數(shù)據(jù)庫原理總結(jié)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 數(shù)據(jù)庫概論 1.人工管理階段,文件系統(tǒng)階段,數(shù)據(jù)庫階段,高級數(shù)據(jù)庫階段(對象數(shù)據(jù)庫技術(shù),分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),開放數(shù)據(jù)庫互連技術(shù),xml數(shù)據(jù)庫技術(shù),現(xiàn)代信息集成技術(shù))2.數(shù)據(jù)描述:概念設(shè)計中:實體,實體集,屬性,實體標(biāo)識符;邏輯設(shè)計中:字段,記錄,文件,關(guān)鍵碼;物理設(shè)計中:位,字節(jié),字,塊,桶,卷;3.概念模型,邏輯模型(層次,網(wǎng)狀,關(guān)系,對象),外部模型,內(nèi)部模型;4.三層模式(外模式,邏輯模式,內(nèi)模式),兩級映像(外模式/邏輯模式映像，邏輯模式/內(nèi)模式映像)5.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫，硬件，軟件，數(shù)據(jù)庫管理員第二章 關(guān)系模型和關(guān)系運算理論1.超鍵：能唯一標(biāo)識元組的

2、屬性或?qū)傩约：蜻x鍵：不含有多余屬性的超鍵主鍵：用戶選作元祖標(biāo)識的候選鍵。外鍵：是其他模式的主鍵。實體完整性規(guī)則，參照完整性規(guī)則，用戶定義的完整性規(guī)則關(guān)系模式的三層體系結(jié)構(gòu)：關(guān)系模式，子模式，存儲模式2.關(guān)系代數(shù)的5個基本操作：并，差，笛卡爾積，投影，選擇；關(guān)系代數(shù)的4個組合操作：交，連接，自然連接，除法。關(guān)系代數(shù)的7個擴充操作：改名，廣義投影，賦值，外連接，外部并，半連接，聚集操作3.關(guān)系代數(shù)表達式的啟發(fā)式優(yōu)化算法： 盡可能早的執(zhí)行選擇操作；盡可能早的執(zhí)行投影操作；避免直接做笛卡爾積第三章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言SQL1.SQL的組成：數(shù)據(jù)定義語言，數(shù)據(jù)操縱語言，嵌入式，數(shù)據(jù)控制語言2.數(shù)據(jù)定義：數(shù)

3、據(jù)類型ok，數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)表，索引的創(chuàng)建等ok。3.數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)更新ok。4，視圖，嵌入式，動態(tài)SQL語句，存儲過程。第四章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化設(shè)計1.定義1：函數(shù)依賴：設(shè)有關(guān)系模式R（U），U為屬性集，x、y為U的子集，函數(shù)依賴（FD）是形為XY的一個命題，只要r是R的當(dāng)前關(guān)系，對r中任意兩個元組t和s,都有tX=sX蘊涵tY=sY,那么稱FDXY在關(guān)系模式R(U)中成立。定義2：如果XY和YX同時成立，則可記為XY。定義3：設(shè)F是在關(guān)系模式R上成立的函數(shù)依賴的集合，XY 是一個函數(shù)依賴。如果對于R的每個滿足F的關(guān)系r也滿足XY ，那么稱F邏輯蘊涵 XY，記為F XY。定義4：設(shè)F是函數(shù)依賴

4、集，被F邏輯蘊涵的函數(shù)依賴全體構(gòu)成的集合，稱為函數(shù)依賴集F的閉包（closure），記為F+。即 F+ = XY | 記為F XY 定義5：對于FD XY，如果YÍX，那么稱XY是一個“平凡的FD”，否則稱為“非平凡的FD”。定義6：設(shè)關(guān)系模式R的屬性集是U，X是U的一個子集。如果XU在R上成立，那么稱X是R的一個超鍵。如果XU在R上成立，但對于X的任一真子集X1都有 X1U不成立，那么稱X是R上的一個候選鍵。定義7：設(shè)F是屬性集U上的FD集，X是U的子集，那么（相對于F）屬性集X的閉包用X+表示，它是一個從F集使用FD推理規(guī)則推出的所有滿足XA的屬性A的集合： X+ = 屬性A |

5、 XA 在F+中 定義8：如果關(guān)系模式R（U）上的兩個函數(shù)依賴集F和G，有F+=G+，則稱F和G是等價的函數(shù)依賴集。定義9：如果函數(shù)依賴集G滿足下列三個條件，則稱G是最小依賴集： G中每個FD的右邊都是單屬性； G中沒有冗余的F，即G中不存在這樣的函數(shù)依賴XY，使得G XY與G等價； G中每個FD的左邊沒有冗余的屬性，即G中不存在這樣的函數(shù)依賴XY，X有真子集W使得G XYWY與G等價。定義10：設(shè)有關(guān)系模式R(U)，屬性集為U，R1、Rk都是U的子集，并且有R1R2RkU。關(guān)系模式R1、Rk的集合用表示，=R1，Rk。用代替R的過程稱為關(guān)系模式的分解。定義11：在泛關(guān)系模式R分解成數(shù)據(jù)庫模式

6、=R1，Rk時，泛關(guān)系r在的每一模式Ri（1in）上投影后再連接起來，比原來r中多出來的元組，稱為“寄生元組”（Spurious Tuple）。定義12：設(shè)R是一個關(guān)系模式，F(xiàn)是R上的一個FD集。R分解成數(shù)據(jù)庫模式= R1，Rk 。如果對R中滿足F的每一個關(guān)系r，都有r=R1（r）R2（r） Rk（r），那么稱分解相對于F是“無損連接分解”（lossless join decomposition），簡稱為“無損分解”，否則稱為“損失分解”（lossy decomposition）。定義13：在無泛關(guān)系假設(shè)時，對兩個關(guān)系進行自然連接中被丟失的元組稱為懸掛元組。定義14：設(shè)F是屬性集U上的FD集，

7、Z是U的子集，F(xiàn)在Z上的投影用Z（F）表示，定義為 Z(F)=XY|XYF+，且XY ÍÍZ。定義15：設(shè)=R1，Rk 是R的一個分解，F(xiàn)是R上的FD集，如果有Ri(F) F，那么稱分解保持函數(shù)依賴集F。定義16：如果關(guān)系模式R的每個關(guān)系r的屬性值都是不可分的原子值，那么稱R是第一范式（first normal form，簡記為1NF）的模式。定義17：對于FD WA，如果存在XW有XA成立，那么稱WA是局部依賴（A局部依賴于W）；否則稱WA是完全依賴。定義18：如果A是關(guān)系模式R的候選鍵中屬性，那么稱A是R的主屬性；否則稱A是R的非主屬性。定義19：如果關(guān)系模式R是1NF

8、，且每個非主屬性完全函數(shù)依賴于候選鍵，那么稱R是第二范式（2NF）的模式。如果數(shù)據(jù)庫模式中每個關(guān)系模式都是2NF，則稱數(shù)據(jù)庫模式為2NF的數(shù)據(jù)庫模式。定義20：如果XY，YA，且Y不X和 A不Y，那么稱XA是傳遞依賴（A傳遞依賴于X）。定義21：如果關(guān)系模式R是1NF，且每個非主屬性都不傳遞依賴于R的候選鍵，那么稱R是第三范式（3NF）的模式。如果數(shù)據(jù)庫模式中每個關(guān)系模式都是3NF，則稱其為3NF的數(shù)據(jù)庫模式。定義22：設(shè)F是關(guān)系模式R的FD集，如果對F中每個非平凡的FD XY，都有X是R的超鍵，或者Y的每個屬性都是主屬性，那么稱R是3NF的模式。定義23：如果關(guān)系模式R是1NF，且每個屬性都

9、不傳遞依賴于R的候選鍵，那么稱R是BCNF的模式。如果數(shù)據(jù)庫模式中每個關(guān)系模式都是BCNF，則稱為BCNF的數(shù)據(jù)庫模式。定義24：設(shè)F是關(guān)系模式R的FD集，如果對F中每個非平凡的FD XY，都有X是R的超鍵，那么稱R是BCNF的模式。2. 定理1：FD推理規(guī)則A1、A2和A3是正確的。設(shè)U是關(guān)系模式R的屬性集，F(xiàn)是R上成立的只涉及到U中屬性的函數(shù)依賴集。FD的推理規(guī)則有以下三條：A1（自反性，reflexivity）：若YÍXÍU，則 XY 在R上成立。A2（增廣性，augmentation）：若 XY在 R上成立，且ZÍU，則 XZYZ 在R上成立。A3（傳遞性

10、，transitivity）：若 XY 和YZ 在R上成立，則 XZ 在R上成立。定理2：FD的其他五條推理規(guī)則:(1) A4（合并性，union）： XY，XZ XYZ。(2) A5（分解性，decomposition）： XY，ZÍY XZ。(3) A6(偽傳遞性): XY，WYZ WXZ。(4) A7（復(fù)合性，composition）： XY，WZ XWYZ。(5) A8: XY，WZ X（WY）YZ。定理3：如果A1An是關(guān)系模式R的屬性集，那么XA1An成立的充分必要條件是XAi（i=1，n）成立。定理4：XY能用FD推理規(guī)則推出的充分必要條件是YÍX+。定理5：

11、FD推理規(guī)則A1，A2，A3是完備的。定理6：設(shè)= R1，R2 是關(guān)系模式R的一個分解，F(xiàn)是R上成立的FD集，那么分解相對于F是無損分解的充分必要條件是:（R1R2）（R1R2）或（R1R2）（R2R1）。定理7：如果FD XY在模式R上成立，且XY=，那么R分解成=RY，XY 是無損分解。定理8：如果R是3NF模式，那么R也是2NF模式。定理9：如果R是BCNF模式，那么R也是3NF模式。3.算法1：求屬性集X相對于FD集F的閉包X+。設(shè)屬性集X的閉包為X+，其計算算法如下：X+ := X ；do old X+ := X+ ；for F中每個FD YZ doif Y ÍÍ

12、X+ then X+ := X+Z ； while（X+ != old X+）；算法2：計算函數(shù)依賴集F的最小依賴集G。方法：具體過程分三步： 據(jù)推理規(guī)則的分解性（A5），得到一個與F等價的FD集G，G中每個FD的右邊均為單屬性。 在G的每個FD中消除左邊冗余的屬性。 在G中消除冗余的FD。算法3：無損分解的測試構(gòu)造一張k行n列的表格，每列對應(yīng)一個屬性Aj，每行對應(yīng)一個模式Ri。如果Aj在Ri中，那么在表格的第i行第j列處填上符號aj，否則填上bij。把表格看成模式R的一個關(guān)系，反復(fù)檢查F中每個FD在表格中是否成立，若不成立，則修改表格中的值。修改方法如下：如果Y值中有一個是aj，那么另一個也

13、改成aj；如果沒有aj，那么用其中一個bij替換另一個值（盡量把下標(biāo)ij改成較小的數(shù)）。一直到表格不能修改為止。（這個過程稱為chase過程）若修改的最后一張表格中有一行是全a，即a1a2an，那么稱相對于F是無損分解，否則稱損失分解。算法4：分解成2NF模式集的算法設(shè)關(guān)系模式R(U)，主鍵是W，R上還存在FD XZ，并且Z是非主屬性和XW，那么WZ就是一個局部依賴。此時應(yīng)把R分解成兩個模式R1（XZ），主鍵是X；R2（Y），其中Y=U-Z，主鍵仍是W，外鍵是X(REFERENCES R1)。利用外鍵和主鍵的連接可以從R1和R2重新得到R。如果R1和R2還不是2NF，則重復(fù)上述過程，一直到數(shù)據(jù)

14、庫模式中每一個關(guān)系模式都是2NF為止。算法5：分解成3NF模式集的算法設(shè)關(guān)系模式R（U），主鍵是W，R上還存在FD XZ。并且Z是非主屬性，ZÍX，X不是候選鍵，這樣WZ就是一個傳遞依賴。此時應(yīng)把R分解成兩個模式：R1（XZ），主鍵是X；R2（Y），其中Y=U-Z，主鍵仍是W，外鍵是X(REFERENCES R1)。利用外鍵和主鍵相匹配機制，R1和R2通過連接可以重新得到R。如果R1和R2還不是3NF，則重復(fù)上述過程，一直到數(shù)據(jù)庫模式中每一個關(guān)系模式都是3NF為止。算法6:無損分解成BCNF模式集。對于關(guān)系模式R的分解（初始時=R），如果中有一個關(guān)系模式Ri相對于Ri（F）不是BCN

15、F。據(jù)定義4.24可知，Ri中存在一個非平凡FD XY，有X不包含超鍵。此時把Ri分解成XY和RiY兩個模式。重復(fù)上述過程，一直到中每一個模式都是BCNF。算法7:無損分解且保持依賴地分解成3NF模式集。 對于關(guān)系模式R和R上成立的FD集F，先求出F的最小依賴集，然后再把最小依賴集中那些左部相同的FD用合并性合并起來。 對最小依賴集中，每個FD XY去構(gòu)成一個模式XY。 在構(gòu)成的模式集中，如果每個模式都不包含R的候選鍵，那么把候選鍵作為一個模式放入模式集中。第五章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計與ER模型定義5.1 把數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)從開始規(guī)劃，設(shè)計，實現(xiàn)，維護到最后被新的系統(tǒng)取代而停止使用的整個期間，稱為數(shù)據(jù)庫系

16、統(tǒng)生存期。1.數(shù)據(jù)庫設(shè)計的全過程：（1）規(guī)劃階段：系統(tǒng)調(diào)查，可行性分析，確定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的總目標(biāo)。（2）需求分析階段：分析用戶活動，產(chǎn)生業(yè)務(wù)流程圖；確定系統(tǒng)范圍，產(chǎn)生系統(tǒng)關(guān)聯(lián)圖；分析用戶活動涉及到的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)流圖；分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)字典。（3）概念設(shè)計階段:進行數(shù)據(jù)抽象，設(shè)計局部概念模型；將局部概念模型綜合成全局概念模型；評審。（4）邏輯設(shè)計階段：把概念模型轉(zhuǎn)換成邏輯模型；設(shè)計外模式；設(shè)計應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的接口；評價模型；修正模型。（5）物理設(shè)計階段：存儲記錄結(jié)構(gòu)設(shè)計；確定數(shù)據(jù)存放的位置；存取方法的設(shè)計；完整性和安全性考慮；程序設(shè)計。（6）數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)：用DDL定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)；組織數(shù)據(jù)入庫；編址與調(diào)試應(yīng)用程序；數(shù)據(jù)庫試運行。（7）數(shù)據(jù)庫的運行于維護2.ER模型（1）基本元素：實