數(shù)據(jù)的操縱和檢索——綜合數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

1、數(shù)據(jù)的操縱和檢索綜合數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) 到目前為止，我們集中討論了傳統(tǒng)的文件處理。此處，文件是作為一個(gè)獨(dú)立的邏輯實(shí)體來(lái)處理的，而且通常與某個(gè)特定的業(yè)務(wù)領(lǐng)域相聯(lián)系。為了把業(yè)務(wù)上相近的那些部門(mén)的文件綜合在一起，必須預(yù)先排序記錄和合并文件。這樣做可能耗費(fèi)大量的時(shí)間，有時(shí)甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的。 通常，文件是為了滿足特定業(yè)務(wù)領(lǐng)域某部門(mén)的專(zhuān)門(mén)需要而設(shè)計(jì)的，如果某部門(mén)想使用保存在一個(gè)文件上的部分?jǐn)?shù)據(jù)，而該文件是另一部門(mén)為自己使用而設(shè)計(jì)的，那么他們必須抽取這些數(shù)據(jù)并重新整理后才能使用。大多數(shù)部門(mén)總是寧愿建立和保持和一個(gè)類(lèi)似(而不同)的文件以更好地滿足自己的使用要求，而不愿兼顧其他部門(mén)的業(yè)務(wù)需要。這樣做的結(jié)果形成了大

2、量的帶有重復(fù)數(shù)據(jù)的文件。前面的例子中已經(jīng)提到，某所大學(xué)就保存了75個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)文件，而每個(gè)文件中都包含有學(xué)生記錄。每當(dāng)一個(gè)學(xué)生結(jié)婚了或者改換了住處時(shí)，則必須修改75個(gè)文件。 數(shù)據(jù)的冗余會(huì)使成本提高，而設(shè)計(jì)一個(gè)綜合的資源共享數(shù)據(jù)庫(kù)則可以把數(shù)據(jù)冗余度降低到最小程度。綜合的資源共享數(shù)據(jù)庫(kù)把公司看作一個(gè)整體來(lái)提供服務(wù)，而不只是為公司某特殊部門(mén)服務(wù)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)軟件就可能實(shí)現(xiàn)一個(gè)綜合的數(shù)據(jù)庫(kù)。早在70年代初期就出現(xiàn)了DBMS技術(shù)，但是直到70年代末期仍未得到普遍的接受。早期的DBMS“軟件包”效率不高，實(shí)際上比傳統(tǒng)的文件處理的要求更高的硬件能力。目前DBMS對(duì)硬件的要求已經(jīng)降低了，甚

3、至在小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上也能運(yùn)行DBMS軟件，造成推遲接受和實(shí)現(xiàn)DBMS技術(shù)的主要原因可能是信息服務(wù)人員缺乏專(zhuān)門(mén)的知識(shí)，而且用戶管理人員又不愿合作和支持建立一個(gè)共享的數(shù)據(jù)庫(kù)。目前對(duì)于設(shè)計(jì)和運(yùn)行DBMS軟件已經(jīng)有了廣泛的了解，而且部分用戶管理人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)到應(yīng)該把信息作為一個(gè)公司的資源來(lái)看待。 數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境的好處 1.經(jīng)濟(jì)上的好處。通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)，DBMS提供了最小化數(shù)據(jù)冗余度的可能性。當(dāng)然，為了提高處理效率，即使有了DBMS幫助，有時(shí)還需要在共享的數(shù)據(jù)庫(kù)中保留一定的重復(fù)數(shù)據(jù)。由于減少了數(shù)據(jù)的冗余度，從而也簡(jiǎn)化了收集和更新數(shù)據(jù)的過(guò)程。就前面的例子而言，只需要在一處(數(shù)據(jù)庫(kù)中)更新學(xué)生地址就可以了

4、。 2.數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)也給信息服務(wù)專(zhuān)業(yè)人員帶來(lái)的好處。綜合資源共享數(shù)據(jù)庫(kù)為系統(tǒng)分析員打開(kāi)了嶄新的大門(mén)。數(shù)據(jù)庫(kù)能向系統(tǒng)分析員提供傳統(tǒng)文件所不能提供的信息。由于有了DBMS，就更容易得到數(shù)據(jù)，因此使程序設(shè)計(jì)任務(wù)要比原先更為簡(jiǎn)單。此外，數(shù)據(jù)是獨(dú)立于程序的。這意味著用戶管理人員可以增加數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)、修改庫(kù)中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)或者從庫(kù)中刪除數(shù)據(jù)，這些并不影響現(xiàn)有的程序，而在過(guò)去則需要測(cè)試和修改幾十個(gè)(有時(shí)幾百個(gè))程序。當(dāng)然，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)還有其它重要的優(yōu)點(diǎn)，但是這些已超出本書(shū)的范圍。 3.信息方面的好處。一個(gè)綜合資源共享數(shù)據(jù)庫(kù)能以有序的方式提供一種滿足信息要求的結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，數(shù)據(jù)庫(kù)是能夠充分利用公司信息資源的唯一

5、工具。由于數(shù)據(jù)庫(kù)和DBMS在產(chǎn)生報(bào)表方面提供了極大的靈活性，因此，也給決策過(guò)程帶來(lái)了同樣的靈活性。4.DBMS軟件在支持聯(lián)機(jī)系統(tǒng)方面是特別有價(jià)值的。共享數(shù)據(jù)庫(kù)不僅可供多個(gè)用戶存取而且還特別能反映出數(shù)據(jù)的當(dāng)前狀態(tài)。對(duì)于許多查詢(xún)來(lái)說(shuō)，及時(shí)性是很關(guān)鍵的。例如，某個(gè)經(jīng)理由于設(shè)備故障不得不關(guān)閉某個(gè)工作站，此時(shí)他有可能要查詢(xún)其它工作站的狀態(tài)，并且利用得到的信息來(lái)改變進(jìn)行中的工作路線。 方法 DBMS克服了傳統(tǒng)文件處理的局限性。它依靠靈活多變的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(將數(shù)據(jù)元及記錄彼此聯(lián)系的方法)來(lái)做到這一點(diǎn)。基于不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的DBMS之間差別很大。有三種設(shè)計(jì)DBMS軟件的方法 1.數(shù)據(jù)系統(tǒng)語(yǔ)言會(huì)議(CODASYL)設(shè)計(jì)

6、并發(fā)布的基于網(wǎng)絡(luò)或叢形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的DBMS指南。 2.IBM的信息管理系統(tǒng)(IBS)使用的一種層次結(jié)構(gòu)。 3.某些最近設(shè)計(jì)的基于關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的DBMS。上述的每一種方法是基本概念和術(shù)語(yǔ)的差別都很大。因此，為了減少混淆和便于理解，以下的闡述和討論只使用網(wǎng)絡(luò)方法。 庫(kù)設(shè)計(jì) 1.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法 我們通過(guò)下面的例子來(lái)說(shuō)明數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和一種數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法的原理?？疾煜率銮闆r。 某圖書(shū)館保存了一個(gè)文件，該文件每一個(gè)記錄都包含了下述數(shù)據(jù)元： (1)書(shū)名 (2)作者 (3)出版社 (4)出版社地址 (5)類(lèi)別 (6)出版年份圖書(shū)館館長(zhǎng)希望在獲得決策信息方面有更多的靈活性。而現(xiàn)在文件不可能滿足其要求。經(jīng)過(guò)與信息

7、處理人員交換意見(jiàn)之后，他們決定實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于CODASYL的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。檢查現(xiàn)有文件發(fā)現(xiàn)某些數(shù)據(jù)重復(fù)出現(xiàn)。每本書(shū)(每一書(shū)名)都分別有一個(gè)記錄。于是，寫(xiě)過(guò)幾本書(shū)的作者的名字在他寫(xiě)的每本書(shū)的記錄中重復(fù)出現(xiàn)。在一個(gè)圖書(shū)館里可能有某出版社出版的數(shù)百本，甚至數(shù)千本書(shū)，但是在該文件的每本書(shū)的記錄中都重復(fù)地出現(xiàn)出版社名和出版社地址。 2.設(shè)立數(shù)據(jù)庫(kù)的步驟 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法之一是使用主題詞一屬性矩陣作為識(shí)別記錄和這些記錄之間關(guān)系的一個(gè)輔助工具。以下各步驟描述了這種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法。第一步，在的主題詞一屬性矩陣的左邊列出了邏輯主題詞。在本例中，這些主題詞是：書(shū)名、作者和出版社。在矩陣的頂端列出了所有可能的屬性

8、。屬性是提供與主題詞有關(guān)的信息的任一數(shù)據(jù)元。 第二步：在屬性與主題詞之間的關(guān)系有一對(duì)一的，一對(duì)多的或者不存在關(guān)系。例如，一特定書(shū)名只有一個(gè)出版社。所以在書(shū)名與出版社之間存在一對(duì)一的關(guān)系。然而，一個(gè)書(shū)名可以有幾個(gè)作者。因而，在書(shū)名與作者之間存在一對(duì)多的關(guān)系。用“”表示一對(duì)一關(guān)系，用“M”表示一對(duì)多關(guān)系，而且空白表示無(wú)關(guān)系存在。第三步：數(shù)據(jù)庫(kù)記錄類(lèi)似于傳統(tǒng)文件的記錄，它是相關(guān)數(shù)據(jù)元的集合?？梢詫⒂涗洀臄?shù)據(jù)庫(kù)中讀出來(lái)，也可以將記錄寫(xiě)到數(shù)據(jù)庫(kù)中去。數(shù)據(jù)庫(kù)記錄也稱(chēng)為節(jié)段。在這一步，用主題詞屬性矩陣來(lái)標(biāo)識(shí)記錄。這是通過(guò)列出與每個(gè)主題詞一對(duì)一關(guān)系的屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通常，對(duì)應(yīng)每個(gè)主題都有一個(gè)記錄，“書(shū)名”記錄包

9、含出版社、出版年份和類(lèi)別，如下所示： 第四步：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程的下一步是建立記錄之間的關(guān)系。圖20.6.11給出主題屬性矩陣中指出的一對(duì)多的關(guān)系。出版社與書(shū)名之間的一對(duì)多的關(guān)系是用兩個(gè)記錄之間的一條連線來(lái)指出的，該連線有一箭頭指向出版社記錄。指向書(shū)名記錄的兩個(gè)箭頭表示每個(gè)出版社可以有一個(gè)以上的書(shū)名。這種出版社書(shū)名的組合稱(chēng)之為一個(gè)系。其它的系是：書(shū)名作者、作者出版社、作者書(shū)名和出版社作者。多對(duì)多的關(guān)系(每一端都有兩個(gè)箭頭)在處理時(shí)可能會(huì)引起混淆，因而是不允許的。圖20.6.12 一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)模型 第五步：下一步消去冗余的屬性和系。記住，我們的目的是將作者、書(shū)名和出版社記錄輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)，然后經(jīng)由系

10、建立的聯(lián)系從不同的記錄中檢索數(shù)據(jù)。因此，必須消去對(duì)此目的是冗余的那些系。在本例中，顯而易見(jiàn)作者出版社系或作者書(shū)名系是冗余(重復(fù))的，由于作者與書(shū)名相匹配的機(jī)會(huì)比它與出版社匹配的機(jī)會(huì)多，因此應(yīng)該消去作者出版社系。圖20.6.12給出了結(jié)果模式。該模式是數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)的一種圖式表示。 現(xiàn)在圖書(shū)館館長(zhǎng)可以進(jìn)行如下的查詢(xún)： 列出某作者寫(xiě)的所有書(shū)的書(shū)名； 按字母順序列出由Pientice-Hall在1981年出版的那些書(shū)的書(shū)名； 列出1987年以來(lái)至少在三個(gè)出版社出版書(shū)的那些作者。 該數(shù)據(jù)庫(kù)(正如所設(shè)計(jì)的那樣)很容易實(shí)現(xiàn)上述查詢(xún)及其它類(lèi)似的查詢(xún)。對(duì)圖書(shū)館原有文件來(lái)說(shuō)，類(lèi)似的查詢(xún)不僅要求處理整個(gè)文件，而且可能還要處理好幾遍。有時(shí)，還要求對(duì)文