數(shù)據(jù)庫

第一章

三種數(shù)據(jù)管理技術(shù)和優(yōu)缺點

• 人工管理

• 文件系統(tǒng)

  共享性差告抄，冗余度大

• 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

  特點：

  • 數(shù)據(jù)整體結(jié)構(gòu)化

    不是針對某一個應用栈幸，而是面向全組織愤估；不僅數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)化，數(shù)據(jù)整體也是結(jié)構(gòu)化的速址，數(shù)據(jù)之間有聯(lián)系玩焰；數(shù)據(jù)記錄是變長的；數(shù)據(jù)最小存取單位是數(shù)據(jù)項芍锚。

  • 數(shù)據(jù)共享性高昔园、冗余度低且易擴充

    可以被多個應用蔓榄、用戶共享使用；低冗余節(jié)省空間默刚，使系統(tǒng)易于擴充甥郑。

  • 數(shù)據(jù)獨立性高

    物理獨立性：應用和數(shù)據(jù)的物理存儲是獨立的，物理存儲改變荤西，應用程序不變澜搅。

    邏輯獨立性：應用和數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是獨立的，邏輯結(jié)構(gòu)改變邪锌，應用程序不變店展。

    數(shù)據(jù)獨立性由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的二級映像功能來保證。

  • 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理

    數(shù)據(jù)的安全性保護秃流；數(shù)據(jù)的完整性檢查；并發(fā)控制柳弄；數(shù)據(jù)庫恢復舶胀。

數(shù)據(jù)模型

• 概念模型（信息模型）

  從用戶的角度對數(shù)據(jù)和信息進行建模

• 邏輯模型和物理模型

  • 邏輯模型

    主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型碧注、關(guān)系模型嚣伐、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型、對象關(guān)系數(shù)據(jù)模型萍丐、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型等轩端。從計算機系統(tǒng)的角度建模。用于DBMS實現(xiàn)逝变。

  • 物理模型

    數(shù)據(jù)最底層的抽象基茵，描述數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的表示方式和存取方法，在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法壳影。

客觀對象的抽象過程：

• 將顯示世界抽象為概念模型（信息模型）
• 將概念模型抽象為DBMS支持的數(shù)據(jù)模型
• 邏輯模型到物理模型（DBMS完成）

概念模型

實體-聯(lián)系法

• 實體：客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體
• 屬性：實體具有的某一特性拱层，一個實體可以由若干個屬性來刻畫
• 碼：唯一標識實體的屬性集稱為碼
• 實體型（實體模型）：用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體稱為實體型
• 實體集：同一類型實體的集合稱為實體集
• 聯(lián)系： 現(xiàn)實世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反應為實體內(nèi)部和實體之間的聯(lián)系；實體內(nèi)部的聯(lián)系通常是指實體的屬性之間的聯(lián)系宴咧；實體之間的聯(lián)系通常是指不同實體集之間的聯(lián)系根灯；實體之間的聯(lián)系通常有一對一、一對多掺栅、多對多等烙肺。

實體-聯(lián)系圖/E-R圖

實體矩形，屬性橢圓氧卧、聯(lián)系菱形桃笙，實體和屬性之間用無向邊連接，

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數(shù)據(jù)模型組成（三要素記准俪）

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

描述數(shù)據(jù)庫的組成對象以及對象之間的聯(lián)系怎栽，是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述

內(nèi)容：與對象的類型內(nèi)容性質(zhì)有關(guān)丽猬，也與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系有關(guān)

數(shù)據(jù)操作

對數(shù)據(jù)庫中對象和實例的操作集合，增刪查改熏瞄，是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述

完整性約束條件

一組完整性規(guī)則的集合

完整性規(guī)則：給定數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則脚祟，用于限制數(shù)據(jù)模型的狀態(tài)及狀態(tài)變化，以保證數(shù)據(jù)的正確强饮、有效和相容由桌。

常用的數(shù)據(jù)模型

層次模型和網(wǎng)狀模型稱為非關(guān)系模型，關(guān)系模型邮丰、面向?qū)ο箨P(guān)系模型行您、對象關(guān)系數(shù)據(jù)模型、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型

層次模型

是用樹形結(jié)構(gòu)來表示實體以及實體之間的聯(lián)系剪廉，滿足以下兩個條件的基本層次結(jié)構(gòu)的集合稱為層次模型

• 有且只有一個節(jié)點沒有雙親結(jié)點娃循，稱為根節(jié)點
• 根以外的節(jié)點有且只有一個雙親節(jié)點

層次模型的術(shù)語

• 根節(jié)點
• 雙親結(jié)點
• 兄弟節(jié)點
• 葉節(jié)點（子節(jié)點）

特點：雙親結(jié)點是唯一的；只能直接處理一對多的實體聯(lián)系斗蒋；每個記錄類型可以定義一個排序字段（碼字段）捌斧；任何記錄值只有按其路徑查看才能顯出它的全部意義；沒有一個子女記錄能脫離雙親記錄值而獨立存在泉沾。

完整性約束：

• 不能插入無雙親的子節(jié)點
• 如果刪除雙親節(jié)點捞蚂，則所有子節(jié)點也被刪除
• 更新操作數(shù)，應更新所有對應記錄以保證數(shù)據(jù)的一致性

優(yōu)點：

• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單清晰
• 查詢效率高于關(guān)系模型跷究，不低于網(wǎng)狀模型
• 提供了良好的完整性支持

缺點：

• 多對多表示不自然
• 對插入和刪除操作的限制多姓迅，程序編寫復雜
• 查詢子節(jié)點必須經(jīng)過雙親節(jié)點
• 層次命令趨于程序化

網(wǎng)狀模型

滿足以下條件：

• 允許一個以上的節(jié)點無雙親
• 一個節(jié)點可以有一個以上的雙親

層次模型是網(wǎng)狀模型的一個特例，網(wǎng)狀模型中父子節(jié)點的聯(lián)系可以不唯一俊马，要為每個聯(lián)系命名并指出與該聯(lián)系有關(guān)的父子節(jié)點

優(yōu)點：

• 更直觀的描述現(xiàn)實世界
• 具有良好的性能丁存，存取效率高

缺點：

• 結(jié)構(gòu)復雜，隨著數(shù)據(jù)的增多潭袱，數(shù)據(jù)越來越復雜不利于維護
• DDL柱嫌、DML語言復雜
• 記錄之間的聯(lián)系是通過存取路徑實現(xiàn)的，用戶必須了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的細節(jié)

關(guān)系模型

邏輯結(jié)構(gòu)是一個二維表屯换，由行和列組成

• 關(guān)系：即一張表
• 元組：一行
• 屬性：列
• 主碼
• 域：一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合编丘，屬性的取值范圍
• 分量：元組中的一個屬性值
• 關(guān)系模式：對關(guān)系的描述，即實體型彤悔，下劃線的屬性是主碼

關(guān)系模型的規(guī)范：

• 每一個分量都是密不可分的數(shù)據(jù)項嘉抓，數(shù)據(jù)項是關(guān)系模型中的最小操作單位，即不允許表中有表

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優(yōu)點：

• 建立在嚴格的數(shù)學概念的基礎(chǔ)上
• 概念單一晕窑，實體和各類聯(lián)系以及對數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果都用關(guān)系來表示
• 關(guān)系模式的存取路徑對用戶透明抑片，有更高的數(shù)據(jù)獨立性和安全保密性，簡化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫開發(fā)的工作

缺點：

• 查詢效率低杨赤，需要另外增加對查詢的優(yōu)化

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

模式：schema敞斋，是型的描述截汪，反應的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和聯(lián)系，是靜態(tài)的

實例：instance植捎，模式的具體值衙解，是某一時刻的狀態(tài)，是動態(tài)的焰枢，一個模式可以有多個實例

三級模式

• 模式：定義和值
• 外模式：使用管理蚓峦，通常是模式的子集，一個模式可能有多個外模式济锄，一個外模式可以供多個應用使用
  • 保證數(shù)據(jù)安全性
  • 每個用戶只能訪問對應外模式中的數(shù)據(jù)
• 內(nèi)模式：存儲管理：一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式

二級=映像功能與數(shù)據(jù)獨立性

• 外模式到模式的映射
• 模式到內(nèi)模式的映射

數(shù)據(jù)的邏輯獨立性

應用程序（外模式）與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)（模式）是相互獨立的暑椰，即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，應用程序不用改變

外模式/模式映象定義了外模式與模式之間的對應關(guān)系荐绝，當模式改變時一汽，只需修改外模式/模式映象，使外模式保持不變低滩，而應用程序時是根據(jù)外模式編寫的角虫，因次不需要修改外部程序，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨立性

數(shù)據(jù)的物理獨立性

應用程序（外模式）與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫（文件）中的存儲結(jié)構(gòu)（內(nèi)模式）是相互獨立的委造。數(shù)據(jù)文件的組織方式改變不需要修改應用程序

模式/內(nèi)模式映象定義了數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對于關(guān)系，當存儲結(jié)構(gòu)改變均驶，只需修改模式/內(nèi)模式映象昏兆，使模式保持不變。同樣不需要修改應用程序妇穴，保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性

第二章

關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義

• 域：一類具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合
• 笛卡爾積：給定一組域D1爬虱，...Dn，其笛卡爾積D1*...*Dn={(d1,...,dn)|di=1,...,n}腾它。其中（d1,...dn)稱為元組跑筝，di稱為元組的第i個分量，D1*...*Dn的一個子集叫做該域上的關(guān)系瞒滴，定義在n個域上的關(guān)系稱為n元關(guān)系曲梗。有些笛卡爾積可能沒有意義

關(guān)系的6個性質(zhì)：

• 列是同質(zhì)的
• 不同的列可以出自同一個域
• 列序無關(guān)性
• 任意兩個元組不能完全相同
• 行序無關(guān)行
• 分量必須取原子值

幾個概念：

• 候選碼：能夠唯一標識元組的屬性
• 主碼：候選碼中選擇一個作為主碼
• 主屬性：出現(xiàn)在候選碼中的屬性
• 非主屬性：不出現(xiàn)在候選碼中的屬性

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關(guān)系操作

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關(guān)系的完整性

• 實體完整性

  主屬性不能取空值

• 參照系統(tǒng)完整性

  外碼只能取空值或者對于關(guān)系中包含的主碼，不能取未出現(xiàn)的值

• 用戶定義完整性

  對某些屬性進行約束

關(guān)系代數(shù)

以集合為基礎(chǔ)妓忍，定義一組運算虏两，由已知關(guān)系經(jīng)過一系列運行，得到需要的查詢結(jié)果世剖，關(guān)系代數(shù)是過程化的查詢語言

關(guān)系代數(shù)繼承傳統(tǒng)的集合運算：交定罢、并、差旁瘫、廣義笛卡爾積祖凫。其中交并差要求參與運算的兩個關(guān)系要由相同的結(jié)構(gòu)琼蚯。

專門的關(guān)系運算：

選擇

其中F是條件，一般為一個邏輯表達式

投影

從R中選擇出若干屬性組成新的關(guān)系

其中A為要取出的R中的列的集合

注：投影之后不僅取消了原關(guān)系中的某些列惠况，還可能取消某些行（避免重復行）

連接

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同樣需要取消重復列

兩種常用的連接運算

• 等值連接：A=B
• 自然連接：特殊的等值連接遭庶，要求條件中的兩個列必須是同名的，并在結(jié)果中合并

幾種特殊的自然連接：

• 左外連接：保留左側(cè)不匹配的售滤，NULL填充罚拟，下同
• 右外連接：保留右側(cè)不匹配的
• 外連接：保留不匹配的
• 內(nèi)連接：丟棄不匹配的（一般的自然連接）

象集

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除法

整除，類似取樣性質(zhì)弊知，需要取樣時會用到除法

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對于共同屬性的判斷阻逮，是域相同而不是屬性名相同，但通常是指公共屬性

各類符號

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關(guān)系演算

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看PPT

SQL

在mysql中秩彤，create database和create schema是等價的

一些sql關(guān)鍵字：

• authorization：指定所有者
• primary key：指定主鍵叔扼，主鍵指定的屬性不能用unique和not null修飾
• unique：唯一性約束，但可以有多個空值
• foreign key (<column.name>) references <table.name>(<column.name>)
• distinct：消除重復組漫雷。select distinct * from table.name
• between and/not between and
• in/not in
• like：%通配符垄潮，_單通配符/not like
• desc降序/asc升序
• group by：分組并使集函數(shù)分別作用于每個組
• intesect：返回兩個select查詢中相同的部分

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索引

• 普通索引
• 單一索引：對索引加上unique約束，create unique index table.name(column.name)
• 聚簇索引：會改變內(nèi)模式

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自身連接

select a.con, b.conp from course a,course b;取別名

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嵌套查詢中子查詢不能使用order by語句

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子查詢時绒极，子查詢語句要放在等號后面

相關(guān)子查詢：子查詢的條件與父查詢當前值相關(guān)躲叼。相關(guān)子查詢?nèi)绻硬樵兒透覆樵兪菍ν粋€數(shù)據(jù)庫操作，必須使用別名蓄坏。如果是不相關(guān)子查詢也可以不用別名价捧。

集函數(shù)不能出現(xiàn)在where字句中，只能在select字句和having短句中涡戳。集函數(shù)不能嵌套结蟋。

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from語句后的表也可以是子查詢，但必須使用別名

數(shù)據(jù)更新時會檢查完整性規(guī)則：

• 實體完整性
• 參照完整性
• 用戶定義完整性

視圖view

和表操作基本一致渔彰，但是view不占用實際存儲空間嵌屎，而是在使用時從表中獲取臨時數(shù)據(jù)集，視圖對應外模式恍涂。

視圖的作用：
簡化用戶操作编整，使多用戶從多個角度看待同一數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的邏輯獨立性乳丰，提供數(shù)據(jù)保密

數(shù)據(jù)完整性

三個要求：

• 提供定義完整性約束條件（可定義）
• 提供完整性檢查的方法（可檢查）
• 違約處理（可處理）

實體完整性

定義

• 列級約束定義

  在建表時的列聲明后加上碼約束掌测，單屬性碼

• 表級主碼約束

  在建表時列聲明完成侯最后進行碼約束，單屬性或多屬性碼

檢查

DBMS檢查：

• 主碼是否唯一

  • 全表掃描

    耗時

  • 索引

    DBMS在主碼上自動建立索引

    • B+樹索引

• 檢查主碼是否為空

參照完整性

定義

• foreign key創(chuàng)建2外碼約束
• references指明外碼參照的表和其屬性
• 外碼定義時需要定義外碼是否允許為空

檢查

• 附表插入元組中的外碼在主表中沒有對應的主碼
• 附表修改元組中的外碼在主表中沒有對應的主碼
• 主表中刪除一個元組導致附表中的元組外碼對應缺失
• 主表中修改一個元組導致附表中的元組外碼對應缺失

處理：

附表操作：拒絕

主表操作：拒絕/級連刪除/附表中對應外碼設空

用戶定義完整性

屬性約束

定義

表聲明列定義時添加的約束：

• 列值非空：NOT NULL
• 列值唯一：UNIQUE
• 列值檢查：CHECK

檢查和處理

拒絕

元組約束

定義

表聲明列定義時使用CHECK語句建立，可以設置同一組不同屬性之間的約束

檢查和處理

拒絕

完整性約束命名字句

定義

constraint <約束名> <約束條件>

約束條件包括：

• not null
• unique
• primary key
• foreign kry
• check

修改

alter table <table.name> (drop/add) constraint <constraint.name>

斷言

create assertion語句創(chuàng)建斷言

create assertion <assertion.name> <條件>

對斷言中涉及的關(guān)系進行操作都會觸發(fā)斷言汞斧，不能通過斷言的操作都會被拒絕

觸發(fā)器

定義

create trigger <觸發(fā)器名>

{before/after} <觸發(fā)事件> on <表名>

referencing new/old row as <變量>

for each {row/statement}

[when <觸發(fā)條件>]<觸發(fā)動作體>

觸發(fā)器又叫：事件-條件-動作夜郁；觸發(fā)器只能定義在基本表上，不能定義在視圖上粘勒；基本表數(shù)據(jù)發(fā)生變化時竞端，將激活定義在該表上相應的觸發(fā)器

before/after指定觸發(fā)動作執(zhí)行的時間；觸發(fā)事件是insert\delete\update或者他們的組合庙睡，或update of <列名,...>指定觸發(fā)列事富；row/statement指定觸發(fā)器級別，語句級觸發(fā)器每條語句最多觸發(fā)一次乘陪，行級觸發(fā)器每行最多觸發(fā)一次

關(guān)系數(shù)據(jù)理論

數(shù)據(jù)依賴

一個關(guān)系內(nèi)部屬性與屬性之間的一種約束關(guān)系统台，是現(xiàn)實世界屬性間相互聯(lián)系的抽象，是數(shù)據(jù)的內(nèi)在性質(zhì)啡邑，是語義的體現(xiàn)贱勃。

規(guī)范化

函數(shù)依賴

由一個屬性可以唯一確定另一個屬性，稱為函數(shù)依賴（類似函數(shù)關(guān)系）谤逼。如學號可以唯一確定姓名贵扰。

通過依賴將模式分解。

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平凡函數(shù)依賴與非平凡函數(shù)依賴

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若X->Y流部，則稱X為這個函數(shù)依賴的決定因素

• 完全函數(shù)依賴

  X->Y戚绕，X的任何真子集，不能決定Y枝冀，稱為完全函數(shù)依賴

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• 部分函數(shù)依賴

  X->Y列肢，X的某個真子集也能決定Y，稱為部分函數(shù)依賴

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• 傳遞函數(shù)依賴

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碼

• 全碼

  關(guān)系中宾茂，所有屬性共同決定組成候選碼，任意部分都不能組成候選碼拴还，改碼稱為主碼

• 候選碼

• 主碼

• 外碼

范式

• 1NF
• 2NF
• 3NF
• BCNF
• 4NF
• 5NF

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第一范式

表項不可再分

第二范式

每個表都有主碼

任何一個非主屬性跨晴，都完全依賴于候選碼

例如主碼（學號，課程號）片林，非主屬性（成績端盆，姓名），其中非主屬性姓名不是主碼的完全依賴（只依賴于學號）费封，那么該關(guān)系不屬于第二范式

盡量讓主碼為單一字段

將不符合第二范式的模式分解焕妙，使其符合第二范式

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第三范式

不存在非主屬性之間的傳遞依賴

BCNF

只有候選碼能決定屬性組