數(shù)據(jù)庫與Oracl課件

緒論*§1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展階段數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基本術(shù)語*信息(能源、材料科學(xué)構(gòu)成三大支柱)現(xiàn)實世界事物的存在方式或運動狀態(tài)的反映。具有可感知、可加工、可傳遞和可再生等自然屬性

數(shù)據(jù)用物理符號記錄下來的可以鑒別的信息,可以是數(shù)值數(shù)據(jù)，也可以是非數(shù)值數(shù)據(jù)，如聲音、圖像等。計算機中數(shù)據(jù)能輸入計算機，并能為其處理的符號序列*§1.1.1數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理信息與數(shù)據(jù)的聯(lián)系數(shù)據(jù)是信息的符號表示，或稱載體。信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是數(shù)據(jù)的語義解釋。信息與數(shù)據(jù)是密切相關(guān)聯(lián)的。例，一幅黑白圖象數(shù)據(jù)——黑白點陣信息——臉譜*§1.1.1數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理信息處理：從已知的信息出發(fā)，經(jīng)演繹推理，導(dǎo)出新的信息。*數(shù)據(jù)處理：將原始信息表示成數(shù)據(jù)（稱為源數(shù)據(jù)），然后對這些源數(shù)據(jù)進行收集、存儲、加工和推導(dǎo)得出新的數(shù)據(jù)，這些結(jié)果數(shù)據(jù)表示了新的信息。這些新的信息，可以作為某種決策的依據(jù)或用于新的推導(dǎo)。說明：信息是有價值的，信息價值與它的準確性、及時性、完整性和可靠性有關(guān)，為了提高信息的價值，就要用科學(xué)的方法來管理信息，這種科學(xué)的方法就是數(shù)據(jù)庫技術(shù)?！?.1.1數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理*數(shù)據(jù)管理：數(shù)據(jù)處理中負責對數(shù)據(jù)進行組織、存儲、更新、檢索和維護等任務(wù)。數(shù)據(jù)管理是MIS的中心問題。數(shù)據(jù)管理的最新技術(shù)是數(shù)據(jù)庫技術(shù)?！?.1.1數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理§1.1.2數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段人工管理階段（50年代中期以前）文件系統(tǒng)階段（50年代后期---60年代中期）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段（60年代后期開始）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點*考察要點各階段的技術(shù)及應(yīng)用背景計算機應(yīng)用范圍外存儲設(shè)備數(shù)據(jù)管理軟件各個階段的差別體現(xiàn)誰管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)面向誰數(shù)據(jù)與應(yīng)用的獨立性§1.1.2數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

按照邏輯關(guān)系組織起來的一批數(shù)據(jù),按一定的存儲方法把它存儲在計算機中,并在這些數(shù)據(jù)上定義了一個運算的集合邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)之間存在的邏輯關(guān)系表、樹、圖、數(shù)組…物理結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)的存儲方式順序方式、鏈接方式…*課程號課程名學(xué)分先修課1001數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)410031002數(shù)據(jù)庫310011003PASCAL4人工管理階段背景計算機主要用于科學(xué)計算外存為順序存取設(shè)備磁帶、卡片、紙帶，沒有磁盤等直接存取設(shè)備沒有操作系統(tǒng)，沒有數(shù)據(jù)管理軟件用戶用機器指令編碼，通過紙帶機輸入程序和數(shù)據(jù)，程序運行完畢后，由用戶取走紙帶和運算結(jié)果，再讓下一用戶上機操作*人工管理階段特點用戶完全負責數(shù)據(jù)管理工作數(shù)據(jù)的組織、存儲結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入輸出等數(shù)據(jù)完全面向特定的應(yīng)用程序每個用戶使用自己的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不保存，用完就撤走數(shù)據(jù)與程序沒有獨立性程序中存取數(shù)據(jù)的子程序隨著存儲結(jié)構(gòu)的改變而改變磁帶的特點優(yōu)點：廉價地存放大容量數(shù)據(jù)缺點：順序訪問；1%所需，100%訪問*人工管理階段*訪問訪問訪問數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n程序1程序2程序n文件系統(tǒng)階段背景計算機不但用于科學(xué)計算，還用于管理外存有了磁盤、磁鼓等直接存取設(shè)備有了專門管理數(shù)據(jù)的軟件，一般稱為文件系統(tǒng)文件存儲空間的管理目錄管理文件讀寫管理文件保護向用戶提供操作接口*文件系統(tǒng)階段特點系統(tǒng)提供一定的數(shù)據(jù)管理功能存取方法（索引文件、直接存取文件、倒排文件等）支持對文件的基本操作（增、刪、改、查等），用戶程序不必考慮物理細節(jié)數(shù)據(jù)的存取基本上以記錄為單位數(shù)據(jù)仍是面向應(yīng)用的一個數(shù)據(jù)文件對應(yīng)一個或幾個用戶程序數(shù)據(jù)與程序有一定的獨立性文件的邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)由系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)在存儲上的改變不一定反映在程序上*文件系統(tǒng)階段*數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n存取方式程序1程序2程序n文件系統(tǒng)階段*補貼系別姓名學(xué)號勞資科住址系別性別姓名學(xué)號房產(chǎn)科學(xué)位學(xué)分系別姓名學(xué)號學(xué)籍科學(xué)位出身年齡系別性別姓名學(xué)號人事科文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)與程序的獨立性差文件系統(tǒng)的出現(xiàn)沒有改變數(shù)據(jù)與程序緊密結(jié)合的狀況，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變則必須修改應(yīng)用程序文件系統(tǒng)只是解脫了程序員對物理設(shè)備存取的負擔，它并不理解數(shù)據(jù)的語義，只負責存儲數(shù)據(jù)的語義信息只能由程序來解釋。一個應(yīng)用若想共享另一個應(yīng)用生成的數(shù)據(jù)，必須同另一個應(yīng)用溝通，了解數(shù)據(jù)的語義與組織方式*文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)的共享性差，冗余度大數(shù)據(jù)面向應(yīng)用即使不同應(yīng)用程序所需要的數(shù)據(jù)有部分相同時，也必須建立各自的文件，而不能共享相同的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)孤立數(shù)據(jù)分散管理，許多文件，許多數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)的不一致性由于數(shù)據(jù)存在很多副本，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*文件系統(tǒng)階段*數(shù)據(jù)查詢困難記錄之間無聯(lián)系應(yīng)用自己編程實現(xiàn)對每個查詢都重新編碼數(shù)據(jù)完整性難于保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段背景計算機管理的數(shù)據(jù)量大，關(guān)系復(fù)雜，共享性要求強（多種應(yīng)用、不同語言共享數(shù)據(jù)）外存有了大容量磁盤，光盤軟件價格上升，硬件價格下降，編制和維護軟件及應(yīng)用程序成本相對增加，其中維護的成本更高，力求降低*數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段特點有了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)面向全組織，面向現(xiàn)實世界獨立性較強由DBMS統(tǒng)一存取，維護數(shù)據(jù)語義及結(jié)構(gòu)*示例

S(SNO,SNAME,SEX,DNAME) C(CNO,CNAME,CXS,CREDIT) SC(SNO,CNO,G) S表示學(xué)生，各屬性依次為學(xué)號，姓名，性別，所在的系名； C表示課程，各屬性依次為課程號，課程名，學(xué)時，學(xué)分； SC表示選修關(guān)系，它的各屬性依次為學(xué)號，課程號，成績。*學(xué)生課程選修查詢“計算機系的所有學(xué)生”“選修數(shù)據(jù)庫技術(shù)課程的所有學(xué)生姓名”維護“不允許選修不存在的課程”示例——基于文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)如何來組織？分別組織幾個文件，存儲各類對象的記錄系統(tǒng)不支持文件間的聯(lián)系，由應(yīng)用程序負責查詢表達及數(shù)據(jù)的維護*示例——基于文件系統(tǒng)分別組織幾個文件，存儲各類對象的記錄*CreateFile(S,C,SC)ScanFile(C)找到數(shù)據(jù)庫技術(shù)課的CNOScanFile(SC）找到對應(yīng)以上CNO的SNOScanFile(S)找到對應(yīng)以上SNO的學(xué)生姓名示例——基于文件系統(tǒng)*如果InsertFile(SC)ScanFile(C)判斷欲插入的課程號是否在C中如果DeleteFile(C)ScanFile(SCJ)判斷欲刪除的課程號是否在SC中示例——基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（關(guān)系）數(shù)據(jù)統(tǒng)一按表結(jié)構(gòu)存放，設(shè)為S，C，SC查詢：只需提查詢要求，由系統(tǒng)完成查詢過程

SELECTSNAME FROMS,C,SC WHERES.SNO=SC.SNO ANDSC.CNO=C.CNO ANDC.CNAME=“數(shù)據(jù)庫技術(shù)”維護：應(yīng)用提出完整性約束，系統(tǒng)自動檢查

CREATETABLESC(……, FOREIGNKEY(CNO)REFERENCESC(CNO),……)**學(xué)號姓名性別系別年齡住址出身學(xué)位學(xué)分補貼學(xué)籍科房產(chǎn)科人事科勞資科數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點面向全組織的復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持全企業(yè)的應(yīng)用而不是某一個應(yīng)用數(shù)據(jù)反映了客觀事物間的本質(zhì)聯(lián)系，而不是著眼于面向某個應(yīng)用，是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特征之一數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)用數(shù)據(jù)模型描述，無需程序定義和解釋。數(shù)據(jù)可以變長。數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項。*數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點數(shù)據(jù)的冗余度小，易擴充數(shù)據(jù)面向整個系統(tǒng)，而不是面向某一應(yīng)用，數(shù)據(jù)集中管理，數(shù)據(jù)共享，因此冗余度小節(jié)省存儲空間，減少存取時間，且可避免數(shù)據(jù)之間的不相容性和不一致性每個應(yīng)用選用數(shù)據(jù)庫的一個子集，只要重新選取不同子集或者加上一小部分數(shù)據(jù)，就可以滿足新的應(yīng)用要求，這就是易擴充性*數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點具有較高的數(shù)據(jù)和程序的獨立性把數(shù)據(jù)庫的定義和描述從應(yīng)用程序中分離出去數(shù)據(jù)描述是分級的（全局邏輯、局部邏輯、存儲）數(shù)據(jù)的存取由系統(tǒng)管理，用戶不必考慮存取路徑等細節(jié)，從而簡化了應(yīng)用程序*數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能數(shù)據(jù)的安全性控制（Security）保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的安全，防止數(shù)據(jù)丟失或被竊取、破壞措施：用戶標識與鑒定，存取控制數(shù)據(jù)的完整性控制（Integrity）數(shù)據(jù)的正確性、有效性、相容性措施：完整性約束條件定義和檢查*數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能并發(fā)控制（Concurrency）對多用戶的并發(fā)操作加以控制、協(xié)調(diào)，防止其互相干擾而得到錯誤的結(jié)果并使數(shù)據(jù)庫完整性遭到破壞措施：封鎖數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)（Recover）在數(shù)據(jù)庫被破壞或數(shù)據(jù)庫不可靠時，系統(tǒng)有能力把數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到最近某時刻的正確狀態(tài)措施：備粉和日志文件*§1.1.3數(shù)據(jù)庫技術(shù)基本術(shù)語數(shù)據(jù)庫（DataBaseDB）長期儲存在計算機內(nèi)的、有組織(結(jié)構(gòu))的、可共享的數(shù)據(jù)集合。由DBMS統(tǒng)一管理，多用戶共享。特性：DB是具有邏輯關(guān)系和確定意義的數(shù)據(jù)集合；DB是針對明確的應(yīng)用目標而設(shè)計、建立和加載的，每個DB都有一組用戶，并為這些用戶應(yīng)用服務(wù)；一個DB表示了現(xiàn)實世界的某些方面。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS(DataBaseManagementSystem)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，是為DB的建立、使用和維護而配置的系統(tǒng)軟件，負責對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一管理和控制*§1.1.3數(shù)據(jù)庫技術(shù)基本術(shù)語數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DataBaseSysyemDBS)計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成，包括硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員。數(shù)據(jù)庫技術(shù)：是研究數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、存儲、設(shè)計和使用的一門軟件科學(xué)。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)面向某方面實際應(yīng)用且由系統(tǒng)開發(fā)人員利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)資源開發(fā)出來的應(yīng)用軟件系統(tǒng)*§1.2數(shù)據(jù)模型在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這個工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。通俗地講數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實世界的模擬數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求能比較真實地模擬現(xiàn)實世界容易為人所理解便于在計算機上實現(xiàn)*§1.2數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)建模：描述了組織數(shù)據(jù)的框架結(jié)構(gòu)。如：樓房住戶-數(shù)據(jù)；房間規(guī)格-數(shù)據(jù)模型---數(shù)據(jù)建模最后發(fā)展成為數(shù)據(jù)的存儲方式（數(shù)據(jù)字典中的定義）業(yè)務(wù)功能建模：用戶的最終需求。---業(yè)務(wù)功能建模最后發(fā)展成為應(yīng)用程序產(chǎn)生高效的應(yīng)用程序的前提是良好的數(shù)據(jù)模型。（正如10平米的房間無法成為會議廳一樣，一個糟糕的數(shù)據(jù)模型也無法產(chǎn)生高質(zhì)量的應(yīng)用。*§1.2數(shù)據(jù)模型為什么要建立數(shù)據(jù)模型（DataModel）：象蓋大樓的設(shè)計圖一樣，DM可使所有的項目參與者都有一個共同的數(shù)據(jù)標準避免出現(xiàn)問題再解決（邊干邊改的方式）可及早發(fā)現(xiàn)問題加快應(yīng)用開發(fā)速度*§1.2數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)抽象數(shù)據(jù)模型定義概念數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的三要素結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型示例*§1.2.1數(shù)據(jù)抽象信息世界:數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是面向計算機的，而應(yīng)用是面向現(xiàn)實世界的，兩個世界存在著很大差異，要直接將現(xiàn)實世界中的語義映射到計算機世界是十分困難的，因此引入一個信息世界作為現(xiàn)實世界通向計算機實現(xiàn)的橋梁一方面，信息世界是對現(xiàn)實世界的抽象，從紛繁的現(xiàn)實世界中抽取出能反映現(xiàn)實本質(zhì)的概念和基本關(guān)系;另一方面，信息世界中的概念和關(guān)系，要以一定的方式映射到計算機世界中去，在計算機系統(tǒng)上最終實現(xiàn)。信息世界起到了承上啟下的作用*§1.2.1數(shù)據(jù)抽象*現(xiàn)實世界信息世界計算機世界認識抽象轉(zhuǎn)換用戶計算機§1.2.2數(shù)據(jù)模型定義*數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中用于提供信息表示和操作手段的形式構(gòu)架應(yīng)用概念數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實世界信息世界計算機世界§1.2.2數(shù)據(jù)模型定義概念數(shù)據(jù)模型(與DBMS無關(guān))按用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模用于組織信息世界的概念，表現(xiàn)從現(xiàn)實世界中抽象出來的事物以及它們之間的聯(lián)系這類模型強調(diào)其語義表達能力，概念簡單、清晰，易于用戶理解它是現(xiàn)實世界到信息世界的抽象，是用戶與數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員之間進行交流的語言如E-R模型*§1.2.3概念數(shù)據(jù)模型Ｅ-Ｒ圖*例：學(xué)生選修課程學(xué)生課程選修姓名學(xué)號系別課程名先修課學(xué)分成績用矩形表示實體型，在框內(nèi)寫上實體名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§1.2.2數(shù)據(jù)模型定義結(jié)構(gòu)（邏輯）數(shù)據(jù)模型從計算機實現(xiàn)的觀點來對數(shù)據(jù)建模是信息世界中的概念和聯(lián)系在計算機世界中的表示方法一般有嚴格的形式化定義，以便于在計算機上實現(xiàn)如層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ?§1.2.4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的三要素數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性）是指對實體類型和實體間聯(lián)系的表達和實現(xiàn)數(shù)據(jù)本身類型、內(nèi)容、性質(zhì)。如網(wǎng)狀模型中的數(shù)據(jù)項、記錄，關(guān)系模型中的域、屬性，關(guān)系等數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系例如網(wǎng)狀模型中的系型，關(guān)系模型中的外碼在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中一般按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型*§1.2.4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的三要素數(shù)據(jù)操作描述系統(tǒng)的動態(tài)特性，即對數(shù)據(jù)庫中對象的實例允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及操作規(guī)則一般有檢索、更新（插入、刪除、修改）操作數(shù)據(jù)模型要定義操作含義、操作符號、操作規(guī)則，以及實現(xiàn)操作的語言數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)的約束條件是完整性規(guī)則的集合，規(guī)定數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及狀態(tài)變化所應(yīng)滿足的條件，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容*§1.2.4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型—層次模型層次模型用樹結(jié)構(gòu)表示實體類型和實體間聯(lián)系的模型叫層次模型樹由節(jié)點和連線組成節(jié)點代表實體型記錄類型連線表示兩實體型間的一對多聯(lián)系樹的特性每棵樹有且僅有一個節(jié)點無父節(jié)點，稱為樹的根樹中的其它節(jié)點都有且僅有一個父節(jié)點*§1.2.4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型—層次模型*地址系名系號教研室名教研室號年級姓名學(xué)號職稱姓名職工號教員學(xué)生數(shù)據(jù)庫模型§1.2.4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型—層次模型*R1101計算機D02數(shù)據(jù)庫R01G1王明S0012教授何璧E1101G2鄭直S0020G3周密S0199網(wǎng)絡(luò)R02人工智能R03講師劉新E3721教授王恩E1234助教付弈E3721教員學(xué)生數(shù)據(jù)庫的一個值§1.2.4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型—層次模型優(yōu)點層次數(shù)據(jù)模型簡單，對具有一對多的層次關(guān)系的部門描述自然、直觀，容易理解缺點支持的聯(lián)系種類太少數(shù)據(jù)操縱不方便子結(jié)點的存取只能通過父結(jié)點來進行插入、刪除復(fù)雜，父結(jié)點的刪除導(dǎo)致子結(jié)點的刪除，丟失必要的信息代表產(chǎn)品：IBM的IMS數(shù)據(jù)庫，1969年研制成功*§1.2.4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型—網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型（用有向圖表示實體類型和實體間聯(lián)系）是一個滿足下列條件的有向圖可以有一個以上的節(jié)點無父節(jié)點至少有一個節(jié)點有多于一個的父節(jié)點（排除樹結(jié)構(gòu)）節(jié)點代表實體型，有向邊（從箭尾到箭頭）表示兩實體型間的一對多聯(lián)系*科室醫(yī)生病房病人實體型1:N聯(lián)系§1.2.4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型—網(wǎng)狀模型*學(xué)生課程選課年級姓名學(xué)號學(xué)分課程名課程號成績課程號學(xué)號AC1S1AC2S1BC1S2A-C2S2CC1S3S1S2S3C1C2§1.2.4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型—網(wǎng)狀模型優(yōu)點表達的聯(lián)系種類豐富性能良好，存取效率高缺點結(jié)構(gòu)復(fù)雜語言復(fù)雜DBTG報告1969年，由美國CODASYC（ConferenceOnDataSystemLanguage，數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)商會）下屬的DBTG（DataBaseTaskGroup）組提出，確立了網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念、方法、技術(shù)*§1.2.4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型—關(guān)系模型用二維表來表示實體型及其相互聯(lián)系*屬性元組男女男性別192221年齡D01李紅S02D02王偉S03D01張軍S01系號姓名學(xué)號聯(lián)系§1.2.4結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型—關(guān)系模型優(yōu)點簡單，表的概念直觀、單一，用戶易理解非過程化的數(shù)據(jù)請求，數(shù)據(jù)請求可以不指明路徑數(shù)據(jù)獨立性，用戶只需提出“做什么”，無須說明“怎么做”堅實的理論基礎(chǔ)缺點效率低*§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)*

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以考察的角度分為不同形式：數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu)：從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)角度，內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)：從最終用戶角度，外部體系結(jié)構(gòu)§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)“型”和“值”的概念型與值的區(qū)別:型是指對某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明，值是型的一個具體賦值型是相對穩(wěn)定的，值是隨時間不斷變化的示例:學(xué)生記錄記錄型：（學(xué)號，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）該記錄型的一個記錄值：（900201，李明，男，計算機，22，江蘇）*§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)模式（Schema）數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述;是型的描述反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系模式是相對穩(wěn)定的模式的一個實例（Instance）模式的一個具體值反映數(shù)據(jù)庫某一時刻的狀態(tài)同一個模式可以有很多實例實例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動*§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)模式的分級為了提高數(shù)據(jù)的物理獨立性和邏輯獨立性，使數(shù)據(jù)庫的用戶觀點，即用戶看到的數(shù)據(jù)庫，與數(shù)據(jù)庫的物理方面，即實際存儲的數(shù)據(jù)庫區(qū)分開來，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模式是分級的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三級模式結(jié)構(gòu)CODASYL（ConferenceOnDataSystemLanguage,美國數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言協(xié)商會）提出模式、外模式、存儲模式三級模式的概念。三級模式之間有兩級映象*§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)*數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式模式外模式2外模式3外模式1應(yīng)用A應(yīng)用B應(yīng)用C應(yīng)用D應(yīng)用E外模式/模式映象模式/內(nèi)模式映象§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)模式(Schema)（概念模式、邏輯模式）是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特性的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖模式的地位：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層與數(shù)據(jù)的物理存儲細節(jié)和硬件環(huán)境無關(guān)與具體的應(yīng)用程序、開發(fā)工具及程序設(shè)計語言無關(guān)模式的定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)項的名字、類型、取值范圍等）數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求*§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)外模式(Sub-Schema)（子模式、用戶模式）數(shù)據(jù)庫用戶使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示不同用戶需求不同，看待數(shù)據(jù)的方式也可以不同，對數(shù)據(jù)保密的要求也可以不同，使用的程序設(shè)計語言也可以不同*§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)內(nèi)模式（也稱存儲模式）是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式記錄的存儲方式（順序存儲，按照B樹結(jié)構(gòu)存儲，按hash方法存儲）索引的組織方式數(shù)據(jù)是否壓縮存儲數(shù)據(jù)是否加密*§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)外模式/模式映象定義某一個外模式和模式之間的對應(yīng)關(guān)系，映象定義通常包含在各外模式中當模式改變時，修改外模式/模式映象，使外模式保持不變，從而應(yīng)用程序可以保持不變，稱為數(shù)據(jù)的邏輯獨立性*§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)模式/內(nèi)模式映象定義數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系存儲結(jié)構(gòu)改變時，修改模式/內(nèi)模式映象，使模式保持不變，從而應(yīng)用程序可以保持不變，稱為數(shù)據(jù)的物理獨立性*注：一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式，一個內(nèi)模式，但可以有多個外模式。

§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)*用戶1用戶2用戶4視圖V1視圖V1用戶3基本表B1基本表B2基本表B4基本表B3存儲文件S1存儲文件S2存儲文件S4存儲文件S3SQL數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)SQL用戶VIEWBaseTableStoredfile§1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)*S(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DEGREE)S(S#,SNAME,ADDRESS)學(xué)籍科S(S#,SNAME,CREDIT)房產(chǎn)科視圖視圖模式createV1selectS#,SNAME,ADDRESSfromS數(shù)據(jù)庫模式*V1(S#,SNAME,ADDRESS)學(xué)籍科V2(S#,SNAME,CREDIT)房產(chǎn)科B(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT)M(S#,SNAME,SEX,AGE,ADDRESS,CREDIT,DISSERTATION)視圖視圖模式模式createV1selectS#,SNAME,ADDRESSfromB

unionselectS#,SNAME,ADDRESSfromM*實例：數(shù)據(jù)庫保存了某單位的全部職工信息，有兩個用戶，財務(wù)（工資處理），人事（人事處理）工號姓名工資101102114125工號姓名年齡性別101102114125工號姓名性別年齡住址工資。。。101李里。。102張三114王五125劉上外模式/模式模式/內(nèi)模式外模式1模式內(nèi)模式外模式2§1.3DBS外部的體系結(jié)構(gòu)單用戶結(jié)構(gòu)

整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(應(yīng)用程序、DBMS、數(shù)據(jù))裝在一臺計算機上，為一個用戶獨占，不同機器之間不能共享數(shù)據(jù)。*§1.3DBS外部的體系結(jié)構(gòu)主從式結(jié)構(gòu):一個主機帶多個終端的多用戶結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集中存放在主機上，所有處理任務(wù)都由主機來完成各個用戶通過主機的終端并發(fā)地存取數(shù)據(jù)庫，共享數(shù)據(jù)資源*§1.3DBS外部的體系結(jié)構(gòu)主從式結(jié)構(gòu):一個主機帶多個終端的多用戶結(jié)構(gòu)*主機終端§1.3DBS外部的體系結(jié)構(gòu)分布式結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在邏輯上是一個整體，但物理地分布在計算機網(wǎng)絡(luò)的不同結(jié)點上。網(wǎng)絡(luò)中的每個結(jié)點都可以獨立處理本地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行局部應(yīng)用同時也可以同時存取和處理多個異地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行全局應(yīng)用*§1.3DBS外部的體系結(jié)構(gòu)客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu):把DBMS功能和應(yīng)用分開網(wǎng)絡(luò)中某個（些）結(jié)點上的計算機專門用于執(zhí)行DBMS功能，稱為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，簡稱服務(wù)器其他結(jié)點上的計算機安裝DBMS的外圍應(yīng)用開發(fā)工具，用戶的應(yīng)用系統(tǒng)，稱為客戶機*客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點客戶端的用戶請求被傳送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行處理后，只將結(jié)果返回給用戶，從而顯著減少了數(shù)據(jù)傳輸量數(shù)據(jù)庫更加開放客戶與服務(wù)器一般都能在多種不同的硬件和軟件平臺上運行可以使用不同廠商的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)工具*§1.3DBS外部的體系結(jié)構(gòu)客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的缺點系統(tǒng)安裝復(fù)雜，工作量大。應(yīng)用維護困難，難于保密，造成安全性差。相同的應(yīng)用程序要重復(fù)安裝在每一臺客戶機上，從系統(tǒng)總體來看，大大浪費了系統(tǒng)資源。系統(tǒng)規(guī)模達到數(shù)百數(shù)千臺客戶機，它們的硬件配置、操作系統(tǒng)又常常不同，要為每一個客戶機安裝應(yīng)用程序和相應(yīng)的工具模塊，其安裝維護代價便不可接受了。*§1.3DBS外部的體系結(jié)構(gòu)§1.3DBS外部的體系結(jié)構(gòu)瀏覽器/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器結(jié)構(gòu)客戶端：瀏覽器軟件、用戶界面統(tǒng)一，用戶容易掌握大大減少了培訓(xùn)時間與費用。服務(wù)器端分為兩部分：Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等大大減少了系統(tǒng)開發(fā)和維護代價能夠支持數(shù)萬甚至更多的用戶*§1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟硬件層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要成分DBMS主要功能*數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟硬件層次*硬件操作系統(tǒng)DBMS，編譯系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具軟件應(yīng)用系統(tǒng)PB,VB,VCDELPHYOracle,Db2,Sybase,SQLServer,Informix數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要成分硬件大內(nèi)存，放得下OS，DBMS核心，系統(tǒng)緩沖區(qū)，用戶工作區(qū)等大容量、直接存取的外存設(shè)備作數(shù)據(jù)備份的磁帶軟件:OS，DBMS，高級語言編譯系統(tǒng)及其與數(shù)據(jù)庫的接口，應(yīng)用開發(fā)工具，應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)目標數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)本身描述數(shù)據(jù)：對數(shù)據(jù)的說明信息*數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要成分用戶最終用戶：通過應(yīng)用系統(tǒng)的用戶接口（菜單等）使用數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序員:基于外模式來編寫應(yīng)用程序系統(tǒng)分析員：負責應(yīng)用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范定義，確定系統(tǒng)的軟硬件配置，參與數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員：參加用戶需求調(diào)查和系統(tǒng)分析、確定數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)、設(shè)計數(shù)據(jù)庫各級模式數(shù)據(jù)庫管理員DBA：負責數(shù)據(jù)庫的全面管理和控制*數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要成分DBA的重要性重要資源維護整個組織的信息資源共享資源多用戶共享，需要統(tǒng)一管理、協(xié)調(diào)、監(jiān)控DBA職責建庫方面確定模式、外模式、存儲結(jié)構(gòu)、存取策略負責數(shù)據(jù)的整理和裝入*數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要成分用庫方面定義完整性約束條件規(guī)定數(shù)據(jù)的保密級別、用戶權(quán)限監(jiān)督和控制數(shù)據(jù)庫的運行情況制定后援和恢復(fù)策略，負責故障恢復(fù)改進方面監(jiān)督分析系統(tǒng)的性能（空間利用率，處理效率）數(shù)據(jù)庫重組織，物理上重組織，以提高性能數(shù)據(jù)庫重構(gòu)造，設(shè)計上較大改動，模式和內(nèi)模式修改*DBMS的主要功能數(shù)據(jù)庫定義功能DDL語言（DataDescriptionLanguage）描述外模式、模式、內(nèi)模式（源模式）模式翻譯程序把源模式翻譯成目標模式，存入數(shù)據(jù)字典中數(shù)據(jù)字典（DATADICTIONARY）：存放DB中數(shù)據(jù)的各種定義，由DBMS自動維護，在大型系統(tǒng)中，DD單獨成為一個系統(tǒng)。*源模式模式翻譯程序數(shù)據(jù)字典目標模式DBMS的主要功能數(shù)據(jù)存取功能DML語言（Datamanipulationlanguage）對數(shù)據(jù)庫進行檢索、插入、修改、刪除DML類型宿主型:DML不獨立使用，嵌入到高級語言（主語言）程序中使用自含型:獨立使用，交互式命令方式*DBMS的主要功能數(shù)據(jù)庫運行管理并發(fā)控制、存取控制、完整性約束條件檢查和執(zhí)行，日志組織和管理，事務(wù)管理和自動恢復(fù)數(shù)據(jù)組織、存儲和管理用戶數(shù)據(jù)、索引、數(shù)據(jù)字典的組織、存儲和管理，包括文件結(jié)構(gòu)、存取方式、數(shù)據(jù)之間聯(lián)系的實現(xiàn)等數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能數(shù)據(jù)的裝入、轉(zhuǎn)換、卸出，數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲、恢復(fù)、性能監(jiān)視和分析等*§1.5數(shù)據(jù)庫的若干研究方向新的數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫XML數(shù)據(jù)庫新的體系結(jié)構(gòu)并行數(shù)據(jù)庫VeryLargeDatabase分布式數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)+數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)流管理系統(tǒng)：DSMS*1.新的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)§1.5數(shù)據(jù)庫的若干研究方向商業(yè)智能從事務(wù)型操作向分析型操作決策支持數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)挖掘OLAP信息集成“turntheWebintodatabase”*2.新的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用§1.5數(shù)據(jù)庫的若干研究方向時態(tài)數(shù)據(jù)庫管理被處理事件的歷史性信息管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中元事件的時態(tài)信息移動數(shù)據(jù)庫分布式數(shù)據(jù)庫的擴展數(shù)據(jù)庫+無線網(wǎng)絡(luò)即時性+就地性手機、汽車、PDA...主動數(shù)據(jù)庫被動服務(wù)：命令驅(qū)動主動服務(wù)：事件驅(qū)動實時監(jiān)控系統(tǒng)，異常情況主動處理...*3.特種數(shù)據(jù)庫§1.5數(shù)據(jù)庫的若干研究方向模糊數(shù)據(jù)庫處理模糊對象模糊≠糊涂模糊專家系統(tǒng)，模擬計算......實時數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)的“定時”存取和對“短暫有效”數(shù)據(jù)的存取工廠生產(chǎn)過程控制、證券交易、雷達跟蹤...演繹數(shù)據(jù)庫人工智能+數(shù)據(jù)庫*3.特種數(shù)據(jù)庫§1.5數(shù)據(jù)庫的若干研究方向生物數(shù)據(jù)庫CAD數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)庫幾何數(shù)據(jù)空間查詢*4.領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫

關(guān)系數(shù)據(jù)庫*2.1關(guān)系模型概述E.F.Codd于70年代初提出關(guān)系數(shù)據(jù)理論，他因此獲得1981年的ACM圖靈獎關(guān)系理論是建立在集合代數(shù)理論基礎(chǔ)上的，有著堅實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)早期代表系統(tǒng)SystemＲ：由IBM研制INGRES：由加州Berkeley分校研制目前主流的商業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Oracle，Informix，Sybase，SQLServer，DB2Access，F(xiàn)oxpro，F(xiàn)oxbase*2.1關(guān)系模型概述關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)關(guān)系模型的組成關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系操作集合關(guān)系完整性約束關(guān)系模型建立在集合代數(shù)的基礎(chǔ)上*2.2關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)----關(guān)系現(xiàn)實世界的實體以及實體間的各種聯(lián)系均用關(guān)系來表示數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)----二維表從用戶角度，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表。*2.2關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念2.2.1關(guān)系2.2.2關(guān)系模式2.2.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫*2.2.1關(guān)系基本概念域（Domain）一組值的集合，這組值具有相同的數(shù)據(jù)類型如整數(shù)的集合、字符串的集合、全體學(xué)生的集合笛卡爾積（Car’tesianProduct）一組域D1,D2,…,Dn的笛卡爾積為:D1×D2×…×Dn={(d1,d2,…,dn)|di∈Di,i=1,…,n}笛卡爾積的每個元素(d1,d2,…,dn)稱作一個n-元組（n-tuple）元組的每一個值di叫做一個分量（component）若Di的基數(shù)為mi，則笛卡爾積的基數(shù)為*2.2.1關(guān)系基本概念*例1給出三個域：

D1=SUPERVISOR={張清玫，劉逸}

D2=SPECIALITY={計算機專業(yè)，信息專業(yè)}

D3=POSTGRADUATE={李勇，劉晨，王敏}則D1，D2，D3的笛卡爾積是個三元組集合，元組個數(shù)為2×2×3，是所有可能的（教師，專業(yè)，研究生）元組集合：D1×D2×D3＝｛(張清玫，計算機專業(yè)，李勇)，(張清玫，計算機專業(yè)，劉晨)，(張清玫，計算機專業(yè)，王敏)，(張清玫，信息專業(yè)，李勇)，(張清玫，信息專業(yè)，劉晨)，(張清玫，信息專業(yè)，王敏)，(劉逸，計算機專業(yè)，李勇)，(劉逸，計算機專業(yè)，劉晨)，(劉逸，計算機專業(yè)，王敏)，(劉逸，信息專業(yè)，李勇)，(劉逸，信息專業(yè)，劉晨)，(劉逸，信息專業(yè)，王敏)｝2.2.1關(guān)系基本概念*笛卡爾積的表示方法笛卡爾積可表示為一個二維表。表中的每行對應(yīng)一個元組，表中的每列對應(yīng)一個域。2.2.1關(guān)系基本概念關(guān)系笛卡爾積D1×D2×…×Dn的子集叫做在域D1,D2,…,Dn上的關(guān)系，用R(D1,D2,…,Dn)表示R是關(guān)系的名字，n是關(guān)系的度或目關(guān)系是笛卡爾積中有意義的子集關(guān)系也可以表示為二維表*2.2.1關(guān)系基本概念例在表2.1的笛卡爾積中取出有實際意義的元組來構(gòu)造關(guān)系關(guān)系：SAP(SUPERVISOR，SPECIALITY，POSTGRADUATE)假設(shè)：導(dǎo)師與專業(yè)：1:1，導(dǎo)師與研究生：1:n于是：SAP關(guān)系可以包含三個元組｛(張清玫，信息專業(yè)，李勇)，(張清玫，信息專業(yè)，劉晨)，(劉逸，信息專業(yè)，王敏)}*2.2.1關(guān)系基本概念關(guān)系的表示關(guān)系也是一個二維表，表的每行對應(yīng)一個元組，表的每列對應(yīng)一個域。*元組屬性2.2.1關(guān)系基本概念關(guān)系的性質(zhì)列是同質(zhì)的即每一列中的分量來自同一域，是同一類型的數(shù)據(jù)。不同的列可來自同一域，每列必須有不同的屬性名。行列的順序無關(guān)緊要任意兩個元組不能完全相同（集合內(nèi)不能有相同的兩個元素）每一分量必須是不可再分的數(shù)據(jù)。滿足這一條件的關(guān)系稱作滿足第一范式（1NF）的*2.2.1關(guān)系基本概念數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——關(guān)系實體集、聯(lián)系都表示成關(guān)系*DEPT(D#,DN,DEAN)S(S#,SN,SEX,AGE,D#)C(C#,CN,PC#,CREDIT)SC(S#,C#,SCORE)PROF(P#,PN,D#,SAL)學(xué)生選修屬于系教師工作管理課程先修2.2.1關(guān)系基本概念*DEPTD#DNDEANSS#SNSEXAGED#CC#CNCREDITPC#PROFP#PNSALD#SCS#C#SCORE2.2.1關(guān)系基本概念候選碼（CandidateKey）關(guān)系中的一個屬性組，其值能唯一標識一個元組。若從屬性組中去掉任何一個屬性，它就不具有這一性質(zhì)了，這樣的屬性組稱作候選碼如DEPT中的D#，DN都可作為候選碼任何一個候選碼中的屬性稱作主屬性如SC中的S#，C#*2.2.1關(guān)系基本概念主碼（PK:PrimaryKey）進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，從一個關(guān)系的多個候選碼中選定一個作為主碼如可選定D#作為DEPT的主碼外碼（FK:ForeignKey）關(guān)系R中的一個屬性組，它不是R的碼，但它與另一個關(guān)系S的碼相對應(yīng)，則稱這個屬性組為R的外部碼如S關(guān)系中的D#屬性*2.2.2關(guān)系模式關(guān)系模式:關(guān)系的描述稱作關(guān)系模式*關(guān)系模式可以形式化地表示為：

R（U，D，dom，F(xiàn)） R關(guān)系名

U

組成該關(guān)系的屬性名集合

D

屬性組U中屬性所來自的域

dom屬性向域的映象集合

F

屬性間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系集合2.2.2關(guān)系模式關(guān)系模式關(guān)系模式簡記為R(U)

或R(A1,A2,…,An)屬性向域的映象一般直接說明為屬性的類型、長度等某一時刻對應(yīng)某個關(guān)系模式的內(nèi)容(元組的集合)稱作關(guān)系關(guān)系模式是型，是穩(wěn)定的關(guān)系是某一時刻的值，是隨時間不斷變化的*2.2.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫在一個給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有實體及實體之間聯(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)庫的型稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式，是對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的描述。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)系數(shù)據(jù)庫的值是這些關(guān)系模式在某一時刻對應(yīng)的關(guān)系的集合，通常簡稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫*2.3關(guān)系的完整性關(guān)系模型的完整性規(guī)則是對關(guān)系的某種約束條件關(guān)系模型中三類完整性約束實體完整性參照完整性用戶定義的完整性實體完整性和參照完整性是關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件，被稱作是關(guān)系的兩個不變性，應(yīng)該由關(guān)系系統(tǒng)自動支持。*2.3關(guān)系的完整性實體完整性關(guān)系的主碼中的屬性值不能為空值空值：不知道或無意義意義：關(guān)系對應(yīng)到現(xiàn)實世界中的實體集，元組對應(yīng)到實體，實體是相互可區(qū)分的，通過主碼來唯一標識，若主碼為空，則出現(xiàn)不可標識的實體，這是不容許的*2.3關(guān)系的完整性參照完整性如果關(guān)系R2的外部碼Fk與關(guān)系R1的主碼Pk相對應(yīng)，則R2中的每一個元組的Fk值或者等于R1中某個元組的Pk值，或者為空值R2稱為參照關(guān)系，R1稱為被參照(目標)關(guān)系意義：如果關(guān)系R2的某個元組t2參照了關(guān)系R1的某個元組t1，則t1必須存在例如關(guān)系S在D#上的取值有兩種可能空值，表示該學(xué)生尚未分到任何系中若非空值，則必須是DEPT關(guān)系中某個元組的D#值，表示該學(xué)生不可能分到一個不存在的系中*2.3關(guān)系的完整性*SnoSnameSsexSageSdept99101張三男20CS99103李四男19CS……………98102王五女19ISSdeptSlocSnameCS曹光標大樓計算機科學(xué)IS竺可楨大樓信息科學(xué)MA華羅庚大樓數(shù)學(xué)………主碼外碼，不是Student的主碼，但是Department的主碼。Student中Sdept中的值都取自Department表中相應(yīng)Sdept的值。指定外碼時，列名不一定要求相同。StudentDepartment2.3關(guān)系的完整性用戶定義的完整性用戶針對具體的應(yīng)用環(huán)境定義的完整性約束條件，如教授工資不能小于2000元，S#要求是8位整數(shù),SEX取值為“男”或“女”系統(tǒng)支持實體完整性和參照完整性由系統(tǒng)自動支持系統(tǒng)應(yīng)提供定義和檢驗用戶定義的完整性的機制*2.3關(guān)系的完整性*供應(yīng)商號供應(yīng)商名所在城市B01紅星北京S10宇宙上海T20黎明天津Z01立新重慶零件號顏色供應(yīng)商號010紅B01312白S10201藍T20今要向關(guān)系P中插入新行，新行的值分別列出如下。哪些行能夠插入？A．(‘037’，‘綠’，null)B．(null，‘黃’，‘T20’)C．(‘201’，‘紅’，‘T20’)D．(‘105’，‘藍’，‘B01’)E．(‘101’，‘黃’，‘T11’)零件關(guān)系P（主碼是“零件號”，外碼是“供應(yīng)商號”）供應(yīng)商關(guān)系S（主碼是“供應(yīng)商號”）2.4關(guān)系數(shù)據(jù)操作常用的關(guān)系操作查詢選擇、投影、連接、除、并、交、差數(shù)據(jù)更新插入、刪除、修改查詢的表達能力是其中最主要的部分*2.4關(guān)系數(shù)據(jù)操作關(guān)系數(shù)據(jù)語言的種類關(guān)系代數(shù)語言用對關(guān)系的運算來表達查詢要求典型代表：ISBL*2.4關(guān)系數(shù)據(jù)操作關(guān)系數(shù)據(jù)語言的種類（續(xù)）關(guān)系演算語言：用謂詞來表達查詢要求元組關(guān)系演算語言謂詞變元的基本對象是元組變量典型代表：APLHA,QUEL域關(guān)系演算語言謂詞變元的基本對象是域變量典型代表：QBE具有關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算雙重特點的語言典型代表：SQL*2.4關(guān)系數(shù)據(jù)操作關(guān)系數(shù)據(jù)語言的特點一體化一般關(guān)系系統(tǒng)的數(shù)據(jù)語言都同時具有數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱和數(shù)據(jù)控制語言，而不是分為幾個語言。對象單一，都是關(guān)系，因此操作符也單一。而非關(guān)系型系統(tǒng)，如DBTG，有對記錄的操作，有對系的操作非過程化用戶只需提出“做什么”，無須說明“怎么做”，存取路徑的選擇和操作過程由系統(tǒng)自動完成面向集合的存取方式操作對象是一個或多個關(guān)系，結(jié)果是一個新的關(guān)系（一次一關(guān)系）。非關(guān)系系統(tǒng)是一次一記錄的方式*2.5關(guān)系代數(shù)基本運算(5種)一元運算：選擇、投影、更名多元運算：笛卡兒積、并、集合差其它運算集合交、自然連接、除擴展運算、賦值、廣義投影、外連接*關(guān)系代數(shù)的一些記號給定關(guān)系模式R(A1,A2,…,An)，設(shè)R是它的一個具體的關(guān)系，t

R是關(guān)系的一個元組分量設(shè)t

R，則t[Ai]表示元組t中相應(yīng)于屬性Ai的一個分量屬性列(可以用序號)Ai={Ai1,Ai2,…,Aik}{A1,A2,…,An}，稱A為屬性列A表示{A1,A2,…,An}中去掉A后剩余的屬性組t[Ai]=(t[Ai1],t[Ai2],…,t[Aik])*ABC367257443選擇運算(Selection)基本定義在關(guān)系R中選擇滿足給定條件的元組（從行的角度）

F(R)={t|tR,F(t)=‘真’}F是選擇的條件，

tR，F(xiàn)(t)要么為真，要么為假F的形式：由邏輯運算符連接算術(shù)表達式而成 邏輯表達式：，， 算術(shù)表達式：XY X，Y是屬性名、常量、或簡單函數(shù) 是比較算符，{,,,,,≠}*選擇運算*ABC367257723443R

A<5(R)

ABC367257443

A<5

C=7(R)

ABC367257選擇運算示例找年齡小于20的男學(xué)生

AGE<20∧

SEX=‘男’（S）找CS系或IS系的學(xué)生。

Dno=‘CS’vDno=‘IS’（S）*投影（Projection）定義從關(guān)系R中取若干列組成新的關(guān)系（從列的角度）

A(R)={t[A]|tR,AR}投影的結(jié)果中要去掉相同的行*cbcfedcbaCBABCbcef

R

B,C(R)投影示例給出所有學(xué)生的姓名和年齡

SNAME,AGE(S)找信息系學(xué)生的姓名

SNAME(Dno=‘IS’（S））*更名運算定義給一個關(guān)系表達式賦予名字

x（E）

返回表達式E的結(jié)果，并把名字x賦給E

x（A1，A2，

，

An）（E）

返回表達式E的結(jié)果，并把名字x賦給E，同時將各屬性更名為A1，A2，

，An

關(guān)系被看作一個最小的關(guān)系代數(shù)表達式，可以將更名運算施加到關(guān)系上，得到具有不同名字的同一關(guān)系。這在同一關(guān)系多次參與同一運算時很有幫助*并運算定義所有至少出現(xiàn)在兩個關(guān)系中之一的元組集合R

S={r|r

R

r

S}*R

S兩個關(guān)系R和S若進行并運算，則它們必須是相容的：關(guān)系R和S必須是同元的，即它們的屬性數(shù)目必須相同對

i，R的第i個屬性的域必須和S的第i個屬性的域相同并運算*ABC367257723443RABC345723SABC367257723443345R∪S并運算示例求選修了1號或2號課程的學(xué)生號 方案1：∏Sno(Cno=‘1’∨

Cno=‘2’(SC))

方案2：∏Sno(Cno=‘1’(SC))∪∏Sno(Cno=‘2’(SC))*差運算定義所有出現(xiàn)在一個關(guān)系而不在另一關(guān)系中的元組集合R

S={r|r

R

r

S}R和S必須是相容的*R

S差運算*ABC367257723443RABC345723SABC367257443R－SABC367S－R差運算示例求選修了1號而沒有選2號課程的學(xué)生號∏Sno(Cno=‘1’(SC))－∏Sno(Cno=‘2’(SC))∏S#(C#=‘1’

C#≠‘2’(SC))*交運算（Intersection）定義所有同時出現(xiàn)在兩個關(guān)系中的元組集合R

S={r|r

R

r

S}交運算可以通過差運算來重寫R

S=R

(R

S)*R

S交運算*ABC367257723443RABC345723SABC723R∩S交運算示例求同時選修了1號和2號課程的學(xué)生號錯誤的寫法：∏Sno(Cno=‘1’

Cno=‘2’(SC))正確的寫法：∏Sno(Cno=‘1’(SC))∩∏Sno(Cno=‘2’(SC))*廣義笛卡爾積運算元組的連串（Concatenation）若r=(r1，…

，rn)，s=(s1，…，sm)，則定義r與s的連串為：定義兩個關(guān)系R，S，其度分別為n，m，則它們的笛卡爾積是所有這樣的元組集合：元組的前n個分量是R中的一個元組，后m個分量是S中的一個元組R

S的度為R與S的度之和，R

S的元組個數(shù)為R和S的元組個數(shù)的乘積*rs=(r1，…

，rn，s1，…，sm)R

S={rs|r

R

s

S}廣義笛卡爾積運算*AB

12rCD

10102010EaabbsAB

11112222CD

1010201010102010Eaabbaabbrx

s廣義笛卡爾積運算

A=C(rxs)rxs

A=C(rxs)*AB

11112222CD

1010201010102010EaabbaabbABCDE

122

101020aab笛卡爾積運算求選修c1課程的學(xué)生姓名*S#SN…s1toms2jerryS#C#…s1c1s2c2S#SN…S#C#…s1toms1c1s1toms2c2s2jerrys1c1s2jerrys2c2廣義笛卡爾積運算示例求數(shù)學(xué)成績比王紅同學(xué)高的學(xué)生*89數(shù)學(xué)張軍86數(shù)學(xué)王紅93物理張軍成績課程姓名∏S.姓名(

R.成績S.成績R.課程=數(shù)學(xué)S.課程=數(shù)學(xué)R.姓名=王紅

(R

S(R))R86數(shù)學(xué)王紅86數(shù)學(xué)王紅86數(shù)學(xué)王紅R.成績R.課程R.姓名89數(shù)學(xué)張軍86數(shù)學(xué)王紅93物理張軍S.成績S.課程S.姓名*A廣義笛卡爾積運算連接定義從兩個關(guān)系的廣義笛卡兒積中選取給定屬性間滿足一定條件的元組

A,B為R和S上度數(shù)相等且可比的屬性列為算術(shù)比較符，為等號時稱為等值連接含義：運算是用R每一元組掃描S所有元組，尋求當前元組中A

B為真的的元組實行連接

RS=

r[A]

S[B](

R×S)*A

BA

BRS={rs|r

R

s

S

r[A]

S[B]}連接求數(shù)學(xué)成績比王紅同學(xué)高的學(xué)生*987654321CBADE3162ABCDE123311236245662

RSB<D

R

S∏S.姓名((課程=數(shù)學(xué)姓名=王紅(R))(

課程=數(shù)學(xué)

S(R)))R.成績<S.成績自然連接定義從兩個關(guān)系的廣義笛卡兒積中選取在相同屬性列B上取值相等的元組，并去掉重復(fù)的屬性列。自然連接與等值連接的不同自然連接中相等的分量必須是相同的屬性組，并且要在結(jié)果中去掉重復(fù)的屬性，而等值連接則不必。*RS={rs[B]|r

R

s

S

r[B]=S[B]}自然連接為什么非常有用？自然連接*AB

12412CD

aababrB13123DaaabbE

s

11112

aaaab

ABCDErs987654321CBACD3162

R

SABCD12314562

RS自然連接示例求1號學(xué)生所在系的名稱∏DN(Sno=‘1’(S)DEPT)**關(guān)系R(A,B),S(A,C),R與S中元組個數(shù)分別為10，15，試填寫下表A是R的主碼無任何條件最大元組數(shù)最小元組數(shù)表達式條件思考與練習(xí)除運算(Quotient)象集（ImageSet）關(guān)系R(X,Z),X,Z是屬性組，x是X上的取值，定義x在R中的象集為Zx={t[Z]|t

Rt[X]=x}

從R中選出在X上取值為x的元組，去掉X上的分量，只留Z上的分量*XZ張軍同學(xué)所選修的全部課程x=張軍Zx姓名課程張軍物理王紅數(shù)學(xué)張軍數(shù)學(xué)課程數(shù)學(xué)物理除運算

做法：逐個考慮選課關(guān)系SC中的元組r，求r在姓名SN上的分量x，再求x在選課關(guān)系中的象集課程Cx，若Cx包含了所有的課程C，則x是滿足條件的一個元組*如何得到選修了全部課程的學(xué)生？{x|x=r[SN]

rSC

CxC}選修全部課程的學(xué)生全部課程x同學(xué)所選修的全部課程除運算除定義R(X,Y)

S(Y,Z)={x|x=r[x]

r

R

Yx

Y(S)

}R(X,Y)

S(Y)={x|x=r[x]

r

R

Yx

S}R(X,Y)

S(Y)={t|t

X(R)uS(tu

r)}R

S=

X(R)

X(

X(R)

Y(S)

R)*除運算*

物理數(shù)學(xué)課程＝物理王紅數(shù)學(xué)張軍數(shù)學(xué)王紅物理張軍課程姓名王紅張軍姓名沒有選修全部課程的學(xué)生所有學(xué)生選修全部課程

＝數(shù)學(xué)張軍數(shù)學(xué)王紅物理張軍課程姓名物理王紅數(shù)學(xué)張軍數(shù)學(xué)王紅物理張軍課程姓名姓名王紅姓名王紅張軍姓名王紅

＝姓名張軍選修了全部課程的學(xué)生R

S=

X(R)

X(

X(R)

Y(S)

R)除運算*ABCDabcdabefabdebcefedcdedefCDcdefABabedABabbcedABCDabcdabefbccdbcefedcdedefR

AB(R)S

AB(R)

CD(S)

AB(R)

CD(S)-RABCDbccdR

S=ABabbcedABbc-=①④②③除運算示例求同時選修了1和2號課程的學(xué)生號

方案1：∏Sno，Cno(SC)Cno=‘1’

Cno=‘2’(C)

方案2：∏Sno(SCCno=‘1’

Cno=‘2’(C))

哪一個正確？*除運算*

課程數(shù)學(xué)物理＝姓名課程成績張軍物理93王紅數(shù)學(xué)86張軍數(shù)學(xué)93王紅物理92

課程數(shù)學(xué)物理姓名課程張軍物理王紅數(shù)學(xué)張軍數(shù)學(xué)王紅物理姓名張軍王紅＝姓名成績張軍93選修了全部課程并且成績都相同的學(xué)生選修了全部課程的學(xué)生關(guān)系代數(shù)查詢實例求未選修001號課程的學(xué)生號方案1：∏S#(S)－∏S#(C#=c1(SC)) 方案2：∏S#(C#≠c1(SC))*哪一個正確？S#C#Gs1c190s2c195s1c296S#SNAGEs1……s2……s3……原因：只排除了非c1課程的元組，但不能排除選修多門課程（其中包括c1課程）的元組關(guān)系代數(shù)查詢實例*求僅選修了c1號課程的學(xué)生號選修c1號課程的學(xué)生－僅選c1號課程之外的學(xué)生∏S＃(SC)-∏S#(C#≠c1(SC))∏S#(C#=c1(SC))－∏S#(SC－C#=c1(SC))S#C#s1c1s1c2s2c1s3c2S#C#s1c1s2c1S#C#s1c2s3c2關(guān)系代數(shù)查詢實例求選修c1課程比s1學(xué)生的該門課程成績高的學(xué)生SCSC(s1,c1,g1,?,c1,g2),g1<g2*關(guān)系代數(shù)查詢實例求選修了至少兩門課的學(xué)生SCSC(s1,c1,g1,s1,c2,g2),c1

c2*關(guān)系代數(shù)查詢實例求每門課程的先修課的先修課CC(c3,c2,c2,c1)*C#PC#c1nullc2c1c3c2關(guān)系代數(shù)查詢實例求選修課程中包含了所有S01號學(xué)生所選修課程的學(xué)生號∏S#(∏S#，C#(SC)∏C#(S#=S01(SC))

**關(guān)系代數(shù)查詢實例stock(s#,date,price) 找出一直上漲的股票

對于同一只股票，ifd1>d2thenp1>p2 找出下跌過的股票，d1>d2andp1<p2關(guān)系代數(shù)查詢實例求選修了其先修課為6號課程的學(xué)生名。方案1：∏SN(PC#=6(SCCS))

方案2：∏SN(PC#=6(C)SCS))*哪一個效率更高？查詢選修了全部課程的學(xué)生的學(xué)號和姓名

∏S#,C#(SC)∏C#(C)∏S#,SN(S)賦值運算定義為使查詢表達簡單、清晰，可以將一個復(fù)雜的關(guān)系代數(shù)表達式分成幾個部分，每一部分都賦予一個臨時關(guān)系變量，該變量可被看作關(guān)系而在后面的表達式中使用臨時關(guān)系變量

關(guān)系代數(shù)表達式賦值給臨時關(guān)系變量只是一種結(jié)果的傳遞，而賦值給永久關(guān)系則意味著對數(shù)據(jù)庫的修改*賦值運算示例R

S=

X(R)

X(

X(R)

Y(S)

R)用賦值重寫為：temp1

X(R)temp2

X(temp1

Y(S)

R)result

temp1

temp2*擴展關(guān)系代數(shù)運算--廣義投影定義在投影列表中使用算術(shù)表達式來對投影進行擴展

F1,F2

,…,Fn

(E)F1,F2,…,Fn是算術(shù)表達式示例求教工應(yīng)繳納的所得稅

P#

,SAL*5/100

(PROF)

p#，INCOME-TAX

(P#

,SAL*5/100

(PROF))*擴展關(guān)系代數(shù)運算--外連接例：列出老師的有關(guān)信息，包括姓名、工資、所教授的課程∏P#,PN,SAL,C#,CN((PROF)PCC)*500李三P04600700800SAL孫立P03錢廣P02趙明P01PNP#化學(xué)C03數(shù)學(xué)C02物理C01CNC#P04C02P02C02P01C01P#C#數(shù)學(xué)C02500李三P04數(shù)學(xué)C02700錢廣P02物理C01800趙明P01CNC#SALPNP#問題：有關(guān)P03號職工的姓名和工資信息沒有顯示出來擴展關(guān)系代數(shù)運算--外連接外連接為避免自然連接時因失配而發(fā)生的信息丟失，可以假定往參與連接的一方表中附加一個取值全為空值的行，它和參與連接的另一方表中的任何一個未匹配上的元組都能匹配，稱之為外連接外連接=自然連接+失配的元組(懸掛元組)外連接的形式：左外連接、右外連接、全外連接左外連接=自然連接+左側(cè)表中失配的元組右外連接=自然連接+右側(cè)表中失配的元組全外連接=自然連接+兩側(cè)表中失配的元組*擴展關(guān)系代數(shù)運算--外連接*數(shù)學(xué)C02500李三P04數(shù)學(xué)C02700錢廣P02物理C01800趙明P01CNC#SALPNP#500李三P04600700800SAL孫立P03錢廣P02趙明P01PNP#化學(xué)C03數(shù)學(xué)C02物理C01CNC#P04C02P02C02P01C01P#C#所有老師的信息擴展關(guān)系代數(shù)運算--外連接*數(shù)學(xué)C02500李三P04數(shù)學(xué)C02700錢廣P02物理C01800趙明P01CNC#SALPNP#所有課程的信息500李三P04600700800SAL孫立P03錢廣P02趙明P01PNP#化學(xué)C03數(shù)學(xué)C02物理C01CNC#P04C02P02C02P01C01P#C#擴展關(guān)系代數(shù)運算--外連接*500李三P04600700800SAL孫立P03錢廣P02趙明P01PNP#化學(xué)C03數(shù)學(xué)C02物理C01CNC#P04C02P02C02P01C01P#C#數(shù)學(xué)C02500李三P04數(shù)學(xué)C02700錢廣P02物理C01800趙明P01CNC#SALPNP#所有老師和課程的信息*補充作業(yè)SCSNOSNAMEAGESEX

CNOCNAMETEACHER

1李強20男K1C語言王華2劉麗18女K5數(shù)據(jù)庫原理程軍5張平19男K8編譯原理程軍

SCSNOCNOGRADE1K1832K1655K1922K5905K5865K876*補充作業(yè)

查詢程軍老師所授的課程號和課程名查詢年齡大于19的男學(xué)生的學(xué)號和姓名查詢至少選修程軍老師所授全部課程的學(xué)生姓名查詢李強同學(xué)不學(xué)課程的課程號查詢?nèi)繉W(xué)生都選修的課程的課程號和課程名*查詢選修課程包含程軍老師所授的課程之一的學(xué)生的學(xué)號查詢選修課程號為K1和K5的學(xué)生的學(xué)號查詢選修全部的課程的學(xué)生姓名查詢選修課程包含學(xué)號為2的學(xué)生所修課程的學(xué)生學(xué)號查詢選修課程名為“C語言”的學(xué)生學(xué)號補充作業(yè)*∏Cno,Cname(Teacher=‘程軍’(C))∏Sno,Sname(age>19^sex=‘男’(S))∏Sno,Sname(∏Sno,Cno(SC)∏Cno(teacher=‘程軍’(C))∏Sno,Sname(S))∏cno(C)－∏cno(

sname=‘李強’(S)

(Sc))∏Cno,Cname(C(∏Sno,Cno(SC)∏sno(S)))補充作業(yè)參考答案*∏sno(Teacher=‘程軍’(C)SC)∏Sc.sno(sc.sno=sc1.sno∧o=‘K1’∧o=‘K2’(SC×

SC1(SC)))∏Sname(∏Sno,Cno(SC)∏Cno(C)S)∏Sno(∏Sno,Cno(SC)∏Cno(

Cno=‘2’(S

C))∏Sno(

Cname=‘C語言’(C)

(SC))補充作業(yè)參考答案

關(guān)系數(shù)據(jù)庫標準語言SQL*

3.1SQL概述歷史SQL:StruceuredQueryLanguang1974年，由Boyce和Chamber提出1975-1979年，在SystemR上實現(xiàn)，由IBM的SanJose研究室研制，稱為Sequel后來SEQUEL簡稱為SQL(StructuredQueryLanguage)，即“結(jié)構(gòu)式查詢語言”，SQL的發(fā)音仍為“sequel”?，F(xiàn)在SQL已經(jīng)成為一個標準。*3.1SQL概述*用戶1用戶2用戶4視圖V1視圖V1用戶3基本表B1基本表B2基本表B4基本表B3存儲文件S1存儲文件S2存儲文件S4存儲文件S3SQL數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)SQL用戶VIEWBaseTableStoredfile3.1SQL概述特點一體化集DDL，DML，DCL于一體單一的結(jié)構(gòu)----關(guān)系，帶來了數(shù)據(jù)操作符的統(tǒng)一面向集合的操作方式一次一集合高度非過程化用戶只需提出“做什么”，無須告訴“怎么做”，不必了解存取路徑兩種使用方式，統(tǒng)一的語法結(jié)構(gòu)SQL既是自含式語言（用戶使用），又是嵌入式語言（程