C語言公共基礎(chǔ)知識之數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫設(shè)計基礎(chǔ)全國二級等級考試輔導(dǎo)數(shù)據(jù)庫設(shè)計基礎(chǔ)4.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念4.2數(shù)據(jù)模型4.3關(guān)系代數(shù)4.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計與管理4.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本特點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系一、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)（Data）數(shù)據(jù)庫（DataBase

簡稱DB）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS)數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）數(shù)據(jù)含義：數(shù)據(jù)是描述事物的符號記錄。數(shù)據(jù)分類:臨時性數(shù)據(jù)（隨程序的結(jié)束而消亡）和持久性數(shù)據(jù)（對系統(tǒng)起長期持久的作用）。其中持久性數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫處理的部分。數(shù)據(jù)庫含義：數(shù)據(jù)的集合，具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式并存放于統(tǒng)一的存儲介質(zhì)內(nèi)，是多種應(yīng)用數(shù)據(jù)的集成，可被各個應(yīng)用程序所共享。特點：庫中數(shù)據(jù)具有“集成”和“共享”的特點。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)含義：一種系統(tǒng)軟件，負責(zé)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)維護、控制、保護和數(shù)據(jù)服務(wù)等。功能：數(shù)據(jù)模式定義數(shù)據(jù)存取的物理構(gòu)建數(shù)據(jù)操縱數(shù)據(jù)的完整性、安全性定義與檢查數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制與故障恢復(fù)數(shù)據(jù)的服務(wù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)含義：數(shù)據(jù)庫+數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)+數(shù)據(jù)庫管理員（人員）+硬件+軟件其中DBMS是DBS的核心。二、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段層次數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本特點數(shù)據(jù)的集成性數(shù)據(jù)的高共享性與低冗余性數(shù)據(jù)獨立性物理獨立性邏輯獨立性數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制完整性檢查安全性保護并發(fā)控制數(shù)據(jù)的獨立性含義：數(shù)據(jù)的獨立性是指應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間相互獨立，不受影響。物理獨立性數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)（存儲結(jié)構(gòu)、存取方式）的改變不影響數(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。邏輯獨立性 數(shù)據(jù)庫總體邏輯結(jié)構(gòu)的改變，不需要相應(yīng)修改應(yīng)用程序。四、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系三級模式概念模式（抽象的描述，不涉及軟件、硬件，反映了設(shè)計者的數(shù)據(jù)全局邏輯要求）外模式（用戶模式，反映用戶對數(shù)據(jù)的要求）內(nèi)模式（物理模式，反映數(shù)據(jù)的實際存儲形式）兩級映射概念模式到內(nèi)模式的映射外模式到概念模式的映射4.2數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的基本概念E-R模型三種基本數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型一、數(shù)據(jù)模型的基本概念數(shù)據(jù)模型描述的內(nèi)容如下：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)）數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)約束數(shù)據(jù)模型按不同的應(yīng)用層次可分為：概念數(shù)據(jù)模型（E-R模型）邏輯數(shù)據(jù)模型（層次、網(wǎng)狀、關(guān)系、面向?qū)ο螅┪锢頂?shù)據(jù)模型二、E-R模型含義：E-R模型是將現(xiàn)實世界的要求轉(zhuǎn)化為實體、聯(lián)系、屬性等幾個基本概念，以及它們間的兩種基本聯(lián)接關(guān)系，并可以用圖直觀表示?；靖拍睿簩嶓w：客觀存在又能互相區(qū)別的事物。屬性：刻畫實體的特征。聯(lián)系：反映實體集間的關(guān)系。一對一、一對多、多對多二、E-R模型圖示法：實體集（用矩形表示）屬性（用橢圓表示）聯(lián)系（用菱形表示）一對一：簡記為1:1,如班級和班主任的聯(lián)系。一對多:簡記為1:m,如宿舍與學(xué)生的聯(lián)系。多對多：簡記為m:n,如任課教師與學(xué)生的聯(lián)系。分類圖示舉例觀眾與座位、乘客與車票、病人與病床、學(xué)校與校長。城市與街道、宿舍與學(xué)生、父親與子女、班級與學(xué)生。學(xué)生與課程、工廠與產(chǎn)品、商店與顧客。1:1(一對一聯(lián)系)1:n(一對多聯(lián)系)m:n(多對多聯(lián)系)用矩形表示實體集，在框內(nèi)寫上實體名例：學(xué)生管理系統(tǒng)學(xué)生課程選修姓名學(xué)號系別課程名先修課學(xué)分成績用橢圓表示實體的屬性用無向邊把實體與其屬性連接起來用菱形表示實體間的聯(lián)系將參與聯(lián)系的實體用線段連接mn聯(lián)系的數(shù)量三、三種基本數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域最常用的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型有：層次數(shù)據(jù)模型:用樹型結(jié)構(gòu)表示實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型:用有向圖結(jié)構(gòu)表示實體類型及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。關(guān)系數(shù)據(jù)模型:是由若干個關(guān)系模式組成的集合，其主要特征是用二維表格結(jié)構(gòu)表達實體集，用外鍵表示實體間聯(lián)系。四、關(guān)系模型關(guān)系模型的主要特點是以二維表的形式來表達實體集。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，把數(shù)據(jù)表示成二維表，每一個二維表稱為一個關(guān)系。關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系操縱關(guān)系中的數(shù)據(jù)約束關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)元組個數(shù)有限；元組的唯一性；元組的次序無關(guān)性；元組的分量不可分割-——元組分量的原子性；屬性名的唯一性；屬性的次序無關(guān)性；屬性分量具有與該屬性相同的值域。滿足以上7個性質(zhì)的二維表稱為關(guān)系，以二維表為基本結(jié)構(gòu)建立的模型稱為關(guān)系模型。關(guān)系模型的基本術(shù)語字段---------屬性（列）字段值------屬性值記錄----------元組（行）二維表格---------關(guān)系關(guān)系中屬性個數(shù)---------元數(shù)（列數(shù)）元組個數(shù)----------------基數(shù)（行數(shù)）鍵（或碼）：二維表（關(guān)系）中能唯一標識元組的最小屬性集稱為該表的鍵或碼。候選碼：關(guān)系中可能有若干個鍵，他們稱為候選碼。主鍵：從候選碼中選取一個作為用戶使用的鍵，稱為主鍵。外碼：若A的某屬性集是表B的鍵，則稱該屬性集為A的外碼。關(guān)系操縱數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)刪除數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)修改操作的對象是關(guān)系，操作的結(jié)果也是關(guān)系。關(guān)系中的數(shù)據(jù)約束實體完整性約束：若一個或一組屬性A是關(guān)系R的主關(guān)鍵字，則屬性(或組)A不能取空值。參照完整性約束：用于定義外關(guān)鍵字與主關(guān)鍵字之間的引用規(guī)則的。用戶定義的完整性約束：由用戶針對某一具體的約束要求，自定義完整性規(guī)則，反映具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。例如：性別只能是“男”或“女”兩種可能年齡取值只能限制在0-150之間4.3關(guān)系代數(shù)關(guān)系模型的四種操作可以進一步分解成6種基本操作：關(guān)系的屬性指定；關(guān)系的元組選擇；兩個關(guān)系的合并；關(guān)系的查詢；關(guān)系元組的插入；關(guān)系元組的刪除。關(guān)系操作傳統(tǒng)的集合運算和專門的關(guān)系運算。1．傳統(tǒng)的集合運算

傳統(tǒng)的集合運算是二目運算，包括并、交、差、廣義笛卡爾積四種運算。操作是基于“同類”關(guān)系而言。同類：兩個關(guān)系具有相同的目n（即兩個關(guān)系都有n個屬性），且相應(yīng)的屬性取自同一個域。

集合運算（1）并

R∪S={t|t∈R∨t∈S}

兩個同類關(guān)系R和S的并：屬于R或?qū)儆赟的所有元組組成的集合，刪去重復(fù)的元組，其結(jié)果仍為n目關(guān)系。

（2）差

R－S={t|t∈R∧t∈S}

兩個同類關(guān)系R和S的差：由屬于R而不屬于S的所有元組組成，其結(jié)果關(guān)系仍為n元關(guān)系，在R中刪去與S相同的元組，其結(jié)果仍為n目關(guān)系。

（3）交

R∩S={t|t∈R∧t∈S}

兩個同類關(guān)系的交由屬于R又屬于S的所有元組組成，其結(jié)果仍為n目關(guān)系。

（4）廣義笛卡爾積

R×S＝{tr^t

s|tr∈R∧t

s∈S}

n元關(guān)系R和m元關(guān)系S的廣義笛卡爾積是一個n+m列元組的集合。元組前n列是關(guān)系R的一個元組，后m列是關(guān)系S的一個元組。

集合運算關(guān)系運算2．專門的關(guān)系運算

包括：選擇、投影、連接等，關(guān)系運算不僅涉及行而且涉及列。（1）選擇（Selection） 選擇又稱為限制，它是在關(guān)系中滿足給定條件的元組的子集。F(R):從R中挑選滿足F的元組。

【例1】如果要列出“1981（含）年以后出生的學(xué)生名單”，就是要找出那些符合此條件的行，“選擇”運算結(jié)果如右：（2）投影（Projection） 投影是從關(guān)系中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系，這些屬性列一般是用戶感興趣的屬性列。T(R):從關(guān)系R中取屬性為T的列組成新關(guān)系。

【例2】在關(guān)系中只查詢所有學(xué)生的“姓名”和“性別”，則投影結(jié)果如右：（3）連接（Join）

連接是從兩個關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組。相比較的屬性是可比的屬性。連接運算中最為重要也最為常用的連接是：條件連接、等值連接、自然連接。─條件連接：當要滿足某個給定條件時，稱為條件連接。─等值連接：給定條件為相等的連接。─自然連接：若關(guān)系R和S具有相同的屬性組B，則連接條件是兩個關(guān)系R和S中所對應(yīng)的同名屬性組B中的所有屬性的值必須對應(yīng)相等。應(yīng)用舉例：設(shè)有兩個關(guān)系R和S分別如圖所示，求R和S的并、差、笛卡爾積、投影以及交。ABCabcdafcbdABCbgadaf關(guān)系R關(guān)系SR∪SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCabcdafcbdbgaR∩SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCdafR-SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCabccbdπC,A

(R)ABCabcdafcbdRCAcafddcσB=‘b’

(R)ABCabcdafcbdRABCabccbdR×SABCabcdafcbdABCbgadafRSR.AR.BR.CS.AS.BS.Cabcbgaabcdafdafbgadafdafcbdbgacbddaf4.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計與管理數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述數(shù)據(jù)庫設(shè)計是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的核心。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本任務(wù)：根據(jù)用戶對象的信息需求、處理需求和數(shù)據(jù)庫的支持環(huán)境設(shè)計出數(shù)據(jù)模式。兩種方法：面向數(shù)據(jù)的方法（以信息需求為主）、面向過程的方法（以處理需求為主）。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計根據(jù)用戶的信息需求、處理需求以及數(shù)據(jù)庫運行環(huán)境（DBMS、操作系統(tǒng)及硬件）的特性，設(shè)計出合理的數(shù)據(jù)模式。需求分析概念設(shè)計邏輯設(shè)計物理設(shè)計信息需求處理需求需求說明數(shù)據(jù)模式獨立DBMS外模式概念模式內(nèi)模式DBMS特性硬件、OS特性數(shù)據(jù)庫的設(shè)計面向數(shù)據(jù)的方法面向過程的方法

需求分析常采用兩種方法結(jié)合使用，確定設(shè)計范圍概念設(shè)計局部視圖→集成E-R模型

邏輯設(shè)計外模式，基于DBMS的數(shù)據(jù)模式，完成

E-R模型→關(guān)系數(shù)據(jù)模型。(應(yīng)用數(shù)據(jù)庫規(guī)范理論設(shè)計出合理的關(guān)系模式)。

物理設(shè)計設(shè)計內(nèi)模式，包括記錄的存儲結(jié)構(gòu)、庫文件的存儲結(jié)構(gòu)以及訪問一個庫文件特定記錄的路徑。文件結(jié)構(gòu)：堆文件、散列文件需求分析數(shù)據(jù)庫管理含義：維護和管理數(shù)據(jù)庫的工作稱為數(shù)據(jù)庫管理，實施管理的人稱為數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）。內(nèi)容：數(shù)據(jù)庫的建立數(shù)據(jù)庫的調(diào)整數(shù)據(jù)庫的重組數(shù)據(jù)庫安全性控制與完整性控制數(shù)據(jù)庫的故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫監(jiān)控（1）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是A）操作系統(tǒng)的一部分B）在操作系統(tǒng)支持下的系統(tǒng)軟件C）一種編譯系統(tǒng)D）一種操作系統(tǒng)（3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心是A）數(shù)據(jù)模型B）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)C）數(shù)據(jù)庫D）數(shù)據(jù)庫管理員（7）數(shù)據(jù)庫技術(shù)的根本目標是要解決數(shù)據(jù)的A）存儲問題B）共享問題C）安全問題D）保護問題（13）數(shù)據(jù)獨立性是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的重要特點之一，所謂數(shù)據(jù)獨立性是指A）數(shù)據(jù)與程序獨立存放B）不同的數(shù)據(jù)被存放在不同的文件中C）不同的數(shù)據(jù)只能被對應(yīng)的應(yīng)用程序所使用D）以上三種說法都不對（14）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式不包括A）概念模式B）內(nèi)模式C）外模式D）數(shù)據(jù)模式（18）在E-R圖中，用來表示實體聯(lián)系的圖形是A）橢圓形B）矩形C）菱形D）三角形（21）一間宿舍可住多個學(xué)生，則實體宿舍和學(xué)生之間的聯(lián)系是A）一對一B）一對多C）多對一D）多對多（27）用樹形結(jié)構(gòu)表示實體之間聯(lián)系的模型是A）關(guān)系模型B）網(wǎng)狀模型C）層次模型D）以上三個都是（28）在關(guān)系模型中，每一個二維表稱為一個A）關(guān)系B）屬性C）元組D）主碼（鍵）（29）在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，用來表示實體間聯(lián)系的是A）屬性B）二維表C）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)D）樹