《數(shù)據(jù)庫》教案

1、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論教案及講義授課老師：XXX第一章緒論教學目標：1、結(jié)合具體的例子講述數(shù)據(jù)庫的設(shè)計步驟，通過此例子讓同學們對本教材各章節(jié)所要學習的內(nèi)容有一個初步的整體了解；2、對照文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理過程，講述數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理過程，讓同學們對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能、組成、工作過程有個初步了解，并對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型（主要是關(guān)系模型）有比較深入的理解。3、課外布置學生完成一個小的數(shù)據(jù)庫設(shè)計課程設(shè)計題目，要求學生分組尋找題目并完成設(shè)計過程。教學重點：1、舉簡單例子說明數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程。2、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的產(chǎn)生發(fā)展過程的文件系統(tǒng)階段與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。3、概念模型、數(shù)據(jù)模型及三要素、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學難點：數(shù)

2、據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性。教學過程：本章分3次講述，每次2課時，主要講述以下內(nèi)容介紹如下：1、舉簡單例子說明需求分析及表達、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計過程。第六章的不少內(nèi)容前到此處講述（實際教學過程中本章的學時數(shù)增加2學時左右）。對照文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理過程，講述數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理過程，及相關(guān)概念。2、講述數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念；數(shù)據(jù)庫模型（主要是關(guān)系模型）；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。1.1引言1.1.1數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)（data）* 高級語言的數(shù)據(jù),如PASCAL語言中各種類型數(shù)據(jù)（常量、變量）：integ

3、er，real，char，record,file,（著重文件類型數(shù)據(jù)說明）* 定義：1）數(shù)據(jù)是描述事物的符號記錄,2）數(shù)據(jù)與其語義是不可分的,需要經(jīng)過語義解釋。2、數(shù)據(jù)庫（database,簡稱DB）*定義：數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲,具有較小的冗余度,較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性,并為各種用戶共享。（P1）*目前流行數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型：關(guān)系模型,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為表。*數(shù)據(jù)庫的存儲：若干表一個庫,一張表一個庫（文件系統(tǒng)為一個文件一個庫）*對數(shù)據(jù)庫的操作:在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的支持下，可進行數(shù)據(jù)查詢（select）、數(shù)據(jù)定義（crea

4、tedropalter）、數(shù)據(jù)操縱（insertupdatedelete）、數(shù)據(jù)控制（grantrevoke）3）從定義上數(shù)據(jù)庫與文件比較:對照數(shù)據(jù)庫說明:長期存儲在計算機內(nèi)、有組織的（組織簡單）、可共享（共享性差）的數(shù)據(jù)集合。冗余度大，數(shù)據(jù)獨立性低。3、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（databasemanagementsystem簡稱DBMS）（P7）*定義（功能解釋）：DBMS在數(shù)據(jù)庫建立、運用和維護時對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一控制，以保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性，并在多用戶同時使用數(shù)據(jù)庫時進行并發(fā)控制，在發(fā)生故障后對系統(tǒng)進行恢復。*對照文件系統(tǒng)：提供的操作簡單，主要包括：建立文件、刪除文件、讀元素、寫元素、打開文件

5、、關(guān)閉文件等。*用戶與文件系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫的接口：文件系統(tǒng)：系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：SQL（數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)控制）。4、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng):*是指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成，一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其應(yīng)用開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成。5、本課程的主要研究內(nèi)容、意義及學習方法*主要內(nèi)容關(guān)系數(shù)據(jù)庫及SQL、關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計（設(shè)計理論、具體設(shè)計）、數(shù)據(jù)保護。*意義:非常實用*學習方法:大量的上機實踐是學好本課程的先決條件。1.1.2數(shù)據(jù)管理的技術(shù)的發(fā)展（*數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生:是應(yīng)數(shù)據(jù)管理管理任務(wù)的需要而產(chǎn)生的。）*數(shù)據(jù)管理:是指如何對數(shù)據(jù)進行分類、組織、編碼、存儲、

6、檢索和維護，是數(shù)據(jù)處理的中心問題。*隨著計算機硬件和軟件的發(fā)展，數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段:人工管理、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。1、人工管理階段的特點:（背景:硬件，沒有直接存取的存儲設(shè)備；軟件，沒有操作系統(tǒng)及管理數(shù)據(jù)的軟件；數(shù)據(jù)處理方式為批處理）1）數(shù)據(jù)不保存2）數(shù)據(jù)需要由應(yīng)用程序自己管理，沒有相應(yīng)的軟件負責數(shù)據(jù)的管理工作。應(yīng)用程序中不僅要規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，而且要設(shè)計物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入方式等）。（PASCAL語言文件處理：應(yīng)用程序中只考慮邏輯結(jié)構(gòu)）3）數(shù)據(jù)不共享:數(shù)據(jù)面向應(yīng)用，一組數(shù)據(jù)只能對應(yīng)一個程序。因此程序與程序之間有大量的冗余數(shù)據(jù)。4）數(shù)據(jù)不具有獨立性：數(shù)據(jù)的

7、邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，必須對應(yīng)用程序做相應(yīng)的修改。2、文件系統(tǒng)階段的特點：（背景：硬件，已有直接存取的存儲設(shè)備；軟件，操作系統(tǒng)中已經(jīng)有了專門的數(shù)據(jù)管理軟件，一般成為文件系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理方式，不僅有了批處理而且能夠聯(lián)機實時處理）1）數(shù)據(jù)可以長期保存。2）由專門的軟件即文件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理。應(yīng)用程序按名存取數(shù)據(jù)，大大節(jié)省了程序的編寫與維護工作量。3）數(shù)據(jù)共享性差。一個文件基本上對應(yīng)于一個應(yīng)用程序。不同應(yīng)用程序具有部分相同數(shù)據(jù)時也必許建立各自的文件，不能共享相同的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)冗余度大。相同數(shù)據(jù)重復存儲、各自管理，給數(shù)據(jù)的修改與維護帶來了困難，容易造成數(shù)據(jù)的不一致性。4）數(shù)據(jù)的獨立性低。數(shù)據(jù)與程序

8、間缺乏獨立性：一旦數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變，必須修改應(yīng)用程序修改文件結(jié)構(gòu)定義。而應(yīng)用程序的改變（應(yīng)用程序改用不同的高級語言）也將引起文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改變。3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段產(chǎn)生背景：以文件系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)管理手段已經(jīng)不能滿足應(yīng)用的需要（多用戶、多應(yīng)用共享數(shù)據(jù)），于是出現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫技術(shù)及統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的專門軟件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。特點：1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，存取方式靈活數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)了整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化：在描述數(shù)據(jù)時不僅要描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。文件系統(tǒng)盡管其記錄內(nèi)部有某種結(jié)構(gòu)，但記錄之間沒有聯(lián)系。2）數(shù)據(jù)共享性好，冗余度低數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從整體角度看待和描述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不再面向某個應(yīng)用而是面向整個系統(tǒng)。這樣既可以大

9、大減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲空間，又能避免數(shù)據(jù)之間不相容與不一致性。3）數(shù)據(jù)獨立性高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供了兩方面的映象功能，從而使數(shù)據(jù)既具有物理獨立性又具有邏輯獨立性。數(shù)據(jù)與程序間的邏輯獨立性：數(shù)據(jù)的總體邏輯結(jié)構(gòu)與某類應(yīng)用所涉及的局部邏輯結(jié)構(gòu)之間的映象或轉(zhuǎn)換功能，保證了當數(shù)據(jù)的總體邏輯結(jié)構(gòu)改變時，通過對映象的相應(yīng)改變可以保持數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)不變，由于應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)編寫的，所以應(yīng)用程序不必修改。數(shù)據(jù)與程序間的物理獨立性：數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)之間的映象或轉(zhuǎn)換功能，保證了當數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)（或物理結(jié)構(gòu)）改變時，通過對映象的相應(yīng)修改可以保持數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)不變，從而應(yīng)用程序也不必修改。4）數(shù)

10、據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制*統(tǒng)一管理有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)可以有靈活的使用方式。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)彈性大，易于擴充。*有以下幾方面的控制功能：1）數(shù)據(jù)的安全性：指保護數(shù)據(jù)，防止不合法使用數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)的泄密和破壞，使每個用戶只能按規(guī)定對某些數(shù)據(jù)以某種方式進行訪問和處理。2）數(shù)據(jù)的完整性：指數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。即將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內(nèi)，或要求數(shù)據(jù)間滿足一定的關(guān)系。3）并發(fā)控制：當多個用戶的并發(fā)進程同時存取、修改數(shù)據(jù)時，可能會相互干擾而得到錯誤的結(jié)構(gòu)，并使數(shù)據(jù)的完整性遭到破壞，因此對多用戶并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)。4）數(shù)據(jù)庫恢復：硬件、軟件、操作員失誤、故意破壞等造成的故障，DBMS必須將數(shù)據(jù)庫從錯

11、誤狀態(tài)恢復到某一已知的正確狀態(tài)。12據(jù)模型121數(shù)據(jù)模型的作用、組成要素、概念1、數(shù)據(jù)模型的作用：通俗地說是計算機世界對現(xiàn)實世界信息處理的模擬。具體為抽象、表示和處理現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)和信息。2、數(shù)據(jù)模型的組成要素：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)的約束條件。1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：*現(xiàn)實世界的信息抽象、表示為計算機世界的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。*數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：為所研究對象類型的集合。一類對象與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)，另一類對象與數(shù)據(jù)間的聯(lián)系有關(guān)。*例現(xiàn)實世界的“學生選修課程處理”涉及的信息，抽象、表示為計算機世界的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*涉及的對象有與數(shù)據(jù)本身有關(guān)對象：學生、課程與數(shù)據(jù)間聯(lián)系有關(guān)對象：選課*數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（關(guān)系數(shù)據(jù)模型為表，數(shù)據(jù)及其

12、聯(lián)系都用表表示）學生（學號、姓名、性別、系別、年齡、籍貫（）加屬性類型說明）課程（課程號、課程名、學分）（加屬性類型說明）選課（學號、課程號、成績）（加屬性類型說明）*數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)模型中的地位：數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是刻畫一個數(shù)據(jù)模型性質(zhì)的最重要方面，人們通常按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型來命名數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有三種：關(guān)系結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。關(guān)系模型的重要性。2）數(shù)據(jù)操作*現(xiàn)實世界的信息對應(yīng)計算機世界的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)實世界信息的處理對應(yīng)計算機世界的數(shù)據(jù)操作。主要有檢索和更新（包括插入、刪除、修改）兩大操作。*數(shù)據(jù)操作：是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作集合，包括操作及有關(guān)操

13、作規(guī)則。*關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫操作語言為SQL，主要功能：數(shù)據(jù)查詢（SELECT）,數(shù)據(jù)定義（CREATE，DROP，ALTER），數(shù)據(jù)操縱（INSERT,UPDATE，DELETE），數(shù)據(jù)控制（GRANT,REVOTE）。3）數(shù)據(jù)的約束條件*是一組完整性規(guī)則的集合，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容。*關(guān)系模型完整性約束：實體完整性、參照完整性、用戶自定義完整性。3、文件管理系統(tǒng)支持一種簡單（或簡陋）的數(shù)據(jù)模型（通過文件系統(tǒng)支持的簡單數(shù)據(jù)模型來理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型，僅僅為了說明問題，通常不稱文件系統(tǒng)支持數(shù)據(jù)模型）*文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及對文件這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所進行操作集合是

14、文件管理系統(tǒng)所支持的一種簡單數(shù)據(jù)模型。*將現(xiàn)實世界的信息抽象為文件，對信息的處理通過文件操作實現(xiàn)。*例學生選課程文件結(jié)構(gòu)（學號、姓名、性別、系別、年齡、籍貫，課程號、課程名、學分，成績）*文件系統(tǒng)不提供完整性約束功能，由應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及對數(shù)據(jù)的操作與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)模型相比顯得落后。4、數(shù)據(jù)模型的概念任何一種數(shù)據(jù)模型都是嚴格定義的概念的集合。這些概念必須能夠精確地描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性、動態(tài)特性和完整性約束條件。5、任何一種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）都基于某種數(shù)據(jù)模型（或支持某種數(shù)據(jù)模型）122現(xiàn)實世界的信息抽象表示為計算機世界某個數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的橋梁概念模型現(xiàn)實世界的信息轉(zhuǎn)換到機器世界信

15、息的處理過程：1）現(xiàn)時世界到信息世界（概念模型）：*常用ER圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型2）信息世界轉(zhuǎn)換為機器世界（概念模型到數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）2、信息世界的基本概念（結(jié)合關(guān)系模型考慮）例子：1）學生：學號、姓名、性別、系別、年齡、籍貫學號姓名性別系別年齡籍貫970501王五男機械19北京970606李六男化工18天津971060張三男信電20浙江2）病人：病歷號、病人姓名、年齡、性別病歷號病人姓名年齡性別100001李勇60男100010劉醇50男111001許春30男1）實體：客觀存在并可相互區(qū)別的事物?？梢允蔷唧w的人、事、物，也可以是抽象的概念或聯(lián)系（如學生的一次選課）2）屬性：實體所具

16、有的某一特性。一個實體由若干個屬性來刻畫。3）碼：唯一標識實體的屬性集。4）域：屬性的取值范圍稱為該屬性的域。5）實體型：用實體名及其屬性名集合來抽象和刻劃同類實體。學生：學號、姓名、性別、系別、年齡、籍貫病人：病歷號、病人姓名、年齡、性別6）實體集：同型實體的集合7）聯(lián)系：實體內(nèi)部（實體的各屬性間）的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系。*兩實體型間的聯(lián)系可以分三類：*一對一聯(lián)系（1：1），班級與班長：一個班級只有一個班長，一個班長只在一個班級任職。*一對多聯(lián)系（1：n），班級與學生：一個班級有若干名學生，每個學生只在一個班級中學習。*多對多聯(lián)系（m：n）學生與課程：一個學生選修了多門課程，一門課程為多個學

17、生選修*同一實體集內(nèi)的各實體之間也可以存在三類聯(lián)系如學生實體集內(nèi)部：學生的領(lǐng)導被領(lǐng)導關(guān)系3、概念模型的表示方法（最常用R法）*ER圖提供了表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法實體及其屬性圖實體及其聯(lián)系圖概念模型：實體、屬性、聯(lián)系合一圖（涉及實體及屬性較多時，為清晰起見兩*總體實體及其聯(lián)系圖*E123關(guān)系數(shù)據(jù)模型1、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*關(guān)系模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一張二維表，它由行和列組成。*一些概念：關(guān)系：表元組：表行屬性：表列主碼：某個屬性組，它可以唯一確定一個元組。域：屬性的取值范圍分量：元組的一個屬性值關(guān)系模式：對關(guān)系的描述，一般表示為：關(guān)系名（屬性1、屬性2、屬性n）*關(guān)系模型中實體與實體間的聯(lián)系

18、都是用表（關(guān)系）來表示的（與概念模型的實體型及聯(lián)系對應(yīng)）學生（）課程（）學生選課（）*關(guān)系模型要求關(guān)系必須是規(guī)范化的，即關(guān)系模式必須滿足一定的規(guī)范條件。最基本一條為每個分量必須是不可分的數(shù)據(jù)項2、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的操縱與完整性約束3、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)*一個表對應(yīng)一個DBF文件（DBASE，F(xiàn)oxpro等）*多個表放在一個DB文件中（SYBASESQLAnywhere,SQLServer等）1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)模式：也稱邏輯模式，是數(shù)據(jù)庫中全體邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。外模式：也稱子模式或用戶模式，他是數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）看見

19、和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述內(nèi)模式：內(nèi)模式也稱存儲模式，它是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲結(jié)構(gòu)的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由外模式、模式、內(nèi)模式三級構(gòu)成第二章關(guān)系數(shù)據(jù)庫教學目標：介紹關(guān)系模型的基本概念，即關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作和關(guān)系完整性。結(jié)合第三章的數(shù)據(jù)定義介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)完整性。關(guān)系操作主要介紹關(guān)系代數(shù)。教學重點：1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：笛卡兒積、關(guān)系、關(guān)系模式、關(guān)系數(shù)據(jù)庫。2、關(guān)系完整性：實體、參照、用戶自定義。3、關(guān)系操作：關(guān)系代數(shù)，重點是投影、選擇、連接、除法操作。教學難點：關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型和值；關(guān)系代數(shù)的除法運算。教學過程：本章分3次講述，每次

20、2學時，每次主要講述以下內(nèi)容介紹如下：第一次：介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（笛卡兒積、關(guān)系、關(guān)系模式、關(guān)系數(shù)據(jù)庫）。關(guān)系完整性（實體、參照、用戶自定義）（實際教學過程中將第三章的表定義及對數(shù)據(jù)庫的插入操作部分提前到這里，相當于第三章有2學時多調(diào)整到了這里）。第二次：介紹舉例關(guān)系操作的語義（關(guān)系代數(shù)，重點是投影、選擇、連接、除法操作），并介紹相應(yīng)的SQL語句表達式（實際教學過程相當于將第三章的相關(guān)內(nèi)容調(diào)整到了此處介紹）。關(guān)系操作舉例，關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（重點講述各類系統(tǒng)支持模型的程度）。21關(guān)系數(shù)據(jù)庫概述1、關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。2、關(guān)系模型的組成：關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合、完整性約束條件

21、三部分。3、關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表，特點：簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達豐富的語義，描述現(xiàn)實世界的實體以及實體間的聯(lián)系（例）4、關(guān)系操作*采用集合操作：操作對象與操作結(jié)果為集合，*常用的操作*查詢：選擇、投影、連接、除、并、交、差等；更新：增、刪、改*查詢的表達能力是關(guān)系操作中的最主要部分*關(guān)系模型中關(guān)系操作能力的早期抽象表示（即抽象查詢語言，領(lǐng)會語言的含義）：1）關(guān)系代數(shù)語言：用代數(shù)方式表示，即用關(guān)系的運算來表達查詢要求的方式。2）關(guān)系演算語言：用邏輯方式表示，即用謂詞來表達查詢要求的方式。元組關(guān)系演算：謂詞變元的基本對象是元組變量。域關(guān)系演算：謂詞變元的基本對象為域變量。3）關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算（元組關(guān)系演算、

22、域關(guān)系演算）三種語言在表達能力上是等價的。*早期抽象查詢語言（關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算語言）的作用作為評估實際系統(tǒng)中查詢語言能力的標準。與具體DBMS實現(xiàn)的實際語言不完全一樣（提供許多附加功能，如集函數(shù)、關(guān)系賦值、算術(shù)運算等）*關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標準語言（SQLstructuredquerylanguage結(jié)構(gòu)化查詢語言）是集數(shù)據(jù)查詢、DDL數(shù)據(jù)定義、DML數(shù)據(jù)操縱、DCL數(shù)據(jù)控制于一體的語言。具有關(guān)系代數(shù)與關(guān)系演算雙重特點的語言。5、完整性約束*允許定義三類完整性：實體完整性、參照完整性、用戶自定義完整性。*關(guān)系系統(tǒng)自動支持的完整性：實體完整性、參照完整性。22關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（關(guān)系、關(guān)系模式、關(guān)系數(shù)據(jù)庫）

23、1、關(guān)系例1：有表結(jié)構(gòu)（關(guān)系模式）：學生（學號、性別）如果，學號為子界類型D1=1.1OO,性別為枚舉類型D2=（男，女），學生表的最大取值（最大表）：100*2=200個元組例2：有表結(jié)構(gòu)：學生（學號、姓名、性別、系別、年齡、籍貫）每個列的類型：integer,char（8）,bolean,char（8）,integer,char（10）最大表元組數(shù)：實際應(yīng)用中的具體表：最大表的有意義的子集1）域：是一組具有相同數(shù)據(jù)類型值的集合。表中的每列都與一域（表的數(shù)據(jù)類型）相關(guān)連2）笛卡兒積（本質(zhì)上為最大元組表）*定義：給定一組域D1，D2，Dn，這些域可以完全不同，也可以部分或全部相同。D1，D2，

24、Dn的笛卡兒積為：D1XD2X.XDn=（d1,d2,.,dn）|diWDi,i=l,2,.,n其中每一個元素（dl,d2,.,dn）叫作一個n元組，或簡稱為元組。元素中的每一個值di叫作一個分量。*若Di（i=l,2,.,n）為有限集，其基數(shù)為mi（i=l,2,.,n）,貝VD1XD2X.XDn的基數(shù)為ml*m2*.*mn3）關(guān)系*定義：D1XD2X.XDn的子集叫作在域D1，D2,Dn上的關(guān)系，用R（D1，D2,Dn）表示。R表示關(guān)系的名字，n是關(guān)系的目或度n=1單元關(guān)系n=2二元關(guān)系關(guān)系為笛卡兒積的子集，表行一一元組，表列一一屬性（1目關(guān)系有n個屬性）。*侯選碼：若關(guān)系中某一屬性組的值能

25、唯一標識一個元組，貝稱該屬性組為侯選碼*主碼：若一個關(guān)系中有多個侯選碼，貝選其中一個作為主碼。*主屬性：主碼的諸屬性*非碼屬性：不包含在任何侯選碼中的屬性*全碼：侯選碼為關(guān)系的所有屬性組*關(guān)系的三種類型：基本表（實際存在表）、查詢表（查詢結(jié)果）、視圖表（虛表由基本表與其他試圖表導出）*基本關(guān)系具有6條性質(zhì)：（見書P40）2、關(guān)系模式*定義：關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式。它可形式化地表示為R（U,D,DOM,F）。R為關(guān)系名U組成該關(guān)系的屬性名集合D屬性組所來自的域DOM屬性向域的映象集合F屬性間數(shù)據(jù)的依賴關(guān)系集合（第四章專門討論）*關(guān)系模式通常簡記為R（U）或R（A1,A2,An）,域名及屬性向域的

26、映象常常直接說明為屬性的類型、長度*型與值：模式是型，關(guān)系（表）是模式的值3、關(guān)系數(shù)據(jù)庫含義：在一個給定的現(xiàn)實世界的領(lǐng)域中，相應(yīng)于所有實體及實體之間的聯(lián)系的關(guān)系的集合構(gòu)成一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型和值：型即關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式，是對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的描述，它包括若干域的定義以及在這些域上定義的若干關(guān)系模式。關(guān)系模式的值也稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫，是這些關(guān)系模式在某一時刻對應(yīng)的關(guān)系的集合。關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式與關(guān)系數(shù)據(jù)庫通常稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫。23關(guān)系完整性1、實體完整性要點：主屬性不能取空值?，F(xiàn)實世界的語義要求：一個基本關(guān)系通常對應(yīng)現(xiàn)實世界的一個實體集，現(xiàn)實世界的實體是可以區(qū)分的，即它們具有某種唯一標識，在關(guān)系模型中以主

27、碼作為唯一標識。2、參照完整性*關(guān)系與關(guān)系之間存在著引用關(guān)系：因為現(xiàn)實世界的實體之間存在某種聯(lián)系，而關(guān)系模型中實體及實體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來描述的。*舉例：*要點：*外碼基本關(guān)系R的非碼屬性（組）F與基本關(guān)系S的主碼Ks相對應(yīng)，則屬性（組）F為R的外碼。*參照關(guān)系一一R*被參照關(guān)系一一S*參照完整性規(guī)則基本關(guān)系R的外碼F與基本關(guān)系S的主碼Ks相對應(yīng)，則R上的每個元組在F上的取值要求：或者取空值；或者等于S中的某個元組的主碼值。3、用戶自定義完整性*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。*通常有三類：非空約束（notnull）、唯一約束（unique）、檢查約束（check）*24如何

28、實現(xiàn)完整性約束規(guī)則（作問題處理）1、在表中定義完整性規(guī)則2、在對表中的數(shù)據(jù)進行更新操作時，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)自動的檢查完整性規(guī)則，將表中的數(shù)據(jù)約束在用戶期望的范圍中。*PB提供了一定的前端約束檢查功能*在前端定義約束規(guī)則（相當check功能），在前端進行合法性檢查。即在輸入數(shù)據(jù)時一定程度上過濾了不合法的數(shù)據(jù)。相同的檢查在數(shù)據(jù)庫表中可以不需要再定義。*在前端一已經(jīng)實現(xiàn)的完整性約束，在數(shù)據(jù)庫表中是否可以不需要再定義？回答否，因為，如不通過應(yīng)用程序直接通過工具操作數(shù)據(jù)庫表時，就沒有了相應(yīng)的完整性檢查24關(guān)系代數(shù)1、何為關(guān)系代數(shù)：是抽象的查詢語言，它用關(guān)系運算來表達查詢。主要研究關(guān)系（表）運算，運算對象是

29、關(guān)系，運算結(jié)果也是關(guān)系。2、關(guān)系運算分兩類：1）傳統(tǒng)的集合運算：并、交、差、廣義笛卡爾積。運算只涉及行，將關(guān)系看成是行（元組）的集合，。2）專門的關(guān)系運算：選擇、投影、連接、除。運算既涉及行也涉及列。3、傳統(tǒng)的集合運算（著重掌握語義）設(shè)關(guān)系R、SRABa1b1a1b2ABa1b2a2b21）并（U）RUS=tItWRVt£S并由屬于R或?qū)儆赟的元組組成。兩集合元組并在一起,去掉重復元組。關(guān)系R、S要求具有相同的目n（都具有n個屬性），相應(yīng)的屬性取自同一個域（同類型數(shù)據(jù)）2）差（）RS=tIt£RA-teS差由屬于R并不屬于S的元組組成。關(guān)系R、S要求具有相同的目n（都具有n

30、個屬性），相應(yīng)的屬性取自同一個域（同類型數(shù)據(jù)）3）交（n）RnS=tIteRAtes由屬于R且屬于S的元組組成。關(guān)系R、S要求具有相同的目n（都具有n個屬性），相應(yīng)的屬性取自同一個域（同類型數(shù)據(jù)）4）廣義笛卡爾積RXS=trtsItreRAtseS*關(guān)系R、S分別為m、n目k1、k2個元組，結(jié)果為m+n目，元組個數(shù)為k1*k2個。例：R學號姓名1A2BS課程數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)RXS學號姓名課程1A數(shù)據(jù)庫1A操作系統(tǒng)2B數(shù)據(jù)庫2B操作系統(tǒng)廣義笛卡兒積與笛卡兒積的比較：)4、專門關(guān)系運算(運算結(jié)果著重掌握語義)1) 選擇of(R)=t|tWRAF(t)=“T”選擇關(guān)系R中滿足邏輯表達式F為真的元組。P

31、48例1、查詢信息系的全體學生例2、查詢年齡小于20的元組例1：o,(student)例2：o(student)sdept='is'sage<20邏輯表達式F的基本形式為：X19Y1©X29Y2e比較運算符，©邏輯運算符AV,Xi、Yi屬性名或常量名或簡單函數(shù)。2) 投影nA(R)=tA|t£RA為R中的屬性列例3：學生關(guān)系在姓名和系兩個屬性上的投影。例4：在學生關(guān)系中有那些系表見P48例3：nsname,sdept(stUdent)例dJept(student)注：投影后的重復行應(yīng)該消除3)連接bRS=trtsItrGRAtsSAtrA9t

32、sBA9B從廣義笛卡爾積RXS中選擇滿足比較運算表達式A9B的元組，A、B分別為R、S上度數(shù)相等且可比的屬性組。例5(P50)：RSc<d等值連接：上述連接的特例，9取=自然連接：書寫格式在連接符下不加比較表達式，比較分量必須是相同的屬性組，連接結(jié)果去掉重復列。4) 除(三)例6：設(shè)關(guān)系R(A,B,C),S(B,C,D),求RFS,RFS為新關(guān)系P(A),P是R中滿足下列條件的元組在A屬性列上的投影：元組在A上分量值a的象集BCa包含S在BC上投影的集合。見書P51*象集：關(guān)系R(X,Z),X和Z為屬性組。我們定義，當tX=x時，x在R中的象集為：Zx=tZltGR,tX=x表示R中屬性

33、組X上值為x的諸元素在Z上分量的集合。*RFS：R(X,Y),S(Y,Z),其中X,Y,Z為屬性組R(XY)X=AY=BCS(YZ)Y=BCZ=DR-S的結(jié)果為新關(guān)系P(X),P是R中滿足下列條件的元組在X屬性列上的投影：元組在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。RS=trX|tr£RAny(S)包含于trX的象集例：至少選修了課程表中所有課程的學生nsno,cno(stUdentCOUTSe)三口近(course)例：P51例7例10假設(shè)學生課程數(shù)據(jù)庫中有表：(理解含義)Student(Sno學號，sname姓名，sex性別，age年齡，sdept所在系)，Course(

34、Cno,Cname,Cpno,Ccredit)，SC(Sno,Cno,Grade)例9：查詢至少選修了一門其直接先行課為6號課程的學生姓名1、先行課為6號的課程，涉及課程表。P1=°,6,(coruse)cpno='6'2、選了上述課程的學生學號P2：P1-SC或n(P1-SC)sno3、根據(jù)學號求姓名：P2ngnoSname(Student),投影出Sname例10：查詢選修了全部課程的學生號碼和姓名1、所有課程的課程號P1：ncno(Course)2、選修了所有課程的學生號P2：nSno,Cno(sc)mpi3、學生姓名、學生號：PZsHsno'Sname

35、七口血“t)2.6關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（簡稱關(guān)系系統(tǒng)）1、關(guān)系系統(tǒng)：為支持關(guān)系模型的系統(tǒng)，各種實際應(yīng)用的關(guān)系系統(tǒng)對關(guān)系模型的支持程度不同（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操縱、完整性約束）。2、各類關(guān)系系統(tǒng)的分類與定義：1）表式系統(tǒng)：僅支持關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不支持集合級操作，實際上不能算關(guān)系系統(tǒng)。2）（最?。╆P(guān)系系統(tǒng)：支持關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和選擇、投影、連接三種操作。（FoxBASE,FoxPro等）3）關(guān)系完備系統(tǒng)：支持關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和支持關(guān)系代數(shù)操作（功能上與關(guān)系代數(shù)等價）。（DB2,ORACLE等）4）全關(guān)系系統(tǒng)：支持關(guān)系模型的所有特征。到目前為止尚沒有一個系統(tǒng)是全關(guān)系系統(tǒng)。DB2,ORACLE接近全關(guān)系目標。3、關(guān)系

36、系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)*不同關(guān)系系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)都符合三級模式結(jié)構(gòu)。*三級模式：模式表,外模式視圖,內(nèi)模式物理存儲文件*兩級映象：模式與外模式,模式與內(nèi)模式。映象由關(guān)系系統(tǒng)自動提供與維護。第三章關(guān)系數(shù)據(jù)庫標準語言SQL教學目標：介紹目前已經(jīng)成為關(guān)系數(shù)據(jù)庫標準語言的結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）。此內(nèi)容是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的基礎(chǔ),學生需要熟練掌握之。教學重點：1. 數(shù)據(jù)定義（表、視圖、索引的定義）。表定義與完成性約束定義,數(shù)據(jù)定義與數(shù)據(jù)字典,索引能加快查詢速度的原因,對視圖操作與對基本表操作,視圖及外模式。2. 數(shù)據(jù)更新操作與數(shù)據(jù)完整性維護,數(shù)據(jù)更新操作與數(shù)據(jù)庫一致性維護問題。3.SQL查詢（單表查詢、連接查詢、嵌套查

37、詢、集合查詢）相關(guān)關(guān)系代數(shù)表達4. 嵌入式SQL。教學難點：涉及多表的連接查詢。教學過程：本章分6次講述,每次2學時,每次主要講述以下內(nèi)容介紹如下：第一次：介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及完整性約束條件定義,數(shù)據(jù)更新操作與完整性維護問題。索引及其作用。單表查詢（若干列、若干元組、對查詢結(jié)果排序、使用集函數(shù)、對查詢結(jié)果分組）。第二次：連接查詢（等值與非等值連接查詢、自身連接查詢、外連接查詢、復合條件連接）。第三次：嵌套查詢（帶IN謂詞查詢、帶比較運算符查詢）。嵌套查詢（帶ANY或ALL謂詞查詢、帶EXISTS謂詞子查詢），集合查詢。第四次：數(shù)據(jù)更新，更新操作與數(shù)據(jù)庫的一致性問題（通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的事務(wù)功能解決，

38、以及程序員如何編程解決）。第五次：視圖。31標準SQL語言核心功能的9個動詞SQL功能動詞數(shù)據(jù)定義CREATE,DROP,ALTER數(shù)據(jù)查詢SELECT數(shù)據(jù)操縱INSERT,UPDATE,DELETE數(shù)據(jù)控制GRANT,REVOTE各個DBMS產(chǎn)品在實現(xiàn)標準SQL語言時各有差別，一般都作了某些擴充32數(shù)據(jù)定義數(shù)據(jù)定義的基本對象為表、索引、視圖（導出表）操作對象操作方式創(chuàng)建刪除修改表CREATETABLEDROPTABLEALTERTABLE索引CREATEINDEXDROPINDEX視圖CREATEVIEWDROPVIEW*基本表獨立存在，不同的RDBMS產(chǎn)品，表的物理存儲會有不同的方式：若干

39、基本表存儲于一個文件；一個表存儲與一個文件。（小型DBMS如DBASE,一個基本表對應(yīng)一個存儲文件）*索引依附于基本表。其作用是為了加快數(shù)據(jù)的訪問速度。兩類：聚簇索引與非聚簇索引*視圖為導出表（基于基本表的虛表），只存儲視圖定義，不存放視圖對應(yīng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存放在導出視圖的基本表中。（對視圖操作最終通過視圖的定義變?yōu)閷颈聿僮鳎?SQL數(shù)據(jù)定義語句3.2.1定義、刪除、修改基本表4、舉例例1：從以下3方面理清定義表的條件a名、屬性：student（no,name,sex,age,dept）b屬性的域（即屬性的數(shù)據(jù)類型）c約束1）主鍵（no）2）參照（無）3) 自定義(由實際需要定)name(u

40、niquenotnull)sex(notnull)age(10<age<150)dept(無約束條件)定義的實現(xiàn)createtablestudent(nochar(6)primarykey，/主鍵即實體完整性namechar(6)uniguenotnull,sexchar(1)notnull,ageint(eger)check(age>10andage<150),deptchar(8)/primarykey(no)/表級約束);5、一般格式1) 表定義內(nèi)容(關(guān)系模式、完整性約束)*關(guān)系模式R(U,D,DOM,F)。F沒有直接體現(xiàn)。*完整性約束結(jié)合前例進一步說明。2) 定

41、義基本表的一般格式CREATETABLE<表名>(列名數(shù)據(jù)類型列級完整性約束條件，列名數(shù)據(jù)類型列級完整性約束條件,<表級完整性約束條件>);*格式說明：createtable為關(guān)鍵字，表名由用戶自定義，屬性由逗號分割，結(jié)束符為;3) 最常用的數(shù)據(jù)類型(域)不同數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)類型不完全相同(實際使用時需要查閱相關(guān)資料)。最常用的數(shù)據(jù)類型有：integer,float,date,char(n)等SQLSERVER支持以下數(shù)據(jù)類型二進制binary(n)varbinary(n)字符型char(n),varchar(n)日期及時間型datadatetime,精確數(shù)值型de

42、cimal(p,s),numeric(p,s)p表示整數(shù)位與小數(shù)位之和,s表示小數(shù)位近視數(shù)值型float,real整形int(integer)4字節(jié)smallint2字節(jié)tinyint1字節(jié)貨幣money文本和圖象textimage4) 完整性規(guī)則(1)實體完整性不可少(NOTNULLUNIQUE)(2) 列級約束與表級約束的區(qū)別如果完整性約束涉及到該表的多個屬性列，必須定義在表級上，否則既可以定義在列級也可以定義在表級用SC表說明createtablestudent_course(snochar(6),cnochar(6),gradeint,primarykey(sno,cno);(3) 自

43、定義*非空約束(notnull),*唯一約束(unique),(可NULL)(與primarykey的區(qū)別)*檢查約束(check)*缺省約束DEFAULT。(4) 約束的定義的形式在不同的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品上某些地方有所不同,需要查相關(guān)產(chǎn)品的資料。(5) 外鍵約束student(no,name,sex,age,dept)夕卜碼deptdepartment(dept,dept_name,location)主碼createtablestudent(nochar(6)primarykey，namechar(6),sexchar(1),ageinteger,deptchar(8)referencesdepart