数据库系统概论复习资料王珊版.docx
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数据库系统概论复习资料王珊版
数据库系统概论笔记
数据(Data):
是数据库中存储的基本对象
数据的定义:
描述事物的符号记录
数据的种类:
文字、图形、图象、声音等
数据的特点:
数据与其语义是不可分的
数据库(Database,简称DB):
是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合
数据库的特征:
⏹数据按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
数据库管理系统〔DatabaseManagementSystem,简称DBMS〕:
是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。
DBMS的用途:
科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据
DBMS的主要功能:
数据库的运行管理
保证数据的安全性、完整性、
多用户对数据的并发使用
发生故障后的系统恢复
⏹数据库的建立和维护功能(实用程序)
数据库数据批量装载
数据库转储
介质故障恢复
数据库的重组织
性能监视等
数据库系统〔DatabaseSystem,简称DBS〕是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。
⏹数据库系统的构成
⏹由数据库、数据库管理系统〔与其开发工具〕、应用系统、数据库管理员〔和用户〕构成。
⏹数据管理
⏹对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护,是数据处理的中心问题
数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。
⏹数据模型应满足三方面要求
⏹能比较真实地模拟现实世界
⏹容易为人所理解
⏹便于在计算机上实现
⏹数据模型分成两个不同的层次
(1)概念模型也称信息模型,它是按用户的观点来对数据和信息建模。
(2)数据模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型等,它是按计算机系统的观点对数据建模。
⏹客观对象的抽象过程---两步抽象
⏹现实世界中的客观对象抽象为概念模型;
⏹把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。
⏹数据结构
⏹对象类型的集合
数据结构是对系统静态特性的描述
⏹两类对象
⏹与数据类型、内容、性质有关的对象
⏹与数据之间联系有关的对象
⏹数据操作
⏹对数据库中各种对象〔型〕的实例〔值〕允许执行的操作与有关的操作规则
⏹数据操作的类型
⏹检索
⏹更新〔包括插入、删除、修改〕
⏹数据模型对操作的定义
⏹操作的确切含义
⏹操作符号
⏹操作规则〔如优先级〕
⏹实现操作的语言
⏹数据操作是对系统动态特性的描述。
⏹数据模型对约束条件的定义
⏹反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。
提供定义完整性约束条件的机制,以反映具体应用所涉与的数据必须遵守的特定的语义约束条件。
信息世界中的基本概念
(1)实体〔Entity〕
客观存在并可相互区别的事物称为实体。
(2)属性〔Attribute〕
实体所具有的某一特性称为属性。
一个实体可以由若干个属性来刻画。
(3)码〔Key〕
唯一标识实体的属性集称为码。
(4)域〔Domain〕
属性的取值范围称为该属性的域。
(5)实体型〔EntityType〕
用实体名与其属性名集合来抽象和刻画
同类实体称为实体型
(6)实体集〔EntitySet〕
同型实体的集合称为实体集
联系〔Relationship〕
现实世界中事物内部以与事物之间的联系在信息世界
中反映为实体内部的联系和实体之间的联系
实体型间联系
两个实体型一对一联系〔1:
1〕
三个实体型一对多联系〔1:
n〕
一个实体型多对多联系〔m:
n〕
两个实体型间的联系
⏹一对一联系
⏹如果对于实体集A中的每一个实体,实体集B中至多有一个实体与之联系,反之亦然,则称实体集A与实体集B具有一对一联系。
记为1:
1。
⏹一对多联系
⏹如果对于实体集A中的每一个实体,实体集B中有n个实体〔n≥0〕与之联系,反之,对于实体集B中的每一个实体,实体集A中至多只有一个实体与之联系,则称实体集A与实体集B有一对多联系
记为1:
n
⏹多对多联系〔m:
n〕
⏹如果对于实体集A中的每一个实体,实体集B中有n个实体〔n≥0〕与之联系,反之,对于实体集B中的每一个实体,实体集A中也有m个实体〔m≥0〕与之联系,则称实体集A与实体B具有多对多联系。
记为m:
n
概念模型的表示方法
⏹实体-联系方法(E-R方法)
⏹用E-R图来描述现实世界的概念模型
⏹E-R方法也称为E-R模型
常用数据模型
⏹非关系模型
⏹层次模型〔HierarchicalModel〕
⏹网状模型(NetworkModel)
⏹数据结构:
以基本层次联系为基本单位
基本层次__两个记录以与它们之间的一对多〔包括一对一)的联系
⏹关系模型(RelationalModel)
⏹数据结构:
表
⏹面向对象模型(ObjectOrientedModel〕
⏹数据结构:
对象
⏹层次模型
满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。
1.有且只有一个结点没有双亲结点,这个结点称为根
结点
2.根以外的其它结点有且只有一个双亲结点
⏹表示方法
实体型:
用记录类型描述。
每个结点表示一个记录类型。
属性:
用字段描述。
每个记录类型可包含若干个字段。
__用结点之间的连线表示记录〔类〕型之间的
一对多的联系
网状数据模型的数据结构
⏹网状模型
满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型。
1.允许一个以上的结点无双亲;
2.一个结点可以有多于一个的双亲。
⏹表示方法〔与层次数据模型相同〕
实体型:
用记录类型描述。
每个结点表示一个记录类型。
属性:
用字段描述。
每个记录类型可包含若干个字段。
__用结点之间的连线表示记录〔类〕型之
间的一对多的父子联系。
关系模型的基本概念
⏹关系〔Relation〕
一个关系对应通常说的一张表。
⏹元组〔Tuple〕
表中的一行即为一个元组。
⏹属性〔Attribute〕
表中的一列即为一个属性,给每一个属性起一个名称即属性名。
⏹关系必须是规范化的,满足一定的规范条件
最基本的规范条件:
关系的每一个分量必须是一个不
可分的数据项。
⏹查询、插入、删除、更新
⏹数据操作是集合操作,操作对象和操作结果都是关系,即若干元组的集合
⏹存取路径对用户隐蔽,用户只要指出“干什么〞,不必详细说明“怎么干〞
关系模型的完整性约束
⏹实体完整性
⏹参照完整性
⏹用户定义的完整性
关系数据模型的存储结构
⏹表以文件形式存储
⏹有的DBMS一个表对应一个操作系统文件
⏹有的DBMS自己设计文件结构
关系模型的优缺点
⏹优点
⏹建立在严格的数学概念的基础上
⏹概念单一。
数据结构简单、清晰,用户易懂易用
⏹实体和各类联系都用关系来表示。
⏹对数据的检索结果也是关系。
⏹关系模型的存取路径对用户透明
⏹具有更高的数据独立性,更好的安全XX性
⏹简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作
⏹缺点
存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非
关系数据模型
为提高性能,必须对用户的查询请求进行优化
增加了开发数据库管理系统的难度
数据库系统外部的体系结构
⏹单用户结构
⏹主从式结构
⏹分布式结构
⏹客户/服务器结构
⏹浏览器/应用服务器/数据库服务器结构
分布式结构的数据库系统
⏹数据库中的数据在逻辑上是一个整体,但物理地分布在计算机网络的不同结点上。
⏹网络中的每个结点都可以独立处理本地数据库中的数据,执行局部应用
⏹同时也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据,执行全局应用
⏹优点
⏹适应了地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的需求。
⏹缺点
⏹数据的分布存放给数据的处理、管理与维护带来困难。
⏹当用户需要经常访问远程数据时,系统效率会明显地受到网络传输的制约
数据库管理员(DBA)
⏹决定数据库中的信息内容和结构
⏹决定数据库的存储结构和存取策略
⏹定义数据的安全性要求和完整性约束条件
关系数据库
⏹关系模型的组成
⏹关系数据结构
⏹关系操作集合
⏹关系完整性约束
⏹1)常用的关系操作
⏹查询
⏹选择、投影、连接、除、并、交、差
⏹数据更新
⏹插入、删除、修改
⏹查询的表达能力是其中最主要的部分
⏹2)关系操作的特点
⏹集合操作方式,即操作的对象和结果都是集合。
⏹非关系数据模型的数据操作方式:
一次一记录
⏹文件系统的数据操作方式
⏹3)关系数据语言的种类
⏹关系代数语言
⏹用对关系的运算来表达查询要求
⏹4)关系数据语言的特点
⏹关系语言是一种高度非过程化的语言
⏹存取路径的选择由DBMS的优化机制来完成
⏹用户不必用循环结构就可以完成数据操作
⏹能够嵌入高级语言中使用
⏹关系代数、元组关系演算和域关系演算三种语言在表达能力上完全等价
关系
⏹⒈域〔Domain〕
⏹2.笛卡尔积〔CartesianProduct〕
⏹3.关系〔Relation〕
⏹域是一组具有相同数据类型的值的集合。
例:
⏹整数
⏹实数
⏹介于某个取值范围的整数
⏹长度指定长度的字符串集合
⏹{‘男’,‘女’}
⏹介于某个取值范围的日期
⏹笛卡尔积
给定一组域D1,D2,…,Dn,这些域中可以有相同的。
D1,D2,…,Dn的笛卡尔积为:
D1×D2×…×Dn={〔d1,d2,…,dn〕|di∈Di,i=1,2,…,n}
⏹所有域的所有取值的一个组合
⏹不能重复
⏹2)元组〔Tuple〕
⏹笛卡尔积中每一个元素〔d1,d2,…,dn〕叫作一个n元组〔n-tuple〕或简称元组。
⏹3)分量〔Component〕
⏹笛卡尔积元素〔d1,d2,…,dn〕中的每一个值di叫作一个分量。
⏹4)基数〔Cardinalnumber〕
⏹若Di〔i=1,2,…,n〕为有限集,其基数为mi〔i=1,2,…,n〕,则D1×D2×…×Dn的基数M为:
⏹5)笛卡尔积的表示方法
⏹笛卡尔积可表示为一个二维表。
表中的每行对应一个元组,表中的每列对应一个域。
关系〔Relation〕
1)关系
D1×D2×…×Dn的子集叫作在域D1,D2,…,Dn上的关系,表示为
R〔D1,D2,…,Dn〕
R:
关系名
n:
关系的目或度〔Degree〕
2)元组
关系中的每个元素是关系中的元组,通常用t表示。
3)单元关系与二元关系
当n=1时,称该关系为单元关系〔Unaryrelation〕。
当n=2时,称该关系为二元关系〔Binaryrelation〕
4)关系的表示
关系也是一个二维表,表的每行对应一个元组,表的每列对应一个域。
5)属性
关系中不同列可以对应相同的域,为了加以区分,必须对每列起一个名字,称为属性〔Attribute〕。
n目关系必有n个属性。
6)码
候选码〔Candidatekey〕
若关系中的某一属性组的值能唯一地标识
一个元组,则称该属性组为候选码
在最简单的情况下,候选码只包含一个属性。
称为全码〔All-key〕
在最极端的情况下,关系模式的所有属性组
是这个关系模式的候选码,称为全码〔All-
key〕
主码
若一个关系有多个候选码,则选定其中一个
为主码〔Primarykey〕
主码的诸属性称为主属性〔Primeattribute〕。
不包含在任何侯选码中的属性称为非码属性
〔Non-keyattribute〕
7)三类关系
基本关系〔基本表或基表〕
实际存在的表,是实际存储数据的逻辑表示
查询表
查询结果对应的表
视图表
由基本表或其他视图表导出的表,是虚表,不对
应实际存储的数据
基本关系的性质
①列是同质的〔Homogeneous〕
每一列中的分量是同一类型的数据,来自同
一个域
②不同的列可出自同一个域
其中的每一列称为一个属性
不同的属性要给予不同的属性名
③列的顺序无所谓
列的次序可以任意交换
遵循这一性质的数据库产品(如ORACLE),
增加新属性时,永远是插至最后一列
但也有许多关系数据库产品没有遵循这一
性质,例如FoxPro仍然区分了属性顺序
④任意两个元组不能完全相同
由笛卡尔积的性质决定
但许多关系数据库产品没有遵循这一性质。
例如:
Oracle,FoxPro等都允许关系表中存在两个完全相同
的元组,除非用户特别定义了相应的约束条件。
⑤行的顺序无所谓
行的次序可以任意交换
遵循这一性质的数据库产品(如ORACLE),
插入一个元组时永远插至最后一行
但也有许多关系数据库产品没有遵循这一性
质,例如FoxPro仍然区分了元组的顺序
⑥分量必须取原子值
每一个分量都必须是不可分的数据项。
这是规范条件中最基本的一条
关系模式〔RelationSchema〕是型
关系是值
关系模式是对关系的描述
元组集合的结构
属性构成
属性来自的域
属性与域之间的映象关系
元组语义以与完整性约束条件
属性间的数据依赖关系集合
定义关系模式
关系模式可以形式化地表示为:
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属性向域的映象集合
F属性间的数据依赖关系集合
关系模式通常可以简记为
R(U)或R(A1,A2,…,An)
R关系名
A1,A2,…,An属性名
注:
域名与属性向域的映象常常直接说明为
属性的类型、长度
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、随时间不断变化的
关系模式和关系往往统称为关系
通过上下文加以区别
1.关系数据库
在一个给定的应用领域中,所有实体与实
体之间联系的关系的集合构成一个关系数
据库。
2.关系数据库的型与值
关系数据库也有型和值之分
关系数据库的型称为关系数据库模式,是对关系数据库的描述
若干域的定义
在这些域上定义的若干关系模式
关系数据库的值是这些关系模式在某一时刻对应的关系的集合,通常简称为关系数据库
3关系的完整性
关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条件。
关系模型中三类完整性约束:
实体完整性
参照完整性
用户定义的完整性
实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件,被称作是关系的两个不变性,应该由关系系统自动支持。
实体完整性
实体完整性规则〔EntityIntegrity〕
若属性A是基本关系R的主属性,则属性
A不能取空值
关系模型必须遵守实体完整性规则的原因
(1)实体完整性规则是针对基本关系而言的。
一个基本表通常对应现实世界的一个实体集或多对多联系。
(2)现实世界中的实体和实体间的联系都是可区分的,即它们具有某种唯一性标识。
(3)相应地,关系模型中以主码作为唯一性标识。
关系模型必须遵守实体完整性规则的原因(续)
(4)主码中的属性即主属性不能取空值。
空值就是“不知道〞或“无意义〞的值。
主属性取空值,就说明存在某个不可标识的实体,即存在不可区分的实体,这与第〔2〕点相矛盾,因此这个规则称为实体完整性。
注意
实体完整性规则规定基本关系的所有
主属性都不能取空值
参照完整性
1.关系间的引用
2.外码
3.参照完整性规则
1.关系间的引用
在关系模型中实体与实体间的联系都是用
关系来描述的,因此可能存在着关系与关
系间的引用。
2.外码〔ForeignKey〕
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与基本关系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称为参照关系〔Referencing
Relation〕
基本关系S称为被参照关系〔Referenced
Relation〕或目标关系〔TargetRelation〕。
说明
⏹关系R和S不一定是不同的关系
⏹目标关系S的主码Ks和参照关系的外码F必须定义在同一个〔或一组〕域上
⏹外码并不一定要与相应的主码同名
当外码与相应的主码属于不同关系时,往往取相同的名字,以便于识别
3.参照完整性规则
若属性〔或属性组〕F是基本关系R的外码
它与基本关系S的主码Ks相对应〔基本关
系R和S不一定是不同的关系〕,则对
于R中每个元组在F上的值必须为:
∙或者取空值〔F的每个属性值均为空值〕
∙或者等于S中某个元组的主码值。
用户定义的完整性
⏹用户定义的完整性是针对某一具体关系数据库的约束条件,反映某一具体应用所涉与的数据必须满足的语义要求。
⏹关系模型应提供定义和检验这类完整性的机制,以便用统一的系统的方法处理它们,而不要由应用程序承担这一功能。
Operation运算,操作
Operator算子
Operand操作数
1.关系代数
一种抽象的查询语言
用对关系的运算来表达查询
2.关系代数运算的三个要素
运算对象:
关系
运算结果:
关系
运算符:
四类
关系代数运算符
集合
运算
符
∪
-
∩
×
并
差
交
广义笛卡尔积
比较运算符
>
≥
<
≤
=≠
大于
大于等于
小于
小于等于
等于
不等于
专门的关系
运算符
σ
π
÷
选择
投影
连接
除
逻辑运算符
⌝
∧
∨
非
与
或
4.关系代数运算的分类
传统的集合运算
并、差、交、广义笛卡尔积
专门的关系运算
选择、投影、连接、除
5.表示记号
〔1〕R,t∈R,t[Ai]
设关系模式为R(A1,A2,…,An)
它的一个关系设为R。
t∈R表示t是R的一个元组
t[Ai]则表示元组t中相应于属性Ai的一个分量
〔2〕A,t[A],A
若A={Ai1,Ai2,…,Aik},其中Ai1,Ai2,…,Aik是A1,A2,…,An中的一部分,则A称为属性列或域列。
t[A]=(t[Ai1],t[Ai2],…,t[Aik])表示元组t在属性列A上诸分量的集合。
A则表示{A1,A2,…,An}中去掉{Ai1,Ai2,…,Aik}后剩余的属性组。
⏹〔3〕trts
R为n目关系,S为m目关系。
tr∈R,ts∈S,trts称为元组的连接。
它是一个n+m列的元组,前n个分量为R中的一个n元组,后m个分量为S中的一个m元组。
⏹4〕象集Zx
给定一个关系R〔X,Z〕,X和Z为属性组。
当t[X]=x时,x在R中的象集〔ImagesSet〕为:
Zx={t[Z]|t∈R,t[X]=x}
它表示R中属性组X上值为x的诸元组在Z上分量的集合。
1.并〔Union〕
⏹R和S
⏹具有相同的目n〔即两个关系都有n个属性〕
⏹相应的属性取自同一个域
⏹R∪S
⏹仍为n目关系,由属于R或属于S的元组组成
R∪S={t|t∈R∨t∈S}
⏹R和S
⏹具有相同的目n
⏹相应的属性取自同一个域
⏹R-S
⏹仍为n目关系,由属于R而不属于S的所有元组组成
R-S={t|t∈R∧t∉S}
⏹R和S
⏹具有相同的目n
⏹相应的属性取自同一个域
⏹R∩S
⏹仍为n目关系,由既属于R又属于S的元组组成
R∩S={t|t∈R∧t∈S}
R∩S=R–(R-S〕
4.广义笛卡尔积〔ExtendedCartesianProduct〕
⏹R
⏹n目关系,k1个元组
⏹S
⏹m目关系,k2个元组
⏹R×S
⏹列:
〔n+m〕列的元组的集合
⏹元组的前n列是关系R的一个元组
⏹后m列是关系S的一个元组
⏹行:
k1×k2个元组
⏹R×S={trts|tr∈R∧ts∈S}
专门的关系运算
1.选择〔Selection〕
⏹1)选择又称为限制〔Restriction〕
⏹2)选择运算符的含义
⏹在关系R中选择满足给定条件的诸元组
σF(R)={t|t∈R∧F(t)='真'}
⏹F:
选择条件,是一个逻辑表达式,基本形式为:
[⌝(]X1θY1[)][φ[⌝(]X2θY2[)]]…
⏹θ:
比较运算符〔>,≥,<,≤,=或<>〕
⏹X1,Y1等:
属性名、常量、简单函数;属性名也可以用它的序号来代替;
⏹φ:
逻辑运算符〔∧或∨〕
⏹[]:
表示任选项
⏹…:
表示上述格式可以重复下去
3)选择运算是从行的角度进行的运算
2.投影〔Projection〕
⏹1〕投影运算符的含义
⏹从R中选择出若干属性列组成新的关系
πA(R)={t[A]|t∈R}
A:
R中的属性列
2〕投影操作主要是从列的角度进行运算
⏹但投影之后不仅取消了原关系中的某些列,而且还可能取消某些元组〔避免重复行〕
3.连接〔Join〕
⏹1〕连接也称为θ连接
⏹2〕连接运算的含义
⏹从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组
RS={|tr∈R∧ts∈S∧tr[A]θts[B]}
⏹A和B:
分别为R和S上度数相等且可比的属性组
⏹θ:
比较运算符
⏹连接运算从R和S的广义笛卡尔积R×S中选取〔R关系〕在A属性组上的值与〔S关系〕在B属性组上值满足比较关系的元组。
⏹3〕两类常用连接运算
⏹等值连接〔equijoin〕
⏹什么是等值连接
⏹θ为“=〞的连接运算称为等值连接
⏹等值连接的含义
⏹从关系R与S的广义笛卡尔积中选取A、B属性值相等的那些元组,即等值连接为:
RS={|tr∈R∧ts∈S∧tr[A]=ts[B]}
4〕一般的连接操作是从行的角度进行运算。
自然连接还需要取消重复列,所以是同时从行和列的角度进行运算。
4〕象集Z
给定一个关系R〔X,Z〕,X和Z为属性组。
当t[X]=x时,x在R中的象集〔ImagesSet〕为:
Zx={t[Z]|t∈R,t[X]=x}
它表示R中属性组X上值为x的诸元组在Z上分量的集合。
4.除〔Division〕
给定关系R(X,Y)和S(Y,Z),其中X,Y,Z为属性组。
R中的Y与S中的Y可以有不同的属性名,但必须出自相同
的域集。
R与S的除运算得到一个新的关系P(X),P是R中
满足下列条件的元组在X属性列上的投影:
元组在X上分
量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。
R÷S={tr[X]|tr∈R∧πY(S)⊆Yx}
Yx:
x在R中的象集,x=tr[X]
2〕除操作是同时从行和列角度进行运算
第三章关系数据库标准语言SQL
3.1SQL概述
⏹SQL的特点
⏹1.综合统一
⏹2.高度非过程化
⏹3.面向集合的操作方式
⏹4.以同一种语法结构提供两种使用方法
⏹5.语言简洁,易学易用
5.语言简捷,易学易用
3.2数据定义
定义语句格式
CREATETABLE<表名>
〔<列名><数据类型>[<列级完整性约束条件>]
[,<列名><数据类型>[<列级完整性约束条件>]]…
[,<表级完整性约束条件>]〕;
⏹<表名>:
所要定义的基本表的名字
⏹<列名>:
组成该表的各个属性〔列〕
⏹<列级完整性约束条件>:
涉与相应属性列的完整性约束条件
⏹<表级完整性约束条件>:
涉与一个或多个属性列的完整性约束条件
⏹常用完整性约
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