計算機軟件技術(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

計算機軟件技術(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1第一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)概念關(guān)系數(shù)據(jù)庫表示：（數(shù)據(jù)、聯(lián)系都用關(guān)系（即二維表）表示）3.數(shù)據(jù)庫技術(shù) 用構(gòu)造DB的方法管理數(shù)據(jù)的技術(shù)。4.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS） 構(gòu)造DB應(yīng)用系統(tǒng)的軟件。S#SNSEXAGES1丁一男19S2馬二女20S3張三女18S4李四男20…………S#C#GS1C189S1C290S1C395S4C190………S#CNHCC1DS603C2OS402C3DB402…….………………(學生表) (選課表) (課程表)2第二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一 1968年：誕生了第一個商品化的DBMS----IMS（InformationManagementSystem），屬層次模型。

1969年：提出了網(wǎng)狀模型-----DBTG（DBTaskGroup）報告。

1970s后：關(guān)系模型占主導地位------dbase、Foxpro、Oracle、SQL/DS、SQLserver等。 目前，數(shù)據(jù)庫技術(shù)日趨完善，應(yīng)用廣泛。如部門的MIS、AO、CAD/CAM、GIS等，都要用到數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫規(guī)模是衡量國家信息化程度的標志。5.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)數(shù)據(jù)庫技術(shù)概念3第三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一數(shù)據(jù)庫技術(shù)概念

一個具體DBS，其核心是數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)以文件形式存放在外存。支持數(shù)據(jù)庫運行的軟件有OS、DBMS。為了能夠高效使用和更新數(shù)據(jù)，還需要有一批應(yīng)用程序。 一個DBS特有的部分就是DBMS支持下的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序。DBMS的作用是：為定義數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)提供語言，也為應(yīng)用程序提供存取數(shù)據(jù)的方法；通過操作系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的存取，并對數(shù)據(jù)庫進行常規(guī)管理和維護。DBMS支持了數(shù)據(jù)庫的整個生命期。

參與DBS工作的人員，一類是應(yīng)用程序員，利用DBMS提供的語言，結(jié)合高級語言編寫應(yīng)用程序，為終端用戶服務(wù)。終端用戶可以用命令語句、也可以使用應(yīng)用程序員編制的程序來對數(shù)據(jù)庫進行操作。另一類參與DBS工作的人員是數(shù)據(jù)庫管理員DBA，全面負責數(shù)據(jù)庫的設(shè)計、管理和維護。4第四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一數(shù)據(jù)庫技術(shù)概念

數(shù)據(jù)庫管理員DBA主要職責有：1）與用戶和應(yīng)用程序員緊密結(jié)合，規(guī)定數(shù)據(jù)庫的任務(wù)范圍，設(shè)計庫結(jié)構(gòu)，組織應(yīng)用程序的設(shè)計；決定數(shù)據(jù)庫的物理存儲方法和存取策略，定義數(shù)據(jù)庫的安全性檢查和完整性約束條件，裝入數(shù)據(jù)。2）監(jiān)督控制數(shù)據(jù)庫的使用和運行，收集系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的使用信息以備改進。3）需要時改進和重新組織數(shù)據(jù)庫。4）在數(shù)據(jù)庫遭破壞時采取措施決定策略恢復數(shù)據(jù)。5第五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一1.1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展1.手工管理階段 從計算機面世到20世紀50年代中期的階段。當時計算機主要為科學和工程計算工作，硬件、軟件都很簡單。這時計算機面對的主要是科學數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)與它的應(yīng)用程序關(guān)系如下：a.數(shù)據(jù)從屬于使用它的應(yīng)用程序,程序不運行,數(shù)據(jù)不能使用,程序運行結(jié)束,數(shù)據(jù)隨之從計算機中退出。b.計算機不單獨保存數(shù)據(jù)。c.數(shù)據(jù)由程序員直接管理，直接對其存儲結(jié)構(gòu)、輸入輸出方式等作出安排。 這個階段的數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序捆綁上機，完全不能獨立，如圖(a)。若應(yīng)用程序需要，數(shù)據(jù)的存放就要調(diào)整；若數(shù)據(jù)存放方式改變，應(yīng)用程序也必須修改。應(yīng)用程序數(shù)據(jù)(a)6第六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展2.文件系統(tǒng)階段

50年代后期至60年代中期。從技術(shù)環(huán)境看，這時有了磁盤等直接存儲設(shè)備，磁盤操作系統(tǒng)隨之產(chǎn)生，其中包括專門管理數(shù)據(jù)文件的文件系統(tǒng)；從需求來看，社會生活要求計算機走出科研、設(shè)計、軍事領(lǐng)域，介入數(shù)據(jù)管理；數(shù)據(jù)需要經(jīng)常處理、利用，所以從技術(shù)上要求數(shù)據(jù)保存在計算機內(nèi)，盡量做到共享，這時的數(shù)據(jù)管理方式是：a.數(shù)據(jù)按規(guī)則組織成文件，以文件的形式長期保存在計算機存儲設(shè)備中。b.數(shù)據(jù)文件的存放由文件系統(tǒng)管理，程序員不必關(guān)心其存儲細節(jié)，只通過文件名對數(shù)據(jù)進行存取。c.應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)相互獨立存放，理論上實現(xiàn)了以文件為單位的數(shù)據(jù)共享。d.數(shù)據(jù)文件的組織方法依賴于應(yīng)用程序，對它的安排使用面向具體應(yīng)用，故而獨立性差、共用性也差。e.文件以表格形式組織數(shù)據(jù)，不能表示復雜的數(shù)據(jù)關(guān)系，各文件的數(shù)據(jù)是孤立的，不能作相互關(guān)聯(lián)的整體結(jié)構(gòu)使用，一個文件的數(shù)據(jù)格式固定，少彈性，限制了它承擔數(shù)據(jù)的能力。這個階段中數(shù)據(jù)與應(yīng)用的關(guān)系示意如圖(b)。7第七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展

3.數(shù)據(jù)庫管理階段

60年代末，數(shù)據(jù)管理技術(shù)進入數(shù)據(jù)庫階段。此時直接存取設(shè)備向大容量、高速度的方向飛速發(fā)展，為大規(guī)模高效率的數(shù)據(jù)管理作了物質(zhì)上的準備。社會對計算機管理數(shù)據(jù)的期望值更高，需要管理的規(guī)模更大，領(lǐng)域更寬，數(shù)據(jù)更多，類型更復雜，更需要集中管理、數(shù)據(jù)共享。而對這樣的社會需求，計算機對數(shù)據(jù)必須采取全新的組織方式，由專門的軟件（DBMS）對數(shù)據(jù)進行管理，才能適應(yīng)這種整體存儲的要求。在這個階段，數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序的關(guān)系如圖(c)。應(yīng)用程序2應(yīng)用程序1應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)文件n數(shù)據(jù)文件1數(shù)據(jù)文件2………………

文件管理系統(tǒng)(b)8第八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點1.1.2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 數(shù)據(jù)庫包含的全部內(nèi)容構(gòu)成一個整體的結(jié)構(gòu)而不是孤立的文件，解決了文件系統(tǒng)不能勝任的復雜聯(lián)系問題。這種“結(jié)構(gòu)化”大大的擴展了復雜數(shù)據(jù)的表達能力，它既可以記錄各類數(shù)據(jù)本身，也可以描述不同對象間的復雜聯(lián)系，而且結(jié)構(gòu)靈活、便于共享、易于擴展。

：：：應(yīng)用程序n應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2DBMS表1表3表2表n(c)

數(shù)據(jù)庫管理各階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系9第九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點2.數(shù)據(jù)獨立性強

DBMS把數(shù)據(jù)分成不同層次的管理，保證數(shù)據(jù)組織的變化不會影響應(yīng)用程序的使用。數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序互不干擾，即DBS具有較高的數(shù)據(jù)獨立性。3.少冗余 冗余----數(shù)據(jù)重復存放。DBS從兩個意義上減少了冗余。一方面，數(shù)據(jù)庫面向全體用戶組織數(shù)據(jù)，各用戶數(shù)據(jù)免于重復存放，避免了存儲空間的浪費；另一方面，減少冗余可避免數(shù)據(jù)的不一致性。 數(shù)據(jù)的不一致性：E#ENSEXZCGZE1丁一男副教授3000E2馬二女副教授3200E3張三男教授5000…………(人事處) (科研處)E#ENSEXZCXME1丁一男講師MISE2馬二女副教授DSSE3張三男教授OA…………10第十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點4.數(shù)據(jù)完整性好指數(shù)據(jù)一致、正確。5.數(shù)據(jù)安全性好 指防止非法存取，防止數(shù)據(jù)被盜、丟失和破壞。數(shù)據(jù)庫面向全體用戶，但并非向全體用戶開放。用戶只能在自己權(quán)限內(nèi)進行合法操作，為此，系統(tǒng)設(shè)有用戶授權(quán)機制和安全性檢查步驟來防范非法入侵。6.系統(tǒng)有并發(fā)控制機制和數(shù)據(jù)恢復功能 系統(tǒng)在更新數(shù)據(jù)和其它存取活動同時發(fā)生時進行控制，以防止數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤。系統(tǒng)故障、操作失誤、惡意破壞，均可能造成系統(tǒng)癱瘓，系統(tǒng)有能力在這種情況出現(xiàn)后恢復數(shù)據(jù)，正常工作。 由此，可以概括說，數(shù)據(jù)庫是一個任務(wù)范圍內(nèi)全部數(shù)據(jù)的集合，其數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)化，冗余少，與應(yīng)用程序獨立，有專門的軟件進行管理，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的同時也保證數(shù)據(jù)安全。

11第十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一1.2數(shù)據(jù)模型

現(xiàn)實世界、信息世界、計算機世界 現(xiàn)實世界是客觀存在，有各種類型各異的個體，如有物質(zhì)性的人、書、財物等等，非物質(zhì)性的定義、計劃等等，它們都可以是數(shù)據(jù)庫的存儲對象，每個對象都會有其客觀存在且可見的特征，如男生王明，81年生人，來自保定，高個子。相同類型的存儲對象可歸為一類。

信息世界是現(xiàn)實世界的反映，稱現(xiàn)實世界中的對象為實體，同類對象構(gòu)成實體集。對象的特征由屬性描述。描述實體各種特征的屬性序列構(gòu)成該類實體的型。一個實體在各個屬性名下的值就是這個實體的具體描述。 計算機世界是信息世界在計算機中的表示，每個實體的值為一個記錄，實體的屬性值則轉(zhuǎn)換為一系列數(shù)據(jù)項的值。12第十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一1.2數(shù)據(jù)模型

現(xiàn)實世界、信息世界和計算機世界中相應(yīng)概念的轉(zhuǎn)換如圖所示。實體間的聯(lián)系 一對一聯(lián)系（1：1），例：

對象同類對象特征表現(xiàn)特征名稱實體實體集屬性值屬性名記錄文件數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)項名現(xiàn)實世界 信息世界 計算機世界企業(yè)法人11國家首都11居民身份證1113第十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一數(shù)據(jù)模型

一對多聯(lián)系（1：n），例： 多對多聯(lián)系（m：n），例：學院系1n醫(yī)生病人1n班主任學生1n學生課程mn老師學生mn供應(yīng)商客戶mn14第十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)庫要存儲的對象：實體（集），實體（集）間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)模型以某種結(jié)構(gòu)表達實體間的聯(lián)系，是數(shù)據(jù)庫整體的結(jié)構(gòu)。不同的數(shù)據(jù)組織方式表示成不同的數(shù)據(jù)模型。各種數(shù)據(jù)模型對實體的組織方式相同，它們的差別在于對聯(lián)系的表達。1．層次模型（樹）2．網(wǎng)絡(luò)模型（圖）15第十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一數(shù)據(jù)模型3.關(guān)系模型（表） 關(guān)系模型是用表格表示實體間聯(lián)系的模型。在這種模型中，不管是實體還是實體間的聯(lián)系全部用表格表達。 如學生關(guān)系S的關(guān)系模式：S[S#

，SN，SEX，AGE]

屬性集U

關(guān)系名S

關(guān)系模型建立在數(shù)學基礎(chǔ)上，有堅實的理論指導，查詢操作以關(guān)系運算的方式完成，省去了指針操作，簡化了存儲管理，減少了出錯機會。S#SNSEXAGES1丁一男19S2馬二女20S3張三女18S4李四男20…………元組t分量t(x)16第十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一信息模型

需在數(shù)據(jù)庫中存儲的內(nèi)容經(jīng)分析、整理、歸類、綜合，構(gòu)成了信息世界。信息世界中實體及實體間聯(lián)系的模型稱信息模型，它是現(xiàn)實世界復雜關(guān)系的反映。實體一聯(lián)系圖（E-R圖）是信息模型采用的一種表達方式。 如學校教學管理數(shù)據(jù)庫的信息模型：

學校教學管理部分信息模型使用S(學生)在C(課程)T(教師)管理BNBCSNAGEGC#CNHB#S#D#DNT#TNAGE時間1nmnnm1nmnB(書)擔任選修D(zhuǎn)(系)17第十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一1.3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DataBaseManagementSystem,簡稱為DBMS，一種專門的管理數(shù)據(jù)庫的軟件。DBMS按照自己所依據(jù)的數(shù)據(jù)模型（層次、網(wǎng)絡(luò)、關(guān)系）定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、接收數(shù)據(jù)、存取數(shù)據(jù)并維護數(shù)據(jù)庫的正常運行。它象個大管家，指揮協(xié)調(diào)監(jiān)督著數(shù)據(jù)庫的全面運行。1.3.1數(shù)據(jù)庫的管理結(jié)構(gòu)

1.數(shù)據(jù)庫的三個抽象層次

DBMS對數(shù)據(jù)庫進行三級管理，即分為用戶層、概念層和存儲層。1)用戶層 用戶層也稱外層，是數(shù)據(jù)庫用來供用戶使用的層面。各用戶所看到的局部數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)庫的外視圖(用戶視圖,外模式)，是用戶觀點的數(shù)據(jù)庫。2)全局層 全局層是整體概念上的數(shù)據(jù)庫。在這個層面上可看到數(shù)據(jù)庫全局，稱為全局視圖(模式)，它是所有用戶視圖的綜合，是完整的數(shù)據(jù)庫。3)存儲層 數(shù)據(jù)庫的存儲層也稱內(nèi)層(內(nèi)模式)，關(guān)系到數(shù)據(jù)的物理存儲。數(shù)據(jù)庫的內(nèi)層以文件為單位來組織數(shù)據(jù)。18第十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一數(shù)據(jù)庫的三個抽象層次

2.

二級映射 一次映射是在內(nèi)模式、全局模式之間。這次映射確定了全局模式中的一個記錄與存儲記錄之間的對應(yīng)；另一次是在全局模式和外模式之間，它確定了外模式的數(shù)據(jù)與全局模式的數(shù)據(jù)間的對應(yīng)關(guān)系。用戶程序n………………

映射

映射終端用戶內(nèi)視圖全局視圖DB用戶程序1外視圖1外視圖n

數(shù)據(jù)庫三級管理層次程序員數(shù)據(jù)庫管理員DBMS19第十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一3.數(shù)據(jù)獨立性

有了內(nèi)模式和全局模式間的映射關(guān)系，如果數(shù)據(jù)庫的存儲模式發(fā)生變化，只須改變內(nèi)模式和全局模式間的映射關(guān)系，而全局模式本身不受任何影響，從而不影響應(yīng)用程序，這稱為數(shù)據(jù)的物理獨立性，即數(shù)據(jù)的物理存儲與應(yīng)用程序相互獨立。比如，數(shù)據(jù)庫在運行一段時間以后需調(diào)整數(shù)據(jù)的存儲位置，而這存儲結(jié)構(gòu)的變動只會改變內(nèi)模式和全局模式間的映射關(guān)系，而不會改動全局的概念視圖，不影響用戶使用。再如增加索引、改變記錄長度等都會使存儲模式發(fā)生變動，但都不會影響到全局模式，不會影響用戶使用。 全局模式與外模式間的映射關(guān)系，使數(shù)據(jù)在全局邏輯結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，只改變?nèi)帜Ｊ脚c外模式的映射關(guān)系，而不會影響到外模式，從而保證建立在外模式基礎(chǔ)上的應(yīng)用程序不需任何變動，這稱為數(shù)據(jù)的邏輯獨立性，即用戶使用的局部邏輯結(jié)構(gòu)獨立于全局的邏輯結(jié)構(gòu)。比如，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)允許擴充內(nèi)容，當有些新的數(shù)據(jù)內(nèi)容要添加到數(shù)據(jù)庫中時，數(shù)據(jù)庫的全局結(jié)構(gòu)必然發(fā)生變化，這個變化只會影響概念視圖與外視圖的映射關(guān)系，不會影響用戶使用的外模式。一個外模式局部邏輯結(jié)構(gòu)如果不涉及這些改變，它就不受任何影響，使用它的應(yīng)用程序也不需作任何改動。20第二十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一1.3.2數(shù)據(jù)存取流程

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中一個用戶單元包括這樣幾個部分：用戶程序、數(shù)據(jù)區(qū)和通信區(qū)。用戶工作區(qū)中存放應(yīng)用程序和與數(shù)據(jù)庫交換的數(shù)據(jù)。以一次查詢?yōu)槔f明數(shù)據(jù)庫使用時的工作流程。工作流見圖：

1.用戶程序向DBMS發(fā)出查詢請求，提供查詢參數(shù)。

695432187DBMSOS用戶程序系統(tǒng)緩沖區(qū)內(nèi)模式概念模式外模式數(shù)據(jù)區(qū)通信區(qū)DB系統(tǒng)的存取流程21第二十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一數(shù)據(jù)存取流程 2.DBMS對用戶作合法性檢查，決定是否接受用戶的查詢請求。對合法用戶，根據(jù)應(yīng)用程序?qū)?yīng)的子模式確定訪問對象。

3.調(diào)用模式，根據(jù)子模式——模式映射關(guān)系確定要訪問的數(shù)據(jù)在全局模式中的位置。

4.根據(jù)模式——內(nèi)模式映射關(guān)系確定訪問對象的存貯信息。

5.向操作系統(tǒng)發(fā)出讀取數(shù)據(jù)的命令。

6.OS按照存取方法把要訪問的對象從存儲設(shè)備讀出并送入系統(tǒng)緩沖區(qū)。

7.DBMS把系統(tǒng)緩沖區(qū)的物理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用戶所需的邏輯數(shù)據(jù)并送入用戶工作區(qū)。

8.DBMS向用戶單元的通信區(qū)發(fā)出數(shù)據(jù)查詢完成的信號。

9.應(yīng)用程序接到通信區(qū)的信號后從用戶工作區(qū)讀取數(shù)據(jù)。22第二十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一1.3.3DBMS的功能 1)數(shù)據(jù)定義功能及語言

DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言DDL(DataDiscriptionLanguage)。DDL用于定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有三個抽象層次，依據(jù)面對的不同層次,分為模式定義語言、子模式定義語言和存儲模式定義語言。

2)數(shù)據(jù)存取功能及執(zhí)行語言

DBMS為用戶提供數(shù)據(jù)操縱語言DML(DataManipulationLanguage)。用于對數(shù)據(jù)庫進行查詢、插入、刪除、修改等操作。

3)數(shù)據(jù)庫的運行管理功能 數(shù)據(jù)庫運行管理功能控制整個系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)庫安全運行。在數(shù)據(jù)庫的存取操作中進行安全性、完整性檢查并實行并發(fā)控制。DBMS提供授權(quán)機制,掌握用戶對數(shù)據(jù)庫的使用權(quán)限，對非法用戶拒絕操作；由數(shù)據(jù)控制語言DBCL完成安全性控制。另外,系統(tǒng)設(shè)有總控程序，以控制協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)庫的活動。23第二十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一DBMS的功能

4)數(shù)據(jù)庫建立和維護功能 此功能包括：在定義好的數(shù)據(jù)庫模式中裝入初始數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)庫的建造；建立工作日志并作有關(guān)數(shù)據(jù)更新的詳細記錄；數(shù)據(jù)庫在開始運行后定期進行轉(zhuǎn)儲作為備份，以備數(shù)據(jù)庫遭意外時恢復數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)庫破壞后根據(jù)備份和工作日志進行恢復；進行性能監(jiān)側(cè)、分析，根據(jù)系統(tǒng)運行的時間空間使用情況以決定是否需要重新組織數(shù)據(jù)庫；對數(shù)據(jù)庫進行重組改進。系統(tǒng)備有一整套相應(yīng)的服務(wù)性程序完成各項功能。

5)數(shù)據(jù)通信功能

DBMS要接受應(yīng)用程序通過DML發(fā)出的操作請求，要通過操作系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)庫，即在數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序間傳送數(shù)據(jù)，所以須具備向內(nèi)對操作系統(tǒng)向外對應(yīng)用程序的通信功能。24第二十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一第二章關(guān)系模型系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)庫技術(shù)中實際采用的三種數(shù)據(jù)模型中，關(guān)系模型普及最快、應(yīng)用最廣，僅憑通俗易懂易操作這一點，關(guān)系模型就從各類數(shù)據(jù)模型中勝出，成為數(shù)據(jù)庫技術(shù)的主流產(chǎn)品。本章介紹關(guān)系模型的概念和關(guān)系模型的數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱語言。2.1關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的特點

1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單。關(guān)系即日常事務(wù)管理中使用的表格,通俗易懂。

2)結(jié)構(gòu)劃一。關(guān)系模型對實體和實體間聯(lián)系都用關(guān)系表達。

3)數(shù)據(jù)操縱語言為非過程型。關(guān)系模型的查詢是數(shù)學演算過程，通過查詢語句提出條件，系統(tǒng)自己完成任務(wù)，用戶只需了解少數(shù)幾條規(guī)則即可使用，不必去了解物理存貯細節(jié)，這是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在非專業(yè)用戶中非常容易接受的主要原因。

4)數(shù)據(jù)獨立性好。關(guān)系模型的查詢通過查詢條件完成，與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無關(guān)，用戶程序穩(wěn)定，有利于數(shù)據(jù)共享。

5)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有堅實的理論基礎(chǔ)。關(guān)系模型的誕生和發(fā)展都在關(guān)系數(shù)據(jù)理論的指導下進行，其數(shù)學基礎(chǔ)就是集合論，它的設(shè)計、操作都有理論依據(jù)，設(shè)計過程嚴謹、規(guī)范。

25第二十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一2.2關(guān)系及關(guān)系模型的概念2.2.1關(guān)系 設(shè)有n個集合（域）D1，D2……Dn。順序從各個集合Di中任意取出一個元素di構(gòu)成一個有序n元組〈d1，d2,……dn〉，其中di∈Di,這樣的元組構(gòu)成的集合即為一個D1

，……Dn上的n元關(guān)系，簡稱關(guān)系。例：集合A={a1,a2,a3}，B={b1,b2}，C={c1,c2,c3,c4}。則{〈a1,b2,c3〉,〈a3,b1,c4〉,〈a1,b1,c2〉}為A、B、C上的一個3元關(guān)系。 日常事務(wù)中，經(jīng)常用表格的形式進行記錄。如新生登記表是一個關(guān)系：關(guān)系有如下性質(zhì)：1．關(guān)系中沒有完全相同的元組；2．元組的順序無關(guān)；3．同列元素出于同一個域，是同類型數(shù)據(jù)，不同列元素有不同的屬性名，不同屬性可以有相同的屬性域；4．屬性值是原子的，不能是元素組。通知號姓名性別年齡錄取系報考地0001丁一男18計算機廣州0002馬二女17管理

上海0003張三女19計算機北京0004李四男18管理北京………………26第二十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一2.2.2關(guān)系模型１．關(guān)系模型 關(guān)系模型對實體及實體間的聯(lián)系均用表格即關(guān)系表達，即一個關(guān)系模型就是一個關(guān)系模式的集合，這些關(guān)系模式構(gòu)成一個整體，用整齊劃一的結(jié)構(gòu)表達了一個信息世界。如“學生選課”信息模型：有如下關(guān)系模式：

S[S#，SN，SEX，DN]屬性集：學號、學生姓名、性別、系名；

C[C#，CN，H，C] 屬性集：課號、課名、學時、學分；

SC[S#，C#

，G] 屬性集：學號、課號、分數(shù)。關(guān)系名分別為S、C、SC，他們構(gòu)成學生選課的一個關(guān)系模型。S#SNSEX學生DNGC#CNHC選課課程27第二十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一關(guān)系模型２．碼（關(guān)鍵字key）

在一個關(guān)系中，若有一個或一組屬性，其值可標識唯一元組，且不含多余屬性，則稱為關(guān)系的候選碼，簡稱碼，也稱關(guān)鍵字。一個關(guān)系若有多個碼，則在其中指定一個作為數(shù)據(jù)庫的操作依據(jù)，稱為主碼。在上述關(guān)系S、C、SC中，主碼分別為S#、C#

和（S#，C#）。 表達多個實體間復雜聯(lián)系的關(guān)系，如關(guān)系SC，其碼必然是多屬性。極端情況下，碼由全體屬性組成，稱為全碼。如案件審理關(guān)系：

R[法官原告被告]

每個屬性都不能代表唯一的元組，每兩個屬性也不行，必須3個屬性一起，稱為全碼關(guān)系。３．外碼 若某屬性A在關(guān)系R1中不是碼，但在關(guān)系R2中是主碼，則稱A為R1的外碼。如在關(guān)系SC中，S#和C#

單獨都不是SC的碼，但它們分別是關(guān)系S和關(guān)系C的主碼，所以它們在SC中是外碼。28第二十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一關(guān)系模型

例：有學生S和系D關(guān)系：

D#是D的碼，S的外碼，在S中D#或是D中的一個值，或為空（剛轉(zhuǎn)入的學生(如立四)可暫時不確認系）。4．關(guān)系型數(shù)據(jù)庫必須遵循的完整性原則 實體完整性：關(guān)系的主碼值不可為空。 相關(guān)完整性：關(guān)系R1的外碼A的值，或在A作主碼的關(guān)系R2中存在，或為空值。S#SNSEXD#S1丁一男D1S2馬二女D1S3張三女D2S4李四男^…………D#DNDMLOCD1計算機王B1D2信息女B1…………SD29第二十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一2.3關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)操縱語言DML

數(shù)據(jù)操縱語言DML包括數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)插入、刪除、修改等操作。2.3.1關(guān)系代數(shù) 關(guān)系代數(shù)通過運算實現(xiàn)查詢。關(guān)系運算可分為兩類,一類是集合運算,一類是關(guān)系特有的運算。1.集合運算設(shè)R、S兩關(guān)系，則R∪S，R∩S、R-S和R×S（直積，笛卡爾積）：

ABCa1b1c1a1b2c3a3b1c2a2b1c3

RABCa1b2c3a3b2c1a1b1c2a2b1c3

SABCa1b1c1a1b2c3a3b1c2a2b1c3a3b2c1a1b1c2

R∪SABC

a1b2c3a2b1c3R∩SABCa1b1c1a3b1c2R-SABCABCa1b1c1a1b2c3a1b1c1a3b2c1a1b1c1a1b1c2a1b1c1a2b1c3a1b2c3a1b2c3………………..………………..………………..

R×S30第三十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一2.關(guān)系特有的運算1）

投影運算Π

定義：設(shè)屬性集U上的關(guān)系R，X是U的子集。則R在X上的投影：

Πx(R)={t(X)|t∈R} t(X)表示元組t在X上的分量。

2）選擇運算σ

定義：設(shè)屬性集U上的關(guān)系R，選擇運算從R中選出滿足條件g元組，即：

σg(R)={t|t∈R∧g(t)為真}ABCa1b2c3a3b2c1a2b1c2a2b2c1RCAc3a1c1a3c2a2c1a2Π3,1(R)BCb2c3b2c1b1c2ΠBC(R)31第三十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一關(guān)系特有的運算例：設(shè)關(guān)系：

σD#=‘D1’∧SEX=‘女’(S)3）聯(lián)接運算（條件聯(lián)接）定義：屬性集U和V上分別有關(guān)系R、S，屬性組XU，YV，X與Y同名或同域可比，則R和S關(guān)于X和Y的條件聯(lián)接，為元組r和s的串接：

RS={rs|r∈Rs∈S∧r(X)θs(Y)}

其中θ為算術(shù)比較符。S#SNSEXD#S1丁一男D1S2馬二女D1S3張三女D2S4李四男^…………SS#SNSEXD#S2馬二女D132第三十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一關(guān)系特有的運算例：建材關(guān)系J[J#ML]，工程號：J#，材料：M，要求材料等級為L；供應(yīng)商可供材料關(guān)系S[S#ML]，表示供應(yīng)商S#可供材料M，等級為L。4)自然聯(lián)接 定義：R、S分別為屬性集U、V上的關(guān)系，U、V的公共屬性為X，則R和S的自然聯(lián)接：

R∞S={|r∈R∧s∈S∧r(X)=s(X)}，其中=V－X。上例，設(shè)X=ML，則R∞SJ#MLS#ML1

水泥

31水泥

21水泥32水泥32

鋼筋

42鋼筋

3JSS#ML1

水泥

22

水泥

3

3

水泥

42

鋼筋

3J#

ML1

水泥

32

鋼筋

4JSJ＃

MLS＃1水泥3233第三十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一關(guān)系特有的運算5)除法÷

定義：R、S分別為屬性組XY、YZ上的關(guān)系，其中X與Y、Y與Z不相交，則R÷S為R上這樣的X屬性值：R上X值在Y屬性值上的像集包含了S上所有的Y屬性值。例： 因為S1的像集={C1，C3}，不包含{C1，C2，C3}，所以S1不為結(jié)果；而S2的像集={C1，C2，C3}，故S2為結(jié)果（他選修了全部課程）；同理，S3不為結(jié)果。ΠS#C#（SC）÷C

S#S2

S#C#GS1C190S1C376S2C183S2C269S2C372S3C266S3C389

SC

C#CNHC1

MATH96C2

DB72C3DS54

CXYY34第三十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一2.3.2關(guān)系代數(shù)完成數(shù)據(jù)查詢

在學生管理數(shù)據(jù)庫中完成以下查詢。數(shù)據(jù)庫有三個關(guān)系S[S#

SN

SEX

AGE

D]、C[C#

CN

H

T]和SC[S#

C#

G]。

1）給出計算機系所有女生的姓名： ∏SN(σD=‘計算機系’∧

SEX=‘女’(S))。

2）給出數(shù)學成績優(yōu)秀的學生及所在系： ∏SN，D((σCN=‘MATHG’∧G≥90(SC∞C∞S)))。

3）給出學過王老師課的學生名： ∏SN(SC∞σT=‘王’(C)∞S)。

4）查沒學過王老師課的學生： ∏SN((∏S#(S)－∏S#(SC∞σT=‘王’(C)))∞S)。

5）查出學過王老師教的所有課的學生： ∏S#C#(SC)÷σT=‘王’(C)。35第三十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一2.4關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的標準語言SQL

SQL(StructuredQueryLanguage)----結(jié)構(gòu)化查詢語言，于1974年由IBM公司研制成功，在RDBMSSystemR上實現(xiàn)。它的功能強大、靈活、簡單易學，很受用戶歡迎，于86年美國標準局把它定為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的標準語言，很快國際標準化組織也采納了美國的標準。此后經(jīng)過不斷的增補，修訂和擴充，形成了1992年公布的標準，使SQL的功能有了很大的提高，適用范圍大大擴展?，F(xiàn)在SQL已成為一種功能全面的數(shù)據(jù)庫語言，是各種機型各種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都采用的數(shù)據(jù)存取標準語言。

SQL的起源是查詢語言，隨著不斷的修訂和擴充，SQL已成為包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)控制的全功能的數(shù)據(jù)語言。SQL可以支持一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫從建立到使用、運行、維護的全過程。

SQL的使用非常靈活，既可以在屏幕上做即席查詢，也可嵌入主語言完成應(yīng)用程序。兩種使用方式的語法結(jié)構(gòu)基本一致，語句使用英語短語，即使是非專業(yè)用戶也非常容易理解。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的推廣、普及、發(fā)展，很大程度上得益于SQL語言。36第三十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一2.4.1SQL的層次結(jié)構(gòu) SQL支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)的概念。SQL的概念層由一系列基本表構(gòu)成。每個基本表有一個存儲文件與之對應(yīng)，對每一個表還可建立若干索引。存儲文件、索引以及對它們的描述構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫的內(nèi)層。數(shù)據(jù)庫的外層是用戶訪問數(shù)據(jù)庫的窗口，稱為視圖，即用戶的數(shù)據(jù)觀點。視圖也稱為“虛表”。當視圖被訪問時，系統(tǒng)根據(jù)其定義把基本表中的數(shù)據(jù)映射到視圖中提供給用戶。SQL的層次結(jié)構(gòu)見圖：用戶層概念層內(nèi)層…………視圖1基本表1存儲文件1存儲文件n基本表n視圖2視圖mDBMS…37第三十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一2.4.2SQL數(shù)據(jù)操縱語言DML

以學生管理數(shù)據(jù)庫為例說明SQL的數(shù)據(jù)庫操縱語言，即數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)更新。設(shè)數(shù)據(jù)庫中有S[S#SNSEXAGED]、C[C#CNHT]和SC[S#C#G]三個關(guān)系模式，S和C分別表示學號、姓名、性別、年齡、系和課號、課名、學時、任課教師。1.數(shù)據(jù)查詢SQL查詢語句的基本格式為：

selectA1，A2，…AmfromR1,…Rn [where(條件)] [groupbyAi[hving(條件)]] [orderbyAj[ASC|DESC]];

意思是在關(guān)系R1…Rn中查找符合條件的元組，取這些元組中屬性A1,…Am的值；結(jié)果元組可以按Ai，根據(jù)所給條件分組，可以Aj按排序。38第三十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一SQL的查詢1）簡單查詢 例1：找出計算機系女同學的姓名和年齡，并按年齡降序排序：

selectSN，AGEfromS whereD=‘計算機系’ANDSEX=‘女’

orderbyAGEDESC；2）聯(lián)接查詢 例2：給出成績優(yōu)秀的學生名。 方法1：

select(DISTINCT)SNfromS，SC whereS.S#=SC.S#ANDG>=90； 方法2：

selectSNfromS whereS#

IN(selectS#fromSCwhereG>=90);39第三十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一SQL的查詢

例3：查出數(shù)學成績優(yōu)秀的學生名。

selectSNfromS whereS#IN(selectS#fromSCwhereG>=90AND C#IN(selectC#fromCwhereCN=‘math’));

例4：查數(shù)學和英語均優(yōu)的學生號(略)。 例5：查學過王老師課的學號。

selectS#fromSC whereC#IN(selectC#fromCwhereT=‘王’);40第四十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一SQL的查詢

3）使用元組變量的查詢（略）

4）分組查詢

SQL設(shè)了分組語句group，采用分組語句的查找格式為：

selectA，B，……fromRgroupby屬性Ahaving(條件). group分語的含義是：滿足條件的、屬性A的值相同的元組為一組。R的元組分組后，得到R的若干子集，在每個子集中，屬性A的值是共同的，其它屬性值則構(gòu)成集合。 例7：查學了王老師所有課的學號。

selectS#

fromSC groupbyS# havingSET(C#)CONTAINS(selectC#fromCwhereT=‘王’). SET(C#)：某個S#

對應(yīng)的一組中課號C#的集合，即相應(yīng)S#學過的課。若這個集合包含了王老師教的全部課，則此S#被選出。41第四十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一SQL的查詢５)

統(tǒng)計查詢

SQL設(shè)有庫函數(shù)可在查詢中直接引用，除集合函數(shù)SET已經(jīng)用過，還有COUNT（計數(shù)）、SUM（求和）、AVG（求平均值）、MAX（取最大值）、MIN（取最小值）。 例10：求所有學生的平均年齡。

selectAVG(AGE)fromS;

例11：求各門課的最高分，最低分，平均分：

selectC#，MAX(G)，MIN(G)，AVG(G)fromSC groupbyC#；

6）模糊查詢

SQL還提供了模糊查詢即條件不完全查詢的查詢方式，比如查學生“王力”，where語句中寫入SN=‘王力’即可。但如果要查的是一個王姓同學，則可在where語句中寫SNLIKE‘字符串’。字符串中下劃線表示單個字符，百分號%代表任意長字符。如只知姓王則可用‘王%’代之。 例：selectSNfromS whereSNLIKE‘王%’;42第四十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一SQL的數(shù)據(jù)更新

數(shù)據(jù)更新操作包括插入、刪除和修改。1）插入插入命令的語句格式：

insertintoR(A1，A2，…An)values(t1，t2,…tn)； 或：insertintoR(A1，A2，…An)(select語句)； 前一命令是向關(guān)系R插入一個新元組值，元組中各屬性值的順序要與屬性名表中屬性的順序?qū)?yīng)。后一命令是把一個現(xiàn)有關(guān)系中的數(shù)據(jù)成批地插到關(guān)系R中，查詢語句中的屬性名表須與命令中的屬性名表一致。 例1：把王力的情況記錄插入學生關(guān)系S中：

insertintoSvalues(S30，王力，男，18，機械系)； 例2：新生報到后，新生記錄在關(guān)系SS中，現(xiàn)要按系存到各系的學生關(guān)系中，如計算機系關(guān)系為S-C，則：

insertintoS-C(select*fromSSwhereD=‘計算機系’);

例3：現(xiàn)有課選課表SC2[S#，C#]，要插到關(guān)系SC中：

insertintoSC(S#，C#)(selectS#，C#fromSC2);

插入命令中只有SC的兩個屬性，則系統(tǒng)自動把插入元組的G值置為空。43第四十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一SQL的數(shù)據(jù)更新2）刪除 數(shù)據(jù)刪除可以一次刪除指定的一個元組或是滿足條件的全部元組，刪除命令是delete。

例：deletefromSCwhereS#=‘S1’;deletefromSwhereS#=‘S1’;

前一命令刪除SC中有關(guān)S1的一批元組，后一命令在S中刪除S1一個元組。(如果只有后一個命令，會造成什么局面？)3）修改 修改命令的格式為： updateRsetA=(新值)where(條件);

即更新關(guān)系R中滿足條件的元組中屬性A的值，新值在set語句中給出。例1：學生李力調(diào)到計算機系。

updateSsetD=‘計算機’

whereS#

IN(selectS#fromSwhereSN=‘李力’)。

例2：計算機系學生年齡增加1歲。

updateSsetAGE=AGE+1 whereS#

IN(selectS#fromSwhereD=‘計算機系’);44第四十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一2.4.3嵌入式SQL

前面介紹了SQL的基本語句。當以交互式訪問數(shù)據(jù)庫時，鍵入SQL語句就可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的查詢或更新。但這些語句不能構(gòu)成應(yīng)用程序，因而使用效率較低。大規(guī)模數(shù)據(jù)管理需要自動、快速、大批量的處理數(shù)據(jù)，這就需要大型應(yīng)用程序來承擔這樣的任務(wù)。應(yīng)用程序由高級語言編寫，SQL嵌入高級語言即主語言的程序中，成為高級語言和數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)接口：SQL負責與數(shù)據(jù)庫操作和交換數(shù)據(jù)，程序的控制、數(shù)據(jù)的處理由高級語言完成。SQL可嵌入的高級語言有COBOL、FORTRAN、C等。 嵌入式SQL與交互式SQL語法結(jié)構(gòu)相同，但使用方式不同，所以必須作些相應(yīng)的準備。

1）設(shè)立SQL與主語言的通信區(qū)SQLCA，通信區(qū)中主要是描述系統(tǒng)當前狀態(tài)和運行環(huán)境的數(shù)據(jù)。

2)為區(qū)別于主語言，SQL語句要加標志。語句前的標志為前綴“EXECSQL”。

3)交互式select語句直接把查詢結(jié)果在屏幕上顯示或打印輸出。嵌入式SQL中，稱主程序的變量為主變量，查詢出的數(shù)據(jù)要送入主變量交由主語言處理，輸入數(shù)據(jù)也由主變量給出，即嵌入式SQL要通過主變量與主語言交換數(shù)據(jù)。SQL語句中的主變量前加“：”。45第四十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一嵌入式SQL

如要把學號主變量X=‘S3’的學生情況從數(shù)據(jù)庫查出送給主變量Y、Z、W（姓名、年齡、系），則SQL語句寫為：

selectSN，AGE，Dinto:Y，:Z，:WfromSwhereS#=:X;

主變量在說明節(jié)中說明，其格式為：

EXECSQLBEGINDECLARESECTION

主變量名類型長度(如：Xchar6) …… EXECSQLENDDECLARESECTION

通過主變量從SQL語句取得數(shù)據(jù)后即可對其進行處理。

SQL的查詢結(jié)果經(jīng)常是一批數(shù)據(jù)，但一個主變量名一次只能接收一個值。為了協(xié)調(diào)SQL和主語言的處理節(jié)奏，SQL設(shè)立了游標(指針)，指向一組查詢結(jié)果，稱為游標的活動集。46第四十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一嵌入式SQL游標操作（1）游標定義：

DECLARE游標名CURSORFOR(select子查詢)。如：EXECSQLDECLARESSCURSORFOR (selectS#，SN，AGEfromSwhereD=‘計算機系’)； 即說明游標SS是查詢計算機系學生結(jié)果元組的指針。（2）用游標作查詢 打開游標：OPENSS。啟動游標SS，執(zhí)行相應(yīng)的select語句，且游標指向查詢結(jié)果的第一個元組。 拔動游標：FETCHSSINTO（主變量表）。把游標所指的當前值送給主變量，撥動游標，使之指向查詢的下一個元組。 關(guān)閉游標：CLOSESS。游標不再有效，F(xiàn)ETCH語句不再起作用。

47第四十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期一嵌入式SQL

例：用游標SS讀出計算機系學生。

EXECSQLOPENSS; EXECSQLFETC