數(shù)據(jù)庫設(shè)計基礎(chǔ)

1、第4章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計基礎(chǔ) 課件制作：鄭軼課件制作：鄭軼 （2010） 本章目錄 4.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念 4.2 數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型 4.3 關(guān)系代數(shù)關(guān)系代數(shù) 4.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計與管理數(shù)據(jù)庫設(shè)計與管理 重點難點重點難點 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，e-r模型，關(guān)系代數(shù)。模型，關(guān)系代數(shù)。 4.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念 4.1.1 數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 1. 數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)（data）：）：實際上就是描述事物的實際上就是描述事物的符號記錄符號記錄。數(shù)。數(shù) 據(jù)的特點：有一定的結(jié)構(gòu)，有型與值之分。據(jù)的特點：有一定的結(jié)構(gòu)，有型與值之分。 2.

2、數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)庫（db,database）：）：長期存放在計算機內(nèi)的、長期存放在計算機內(nèi)的、 有組織的、可共享的有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合數(shù)據(jù)集合。 數(shù)據(jù)庫存放數(shù)據(jù)是按數(shù)據(jù)所提供的數(shù)據(jù)模式存放數(shù)據(jù)庫存放數(shù)據(jù)是按數(shù)據(jù)所提供的數(shù)據(jù)模式存放 的，具有的，具有集成與共享的特點集成與共享的特點，亦即是數(shù)據(jù)庫集中了各，亦即是數(shù)據(jù)庫集中了各 種應(yīng)用的數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)一的構(gòu)造和存儲，而使它們可種應(yīng)用的數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)一的構(gòu)造和存儲，而使它們可 被不同應(yīng)用程序所使用。被不同應(yīng)用程序所使用。 4.1.1 數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 3. 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（dbms,database management sy

3、stem）：）： 一種一種系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)維，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)維 護、控制及保護和數(shù)據(jù)服務(wù)等，是護、控制及保護和數(shù)據(jù)服務(wù)等，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心。 n數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能： n數(shù)據(jù)模式定義數(shù)據(jù)模式定義 n數(shù)據(jù)存取的物理構(gòu)建數(shù)據(jù)存取的物理構(gòu)建 n數(shù)據(jù)操縱數(shù)據(jù)操縱 n數(shù)據(jù)的完整性、安生性定義與檢查數(shù)據(jù)的完整性、安生性定義與檢查 n數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制與故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制與故障恢復(fù) n數(shù)據(jù)的服務(wù)數(shù)據(jù)的服務(wù) n 為完成這些功能，為完成這些功能，dbms 還提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)語言：還提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)

4、語言： 數(shù)據(jù)定義語言數(shù)據(jù)定義語言 數(shù)據(jù)操縱語言數(shù)據(jù)操縱語言 數(shù)據(jù)控制語言數(shù)據(jù)控制語言 應(yīng)用系統(tǒng) 應(yīng)用開發(fā)工具 dbms 操作系統(tǒng) 編譯系統(tǒng) 硬件 4.1.1 數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 4. 數(shù)據(jù)庫管理員（數(shù)據(jù)庫管理員（dba）：）：對數(shù)據(jù)庫進行規(guī)劃、設(shè)計、對數(shù)據(jù)庫進行規(guī)劃、設(shè)計、 維護、監(jiān)視等的專業(yè)管理人員。維護、監(jiān)視等的專業(yè)管理人員。 5. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（dbs）：）：由由數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)）、（數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)庫管數(shù)據(jù)庫管 理系統(tǒng)理系統(tǒng)（軟件）、（軟件）、數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)據(jù)庫管理員（人員）、（人員）、硬件平臺硬件平臺 （硬件）、（硬件）、軟件平臺軟件平臺（軟件）五個部分構(gòu)成的（軟件）

5、五個部分構(gòu)成的運行實運行實 體體。 * 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)dbs、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)dbms和數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫 db三者之間，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成三者之間，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成 部分，數(shù)據(jù)庫又是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的管理對象，因此部分，數(shù)據(jù)庫又是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的管理對象，因此 ：dbs包括包括dbms，dbms又包括又包括db。 4.1.1 數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 4. 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)（ dbas,database application system) ：數(shù)據(jù)庫開發(fā)的產(chǎn)數(shù)據(jù)庫開發(fā)的產(chǎn) 品，由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)品，由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 、應(yīng)用軟件及應(yīng)用、應(yīng)

6、用軟件及應(yīng)用 界面三者組成。界面三者組成。 4.1.2數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展 n數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)的發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個階段：人工管理階段、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)的發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個階段：人工管理階段、 文件系統(tǒng)階段和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。文件系統(tǒng)階段和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。 人工管理階段人工管理階段文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 背背 景景 應(yīng)用背景應(yīng)用背景科學(xué)計算科學(xué)計算科學(xué)計算、管理科學(xué)計算、管理大規(guī)模管理大規(guī)模管理 硬件背景硬件背景無直接存取存儲設(shè)備無直接存取存儲設(shè)備磁盤、磁鼓磁盤、磁鼓大容量磁備盤大容量磁備盤 軟件背景軟件背景沒有操作系統(tǒng)沒有操作系統(tǒng)有文件系統(tǒng)有文件系統(tǒng)有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有數(shù)

7、據(jù)庫管理系統(tǒng) 處理方式處理方式批處理批處理聯(lián)機實時處理、批處理聯(lián)機實時處理、批處理聯(lián)機實時處理、分布處理、批處理聯(lián)機實時處理、分布處理、批處理 特特 點點 數(shù)據(jù)的管理者數(shù)據(jù)的管理者用戶（程序員）用戶（程序員）文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)面向的對象數(shù)據(jù)面向的對象某一應(yīng)用程序某一應(yīng)用程序某一應(yīng)用某一應(yīng)用現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界 數(shù)據(jù)的共享程度數(shù)據(jù)的共享程度無共享，冗余度極大無共享，冗余度極大共享性差，冗余度大共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小共享性高，冗余度小 數(shù)據(jù)的獨立性數(shù)據(jù)的獨立性不獨立，完全依賴于不獨立，完全依賴于 程序程序 獨立性差獨立性差具有高度的物理獨立性和一定的邏具有

8、高度的物理獨立性和一定的邏 輯獨立性輯獨立性 數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)，整體無結(jié)記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)，整體無結(jié) 構(gòu)構(gòu) 整體結(jié)構(gòu)化，用數(shù)據(jù)模型描述整體結(jié)構(gòu)化，用數(shù)據(jù)模型描述 數(shù)據(jù)控制能力數(shù)據(jù)控制能力應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序自己控制由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全性由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全性 、完整性、并發(fā)控制和恢復(fù)能力、完整性、并發(fā)控制和恢復(fù)能力 4.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本特點 1. 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的集成性高集成性高 2. 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的共享性高共享性高、冗余性低冗余性低 n在一個集合中的重復(fù)數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)冗余。在一個集合中的重復(fù)數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)冗余。 n由

9、于數(shù)據(jù)的集成性使得數(shù)據(jù)可為多個應(yīng)用共享，數(shù)據(jù)共享自由于數(shù)據(jù)的集成性使得數(shù)據(jù)可為多個應(yīng)用共享，數(shù)據(jù)共享自 身極大地減少了數(shù)據(jù)冗余性，不僅減少存儲空間，還避免數(shù)身極大地減少了數(shù)據(jù)冗余性，不僅減少存儲空間，還避免數(shù) 據(jù)的不一致。據(jù)的不一致。 n* 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以減少數(shù)據(jù)冗余，但無法避免一切冗余。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以減少數(shù)據(jù)冗余，但無法避免一切冗余。 4.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本特點 3.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)獨立性高獨立性高 n數(shù)據(jù)獨立性是數(shù)據(jù)與程序間的互不依賴性，即數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)獨數(shù)據(jù)獨立性是數(shù)據(jù)與程序間的互不依賴性，即數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)獨 立于應(yīng)用程序而不依賴于應(yīng)用程序。也就是說，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)立于應(yīng)用程序而不依賴于應(yīng)用程序

10、。也就是說，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié) 構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)與存取方式的改變不會影響應(yīng)用程序。構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)與存取方式的改變不會影響應(yīng)用程序。 n數(shù)據(jù)獨立性一般包括兩級：數(shù)據(jù)獨立性一般包括兩級： 1）物理獨立性：）物理獨立性：物理獨立性即是數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)，存物理獨立性即是數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)，存 取方式等）的改變，如存儲設(shè)備的更換、物理存儲的更換、存取方取方式等）的改變，如存儲設(shè)備的更換、物理存儲的更換、存取方 式改變等都不影響數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，從而不致引起應(yīng)用程序的變式改變等都不影響數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，從而不致引起應(yīng)用程序的變 化?；?2）邏輯獨立性：）邏輯獨立性：數(shù)據(jù)庫總體邏輯結(jié)構(gòu)的改變，如

11、修改數(shù)據(jù)模式、增加數(shù)據(jù)庫總體邏輯結(jié)構(gòu)的改變，如修改數(shù)據(jù)模式、增加 新的數(shù)據(jù)類型、改變數(shù)據(jù)間聯(lián)系等，不需要相應(yīng)修改應(yīng)用程序，這新的數(shù)據(jù)類型、改變數(shù)據(jù)間聯(lián)系等，不需要相應(yīng)修改應(yīng)用程序，這 就是數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。就是數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。 4.1.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本特點 4. 數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制 n主要包含以下三個方面：主要包含以下三個方面： 1）數(shù)據(jù)的完整性檢查：檢查數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性以保證數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)的完整性檢查：檢查數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性以保證數(shù)據(jù) 的正確。的正確。 2）數(shù)據(jù)的安全性保護：檢查數(shù)據(jù)庫訪問者以防止非法訪問。）數(shù)據(jù)的安全性保護：檢查數(shù)據(jù)庫訪問者以防止非法訪問。 3）并

12、發(fā)控制：控制多個應(yīng)用的并發(fā)訪問所產(chǎn)生的相互干擾以保）并發(fā)控制：控制多個應(yīng)用的并發(fā)訪問所產(chǎn)生的相互干擾以保 證其正確性。證其正確性。 4.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在其內(nèi)部分為三級模式：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在其內(nèi)部分為三級模式： * 一個數(shù)據(jù)庫只有一個概念一個數(shù)據(jù)庫只有一個概念 模式和一個內(nèi)模式，有多個模式和一個內(nèi)模式，有多個 外模式。外模式。 4.1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 1）概念模式：）概念模式：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述， 是全體用戶（應(yīng)用）公共數(shù)據(jù)視圖。是全體用戶（應(yīng)用）公共數(shù)據(jù)視圖。 2）外模式：）外模式：也稱子模式或用戶模式，它是用戶的數(shù)

13、據(jù)視也稱子模式或用戶模式，它是用戶的數(shù)據(jù)視 圖，也就是用戶所見到的數(shù)據(jù)模式，它由概念模式推圖，也就是用戶所見到的數(shù)據(jù)模式，它由概念模式推 導(dǎo)而出。導(dǎo)而出。 3）內(nèi)模式：）內(nèi)模式：又稱物理模式，它給出了數(shù)據(jù)庫物理存儲結(jié)又稱物理模式，它給出了數(shù)據(jù)庫物理存儲結(jié) 構(gòu)與物理存取方法。內(nèi)模式的物理性主要體現(xiàn)在操作構(gòu)與物理存取方法。內(nèi)模式的物理性主要體現(xiàn)在操作 系統(tǒng)及文件級上，它還未深入到設(shè)備級上（如磁盤及系統(tǒng)及文件級上，它還未深入到設(shè)備級上（如磁盤及 磁盤操作）。內(nèi)模式對一般用戶是透明的，但它的設(shè)磁盤操作）。內(nèi)模式對一般用戶是透明的，但它的設(shè) 計直接影響數(shù)據(jù)庫的性能。計直接影響數(shù)據(jù)庫的性能。 4.1.4數(shù)

14、據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) n數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兩級映射：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兩級映射： 1）概念模式）概念模式/內(nèi)模式的映射：內(nèi)模式的映射： 實現(xiàn)了概念模式到內(nèi)模式之間的相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)了概念模式到內(nèi)模式之間的相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)數(shù)據(jù)庫的 存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，通過修改相應(yīng)的概念模式存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，通過修改相應(yīng)的概念模式/內(nèi)模式的映內(nèi)模式的映 射，使得數(shù)據(jù)庫的邏輯模式不變，其外模式不變，應(yīng)用程序射，使得數(shù)據(jù)庫的邏輯模式不變，其外模式不變，應(yīng)用程序 不用修改，從而保證數(shù)據(jù)具有很高的不用修改，從而保證數(shù)據(jù)具有很高的物理獨立性物理獨立性。 2）外模式）外模式/概念模式的映射：概念模式的映射： 實現(xiàn)了外模式到概念模式之間

15、的相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)邏輯模式實現(xiàn)了外模式到概念模式之間的相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)邏輯模式 發(fā)生變化時，通過修改相應(yīng)的外模式發(fā)生變化時，通過修改相應(yīng)的外模式/邏輯模式映射，使得用邏輯模式映射，使得用 戶所使用的那部分外模式不變，從而應(yīng)用程序不必修改，保戶所使用的那部分外模式不變，從而應(yīng)用程序不必修改，保 證數(shù)據(jù)具有較高的證數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨立性邏輯獨立性。 4.2 數(shù)據(jù)模型 4.2.1 數(shù)據(jù)模型的基本概念數(shù)據(jù)模型的基本概念 1. 數(shù)據(jù)模型的概念數(shù)據(jù)模型的概念 n 是數(shù)據(jù)特征的抽象，它從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜是數(shù)據(jù)特征的抽象，它從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜 態(tài)特征、動態(tài)行為和約束條件，為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的信息態(tài)特征、動

16、態(tài)行為和約束條件，為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的信息 表示與操作提供一個抽象的框架。表示與操作提供一個抽象的框架。 n 通俗來講，數(shù)據(jù)模型就是對現(xiàn)實世界的模擬、描述或通俗來講，數(shù)據(jù)模型就是對現(xiàn)實世界的模擬、描述或 表示。表示。 2.數(shù)據(jù)模型的三要素 n數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合，包數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合，包 括與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象，以及與數(shù)據(jù)括與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象，以及與數(shù)據(jù) 之間聯(lián)系有關(guān)的對象。它用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性。之間聯(lián)系有關(guān)的對象。它用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性。 n數(shù)據(jù)操作：數(shù)據(jù)操作：數(shù)據(jù)操作是對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的數(shù)據(jù)操作是對數(shù)據(jù)庫中各種

17、對象（型）的 實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作的含義實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作的含義 、符號、操作規(guī)則及實現(xiàn)操作的語句等。它用于描述、符號、操作規(guī)則及實現(xiàn)操作的語句等。它用于描述 系統(tǒng)的動態(tài)特性。系統(tǒng)的動態(tài)特性。 n數(shù)據(jù)的約束條件：數(shù)據(jù)的約束條件：數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則 的集合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)的集合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián) 系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符號數(shù)據(jù)模型系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符號數(shù)據(jù)模型 的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)

18、據(jù)的正確、有 效和相容。效和相容。 3.數(shù)據(jù)模型的類型 n概念數(shù)據(jù)模型：概念數(shù)據(jù)模型：簡稱概念模型，是對客觀世界復(fù)雜事簡稱概念模型，是對客觀世界復(fù)雜事 物的結(jié)構(gòu)描述及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系的刻畫。概念模物的結(jié)構(gòu)描述及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系的刻畫。概念模 型主要有：型主要有：e-r模型模型(實體聯(lián)系模型實體聯(lián)系模型)、擴充的擴充的e-r模型模型 、面向?qū)ο竽Ｐ兔嫦驅(qū)ο竽Ｐ图凹爸^詞模型謂詞模型等。等。 n邏輯數(shù)據(jù)模型：邏輯數(shù)據(jù)模型：又稱數(shù)據(jù)模型，是一種面向數(shù)據(jù)庫系又稱數(shù)據(jù)模型，是一種面向數(shù)據(jù)庫系 統(tǒng)的模型，該模型著重于在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一級的實現(xiàn)。統(tǒng)的模型，該模型著重于在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一級的實現(xiàn)。 邏輯數(shù)據(jù)模型主要

19、有：層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模邏輯數(shù)據(jù)模型主要有：層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模 型、面向?qū)ο竽Ｐ偷?。型、面向?qū)ο竽Ｐ偷取?n物理數(shù)據(jù)模型：物理數(shù)據(jù)模型：又稱物理模型，它是一種面向計算機又稱物理模型，它是一種面向計算機 物理表示的模型，此模型給出了數(shù)據(jù)模型在計算機上物理表示的模型，此模型給出了數(shù)據(jù)模型在計算機上 物理結(jié)構(gòu)的表示。物理結(jié)構(gòu)的表示。 4.2.2實體聯(lián)系模型及e-r圖 1. e-r1. e-r模型的基本概念模型的基本概念 n實體：實體：現(xiàn)實世界中的事物。現(xiàn)實世界中的事物。 n屬性：屬性：事物的特性，如讀者的編號、姓名。事物的特性，如讀者的編號、姓名。 n聯(lián)系：聯(lián)系：現(xiàn)實世界中事物間的關(guān)系

20、。實體集的關(guān)系有現(xiàn)實世界中事物間的關(guān)系。實體集的關(guān)系有一對一、一對一、 一對多、多對多一對多、多對多的聯(lián)系。的聯(lián)系。 n1:11:1一個學(xué)校只有一名校長一個學(xué)校只有一名校長 n1:n1:n一個部門有多個職員一個部門有多個職員 nm:nm:n學(xué)生與課程學(xué)生與課程 n* * e-re-r模型的基本成分是實體和聯(lián)系。模型的基本成分是實體和聯(lián)系。 2.e-r模型三個基本概念之間的 聯(lián)接關(guān)系 n實體（集）與聯(lián)系實體（集）與聯(lián)系 n一般來說，實體集之間必須通過聯(lián)系來建立連接。一般來說，實體集之間必須通過聯(lián)系來建立連接。 n如，如，圖書和讀者圖書和讀者之間無法直接建立聯(lián)系，只能通過之間無法直接建立聯(lián)系，只能

21、通過“借閱借閱” 的聯(lián)系才能相互之間建立聯(lián)系。的聯(lián)系才能相互之間建立聯(lián)系。 n實體集（聯(lián)系）與屬性間的聯(lián)接關(guān)系實體集（聯(lián)系）與屬性間的聯(lián)接關(guān)系 n屬性是附屬于實體和聯(lián)系的，不能構(gòu)成獨立的單位。屬性是附屬于實體和聯(lián)系的，不能構(gòu)成獨立的單位。 n一個實體可以具有多個屬性一個實體可以具有多個屬性 3.e-r圖 n實體集：用實體集：用矩形矩形表示。表示。 n屬性：用屬性：用橢圓形橢圓形表示。表示。 n聯(lián)系：用聯(lián)系：用菱形菱形表示。表示。 n實體集與屬性間的聯(lián)接關(guān)系：用無向線段表示。實體集與屬性間的聯(lián)接關(guān)系：用無向線段表示。 n實體集與聯(lián)系間的聯(lián)接關(guān)系：用無向線段表示。實體集與聯(lián)系間的聯(lián)接關(guān)系：用無向線

22、段表示。 學(xué)生課程選課 mn 學(xué)號 姓名 性別 出生年月 系課號課程名學(xué)分 成績選修時間 4.2.3層次模型 n層次模型的基本結(jié)構(gòu)是層次模型的基本結(jié)構(gòu)是樹形樹形 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，具有以下特點：，具有以下特點： n每棵樹有且僅有一個無雙親每棵樹有且僅有一個無雙親 結(jié)點，稱為根；結(jié)點，稱為根； n樹中除根外所有結(jié)點有且僅樹中除根外所有結(jié)點有且僅 有一個雙親。有一個雙親。 管理 部門 銷售 員工商品 4.2.4 網(wǎng)狀模型 n網(wǎng)狀模型是層次模型的擴展，呈現(xiàn)出一種網(wǎng)狀模型是層次模型的擴展，呈現(xiàn)出一種交叉關(guān)系交叉關(guān)系； 從圖論上看，網(wǎng)狀模型是一個不加任何條件限制的從圖論上看，網(wǎng)狀模型是一個不加任何條件限制的無無

23、 向圖向圖。 設(shè)備 工人 使用維護 (b)工作與設(shè)備(a)教學(xué)關(guān)系e-r圖 領(lǐng)導(dǎo) 學(xué)校 領(lǐng)導(dǎo) 教師班組 教學(xué)管理 學(xué)生 4.2.5關(guān)系模型 1.關(guān)系模型常用術(shù)語關(guān)系模型常用術(shù)語 n關(guān)系：關(guān)系：采用采用二維表二維表來表示關(guān)系，簡稱來表示關(guān)系，簡稱表表，由表框架及表的元組，由表框架及表的元組 組成。一個二維表就是一個組成。一個二維表就是一個關(guān)系關(guān)系。 n屬性：屬性：二維表中的一列，如姓名。二維表中的一列，如姓名。 n元組：元組：二維表中的一行，如（二維表中的一行，如（2007,王麗王麗,女女,）。）。 n分量：分量：元組中的一個屬性值。元組中的一個屬性值。 學(xué)號學(xué)號姓名姓名性別性別出生年月出生年月

24、班級班級籍貫籍貫 2007102張潔然男07-07-8807動畫1班天津 2007203李一明男05-01-8707播音5班廣西南寧 2007305王 麗女04-09-8807管理4班遼寧沈陽 2007406劉 宏男10-11-8807新聞3班江蘇南京 關(guān)系模型常用術(shù)語 n候選碼：候選碼：二維表中能唯一標(biāo)識元組的最小屬性集。二維表中能唯一標(biāo)識元組的最小屬性集。 n如，如果姓名不允許重名時，學(xué)號和姓名都是候選碼。如，如果姓名不允許重名時，學(xué)號和姓名都是候選碼。 n主碼：主碼：或稱為關(guān)鍵字、主鍵，簡稱碼、鍵，表中的一個屬性或幾或稱為關(guān)鍵字、主鍵，簡稱碼、鍵，表中的一個屬性或幾 個屬性的組合、其值能

25、唯一地標(biāo)識表中一個元組的，稱為關(guān)系的個屬性的組合、其值能唯一地標(biāo)識表中一個元組的，稱為關(guān)系的 主碼主碼或關(guān)鍵字。主碼屬性不能取空值?；蜿P(guān)鍵字。主碼屬性不能取空值。 n例如，學(xué)生的學(xué)號。例如，學(xué)生的學(xué)號。 n外部關(guān)鍵字：外部關(guān)鍵字：或稱為或稱為外鍵外鍵，在一個關(guān)系中含有與另一個關(guān)系的關(guān)，在一個關(guān)系中含有與另一個關(guān)系的關(guān) 鍵字相對應(yīng)的屬性組稱為該關(guān)系的外部關(guān)鍵字。外部關(guān)鍵字取空鍵字相對應(yīng)的屬性組稱為該關(guān)系的外部關(guān)鍵字。外部關(guān)鍵字取空 值或為外部表中對應(yīng)的關(guān)鍵字值。值或為外部表中對應(yīng)的關(guān)鍵字值。 n例如，在學(xué)生表中含有的所屬班級名字，是班級表中的關(guān)鍵字屬性例如，在學(xué)生表中含有的所屬班級名字，是班級表

26、中的關(guān)鍵字屬性 ，它是學(xué)生表中的外部關(guān)鍵字。，它是學(xué)生表中的外部關(guān)鍵字。 關(guān)系的性質(zhì) n元組的個數(shù)有限性元組的個數(shù)有限性 n元組的唯一性元組的唯一性 n元組的次序無關(guān)性元組的次序無關(guān)性 n元組分量的原子性元組分量的原子性 n屬性名唯一性屬性名唯一性 n屬性的次序無關(guān)性屬性的次序無關(guān)性 n分量值域的同一性：分量值域的同一性：屬性的分量具有與該屬性相同的值域。屬性的分量具有與該屬性相同的值域。 如，性別的值域（男，女）。如，性別的值域（男，女）。 2.關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操作 n數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)查詢 n數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)插入 n數(shù)據(jù)刪除數(shù)據(jù)刪除 n數(shù)據(jù)修改數(shù)據(jù)修改 3.關(guān)系中的數(shù)據(jù)約束 1）實體完整性約束）實體完

27、整性約束 要求關(guān)系的主鍵中屬性值不能為空值，因為主鍵是唯一決定要求關(guān)系的主鍵中屬性值不能為空值，因為主鍵是唯一決定 元組的，如為空值則其唯一性就成為不可能的了。元組的，如為空值則其唯一性就成為不可能的了。 2）參照完整性約束）參照完整性約束 關(guān)系之間相互關(guān)聯(lián)的基本約束，不允許關(guān)系引用不存在的元關(guān)系之間相互關(guān)聯(lián)的基本約束，不允許關(guān)系引用不存在的元 組，即在關(guān)系中的外鍵要么是所關(guān)聯(lián)關(guān)系中實際存在的元組，要組，即在關(guān)系中的外鍵要么是所關(guān)聯(lián)關(guān)系中實際存在的元組，要 么為空值。么為空值。 3）用戶定義的完整性約束）用戶定義的完整性約束 反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。例如反映某一具體應(yīng)用

28、所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。例如 某個屬性的取值范圍在某個屬性的取值范圍在0100之間等。之間等。 4.3 關(guān)系代數(shù) n關(guān)系是由若干個不同的元組所組成，因此關(guān)系是由若干個不同的元組所組成，因此關(guān)系可視為關(guān)系可視為 元組的集合元組的集合。n元關(guān)系是一個元關(guān)系是一個n元有序組的集合。元有序組的集合。 4.3.1關(guān)系代數(shù)的基本運算關(guān)系代數(shù)的基本運算 n插入插入 n刪除刪除 n修改修改 n查詢（包括投影、選擇、笛卡爾積運算）查詢（包括投影、選擇、笛卡爾積運算） n在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，基本的關(guān)系運算有在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，基本的關(guān)系運算有選擇選擇 、投影與聯(lián)接、投影與聯(lián)接三種操作三種操作

29、。 1.投影運算 n從關(guān)系中選擇若干個從關(guān)系中選擇若干個屬性列屬性列的操作稱為投影。的操作稱為投影。 學(xué)號學(xué)號姓名姓名性別性別出生年月出生年月班級班級籍貫籍貫 2007102張潔然男07-07-8807動畫1班天津 2007203李一明男05-01-8707播音5班廣西南寧 2007305王 麗女04-09-8807管理4班遼寧沈陽 2007406劉 宏男10-11-8807新聞3班江蘇南京 班級班級 07動畫1班 07播音5班 07管理4班 07新聞3班 2.選擇運算 n從關(guān)系中找出滿足給定條件的從關(guān)系中找出滿足給定條件的元組元組的操作稱為選擇。的操作稱為選擇。 學(xué)號學(xué)號姓名姓名性別性別出生

30、年月出生年月班級班級籍貫籍貫 2007102張潔然男07-07-8807動畫1班天津 2007203李一明男05-01-8707播音5班廣西南寧 2007305王 麗女04-09-8807管理4班遼寧沈陽 2007406劉 宏男10-11-8807新聞3班江蘇南京 學(xué)號學(xué)號姓名姓名性別性別出生年月出生年月班級班級籍貫籍貫 2007305王 麗女04-09-8807管理4班遼寧沈陽 性別性別=“女女” 3.聯(lián)接運算 n從從兩個關(guān)系兩個關(guān)系中按某個條件提取部分（或全部）記錄及部分（或全中按某個條件提取部分（或全部）記錄及部分（或全 部）字段組合成部）字段組合成一個新的關(guān)系一個新的關(guān)系文件。文件。

31、n如，如，學(xué)生表學(xué)生表和和課程表課程表聯(lián)接運算得到聯(lián)接運算得到選課表選課表。 學(xué)號學(xué)號姓名姓名性別性別 2007102張潔然男 2007203李一明男 2007305王 麗女 2007406劉 宏男 課程號課程號課程名課程名學(xué)分學(xué)分 301數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4 203高等數(shù)學(xué)6 學(xué)號學(xué)號課程號課程號學(xué)分學(xué)分 20071022036 20072032036 20073053014 20074063014 20071023014 20073052036 join 4.3.2集合運算 設(shè)關(guān)系設(shè)關(guān)系r和和s具有相同的關(guān)系模式。具有相同的關(guān)系模式。 n并（并（）：）：r和和s的并是由屬于的并是由屬于r或?qū)儆诨驅(qū)儆?/p>

32、s的元組構(gòu)成的集合。的元組構(gòu)成的集合。 n差（）：差（）：r和和s的差是由屬于的差是由屬于r但不屬于但不屬于s的元組構(gòu)成的集合。的元組構(gòu)成的集合。 n交（交（）：）：r和和s的交是由屬于的交是由屬于r且屬于且屬于s的元組構(gòu)成的集合。的元組構(gòu)成的集合。 n廣義笛卡爾積（廣義笛卡爾積（）：）：設(shè)關(guān)系設(shè)關(guān)系r和和s的屬性個數(shù)分別為的屬性個數(shù)分別為n、m，元，元 組個數(shù)分別為組個數(shù)分別為p、q，則，則r和和s的廣義笛卡爾積是一個有（的廣義笛卡爾積是一個有（n+m）列）列 的元組的集合。每個元組的前的元組的集合。每個元組的前n列來自列來自r的一個元組的一個元組(如如r.a)，后，后 m列來自列來自s的一

33、個元組的一個元組(如如s.b)，記為，記為rs。 n* 根據(jù)笛卡爾積的定義，根據(jù)笛卡爾積的定義， rs關(guān)系是一個關(guān)系是一個n+m元關(guān)系元關(guān)系，元組個，元組個 數(shù)是數(shù)是pq，由，由r與與s的有序組組合而成。的有序組組合而成。 關(guān)系r和s運算 4.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計與管理 4.4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計 n數(shù)據(jù)庫設(shè)計：數(shù)據(jù)庫設(shè)計：是對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)是對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu) 的數(shù)據(jù)庫模式，建立性能良好的數(shù)據(jù)庫，使之滿足各的數(shù)據(jù)庫模式，建立性能良好的數(shù)據(jù)庫，使之滿足各 種用戶的需求（信息要求和處理要求）。種用戶的需求（信息要求和處理要求）。 n數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法 n面向數(shù)據(jù)的設(shè)計方法面向數(shù)據(jù)的設(shè)計方法以信息需求為主，兼顧處理需求；以信息需求為主，兼顧處理需求； n面向過程的設(shè)計方法面向過程的設(shè)計方法以處理需求為主，兼顧信息需求。以處理需求為主，兼顧信息需求。 n數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟：數(shù)據(jù)庫設(shè)計的步驟：需求分析、概念分析、邏輯設(shè)計需求分析、概念分析、邏輯設(shè)計 、物理設(shè)計。、物理設(shè)計。 （熟記）（熟記） 數(shù)據(jù)庫設(shè)計步驟 n需求分析階段：需求分析階段：這是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的第