計算機二級公共基礎(chǔ)知識總結(jié)

1、.1.1 算法1、算法是指解題方案的準確而完整的描述。換句話說，算法是對特定問題求解步驟的一種描述。*：算法不等于程序，也不等于計算方法算法的基本特征（1）可行性。針對實際問題而設(shè)計的算法，執(zhí)行后能夠得到滿意的結(jié)果。（2）確定性。每一條指令的含義明確，無二義性。并且在任何條件下，算法只有唯一的一條執(zhí)行路徑，即相同的輸入只能得出相同的輸出。（3）有窮性。算法必須在有限的時間內(nèi)完成。有兩重含義，一是算法中的操作步驟為有限個，二是每個步驟都能在有限時間內(nèi)完成。（4）擁有足夠的情報。算法中各種運算總是要施加到各個運算對象上，而這些運算對象又可能具有某種初始狀態(tài)，這就是算法執(zhí)行的起點或依據(jù)。因此，一個算

2、法執(zhí)行的結(jié)果總是與輸入的初始數(shù)據(jù)有關(guān)，不同的輸入將會有不同的結(jié)果輸出。當輸入不夠或輸入錯誤時，算法將無法執(zhí)行或執(zhí)行有錯。一般說來，當算法擁有足夠的情報時，此算法才是有效的；而當提供的情報不夠時，算法可能無效。3、算法復雜度主要包括時間復雜度和空間復雜度。（1）算法時間復雜度是指執(zhí)行算法所需要的計算工作量，可以用執(zhí)行算法的過程中所需基本運算的執(zhí)行次數(shù)來度量。（2）算法空間復雜度是指執(zhí)行這個算法所需要的內(nèi)存空間。1.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本概念1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指相互有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)元素的集合。2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要包括：（1）數(shù)據(jù)集合中各數(shù)據(jù)元素之間所固有的邏輯關(guān)系，即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)包含：1）表示數(shù)

3、據(jù)元素的信息；2）表示各數(shù)據(jù)元素之間的前后件關(guān)系。線性表邏輯結(jié)構(gòu)線性結(jié)構(gòu)（一對一）非線性結(jié)構(gòu)隊列棧樹（一對多）圖（多對多）（2）在對數(shù)據(jù)進行處理時，各數(shù)據(jù)元素在計算機中的存儲關(guān)系，即數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)有順序、鏈式等。1）順序存儲。它是把邏輯上相鄰的結(jié)點存儲在物理位置相鄰的存儲單元里，結(jié)點間的邏輯關(guān)系由存儲單元的鄰接關(guān)系來體現(xiàn)。由此得到的存儲表示稱為順序存儲結(jié)構(gòu)。2）鏈式存儲。它不要求邏輯上相鄰的結(jié)點在物理位置上亦相鄰，結(jié)點間的邏輯關(guān)系是由附加的指針字段表示的。由此得到的存儲表示稱為鏈式存儲結(jié)構(gòu)。*：數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)反映數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系，數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)（也稱數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)）是數(shù)據(jù)

4、的邏輯結(jié)構(gòu)在計算機存儲空間中的存放形式。同一種邏輯結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)可以采用不同的存儲結(jié)構(gòu)，但影響數(shù)據(jù)處理效率。1.4 棧和隊列1、棧及其基本運算棧是限定在一端進行插入與刪除運算的線性表。在棧中，允許插入與刪除的一端稱為棧頂，不允許插入與刪除的另一端稱為棧底。棧頂元素總是最后被插入的元素，棧底元素總是最先被插入的元素。即棧是按照“先進后出”或“后進先出”的原則組織數(shù)據(jù)的。2、隊列及其基本運算隊列是指允許在一端（隊尾）進入插入，而在另一端（隊頭）進行刪除的線性表。尾指針（Rear）指向隊尾元素，頭指針（front）指向排頭元素的前一個位置（隊頭）。隊列是“先進先出”或“后進后出”的線性表。1.6 樹與二

5、叉樹1、樹的基本概念樹是一種簡單的非線性結(jié)構(gòu)。在樹這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，所有數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系具有明顯的層次特性。在樹結(jié)構(gòu)中，每一個結(jié)點只有一個前件，稱為父結(jié)點。沒有前件的結(jié)點只有一個，稱為樹的根結(jié)點，簡稱樹的根。每一個結(jié)點可以有多個后件，稱為該結(jié)點的子結(jié)點。沒有后件的結(jié)點稱為葉子結(jié)點。在樹結(jié)構(gòu)中，一個結(jié)點所擁有的后件的個數(shù)稱為該結(jié)點的度，所有結(jié)點中最大的度稱為樹的度。樹的最大層次稱為樹的深度。2、二叉樹及其基本性質(zhì)（1）什么是二叉樹二叉樹是一種很有用的非線性結(jié)構(gòu)，它具有以下兩個特點：1）非空二叉樹只有一個根結(jié)點；2）每一個結(jié)點最多有兩棵子樹，且分別稱為該結(jié)點的左子樹與右子樹。*：根據(jù)二叉樹的概念可

6、知，二叉樹的度可以為0（葉結(jié)點）、1（只有一棵子樹）或2（有2棵子樹）。（2）二叉樹的基本性質(zhì)性質(zhì)1 在二叉樹的第k層上，最多有 個結(jié)點。性質(zhì)2 深度為m的二叉樹最多有個 個結(jié)點。性質(zhì)3 在任意一棵二叉樹中，度數(shù)為0的結(jié)點（即葉子結(jié)點）總比度為2的結(jié)點多一個。性質(zhì)4 具有n個結(jié)點的二叉樹，其深度至少為 ，其中 表示取 的整數(shù)部分。3、滿二叉樹與完全二叉樹滿二叉樹：除最后一層外，每一層上的所有結(jié)點都有兩個子結(jié)點。完全二叉樹：除最后一層外，每一層上的結(jié)點數(shù)均達到最大值；在最后一層上只缺少右邊的若干結(jié)點。*：根據(jù)完全二叉樹的定義可得出：度為1的結(jié)點的個數(shù)為0或1。下圖a表示的是滿二叉樹，下圖b表示的

7、是完全二叉樹：完全二叉樹還具有如下兩個特性：性質(zhì)5 具有n個結(jié)點的完全二叉樹深度為 。性質(zhì)6 設(shè)完全二叉樹共有n個結(jié)點，如果從根結(jié)點開始，按層序（每一層從左到右）用自然數(shù)1，2，n給結(jié)點進行編號，則對于編號為k（k=1，2，n）的結(jié)點有以下結(jié)論：若k=1，則該結(jié)點為根結(jié)點，它沒有父結(jié)點；若k>1，則該結(jié)點的父結(jié)點的編號為INT(k/2)。若2kn，則編號為k的左子結(jié)點編號為2k；否則該結(jié)點無左子結(jié)點（顯然也沒有右子結(jié)點）。若2k+1n，則編號為k的右子結(jié)點編號為2k+1；否則該結(jié)點無右子結(jié)點。5、二叉樹的遍歷二叉樹的遍歷是指不重復地訪問二叉樹中的所有結(jié)點。二叉樹的遍歷可以分為以下三種：（

8、1）前序遍歷（DLR）：若二叉樹為空，則結(jié)束返回。否則：首先訪問根結(jié)點，然后遍歷左子樹，最后遍歷右子樹；并且，在遍歷左右子樹時，仍然先訪問根結(jié)點，然后遍歷左子樹，最后遍歷右子樹。（2）中序遍歷（LDR）：若二叉樹為空，則結(jié)束返回。否則：首先遍歷左子樹，然后訪問根結(jié)點，最后遍歷右子樹；并且，在遍歷左、右子樹時，仍然先遍歷左子樹，然后訪問根結(jié)點，最后遍歷右子樹。（3）后序遍歷（LRD）：若二叉樹為空，則結(jié)束返回。否則：首先遍歷左子樹，然后遍歷右子樹，最后訪問根結(jié)點，并且，在遍歷左、右子樹時，仍然先遍歷左子樹，然后遍歷右子樹，最后訪問根結(jié)點。1.7 查找技術(shù)查找：根據(jù)給定的某個值，在查找表中確定一個

9、其關(guān)鍵字等于給定值的數(shù)據(jù)元素。查找結(jié)果：（查找成功：找到；查找不成功：沒找到。）平均查找長度：查找過程中關(guān)鍵字和給定值比較的平均次數(shù)。1、順序查找基本思想：從表中的第一個元素開始，將給定的值與表中逐個元素的關(guān)鍵字進行比較，直到兩者相符，查到所要找的元素為止。否則就是表中沒有要找的元素，查找不成功。在平均情況下，利用順序查找法在線性表中查找一個元素，大約要與線性表中一半的元素進行比較，最壞情況下需要比較n次。順序查找一個具有n個元素的線性表，其平均復雜度為O（n）。下列兩種情況下只能采用順序查找：1）如果線性表是無序表（即表中的元素是無序的），則不管是順序存儲結(jié)構(gòu)還是鏈式存儲結(jié)構(gòu)，都只能用順序查

10、找。2）即使是有序線性表，如果采用鏈式存儲結(jié)構(gòu)，也只能用順序查找。2、二分法查找思想：先確定待查找記錄所在的范圍，然后逐步縮小范圍，直到找到或確認找不到該記錄為止。前提：必須在具有順序存儲結(jié)構(gòu)的有序表中進行。查找過程：1）若中間項（中間項mid=(n-1)/2，mid的值四舍五入取整）的值等于x，則說明已查到；2）若x小于中間項的值，則在線性表的前半部分查找；3）若x大于中間項的值，則在線性表的后半部分查找。特點：比順序查找方法效率高。最壞的情況下，需要比較log2n次。*：二分法查找只適用于順序存儲的線性表，且表中元素必須按關(guān)鍵字有序（升序）排列允許相鄰元素值相等。對于無序線性表和線性表的鏈

11、式存儲結(jié)構(gòu)只能用順序查找。在長度為n的有序線性表中進行二分法查找，其時間復雜度為O（log2n）。1.8 排序技術(shù)排序是指將一個無序序列整理成按值非遞減順序排列的有序序列，即是將無序的記錄序列調(diào)整為有序記錄序列的一種操作。1、交換類排序法（方法：冒泡排序，快速排序）。2、插入類排序法（方法：簡單插入排序，希爾排序）。3、選擇類排序法（方法：簡單選擇排序，堆排序）?？偨Y(jié)：各種排序法比較：第二章 程序設(shè)計基礎(chǔ)2.1 程序設(shè)計風格程序設(shè)計的風格主要強調(diào)：“清晰第一，效率第二”。主要應(yīng)注重和考慮下述一些因素：（1）源程序文檔化。1）符號名的命名。符號名能反映它所代表的實際東西，應(yīng)有一定的實際含義。2.

12、2 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計（面向過程的程序設(shè)計方法）1、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法的主要原則可以概括為：自頂向下，逐步求精，模塊化，限制使用goto語句。（1）自頂向下。程序設(shè)計時，應(yīng)先考慮總體，后考慮細節(jié)；先考慮全局目標，后考慮局部目標。不要一開始就過多追求眾多的細節(jié)，先從最上層總目標開始設(shè)計，逐步使問題具體化。（2）逐步求精。對復雜問題，應(yīng)設(shè)計一些子目標作過渡，逐步細化。（3）模塊化。一個復雜問題，肯定是由若干稍簡單的問題構(gòu)成。模塊化是把程序要解決的總目標分解為分目標，再進一步分解為具體的小目標，把每個小目標稱為一個模塊。（4）限制使用goto語句。2、結(jié)構(gòu)化程序的基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)，選擇結(jié)構(gòu)，重復結(jié)構(gòu)。

13、1）順序結(jié)構(gòu)。一種簡單的程序設(shè)計，即按照程序語句行的自然順序，一條語句一條語句地執(zhí)行程序，它是最基本、最常用的結(jié)構(gòu)。2）選擇結(jié)構(gòu)。又稱分支結(jié)構(gòu)，包括簡單選擇和多分支選擇結(jié)構(gòu)，可根據(jù)條件，判斷應(yīng)該選擇哪一條分支來執(zhí)行相應(yīng)的語句序列。3）重復結(jié)構(gòu)。又稱循環(huán)結(jié)構(gòu)，可根據(jù)給定的條件，判斷是否需要重復執(zhí)行某一相同的或類似的程序段。僅僅使用順序、選擇和循環(huán)三種基本控制結(jié)構(gòu)就足以表達各種其他形式結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)任何單入口/單出口的程序。2.3 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計客觀世界中任何一個事物都可以被看成是一個對象，面向?qū)ο蠓椒ǖ谋举|(zhì)就是主張從客觀世界固有的事物出發(fā)來構(gòu)造系統(tǒng)，提倡人們在現(xiàn)實生活中常用的思維來認識、理解

14、和描述客觀事物，強調(diào)最終建立的系統(tǒng)能夠映射問題域。也就是說，系統(tǒng)中的對象及對象之間的關(guān)系能夠如實地反映問題域中固有的事物及其關(guān)系。面向?qū)ο蠓椒ǖ闹饕獌?yōu)點：（1）與人類習慣的思維方法一致；（2）穩(wěn)定性好；（3）可重用軟件的重用是指在不同的軟件開發(fā)過程中重復使用相同或相似軟件的過程。性好；（4）易于開發(fā)大型軟件產(chǎn)品；（5）可維護性好。*：面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計主要考慮的是提高軟件的可重用性。對象是面向?qū)ο蠓椒ㄖ凶罨镜母拍睿梢杂脕肀硎究陀^世界中的任何實體，對象是實體的抽象。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法中的對象是系統(tǒng)中用來描述客觀事物的一個實體，是構(gòu)成系統(tǒng)的一個基本單位，由一組表示其靜態(tài)特征的屬性和它可執(zhí)行

15、的一組操作組成。對象是屬性和方法的封裝體。屬性即對象所包含的信息，它在設(shè)計對象時確定，一般只能通過執(zhí)行對象的操作來改變。操作描述了對象執(zhí)行的功能，操作也稱為方法或服務(wù)。操作是對象的動態(tài)屬性。*：一個對象由對象名、屬性和操作三部分組成。對象的基本特點：標識惟一性，分類性，多態(tài)性，封裝性，模塊獨立性好。（1）標識惟一性。指對象是可區(qū)分的，并且由對象的內(nèi)在本質(zhì)來區(qū)分，而不是通過描述來區(qū)分。 （2）分類性。指可以將具有相同屬性的操作的對象抽象成類。 （3）多態(tài)性。指同一個操作可以是不同對象的行為。 （4）封裝性。從外面看只能看到對象的外部特性，即只需知道數(shù)據(jù)的取值范圍和可以對該數(shù)據(jù)施加的操作，根本無需

16、知道數(shù)據(jù)的具體結(jié)構(gòu)以及實現(xiàn)操作的算法。對象的內(nèi)部，即處理能力的實行和內(nèi)部狀態(tài)，對外是不可見的。從外面不能直接使用對象的處理能力，也不能直接修改其內(nèi)部狀態(tài)，對象的內(nèi)部狀態(tài)只能由其自身改變。*：信息隱蔽是通過對象的封裝性來實現(xiàn)的。 （5）模塊獨立性好。對象是面向?qū)ο蟮能浖幕灸K，它是由數(shù)據(jù)及可以對這些數(shù)據(jù)施加的操作所組成的統(tǒng)一體，而且對象是以數(shù)據(jù)為中心的，操作圍繞對其數(shù)據(jù)所需做的處理來設(shè)置，沒有無關(guān)的操作。從模塊的獨立性考慮，對象內(nèi)部各種元素彼此結(jié)合得很緊密，內(nèi)聚性強。類是指具有共同屬性、共同方法的對象的集合。所以類是對象的抽象，對象是對應(yīng)類的一個實例。消息是一個實例與另一個實例之間傳遞的信息

17、。消息的組成包括：（1）接收消息的對象的名稱；（2）消息標識符，也稱消息名；（3）零個或多個參數(shù)。*：在面向?qū)ο蠓椒ㄖ?，一個對象請求另一個對象為其服務(wù)的方式是通過發(fā)送消息。繼承是指能夠直接獲得已有的性質(zhì)和特征，而不必重復定義他們。繼承分單繼承和多重繼承。單繼承指一個類只允許有一個父類，多重繼承指一個類允許有多個父類。*：類的繼承性是類之間共享屬性和操作的機制，它提高了軟件的可重用性。多態(tài)性是指同樣的消息被不同的對象接受時可導致完全不同的行動的現(xiàn)象。 第三章 軟件工程基礎(chǔ)3.1 軟件工程基本概念軟件工程是應(yīng)用于計算機軟件的定義、開發(fā)和維護的一整套方法、工具、文檔、實踐標準和工序。軟件工程的目的就

18、是要建造一個優(yōu)良的軟件系統(tǒng)，它所包含的內(nèi)容概括為以下兩點：1）軟件開發(fā)技術(shù)，主要有軟件開發(fā)方法學、軟件工具、軟件工程環(huán)境。2）軟件工程管理，主要有軟件管理、軟件工程經(jīng)濟學。軟件工程的主要思想是將工程化原則運用到軟件開發(fā)過程，它包括3個要素：方法、工具和過程。方法是完成軟件工程項目的技術(shù)手段；工具是支持軟件的開發(fā)、管理、文檔生成；過程支持軟件開發(fā)的各個環(huán)節(jié)的控制、管理。軟件工程過程是把輸入轉(zhuǎn)化為輸出的一組彼此相關(guān)的資源和活動。3、軟件生命周期軟件生命周期：軟件產(chǎn)品從提出、實現(xiàn)、使用維護到停止使用退役的過程。軟件生命周期分為軟件定義、軟件開發(fā)及軟件運行維護三個階段：1）軟件定義階段：包括制定計劃和

19、需求分析。制定計劃：確定總目標；可行性研究；探討解決方案；制定開發(fā)計劃。需求分析：對待開發(fā)軟件提出的需求進行分析并給出詳細的定義。2）軟件開發(fā)階段：軟件設(shè)計：分為概要設(shè)計和詳細設(shè)計兩個部分。軟件實現(xiàn)：把軟件設(shè)計轉(zhuǎn)換成計算機可以接受的程序代碼。軟件測試：在設(shè)計測試用例的基礎(chǔ)上檢驗軟件的各個組成部分。3）軟件運行維護階段：軟件投入運行，并在使用中不斷地維護，進行必要的擴充和刪改。*：軟件生命周期中所花費最多的階段是軟件運行維護階段。2、結(jié)構(gòu)化分析方法結(jié)構(gòu)化分析方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計理論在軟件需求分析階段的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)化分析方法的實質(zhì)：著眼于數(shù)據(jù)流，自頂向下，逐層分解，建立系統(tǒng)的處理流程，以數(shù)據(jù)流圖和數(shù)

20、據(jù)字典為主要工具，建立系統(tǒng)的邏輯模型。結(jié)構(gòu)化分析的常用工具：1）數(shù)據(jù)流圖（DFD）；2）數(shù)據(jù)字典（DD）；3）判定樹；4）判定表。數(shù)據(jù)流圖以圖形的方式描繪數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中流動和處理的過程，它反映了系統(tǒng)必須完成的邏輯功能，是結(jié)構(gòu)化分析方法中用于表示系統(tǒng)邏輯模型的一種工具。上圖是數(shù)據(jù)流圖的基本圖形元素：3、軟件需求規(guī)格說明書（SRS）軟件需求規(guī)格說明書是需求分析階段的最后成果，通過建立完整的信息描述、詳細的功能和行為描述、性能需求和設(shè)計約束的說明、合適的驗收標準，給出對目標軟件的各種需求。軟件設(shè)計的基本原理包括：抽象、模塊化、信息隱蔽和模塊獨立性。模塊的耦合性和內(nèi)聚性是衡量軟件的模塊獨立性的兩個定性指

21、標。內(nèi)聚性：是一個模塊內(nèi)部各個元素間彼此結(jié)合的緊密程度的度量。一個設(shè)計良好的軟件系統(tǒng)應(yīng)具有高內(nèi)聚、低耦合的特征。在結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計中，模塊劃分的原則是：模塊內(nèi)具有高內(nèi)聚度，模塊間具有低耦合度。3.4 軟件測試1、軟件測試定義：使用人工或自動手段來運行或測定某個系統(tǒng)的過程，其目的在于檢驗它是否滿足規(guī)定的需求或是弄清預期結(jié)果與實際結(jié)果之間的差別。*：軟件測試的目的：盡可能地多發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤，不能也不可能證明程序沒有錯誤。2、軟件測試方法：靜態(tài)測試和動態(tài)測試。靜態(tài)測試：包括代碼檢查、靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、代碼質(zhì)量度量。不實際運行軟件，主要通過人工進行。動態(tài)測試：是基于計算機的測試，主要包括白盒測試方法和黑盒

22、測試方法。（1）白盒測試白盒測試方法也稱為結(jié)構(gòu)測試或邏輯驅(qū)動測試。它是根據(jù)軟件產(chǎn)品的內(nèi)部工作過程，檢查內(nèi)部成分，以確認每種內(nèi)部操作符合設(shè)計規(guī)格要求。（2）黑盒測試黑盒測試方法也稱為功能測試或數(shù)據(jù)驅(qū)動測試。3、軟件測試過程一般按4個步驟進行：單元測試、集成測試、確認測試和系統(tǒng)測試。3.5 程序的調(diào)試程序調(diào)試的任務(wù)是診斷和改正程序中的錯誤，主要在開發(fā)階段進行，調(diào)試程序應(yīng)該由編制源程序的程序員來完成。第四章 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1、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（1）數(shù)據(jù)：實際上就是描述事物的符號記錄。數(shù)據(jù)的特點：有一定的結(jié)構(gòu)，有型與值之分。數(shù)據(jù)的型給出了數(shù)據(jù)表示的類型，如整型、實

23、型、字符型等。而數(shù)據(jù)的值給出了符合給定型的值，如整型（INT）值15。（2）數(shù)據(jù)庫（DB）：是數(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，并可被各個應(yīng)用程序所共享。數(shù)據(jù)庫存放數(shù)據(jù)是按數(shù)據(jù)所提供的數(shù)據(jù)模式存放的，具有集成與共享的特點，亦即是數(shù)據(jù)庫集中了各種應(yīng)用的數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)一的構(gòu)造和存儲，而使它們可被不同應(yīng)用程序所使用。（3）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）：一種系統(tǒng)軟件，負責數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)維護、控制及保護和數(shù)據(jù)服務(wù)等，是數(shù)據(jù)庫的核心。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能：1）數(shù)據(jù)模式定義。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負責為數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模式，也就是為數(shù)據(jù)庫構(gòu)建其數(shù)據(jù)框架。2）數(shù)據(jù)存

24、取的物理構(gòu)建。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負責為數(shù)據(jù)模式的物理存取與構(gòu)建提供有效的存取方法與手段。3）數(shù)據(jù)操縱。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為用戶使用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)提供方便，它一般提供如查詢、插入、修改以及刪除數(shù)據(jù)的功能。此外，它自身還具有做簡單的算術(shù)運算及統(tǒng)計的能力，而且還可以與某些過程性語言結(jié)合，使其具有強大的過程性操作能力。4）數(shù)據(jù)的完整性、安生性定義與檢查。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有內(nèi)在語義上的關(guān)聯(lián)性與一致性，它們構(gòu)成了數(shù)據(jù)的完整性，數(shù)據(jù)的完整性是保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)正確的必要條件，因此必須經(jīng)常檢查以維護數(shù)據(jù)正確。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有共享性，而數(shù)據(jù)共享可能會引發(fā)數(shù)據(jù)的非法使用，因此必須要對數(shù)據(jù)正確使用做出必要的規(guī)定，并在使用時

25、做檢查，這就是數(shù)據(jù)的安全性。數(shù)據(jù)完整性與安全性的維護是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本功能。5）數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制與故障恢復。數(shù)據(jù)庫是一個集成、共享的數(shù)據(jù)集合體，它能為多個應(yīng)用程序服務(wù)，所以就存在著多個應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫的并發(fā)操作。在并發(fā)操作中如果不加控制和管理，多個應(yīng)用程序間就會相互干擾，從而對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)造成破壞。因此，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須對多個應(yīng)用程序的并發(fā)操作做必要的控制以保證數(shù)據(jù)不受破壞，這就是數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)一旦遭到破壞，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)必須有能力及時進行恢復，這就是數(shù)據(jù)庫的故障恢復。6）數(shù)據(jù)的服務(wù)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的多種服務(wù)功能，如數(shù)據(jù)拷貝、轉(zhuǎn)存、重組、性能監(jiān)測、分析等

26、。（4）數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）：對數(shù)據(jù)庫進行規(guī)劃、設(shè)計、維護、監(jiān)視等的專業(yè)管理人員。（5）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）：由數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（軟件）、數(shù)據(jù)庫管理員（人員）、硬件平臺（硬件）、軟件平臺（軟件）五個部分構(gòu)成的運行實體。（6）數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)：由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應(yīng)用軟件及應(yīng)用界面三者組成。*：數(shù)據(jù)庫技術(shù)的根本目標是解決數(shù)據(jù)的共享問題。2、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫管理發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個階段：人工管理階段、文件系統(tǒng)階段和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段。下表是數(shù)據(jù)管理三個階段的比較：人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段背景應(yīng)用背景科學計算科學計算、管理大規(guī)模管理硬件背景無直接存取存儲設(shè)備磁盤、磁鼓大容量磁

27、備盤軟件背景沒有操作系統(tǒng)有文件系統(tǒng)有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處理方式批處理聯(lián)機實時處理、批處理聯(lián)機實時處理、分布處理、批處理特點數(shù)據(jù)的管理者用戶（程序員）文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)面向的對象某一應(yīng)用程序某一應(yīng)用現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)的共享程度無共享，冗余度極大共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小數(shù)據(jù)的獨立性不獨立，完全依賴于程序獨立性差具有高度的物理獨立性和一定的邏輯獨立性數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化無結(jié)構(gòu)記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)，整體無結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)化，用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)控制能力應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序自己控制由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)安全性、完整性、并發(fā)控制和恢復能力3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本特點（1）數(shù)據(jù)的高集成性。（2）數(shù)據(jù)的高共享性與低冗余

28、性。*：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以減少數(shù)據(jù)冗余，但無法避免一切冗余。（3）數(shù)據(jù)獨立性：數(shù)據(jù)獨立性是數(shù)據(jù)與程序間的互不依賴性，即數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)獨立于應(yīng)用程序而不依賴于應(yīng)用程序。也就是說，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)與存取方式的改變不會影響應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)獨立性一般分為物理獨立性與邏輯獨立性兩級。1）物理獨立性：物理獨立性即是數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)，存取方式等）的改變，如存儲設(shè)備的更換、物理存儲的更換、存取方式改變等都不影響數(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。2）邏輯獨立性：數(shù)據(jù)庫總體邏輯結(jié)構(gòu)的改變，如修改數(shù)據(jù)模式、增加新的數(shù)據(jù)類型、改變數(shù)據(jù)間聯(lián)系等，不需要相應(yīng)修改應(yīng)用程序，這就是數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。（

29、4）數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制。數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制主要包含以下三個方面：1）數(shù)據(jù)的完整性檢查：檢查數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性以保證數(shù)據(jù)的正確。2）數(shù)據(jù)的安全性保護：檢查數(shù)據(jù)庫訪問者以防止非法訪問。3）并發(fā)控制：控制多個應(yīng)用的并發(fā)訪問所產(chǎn)生的相互干擾以保證其正確性。4、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系（1）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式：1）概念模式：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中全局數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的描述，是全體用戶（應(yīng)用）公共數(shù)據(jù)視圖。2）外模式：也稱子模式或用戶模式，它是用戶的數(shù)據(jù)視圖，也就是用戶所見到的數(shù)據(jù)模式，它由概念模式推導而出。3）內(nèi)模式：又稱物理模式，它給出了數(shù)據(jù)庫物理存儲結(jié)構(gòu)與物理存取方法。內(nèi)模式的物理性主要體現(xiàn)在操作系統(tǒng)及文件級

30、上，它還未深入到設(shè)備級上（如磁盤及磁盤操作）。內(nèi)模式對一般用戶是透明的，但它的設(shè)計直接影響數(shù)據(jù)庫的性能。（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兩級映射：1）概念模式/內(nèi)模式的映射：實現(xiàn)了概念模式到內(nèi)模式之間的相互轉(zhuǎn)換。當數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，通過修改相應(yīng)的概念模式/內(nèi)模式的映射，使得數(shù)據(jù)庫的邏輯模式不變，其外模式不變，應(yīng)用程序不用修改，從而保證數(shù)據(jù)具有很高的物理獨立性。2）外模式/概念模式的映射：實現(xiàn)了外模式到概念模式之間的相互轉(zhuǎn)換。當邏輯模式發(fā)生變化時，通過修改相應(yīng)的外模式/邏輯模式映射，使得用戶所使用的那部分外模式不變，從而應(yīng)用程序不必修改，保證數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨立性。4.2 數(shù)據(jù)模型1、數(shù)據(jù)模型（1

31、）數(shù)據(jù)模型的概念：是數(shù)據(jù)特征的抽象，它從抽象層次上描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特征、動態(tài)行為和約束條件，為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的信息表示與操作提供一個抽象的框架。（2）數(shù)據(jù)模型所描述的內(nèi)容有三個部分，它們是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作與數(shù)據(jù)約束。1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合，包括與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象，以及與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象。它用于描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性。2）數(shù)據(jù)操作：數(shù)據(jù)操作是對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作的含義、符號、操作規(guī)則及實現(xiàn)操作的語句等。它用于描述系統(tǒng)的動態(tài)特性。3）數(shù)據(jù)的約束條件：數(shù)據(jù)的約束條件是一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中

32、數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符號數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容。（3）數(shù)據(jù)模型分為概念模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理模型三類：1）概念數(shù)據(jù)模型：簡稱概念模型，是對客觀世界復雜事物的結(jié)構(gòu)描述及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系的刻畫。概念模型主要有：E-R模型(實體聯(lián)系模型)、擴充的E-R模型、面向?qū)ο竽Ｐ图爸^詞模型等。2）邏輯數(shù)據(jù)模型：又稱數(shù)據(jù)模型，是一種面向數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模型，該模型著重于在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一級的實現(xiàn)。邏輯數(shù)據(jù)模型主要有：層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷取?）物理數(shù)據(jù)模型：又稱物理模型，它是一種面向計算機物理表示的模型，此模型給出了數(shù)據(jù)模型在計算

33、機上物理結(jié)構(gòu)的表示。2、實體聯(lián)系模型及E-R圖（1）E-R模型的基本概念：1）實體：現(xiàn)實世界中的事物。2）屬性：事物的特性。3）聯(lián)系：現(xiàn)實世界中事物間的關(guān)系。實體集的關(guān)系有一對一、一對多、多對多的聯(lián)系。E-R模型三個基本概念之間的聯(lián)接關(guān)系：1）實體集（聯(lián)系）與屬性間的聯(lián)接關(guān)系；2）實體（集）與聯(lián)系。*：E-R模型的基本成分是實體和聯(lián)系。（2）E-R模型的圖示法：1）實體集：用矩形表示。2）屬性：用橢圓形表示。3）聯(lián)系：用菱形表示。4）實體集與屬性間的聯(lián)接關(guān)系：用無向線段表示。5）實體集與聯(lián)系間的聯(lián)接關(guān)系：用無向線段表示。（3）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)常見的數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型三種。1）

34、層次模型的基本結(jié)構(gòu)是樹形結(jié)構(gòu)，具有以下特點：A、每棵樹有且僅有一個無雙親結(jié)點，稱為根；B、樹中除根外所有結(jié)點有且僅有一個雙親。2）網(wǎng)狀模型是層次模型的一個特例，從圖論上看，網(wǎng)狀模型是一個不加任何條件限制的無向圖。3）關(guān)系模型采用二維表來表示，簡稱表，由表框架及表的元組組成。一個二維表就是一個關(guān)系。二維表的表框架由n個命名的屬性組成，n稱為屬性元數(shù)。每個屬性有一個取值范圍稱為值域。表框架對應(yīng)了關(guān)系的模式，即類型的概念。在表框架中按行可以存放數(shù)據(jù)，每行數(shù)據(jù)稱為元組，實際上，一個元組是由n個元組分量所組成，每個元組分量是表框架中每個屬性的投影值。學號姓名性別出生年月班級籍貫2007102張潔然男07

35、-07-8807動畫1班天津2007203李一明男05-01-8707播音5班廣西南寧2007305王 麗女04-09-8807管理4班遼寧沈陽2007406劉 宏男10-11-8807新聞3班江蘇南京*：同一個關(guān)系模型的任兩個元組值不能完全相同。主碼：或稱為關(guān)鍵字、主鍵，簡稱碼、鍵，表中的一個屬性或幾個屬性的組合、其值能唯一地標識表中一個元組的，稱為關(guān)系的主碼或關(guān)鍵字。例如，學生的學號。主碼屬性不能取空值。外部關(guān)鍵字：或稱為外鍵，在一個關(guān)系中含有與另一個關(guān)系的關(guān)鍵字相對應(yīng)的屬性組稱為該關(guān)系的外部關(guān)鍵字。外部關(guān)鍵字取空值或為外部表中對應(yīng)的關(guān)鍵字值。例如，在學生表中含有的所屬班級名字，是班級表中的關(guān)鍵字屬性，它是學生表中的外部關(guān)鍵字。（4）關(guān)系中的數(shù)據(jù)約束：1）實體完整性約束：要求關(guān)系的主鍵中屬性值不能為空值，因為主鍵是唯一決定元組的，如為空值則其唯一性就成為不可能的了。2）參照完整性約束：關(guān)系之間相互關(guān)聯(lián)的基本約束，不允許關(guān)系引用不存在的元組，即在關(guān)系中的外鍵要么是所關(guān)聯(lián)關(guān)系中實際存在的元組，要么為空值。3）用