数据库系统及应用 note

文章目录Ch1 数据库系统概论1.1 数据库基本概念1.2 数据管理技术的产生和发展1 人工管理阶段2 文件系统阶段3 数据库管理系统阶段1.3 数据模型1 概念数据模型2 逻辑数据模型层次模型网状模型关系模型*面向对象模型*1.4 DBMS的功能和特点功能特点1.5 DBS的物理组成和模式结构1.6 常用DBMS产品介绍Ch2 关系模型与关系代数2.1 关系模型的基本概念2.2 关系模型的数

世一汤

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世一汤 · 2022-01-02 18:08:17 发布

文章目录

Ch1 数据库系统概论
Ch2 关系模型与关系代数
Ch8 实体联系E-R模型

Ch1 数据库系统概论

1.1 数据库基本概念

Data

– 数据必须是保存在计算机中，能够被计算机识别、存储、处理的。数据是信息的载体。
Information

– 信息是经过加工后的数据，是对数据的具体描述。
Database，DB

– 长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的大量数据的集合。
Database Managing System，DBMS

– 位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，作用是使数据称为方便各种用户使用的资源，并提高数据的安全性、完整性和可用性。
Metadata

– 元数据即描述数据的数据，相当于数据字典。主要是描述数据属性（property）的信息，如数据的类型，格式，存储大小等。
Database System，DBS

1.2 数据管理技术的产生和发展

三个阶段

1 人工管理阶段

数据不能共享
数据无独立性

2 文件系统阶段

特点：

数据以“文件”形式可长期保存在外部存储器的磁盘上
数据的逻辑结构与物理结构有了区别，但比较简单

不足：

数据冗余
不一致性【由数据冗余造成的，同样的数据在不同文件中不一致】
数据联系弱

3 数据库管理系统阶段

采用数据模型表示复杂的数据结构
有较高的数据独立性
数据库系统为用户提供了方便的用户接口 DAO【data access object】
数据库系统提供了数据控制功能
- 数据库的并发控制
- 数据库的恢复
- 数据完整性
- 数据安全性

1.3 数据模型

数据模型的基本概念

– 数据模型是对现实世界数据特征的抽象 和 对现实世界的模拟。

数据模型的组成要素 三要素

数据结构

数据操作

数据完整性

1 概念数据模型

概念数据模型（Conceptual Data Model）是用户容易理解的、对现实世界特征的数据抽象，它与具体的DBMS无关，是数据库设计员与用户之间进行交流的语言。常用的概念数据模型是实体-联系（Entity-Relationship）模型。

E-R图的表示规则：实体集用矩形，属性用椭圆形，联系用菱形。

2 逻辑数据模型

逻辑数据模型即数据模型，是用户从数据库中所看到的数据模型，是具体的DBMS所支持的数据模型。

主要有层次模型、网状模型、关系模型*、面向对象模型*。

层次模型

– 用**树形(层次)**结构来表示各类实体以及实体间的联系，每一结点表示一个记录类型(实体型)，每个记录类型包含若干个字段（实体的属性）。层次模型数据结构简单清晰。

缺点：

实现复杂
难以管理
实现的限制【不完全是1:m标准】
缺乏标准
缺乏结构独立性
应用程序编写和使用复杂性

优点：对1：m的树形数据结构描述自然、直观、容易理解。

网状模型

– 一种比层次模型更具普遍性的结构（有向图结构）。去掉了层次模型的两个限制，允许多个结点没有双亲结点，允许结点有多个双亲结点。

关系模型*

优点：

结合了层次和网状的优点，摒弃了他们的缺点；

强烈的数学支撑 —— 关系代数

面向对象模型*

redis数据库采用此数据模型

1.4 DBMS的功能和特点

功能

数据定义功能

– 完成对数据库和表的定义功能，DDL（Data Definition Language）
数据操作功能

– 提供数据操作语言 DML（Data Manipulation Language），可以对数据库中的数据进行 CRUD 等操作。
数据库运行控制功能

– 提供数据控制语言DCL（Data Control Language），可以对数据库中的数据进行并发控制功能、数据的安全性控制、数据的完整性控制。
数据组织、存储和管理功能

– DBMS分类组织、存储和管理各种数据，包括数据字典、用户字段、数据的存储路径。确定以何种文件结构和存取方式在存储级上组织这些数据，实现数据之间的联系。
数据库的建立和维护功能
1. 数据库初始数据的输入
2. 转换功能
3. 数据库的转储
4. 恢复功能
5. 数据库的重组织功能和性能监视
6. 分析功能

特点

数据结构化【数据库系统与文件系统的本质区别】
数据的共享性高、冗余度低，易扩展
数据独立性高【脱离软件和硬件，逻辑和物理独立性】
数据由DBMS统一管理和控制

1.5 DBS的物理组成和模式结构

DBS的生态组成，物理组成
DBMS

– 位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，主要目标是使数据成为方便各种用户使用的资源，并提高数据的安全性、完整性和可用性。
三级模式
二级映射
三级模式的主要特点
- 数据独立性
  
  – 对较低层的修改不会对较高层造成影响。数据独立性分为逻辑独立性和物理独立性两类。
- 逻辑独立性【外部模式不受概念模式变化影响】
- 物理独立性【概念模式不受内部模式变化的影响】

1.6 常用DBMS产品介绍

SQL Server：Microsoft
Oracle：50%市场占比
MySQL：开源关系数据库

Ch2 关系模型与关系代数

2.1 关系模型的基本概念

关系实例

– Instance
关系模式

– Relation Schema
关系数据库
关系

– 一个关系是**模式（Schema）和该模式实例（Instance）**的组合。
元组

– 表中的一行（即一个记录），表示一个实体。关系是由元祖组成的。
属性

– 表中的每一列称为属性。每个属性都有一个属性名，属性值则是各元祖属性的取值。
域

– 属性的取值范围。同一属性只能在相同域取值。
度

– 属性域的个数称为关系的目或度。【对关系复杂度的度量】
分量

– 元祖的一个属性值。【最小单位】
键

– 关系中能唯一区分不同元组属性或属性值，称为关系的一个键（Key），或者称为关键字或码。关键字的属性值必须唯一，且不能取空值。
候选键

– 凡是键都是候选键（Candidate Key）。候选键的特征包括：唯一性和最小性。
主属性 & 非主属性

– 在候选键中的属性称为主属性（Prime Attribute），不包括在任何候选键中的属性称为非主属性。
全码

– 在最极端的情况下，关系模式的所有属性都是这个关系模式的候选键，称为 全码（All Key）
主键

– Primary Key，关系中主键是唯一的，从候选键中选择出来的。
外键

– Foreign Key，表A的外键是表B的主键，也是表A与表B的联系所在。表A称为参照关系，表B称为被参照关系。

2.2 关系模型的数据结构

数据模型的三要素之一，数据结构。

关系

– 参照关系

关系有三种类型：基本关系（基本表）、查询表和视图表

基本表是实际存在的表，它是实际存储数据的逻辑表示。

查询表是查询结果对应的表。

视图表是由基本表或其它视图导出的表，是虚表，不对应实际存储的数据。
关系模式

– 关系模式（relation Schema）是型，关系是值

– 关系模式是一个五元组，形式化定义为： $R (U, D, D O M, F)$
- $R$ ：关系名；
- $U$ ：组成该关系的属性名集合， $(A 1, A 2, . . ., A n)$ ；
- $D$ ：属性组U中属性所来自的域；
- $D O M$ ：属性向域的映像集合；
- $F$ ：属性间数据的依赖关系集合。
也可简化为 $R (U)$ or $R (A 1, A 2, . . ., A n)$
关系数据库模式

– 若干关系模式的集合 ${R1,R2,...,Rn}$ 和完整性约束的集合 $I C$ 构成关系数据库模式 $S$

2.3 关系模型的数据操作

数据模型三要素之二，数据操作。

数据查询

– 数据查询操作

可分为：选择、连接、投影、并、差、除、交、笛卡尔积等。

其它操作可由加黑的五种基本操作导出。
数据维护

– 数据增删改
数据控制

– 数据安全性和完整性的控制和并发控制等功能

2.4 关系数据的数据约束

固有约束

– 数据模型中固有的约束
完整性约束*

– 可以在数据模型的模式中直接表述的约束
触发器（复杂/动态逻辑）

– 不能在数据模型的模式中直接表述的约束，必须由应用程序表示和执行
数据依赖

– 数据依赖，包括函数依赖和多值依赖

完整性约束：

实体完整性约束，base

– 要求表中的所有行都有唯一的标识符，称为主键。基本关系的所有主关键字对应的主属性都不能取空值，且取值唯一。在关系模型中，主关键字作为唯一的标识，且不能为空值。
参照完整性，base

– 若属性或属性值F是基本关系R的外键，它与基本关系S的主键相对应（基本关系R和S不一定是不同的关系），则对应R中每个元祖在F上的值必须为：

1 或者取空值，

2 或者等于S中某个元组的主键值。
用户自定义完整性

– eg：性别属性：男/女，百分制成绩属性： 0-100