)據(jù)庫(kù)上取出的數(shù)據(jù)完成計(jì)算。,注：一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)只有一個(gè)模式，一個(gè)內(nèi)模式，但可以有多個(gè)外模式。,1.3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映象,在三級(jí)模式中提供了兩級(jí)映象，保證了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獨(dú)立 性，既物理獨(dú)立性與邏輯獨(dú)立性。 一、 外模式/模式映象 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)投入使用后，可能有必要修改模式（如增加新關(guān)系、屬性、改變類型），這時(shí)： 重新定義外模式/模式映象=現(xiàn)存外模式不變=應(yīng)用程序不變,1.3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映象,二、 模式/內(nèi)模式映象 當(dāng)內(nèi)模式發(fā)生變化時(shí)： 重新定義模式/內(nèi)模式映象=模式保持不變=外模式保持不變=建立在外模式上的應(yīng)用程序保持不變,1.5 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的研究領(lǐng)域,1數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā) 2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 3數(shù)據(jù)庫(kù)理論,第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù),1關(guān)系操作,查詢操作：選擇/ 投影/ 連接/ 除/ 并/ 交/ 差,2.1 關(guān)系模型概述 從數(shù)據(jù)模型的三要素加以介紹 一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 關(guān)系 二、 關(guān)系操作,增加、刪除、修改,2.1 關(guān)系模型概述,元組關(guān)系演算：謂詞變?cè)幕緦?duì)象是元組變量 域關(guān)系演算：謂詞變?cè)幕緦?duì)象是域變量,Note：關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算是抽象的查詢語(yǔ)言，與具體的DBMS中實(shí)際語(yǔ)言不一樣，但彼此等價(jià)，是從抽象的觀點(diǎn)出發(fā)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢的問(wèn)題。 3關(guān)系數(shù)據(jù)語(yǔ)言,2關(guān)系操作的表示方法： 關(guān)系代數(shù)：用對(duì)關(guān)系的運(yùn)算表達(dá)查詢要求 關(guān)系演算：用謂詞表達(dá)查詢要求,2.1 關(guān)系模型概述,實(shí)體完整性,關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件,參照完整性,三、關(guān)系的完整性約束條件,用戶定義的完整性：針對(duì)某一具體數(shù)據(jù)庫(kù)的約束條件 反映某一具體應(yīng)用所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù) 必須滿足的語(yǔ)義要求。,（關(guān)系系統(tǒng)自動(dòng)支持）,2.2 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義,2.2.1 關(guān)系 一、 基本概念 1 域（Domain） 2 笛卡爾積（Cartesian Product）,元組（Tuple）,3 關(guān)系（Relation）,分量（Component）,候選碼 Candidate Key,非碼屬性Non-key attribute,主碼 Primark Key,全碼 All-key,主屬性Prime attribute,2.2 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義,二、關(guān)系的三種類型,基本關(guān)系（基本表）：實(shí)際存在的表，是實(shí)際存 儲(chǔ)數(shù)據(jù)的邏輯表示,查詢表：查詢結(jié)果對(duì)應(yīng)的表 視圖表 ：由基本表或其它視圖標(biāo)導(dǎo)出的表， 虛表，不對(duì)應(yīng)實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),2.2.2 關(guān)系模式,值（Value）：是型的一個(gè)具體賦值 關(guān)系是值,型（Type）：對(duì)某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說(shuō)明,關(guān)系模式是型（關(guān)系模式是對(duì)關(guān) 系的描述）,2.3 關(guān)系的完整性,（具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)52-55）,2.4 關(guān)系代數(shù)（Relational Algebra）,關(guān)系代數(shù)是對(duì)關(guān)系運(yùn)算的總和，關(guān)系運(yùn)算分兩類:,2.4.1 傳統(tǒng)的集合運(yùn)算 并交差積（按行）,2.4.2 專門(mén)的關(guān)系運(yùn)算,選擇/ 投影/ 連接/ 除（按行、列） 一、 幾個(gè)記號(hào)和概念 元組，分量 屬性列域，剩余屬性組 元組的連接 象集 關(guān)系運(yùn)算定義,第三章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言SQL,關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算是形式化查詢語(yǔ)言，商業(yè)DBMS使用SQL（Structured Query Language）。 1974 年由IBM 的San Jose研究室提出，最初叫SEQUEL（Structured English Query Language） 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通過(guò)SQL對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢和更新 目前有許多不同版本的SQL語(yǔ)言,有兩個(gè)不同的主要標(biāo)準(zhǔn): ANSI(American National Standards Institute) 1986 ISO(International Standards Organization)： SQL-89,SQL-92,SQL 2,正在制定SQL 3,3.1 SQL語(yǔ)言概貌及特點(diǎn),一、SQL特點(diǎn) 1 一體化 SQL是一種一體化的語(yǔ)言，它包括了數(shù)據(jù)定義、查詢、 更新、控制四方面功能。 可以完成數(shù)據(jù)庫(kù)活動(dòng)中的全部工作 以前的非關(guān)系模型的數(shù)據(jù)語(yǔ)言一般包括：內(nèi)模式描述語(yǔ) 言、模式描述語(yǔ)言、外模式描述語(yǔ)言、數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言等 。內(nèi)容多，操作起來(lái)不像SQL那樣簡(jiǎn)單。,3.1 SQL語(yǔ)言概貌及特點(diǎn),2 高度非過(guò)程化 沒(méi)有必要一步步地告訴計(jì)算機(jī)“如何”去做，只需描述清楚用戶要“做什么”，SQL就可以將要求交給系統(tǒng)，自動(dòng)完成全部工作。 3 面向集合的操作方式 操作對(duì)象、查詢結(jié)果是元組的集合； 插入、刪除、更新操作的對(duì)象也可以是元組的集合。,3.1 SQL語(yǔ)言概貌及特點(diǎn),4 兩種使用形式，統(tǒng)一的語(yǔ)法結(jié)構(gòu),自含式：將SQL作為操作命令獨(dú)立使用,現(xiàn)在許多數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)工具都將SQL直接融入到自身的語(yǔ)言中。,宿主式：將SQL嵌入到高級(jí)語(yǔ)言中使用,3.1 SQL語(yǔ)言概貌及特點(diǎn),5 語(yǔ)言簡(jiǎn)潔 SQL雖然功能強(qiáng)且使用兩種方式，但只有為數(shù)不多的幾條命令，另外語(yǔ)法也非常簡(jiǎn)單，接近自然語(yǔ)言，易掌握、學(xué)習(xí)。 除了以上特點(diǎn)之外，SQL語(yǔ)言還支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)。,3.1 SQL語(yǔ)言概貌及特點(diǎn),二、SQL語(yǔ)言組成 SQL同一般的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言一樣,由以下幾個(gè)部分組成： 1 常量：文本常量（字符串）、整型常量、數(shù)值常量 2 數(shù)據(jù)類型：以IBM DB2 SQL為例，具體見(jiàn)薩師煊等主 編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)89 3 空值：NULL,3.1 SQL語(yǔ)言概貌及特點(diǎn),集合運(yùn)算符：、-,算術(shù)運(yùn)算符：+，-，*，/,5 . 函數(shù) SQL 提供了非常豐富的內(nèi)部函數(shù)聚集函數(shù) （詳見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)100）,4. 運(yùn)算符,字符串運(yùn)算符：| （連接）,比較運(yùn)算符：6個(gè),邏輯運(yùn)算符：NOT，AND，OR,3.1 SQL語(yǔ)言概貌及特點(diǎn),6 謂詞 SQL為了具有強(qiáng)大的查詢能力，提供了一系列的謂詞： BETWEEN AND / NOT BETWEEN AND 介于兩者之間 /介于兩者之外 IN / NOT IN 在其中/不在其中 LIKE 匹配 IS NULL / IS NOT NULL EXISTS/ NOT EXISTS 存在/不存在量詞 ANY 任意一個(gè)存在量詞 ALL 全程量詞,3.1 SQL語(yǔ)言概貌及特點(diǎn),7 表達(dá)式 8 條件 由一個(gè)或多個(gè)含有比較運(yùn)算符的表達(dá)試及邏輯運(yùn)算符組合而成。 命令（具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)86 表3.1）,3.2 數(shù)據(jù)定義,存儲(chǔ)過(guò)程定義,基本表定義,定義功能,數(shù)據(jù)庫(kù)的定義：和物理數(shù)據(jù)有關(guān)，以后介紹,視圖定義,索引定義,規(guī)則定義,與數(shù)據(jù)完整性有關(guān)，以后介紹,3.2.1 定義、刪除與修改基本表,(具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)88) 3.2.2 建立與刪除索引 (具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)90) 在使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)時(shí)，用戶所看到和操作的數(shù)據(jù)好像在簡(jiǎn)單的二維表中，而實(shí)際上數(shù)據(jù)在磁盤(pán)上是如何存儲(chǔ)的用戶可能不知道。然而數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)如何卻使數(shù)據(jù)庫(kù)主要性能的主要因素。 索引時(shí)最常見(jiàn)的改善數(shù)據(jù)庫(kù)性能的技術(shù)。,CREATE TABLE 表名（列名數(shù)據(jù)類型列級(jí)完整性約束條件，表級(jí)完整性約束條件 例：CREATE TABLE Student (Sno CHAR(5) NOT NULL UNIQUE,SNAME CHAR(20) UNIQUE,SSEX CHAR(1),SAGE INT,SDEPT CHAR(15);,修改基本表 ALTER TABLE 表名ADD新列名數(shù)據(jù)類型完整性約束 DROP完整性約束名 ALTER 列名數(shù)據(jù)類型； 例：向?qū)W生表增加“入學(xué)時(shí)間”日期型 ALTER TABLE STUDENT ADD Scome date; 修改年齡為半字長(zhǎng)整數(shù) ALTER TABLE STUDENT ALTER SAGE SMALLINT,刪除學(xué)生姓名必須取唯一值的約束。 DROP TABLE Student DROP UNIQUE Tag Sname DROP TABLE ,3.2.2 建立與刪除索引,關(guān)于索引 索引的建立和刪除由DBA或建表的人負(fù)責(zé)，用戶不必也不能在存取數(shù)據(jù)是選擇索引； 作為一般規(guī)則，不應(yīng)該在一個(gè)表上建立太多的索引（2-3個(gè)）。索引能改善查詢效果，但也耗費(fèi)了磁盤(pán)空間。降低了更新操作的性能。因?yàn)橄到y(tǒng)必須花時(shí)間來(lái)維護(hù)這些索引； 表中數(shù)據(jù)越多，索引的優(yōu)越性才越明顯。,3.3.1 單表查詢,指定列,消除重復(fù)行, 選擇表中若干列,全部列,經(jīng)計(jì)算的列, 選擇表中若干元組,查詢滿足條件的元組, 對(duì)查詢結(jié)果排序, 對(duì)查詢結(jié)果分組,3.3.2 連接查詢, 等值/非等值連接 自身連接 外連接 復(fù)合條件連接,3.3.3 嵌套查詢, 帶有IN謂詞的查詢 帶有比較運(yùn)算符的查詢 帶有ANY或ALL謂詞的子查詢 帶有EXISTS謂詞的查詢,3.3.4 集合查詢,具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)114,3.3.5 SELECT 語(yǔ)句的一般格式 具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng) 115,3.4 數(shù)據(jù)更新,插入、修改、刪除數(shù)據(jù)（具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù) 系統(tǒng)概論P(yáng)117） 一、插入數(shù)據(jù) 1 插入單個(gè)元組 2 插入子查詢結(jié)果,3.4 數(shù)據(jù)更新,二、修改數(shù)據(jù) 1 修改一個(gè)元組的值 2 修改多個(gè)元組的值 3 帶子查詢的修改語(yǔ)句,3.4 數(shù)據(jù)更新,三、刪除數(shù)據(jù) 1刪除一個(gè)元組的值 2刪除多個(gè)元組的值 3帶子查詢的刪除語(yǔ)句 4更新操作與數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性,3.5 視 圖,一、關(guān)于視圖： 視圖是原始數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的一種變換，是查看表中數(shù)據(jù) 的另外一種方式； 可將視圖看成是一個(gè)移動(dòng)的窗口，通過(guò)它可看到感興 趣的數(shù)據(jù)； 視圖可從一個(gè)或多個(gè)實(shí)際表中獲得； 視圖的定義存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，而數(shù)據(jù)并沒(méi)再存一份在數(shù) 據(jù)庫(kù)中，通過(guò)視圖看到的數(shù)據(jù)存放在基本表中； 對(duì)視圖的操作同其它表一樣，通過(guò)視圖修改數(shù)據(jù)時(shí)， 實(shí)際是修改基本表中的數(shù)據(jù)，相反，基本表數(shù)據(jù)的改 變也會(huì)自動(dòng)反映在由基本表產(chǎn)生的視圖中。,3.5 視 圖,二、視圖的作用 1 簡(jiǎn)單性 看到的就是用戶需要的 不僅可簡(jiǎn)化用戶對(duì)數(shù)據(jù)的理解，也可簡(jiǎn)化它們的操 作。經(jīng)常使用的查詢可以被定義為視圖。,3.5 視 圖,2 安全性 通過(guò)視圖用戶只能查詢和修改他們能見(jiàn)到的數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)庫(kù)其它數(shù)據(jù)則既看不到也取不到。 數(shù)據(jù)庫(kù)授權(quán)命令可是用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索限制到特 定的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象上，但不能授權(quán)到數(shù)據(jù)庫(kù)特定的行 、列上。 視圖可防止未授權(quán)用戶查看特定的行/列 3 邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性,3.5 視 圖,一、 定義視圖 具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)121-124 二、 查詢視圖 具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)125 三、 更新視圖 具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)126,3.6 數(shù)據(jù)控制,SQL數(shù)據(jù)控制功能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的安全控制提供保護(hù)，主要表現(xiàn)在對(duì)數(shù)據(jù)使用的授權(quán)(GRANT)和收回授權(quán)(REVOKE)。 每個(gè)用戶對(duì)自己擁有的資源可以由任意的操作權(quán)限，同時(shí)也可以把其中的一部分權(quán)限授予他人。 （具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)130）,3.6 數(shù)據(jù)控制,一、授權(quán),3.6 數(shù)據(jù)控制,二、收回權(quán)限 注：授權(quán)(GRANT)和收回授權(quán)(REVOKE)并不是數(shù)據(jù)庫(kù)的全部控制功能，只是其中的一小部分，其它功能如安全性、完整性、并發(fā)控制和恢復(fù)在7、8、9、10章介紹。,3.7 嵌入式SQL,前面幾節(jié)介紹的SQL,，是作為獨(dú)立的數(shù)據(jù)語(yǔ)言直接由用戶在交互環(huán)境下使用的。此外，SQL還可以作為子語(yǔ)言嵌入在宿主語(yǔ)言（PASCAL、C等）中使用。 SQL作為子語(yǔ)言嵌入在宿主語(yǔ)言中使用必須要解決以下三方面問(wèn)題： 1嵌入識(shí)別問(wèn)題 宿主語(yǔ)言的編譯程序不能識(shí)別SQL語(yǔ)句，所以首要問(wèn)題要解決如何區(qū)分宿主語(yǔ)言的語(yǔ)句和SQL語(yǔ)句。,3.7 嵌入式SQL,2 宿主語(yǔ)言與SQL語(yǔ)言的數(shù)據(jù)通信問(wèn)題 DBMS將SQL語(yǔ)句的查詢結(jié)果或執(zhí)行狀態(tài)必須交給宿主語(yǔ)言/應(yīng)用程序處理（通過(guò)SQLCA）；運(yùn)行時(shí)，宿主語(yǔ)言的數(shù)據(jù)通過(guò)變量（稱為主變量）也要能夠交給SQL使用。 3 宿主語(yǔ)言的單記錄與SQL的多記錄的問(wèn)題 宿主語(yǔ)言一般一次處理一條記錄；SQL語(yǔ)言常常處理的是記錄（元組）的集合，其查詢結(jié)果通常是含多個(gè)記錄的一張表?！白杩共黄ヅ洹?本節(jié)將圍繞如何解決這三個(gè)問(wèn)題來(lái)介紹。,3.7 嵌入式SQL,一、 嵌入識(shí)別與預(yù)編譯 解決方法：為SQL語(yǔ)句加一個(gè)特殊的前綴。 在用宿主語(yǔ)言的編譯系統(tǒng)編譯源程序之前，首先由預(yù)編譯系統(tǒng)將SQL語(yǔ)句轉(zhuǎn)換為宿主語(yǔ)言的合法函數(shù)調(diào)用。,3.7 嵌入式SQL,3.7 嵌入式SQL,一、 數(shù)據(jù)通信區(qū)與主變量 1數(shù)據(jù)通信區(qū)SQLCA SQL Communication Area 在嵌入SQL語(yǔ)句的程序中，一般在程序的前部 都要有一條語(yǔ)句： EXEC SQL INCLUDE SQLCA 這里SQLCA即是SQL與宿主語(yǔ)言的通信區(qū)，它 類似于結(jié)構(gòu)變量，各個(gè)變量分別反映SQL語(yǔ)句 的各種執(zhí)行狀態(tài)。,3.7 嵌入式SQL,DBMS：數(shù)據(jù)庫(kù)廠商標(biāo)識(shí),0：成功,例如：SQL Anywhere 中SQLCA有16個(gè)屬性：,SQLCode (long): 存放執(zhí)行SQL后返回的代碼,100：SELECT找不到符合條件的記錄,-1：SQL操作錯(cuò)誤,DataBase,Userid,DBPass,SQLErrText：錯(cuò)誤代碼,SQLDBCode：錯(cuò)誤信息,3.7 嵌入式SQL,SQL被執(zhí)行時(shí)，DBMS將產(chǎn)生的各類系統(tǒng)信息（如執(zhí)行狀態(tài)信息）寫(xiě)入系統(tǒng)通信區(qū)，應(yīng)用程序在調(diào)用SQL后，可通過(guò)讀取數(shù)據(jù)通信區(qū)中信息來(lái)確定語(yǔ)句執(zhí)行情況。,應(yīng)用通過(guò)SQLCA與數(shù)據(jù)庫(kù)通信,3.7 嵌入式SQL,輸出主變量：SQL對(duì)其賦值或設(shè)置狀態(tài)信息，返回給應(yīng) 用程序。 利用它可得到SQL語(yǔ)句的結(jié)果數(shù)據(jù)和狀態(tài)。,輸入主變量：由應(yīng)用程序賦值，SQL引用。 可用于：插入數(shù)據(jù)、修改值、制定條件 （WHERE）,2 主變量 SQL語(yǔ)句使用宿主語(yǔ)言的變量來(lái)輸入/輸出數(shù)據(jù),主變量（Host Variable）,主變量根據(jù)作用不同分為：,3.7 嵌入式SQL,Note：所有變量要在 BEGIN DECLARE SECTION END DECLARE SECTION 之間說(shuō)明。,3.7 嵌入式SQL,三、 游標(biāo)（Cursor） 當(dāng)查詢結(jié)果超過(guò)一個(gè)元組時(shí)，不能一次性將結(jié)果值賦給宿主語(yǔ)言的變量，因?yàn)橹髯兞績(jī)H能保存一個(gè)數(shù)據(jù)，而不是一組數(shù)據(jù)。為此，引進(jìn)一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)游標(biāo)（Cursor）。 游標(biāo)是系統(tǒng)為用戶開(kāi)設(shè)的一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，存放SQL的執(zhí)行結(jié)果?？蓪⑵淅斫鉃橐粋€(gè)指示器，指向數(shù)據(jù)庫(kù)中滿足條件的元組。 游標(biāo)包含兩部分內(nèi)容：,結(jié)果集：游標(biāo)內(nèi)SELECT語(yǔ)句執(zhí)行后產(chǎn)生的集合；,游標(biāo)位置：游標(biāo)指針的當(dāng)前位置。,3.7 嵌入式SQL,游標(biāo)的定義和使用分為下面幾步： 聲明游標(biāo) 不可執(zhí)行的指令，僅定義游標(biāo)，SELECT語(yǔ)句沒(méi)有執(zhí)行 （類似于變量說(shuō)明） 打開(kāi)游標(biāo) 執(zhí)行SELECT語(yǔ)句，將結(jié)果放入結(jié)果集中。 推進(jìn)游標(biāo) 移動(dòng)指針，該變結(jié)果集的當(dāng)前記錄。 通過(guò)游標(biāo)更新數(shù)據(jù) 關(guān)閉游標(biāo) 程序?qū)嵗ň唧w見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論 P136-146）,第四章 關(guān)系系統(tǒng)及查詢優(yōu)化,具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)151-167,4.1.3 全關(guān)系系統(tǒng)的12條基本準(zhǔn)則,4.1 關(guān)系系統(tǒng),4.1.1 關(guān)系系統(tǒng)的定義,4.1.2 關(guān)系系統(tǒng)的分類,4.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的查詢優(yōu)化,4.2.1 關(guān)系系統(tǒng)及其查詢優(yōu)化,4.2.6 優(yōu)化的一般步驟,4.2.5 關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的優(yōu)化算法,4.2.4 關(guān)系代數(shù)等價(jià)變換規(guī)則,4.2.3 查詢優(yōu)化的一般準(zhǔn)則,4.2.2 一個(gè)實(shí)例,第五章 關(guān)系數(shù)據(jù)理論,數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的一個(gè)最基本的問(wèn)題是如何建立一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫(kù)模式。 即給出一組數(shù)據(jù)，如何構(gòu)造一個(gè)適合于它們的數(shù)據(jù)模式，使數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)無(wú)論是在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，還是在數(shù)據(jù)操縱方面都有較好的性能。 E-R模型方法討論了實(shí)體與實(shí)體之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，現(xiàn)在來(lái)討論實(shí)體內(nèi)部屬性與屬性之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，目標(biāo)是要設(shè)計(jì)一個(gè)“好”的數(shù)據(jù)庫(kù)模型。,5.1 問(wèn)題的提出,1關(guān)系模型定義復(fù)習(xí) 2在解決如何設(shè)計(jì)一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫(kù)模式之前，先看一 看什么是“不好”的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)（關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模式可 能出現(xiàn)的異常）。 例：建立一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)描述學(xué)生的一些情況， 該數(shù)據(jù)庫(kù)只包含一個(gè)關(guān)系模式： 學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓 名，系名，系主任，課程，成績(jī)） 3. 例：具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)171 頁(yè),5.1 問(wèn)題的提出,（1）存在的問(wèn)題： i. 數(shù)據(jù)冗余：姓名，系名，系=重復(fù)出現(xiàn)。 ii. 更新異常：某一元組修改系主任，其他不變= 同一系，系主任不同，造成了數(shù)據(jù)潛在的不一致 性。 iii. 插入異常：系剛成立，尚未招收學(xué)生，主關(guān)鍵字 為空，則系主任、選的課都無(wú)法存入數(shù)據(jù)庫(kù)，未 選課的學(xué)生信息也無(wú)法存入。 刪除異常：一個(gè)系的學(xué)生畢業(yè)了，刪除這些學(xué)生的記錄，則系主任等信息也刪除掉了。,5.1 問(wèn)題的提出,（2）產(chǎn)生異常的原因： 這些異常的產(chǎn)生主要是因?yàn)殛P(guān)系模式的結(jié)構(gòu)，即關(guān)系模式中的屬性之間存在過(guò)多的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，與現(xiàn)實(shí)世界不符合。 注：數(shù)據(jù)依賴關(guān)系最重要的一類是函數(shù)依賴。 主關(guān)鍵字（學(xué)號(hào)+課程）一定，元組就確定了， 元組分量也就確定了，即所有其它屬性都依賴于 “學(xué)號(hào)”和“課程”。 但實(shí)際：學(xué)號(hào)姓名，不需選課。 系名系主任。,5.1 問(wèn)題的提出,（3）解決： 分解為三個(gè)新的關(guān)系模式： 學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，系名） 成績(jī)（學(xué)號(hào)，課程，成績(jī)） 系（系名，系主任） 這樣上面提到的問(wèn)題不存在了，將學(xué)生、成績(jī)和系三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的實(shí)體劃分開(kāi)來(lái)，使之更符合現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)際。,5.2 規(guī)范化（Normalization）,5.2.1 函數(shù)依賴(Functional Dependency),回顧：函數(shù)熟悉的概念。 Y=f(x)：x和Y之間數(shù)量上的對(duì)應(yīng)關(guān)系。給定x值，Y值 與之對(duì)應(yīng)。稱x函數(shù)決定Y，或Y函數(shù)依賴于x。 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中討論函數(shù)或函數(shù)依賴注重的是語(yǔ)義上 的關(guān)系。 如：省=f(城市),5.2.1 函數(shù)依賴(Functional Dependency),定義 函數(shù)依賴（具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論172頁(yè)） 說(shuō)明： t1x=t2x=t1r=t2r成立，就有xY。 只有當(dāng)t1x=t2x為真，而t1Y=t2Y為假時(shí) ，xY。 當(dāng)t1x=t2x為假時(shí)，不管t1Y=t2Y為T(mén)/F， 都有xY。 比如：當(dāng)x為關(guān)鍵字屬性時(shí)，t1x=t2x肯定為F ，但xY成立。,5.2.1 函數(shù)依賴(Functional Dependency),術(shù)語(yǔ)和記號(hào)： 非平凡的函數(shù)依賴(Nontrivial Functional Dependency) 通常討論。 xY，但Yx(Y不包含于x),則xY稱為非平凡 的函數(shù)依賴。 若Yx, 顯然xY成立。（稱為平凡的函數(shù)依賴 。Trivial Functional Dependency）,5.2.1 函數(shù)依賴(Functional Dependency), 決定因素（Determinant） 若xY，則x稱為決定因素（決定方）。 xY,Yx則記作xY。 如：學(xué)號(hào)姓名。 若Y不函數(shù)依賴于x，記作xY。,5.2.1 函數(shù)依賴(Functional Dependency),定義 完全函數(shù)依賴（Full Functional Dependency）： 若xY，并且對(duì)x的任何一個(gè)真子集x,都有xY, 則稱Y完全函數(shù)依賴x,記作x Y.,部分函數(shù)依賴（Partial Functional Dependency）： 若xY成立，則稱Y部分函數(shù)依賴于x.記作xY 。（與書(shū)上定義比較）,例：5.1 模式中，（學(xué)號(hào)，課程）系名,f,p,p,5.2.1 函數(shù)依賴(Functional Dependency),定義傳遞函數(shù)依賴（Transitive Functional Dependency）: 若xY，（非平凡函數(shù)依賴，且Yx），YZ, 則稱Z傳遞函數(shù)依賴于x。,若Yx，則xY，xZ。,直接,5.2.1 函數(shù)依賴(Functional Dependency),例：教室（課程，班級(jí)，時(shí)間，教室）完全函數(shù)依賴 （課程，班級(jí)，時(shí)間）教室 教師（姓名，職務(wù)，職務(wù)工資）傳遞函數(shù)依賴 姓名職務(wù) 職務(wù)職務(wù)工資 則姓名職務(wù)工資 前面例子： 三個(gè)新的學(xué)生關(guān)系模式中：非平凡 函數(shù)依賴 學(xué)號(hào)姓名 學(xué)號(hào)系 系系主任 （學(xué)號(hào)，課程）成績(jī),f,5.2.2 碼,現(xiàn)實(shí)世界的每一實(shí)體集合，都有一關(guān)鍵字（碼），即唯一確定各個(gè)實(shí)體的一組屬性。同樣，關(guān)系上最重要的約束是關(guān)系的關(guān)鍵字約束，即關(guān)鍵字/碼唯一確定關(guān)系的元組。 候選碼（Candidate Key）與主碼（Primary Key） 外部碼（Foreign Key） 例： 學(xué)生選課（學(xué)號(hào)，課號(hào)，成績(jī)） F 學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡） P 注：主碼與外碼（主關(guān)鍵字與外關(guān)鍵字）提供了一個(gè)表示關(guān)系間聯(lián)系的手段。,5.2.3 范式,在關(guān)系數(shù)據(jù)模式設(shè)計(jì)中，為了避免由依賴引起的數(shù)據(jù)的冗余和更新異常問(wèn)題，必須進(jìn)行關(guān)系數(shù)據(jù)模式的規(guī)范化。 自1971年，E.F.Codd提出關(guān)系規(guī)范化理論以來(lái)，人們對(duì)規(guī)范化問(wèn)題進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究，并已經(jīng)有了很大進(jìn)展。 范式(Normal Form)的概念最早是由E.F.Codd提出的，19711972年，先后提出了1NF,2NF,3NF(根據(jù)關(guān)系模式滿足的不同性質(zhì)和規(guī)范化的程度劃分)。1974年，又和Boyce共同提出了BCNF（Boyce-Codd Normal Form）。1976年，F(xiàn)agin提出了4NF，后又有人提出5NF。最重要的是3NF和BCNF。這是進(jìn)行規(guī)范化的主要目標(biāo)。,5.2.3 范式,（具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng) 174頁(yè)，圖5-2）,1. 第一范式（1NF）： （具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)170） 每個(gè)關(guān)系模式都應(yīng)滿足的最低要求。 即關(guān)系的所有分量都必須是不可分的最小數(shù)據(jù)項(xiàng)。,5.2.3 范式,2. 第二范式（2NF）： （具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)174） 定義：若R1NF，且每一非主屬性完全函數(shù)依賴 于碼，則R2NF。 所有單屬性關(guān)鍵字都是2NF關(guān)系。 復(fù)合關(guān)鍵字（多屬性構(gòu)成），且存在非主屬性 對(duì)關(guān)鍵字的部分依賴，則否。,5.2.3 范式, 反例： 例：庫(kù)存（倉(cāng)庫(kù)號(hào)，設(shè)備號(hào)，數(shù)量，地點(diǎn)） 1NF，但非2NF。 非主屬性數(shù)量完全依賴于關(guān)鍵字。 非主屬性地點(diǎn)部分依賴于關(guān)鍵字。 即有倉(cāng)庫(kù)號(hào)地點(diǎn)。 （倉(cāng)庫(kù)號(hào)，設(shè)備號(hào)）地點(diǎn)。,p,5.2.3 范式, 出現(xiàn)的問(wèn)題： 一個(gè)倉(cāng)庫(kù)若只有一種設(shè)備，則刪除設(shè)備刪除倉(cāng)庫(kù)。 學(xué)生關(guān)系： 學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，系名） 不是2NF。 只有成績(jī)完全函數(shù)依賴于碼，姓名、系名、系 主任對(duì)碼部分依賴，因?yàn)樗鼈冇蓪W(xué)號(hào)可決定。,5.2.3 范式, 解決辦法投影分解 將部分函數(shù)依賴關(guān)系洪的決定方和非主屬性從關(guān)系 模式中提出，單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)關(guān)系模式。 將余下屬性加上碼（仍要保留部分函數(shù)依賴的決定 方屬性，起分解出來(lái)的新關(guān)系之間的關(guān)聯(lián)作用）構(gòu) 成另一關(guān)系模式。,5.2.3 范式,例：庫(kù)存（倉(cāng)庫(kù)號(hào)，設(shè)備號(hào)，數(shù)量） 倉(cāng)庫(kù)（倉(cāng)庫(kù)號(hào)，地點(diǎn)） 學(xué)生記錄（學(xué)號(hào)，姓名，系名，系主任） r(學(xué)生記錄)=（學(xué)號(hào)，姓名，系名，系主任） （r(學(xué)生)） 成績(jī)（學(xué)號(hào)，課程，成績(jī)） r(成績(jī))=（r(學(xué)生)）,5.2.3 范式,1. 第三范式（3NF）： 定義：（具體見(jiàn)薩師煊等主編數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論P(yáng)176） 若R2NF，并且所有非主屬性都不傳遞依賴于關(guān)鍵字，則R3NF。 若存在非主屬性對(duì)關(guān)鍵字的傳遞依賴，則不是3NF。,5.2.3 范式, 反例： 例：倉(cāng)庫(kù)（倉(cāng)庫(kù)號(hào)，所在省，倉(cāng)庫(kù)面積，所在城市） 倉(cāng)庫(kù)號(hào)所在城市，所在城市所在省。 倉(cāng)庫(kù)號(hào)所在省。 非3NF, 問(wèn)題：插入異常： 如插入（“WH30”，“湖北”，400，“邯鄲”） （“WH22”，“河北”，240，“ ”） 再如：在山東濟(jì)南要設(shè)一個(gè)倉(cāng)庫(kù)，想先存入有關(guān)所 在城市信息，但無(wú)倉(cāng)庫(kù)號(hào)，則不能。,5.2.3 范式, 解決投影分解：（將傳遞依賴的屬性分解出來(lái) 自己總結(jié)的） 倉(cāng)庫(kù)（倉(cāng)庫(kù)號(hào)，倉(cāng)庫(kù)面積，所在城市） 城市（省，城市）,再例： 學(xué)生記錄（學(xué)號(hào)，姓名，系，系主任）不是3NF 學(xué)號(hào)系， 系系主任， 學(xué)號(hào)系主任 系主任對(duì)碼（