大學計算機基礎(chǔ) 課件 第六章 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

1、大學(dxu)計算機基礎(chǔ)(省精品課程)數(shù)據(jù)庫技術(shù)(第六章)華南農(nóng)業(yè)大學信息(xnx)學院共三十一頁 第六章 數(shù)據(jù)庫技術(shù)(jsh)借助數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可以方便有效地存儲和管理大量、復雜的數(shù)據(jù)。從海量數(shù)據(jù)中挖掘或抽取出知識，是典型的計算思維方法。引言本章(bn zhn)討論的問題如何把大象放冰箱里？共三十一頁了解(lioji)數(shù)據(jù)庫，產(chǎn)生用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行信息處理的意識。知識點關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(shj)數(shù)據(jù)庫概念數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)模型教學目的了解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計的一般方法，逐步建立對數(shù)據(jù)的存 儲、維護和查詢等問題的興趣。第六章 數(shù)據(jù)庫技術(shù)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用共三十一頁 在計算機領(lǐng)域，數(shù)據(jù)泛指一切能夠被輸入到計算機中并被計算

2、機處理的符號，它們可以(ky)是數(shù)值、字符、圖形、聲音等。 (1) 數(shù)據(jù)(shj)6.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)基本概念 (2) 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理是指利用計算機對各種類型的數(shù)據(jù)進行收集、存儲、分類、計算或加工、檢索、傳輸、維護的一系列操作。隨著計算機軟件、硬件技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)處理的主要工作已不再是計算，而是進行管理。人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展的三個階段 數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)處理技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，基本概念主要有數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。共三十一頁 人工管理階段:用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)(shj)相互結(jié)合不可分割，當數(shù)據(jù)(shj)有所變動時程序則隨之改變，程序與數(shù)據(jù)

3、(shj)之間不具有獨立性。 文件管理階段:數(shù)據(jù)以文件形式長期保存和處理，應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)之間具有了一定的獨立性。 一個文件可被多個應(yīng)用程序使用(shyng)，一個應(yīng)用程序也可使用(shyng)多個數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)文件之間無關(guān)聯(lián)，同樣的數(shù)據(jù)會在不同文件中出現(xiàn)，數(shù)據(jù)冗余大。應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)集2數(shù)據(jù)集3應(yīng)用程序3 人工管理階段冗余文件組n應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n文件組1文件組2文件系 統(tǒng)文件系統(tǒng)階段共三十一頁 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段：在這一管理方式下，數(shù)據(jù)被組織到一個結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)之間是有聯(lián)系的；數(shù)據(jù)不再面向某個(mu )應(yīng)用程序而是面向整個系統(tǒng)，所有用戶可同時存取庫中的

4、數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)與程序之間相互獨立。 應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2 數(shù) 據(jù) 庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫DBMSDB共三十一頁 是指以一定的組織方式將相關(guān)的數(shù)據(jù)組織在一起(yq)，長期存放在計算機內(nèi)，可為多個用戶共享。數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理對象。 (3) 數(shù)據(jù)庫(DB)6.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)(jsh)基本概念 (4) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS) 是管理數(shù)據(jù)庫的軟件的集合，是位于用戶(或應(yīng)用程序)與操作系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)庫軟件，是用戶訪問數(shù)據(jù)庫的接口。 DBMS的組成共三十一頁6.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)(jsh)基本概念 (5) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)：是指采用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)(jsh)的計算機系

5、統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要由五部分組成： 數(shù)據(jù)庫 DBMS 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件 數(shù)據(jù)庫管理員 用戶。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成共三十一頁6.2 數(shù)據(jù)模型 當我們面對“海量”的數(shù)據(jù)，如何管理和儲存它們，這就需要(xyo)有一個“模型” 按照一定的組織方式進行管理。 任何一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都是基于某種數(shù)據(jù)模型的。常用的支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型有： 層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型 數(shù)據(jù)庫的性質(zhì)是由這些(zhxi)數(shù)據(jù)模型決定的。如Access支持關(guān)系模型，所以由Access創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫就為關(guān)系數(shù)據(jù)庫。共三十一頁 層次模型(mxng)是最早的數(shù)據(jù)模型(mxng)。該模型(mxng)像一棵倒置的樹，根結(jié)點在上，層次最高，子結(jié)

6、點在下，逐層排列。其主要特征是：有且只有一個無雙親的根結(jié)點；根結(jié)點以外的子結(jié)點，向上僅有一個父結(jié)點，向下可以有若干個子結(jié)點。6.2 數(shù)據(jù)模型1. 層次模型 網(wǎng)狀模型是層次模型的擴展。其主要特征是：允許有一個以上的結(jié)點(ji din)無雙親結(jié)點(ji din)；至少有一個結(jié)點(ji din)有多于一個的雙親結(jié)點(ji din)。2. 網(wǎng)狀模型共三十一頁6.2 數(shù)據(jù)模型姓名性別年齡王一男24林二女22李三男21陳四女23 一般來說，任何數(shù)據(jù)模型都描述一定事物(shw)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。層次模型描述數(shù)據(jù)之間的從屬層次關(guān)系；網(wǎng)狀模型描述數(shù)據(jù)之間的多種從屬的網(wǎng)狀關(guān)系。而關(guān)系模型則用二維表表示事物(shw)

7、間的聯(lián)系。當前主流數(shù)據(jù)庫普遍采用的是關(guān)系數(shù)據(jù)模型。3. 關(guān)系(gun x)模型班級姓名性別年齡01會計王一男2402網(wǎng)工林二女2203軟工李三男2104商務(wù)陳四女23表6.1 某學校學生信息表 表6.2 某學校學生分布情況表 共三十一頁6.3 數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型(mxng)的幾個基本概念 關(guān)系：一個關(guān)系對應(yīng)一張二維表，表名即關(guān)系名。元組：表中的一行即為一個元組，又稱為行或記錄。屬性(shxng)：表中的一列即為一個屬性(shxng)，給每一個屬性(shxng)起一個名稱即屬性(shxng)名。主鍵：唯一標識關(guān)系中的任何一個元組的屬性稱為該關(guān)系模式的主鍵。共三十一頁6.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(shj)

8、關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(shj)步驟: (1) 需求分析； (2) 概念設(shè)計； (3) 邏輯設(shè)計； (4) 物理設(shè)計； (5) 數(shù)據(jù)庫實施； (6) 數(shù)據(jù)庫運行維護。開始實施-施工建造前期準備-圖紙設(shè)計提出方案-小區(qū)規(guī)劃開始調(diào)研可行性分析 業(yè)主入住小區(qū)管理物業(yè)維護建一個居民小區(qū)打個比喻：共三十一頁6.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(shj) 需求(xqi)分析是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的第一步。該階段主要是對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)所要處理的對象進行全面了解，大量收集各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及用戶對數(shù)據(jù)庫信息和對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行處理的要求等。(1) 需求分析 信息要求：每個學校是以學院為單位進行管理的，學院又分為系，系分為教研室，教研室聘請教師，系開

9、設(shè)班級，學生按專業(yè)分班。其中涉及到學院、系、教研室、教師、學生、班級、課程等各方面的信息。 處理要求：對學院、系、教研室、教師、班級、學生、成績等進行管理(包括增加、修改、刪除)；打印學生成績報表等。例如：“學生信息管理系統(tǒng)”共三十一頁6.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(shj) 概念設(shè)計的目標是產(chǎn)生反映需求信息的數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)(jigu)。它與具體的DBMS無關(guān)。 (2) 概念設(shè)計現(xiàn)實世界概念模型將現(xiàn)實世界客觀存在的事物及其相互間聯(lián)系通過符號記錄下來抽象為信息世界。共三十一頁6.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(shj)學生信息管理系統(tǒng)的E-R模型(E-R圖) 概念設(shè)計用實體-聯(lián)系(linx)模型(簡稱E-R圖) 表

10、示。矩形框：實體橢圓框：屬性菱形框：聯(lián)系共三十一頁6.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(shj) 邏輯設(shè)計的任務(wù)是將概念模型轉(zhuǎn)換為特定(tdng)DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型。(3) 邏輯設(shè)計學院(學院編號、學院名稱、院長姓名、電話、地址)系(系編號、系名稱、系主任、電話、教研室個數(shù)、學院編號)教研室(教研室編號、教研室名稱、教師人數(shù)、系編號)教師(教師編號、姓名、性別、職務(wù)、教研室編號)班級(班級編號、班級名稱、班級人數(shù)、班長姓名、專業(yè)、系編號)學生(學號、姓名、性別、出生年月、籍貫、班級編號)課程(課程編號、課程名、學時、學分)選課(學號、課程編號、教師編號、成績)概念模型邏輯模型共三十一頁6.3 關(guān)系數(shù)據(jù)

11、庫設(shè)計(shj) 另外，數(shù)據(jù)庫的邏輯(lu j)結(jié)構(gòu)設(shè)計還需要選定數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件，并給出數(shù)據(jù)庫邏輯(lu j)結(jié)構(gòu)的詳細設(shè)計。字段名字段類型字段長度有效性規(guī)則索引類型學號文本12主鍵姓名文本8性別文本2“男”或“女”出生年月日期籍貫文本20班級編號文本6外鍵“學生”關(guān)系的詳細邏輯設(shè)計共三十一頁6.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(shj) 數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計就是(jish)為已設(shè)計好的邏輯數(shù)據(jù)模型選擇最適合應(yīng)用要求的物理結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)主要指數(shù)據(jù)庫的存儲記錄格式、存儲記錄存放位置安排和存取方法。顯然，數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計完全依賴于給定的硬件環(huán)境和DBMS。 (4) 物理設(shè)計邏輯模型物理模型將信息世界的

12、數(shù)據(jù)描述成計算機處理的數(shù)據(jù)形式。共三十一頁6.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(shj) 數(shù)據(jù)庫實施是根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果(ji gu)，在計算機上建立起實際數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、裝入數(shù)據(jù)、測試和試運行的過程。 (5) 數(shù)據(jù)庫實施 用SQL語言對“學生”表進行設(shè)計 在Access可視化界面中對“學生”表進行設(shè)計 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)正式運行，標志著數(shù)據(jù)庫設(shè)計與應(yīng)用開發(fā)工作的結(jié)束和維護階段的開始 。(6) 運行和維護共三十一頁6.4 數(shù)據(jù)庫在管理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用(yngyng) 管理信息系統(tǒng)(Management Information System，簡稱(jinchng)MIS)就是用計算機來執(zhí)行管理功能的一種信息系統(tǒng)

13、。一般的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)著重解決一些日常的事務(wù)處理問題，而管理信息系統(tǒng)是對企業(yè)（單位）內(nèi)外的信息進行分析處理，最終提出一些決策信息，供企業(yè)（單位）的上層高級決策人員參考。(1) 管理信息系統(tǒng) 正確的決策必須對大量的有關(guān)信息進行全面的科學分析，因此，一個管理信息系統(tǒng)要求能在短期內(nèi)盡快地處理大量的各類信息，這樣就對系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)的組織，存儲、聯(lián)系提出了較高的要求。于是，數(shù)據(jù)庫作為一個管理信息系統(tǒng)的核心部分就是必不可少的了。共三十一頁6.4 數(shù)據(jù)庫在管理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用(yngyng)管理信息系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖共三十一頁6.4 數(shù)據(jù)庫在管理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用(yngyng) 數(shù)據(jù)庫是計算機領(lǐng)域中發(fā)展最為迅速的

14、重要分支，數(shù)據(jù)庫技術(shù)在各行各業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。以下是一些數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的經(jīng)典案例： 案例1：網(wǎng)上填報高考志愿訪問國家教育部的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 案例2：購買火車票、飛機票訪問全國鐵路、航空(hngkng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 案例3：到銀行取錢訪問銀行的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 案例4：在學校選課訪問學校的學籍管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 案例5：到圖書館借書訪問圖書館的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 案例6：上網(wǎng)瀏覽、網(wǎng)上購物訪問網(wǎng)站的后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是管理信息系統(tǒng)的核心，也是衡量管理信息系統(tǒng)的標準?？梢赃@么說，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在管理信息系統(tǒng)中的地位就好像發(fā)動機在飛機中的地位一樣。共三十一頁Web環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫訪問6.4 數(shù)據(jù)庫在管理信息系統(tǒng)

15、中的應(yīng)用(yngyng) 通常情況下，網(wǎng)站的后臺支撐技術(shù)是數(shù)據(jù)庫。因為在實際應(yīng)用中，網(wǎng)站需要保存大量的數(shù)據(jù)。簡單來說，用戶只要能夠連接到因特網(wǎng)并且安裝了Web瀏覽器，就能夠操作數(shù)據(jù)庫。其過程是：用戶向Web服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)操作請求；Web服務(wù)器收到請求以后，按照特定的方式將請求轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器執(zhí)行這些請求并將結(jié)果數(shù)據(jù)返回給Web服務(wù)器；Web服務(wù)器則以頁面(y min)的形式將結(jié)果數(shù)據(jù)返回用戶的Web瀏覽器；用戶通過Web瀏覽器查看請求結(jié)果。共三十一頁6.5 數(shù)據(jù)挖掘 數(shù)據(jù)挖掘是一個與數(shù)據(jù)庫技術(shù)緊密相關(guān)的正在迅速發(fā)展的新興交叉應(yīng)用領(lǐng)域，它在許多領(lǐng)域包括市場營銷、庫存管理、質(zhì)量控制

16、、借貸風險管理、欺詐檢測和投資分析等的決策支持活動中扮演著越來越重要的角色。 簡單地講，數(shù)據(jù)挖掘就是從大量數(shù)據(jù)中挖掘或抽取出知識。它是一個從大量數(shù)據(jù)中抽取、挖掘出未知的、有價值的模式或規(guī)律等知識的復雜(fz)過程。數(shù)據(jù)挖掘涉及人工智能、機器學習、統(tǒng)計學、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等多領(lǐng)域技術(shù)。 數(shù)據(jù)挖掘活動不同于傳統(tǒng)(chuntng)的數(shù)據(jù)庫查詢，數(shù)據(jù)挖掘是尋找確定以前未知的模式，而數(shù)據(jù)檢索是查找已經(jīng)存儲好的事實。共三十一頁6.5 數(shù)據(jù)挖掘 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用的例子在我們的日常生活中隨處可見。 “啤酒與尿布”的故事是營銷界的神話?！捌【啤焙汀澳虿肌眱蓚€看上去風馬牛不相及的商品要放在一起進行銷售，并獲得了很好的銷

17、售收益，這看起來像是一個笑話，但實際上這一直被商家所津津樂道的正是發(fā)生在美國沃爾瑪連鎖超市的真實案例。 在美國，婦女通常在家照顧孩子，她們經(jīng)常會囑咐丈夫在下班回家路上去超市給孩子買尿布，而丈夫在買尿布的同時又會順手購買自己愛喝的啤酒。發(fā)現(xiàn)這個有趣的現(xiàn)象后把兩種商品擺放在一起，使尿布和啤酒的銷量大幅增加。這種現(xiàn)象就是賣場中商品之間的關(guān)聯(lián)性。 按常規(guī)思維，尿布與啤酒是很難聯(lián)系(linx)到一起的，若不是借助數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對大量交易數(shù)據(jù)進行挖掘分析，沃爾瑪是不可能發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)在這一有價值的規(guī)律的。共三十一頁6.6 常見(chn jin)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)1. Access 四種(s zhn)比較常見的數(shù)據(jù)

18、庫管理系統(tǒng)： Access是微軟的Office組件之一，是中小型企業(yè)常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，適合初學者學習。 2. SQL Server SQL Server是微軟在Windows系列平臺上開發(fā)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有良好的兼容性和易用性等功能。3. MySQL MySQL是是廣受Linux用戶喜愛的半商業(yè)數(shù)據(jù)庫，廣泛地應(yīng)用在Internet上的中小型網(wǎng)站中 。4. Oracle Oracle是世界上使用最廣的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，功能強大，具有完整的存儲和管理大量數(shù)據(jù)的能力，在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位 。共三十一頁6.7 計算思維的典型(dinxng)案例 案例1： 抽象和分解是計算思維的兩個重要

19、特征。設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫，本身就體現(xiàn)了計算思維抽象和分解的過程。 在本章中需要在計算機上建立數(shù)據(jù)庫，需要根據(jù)系統(tǒng)的需求，將客觀世界的信息轉(zhuǎn)化成計算機系統(tǒng)中的二進制信息。由于客觀世界的復雜性，直接完成這種轉(zhuǎn)換是非常復雜和困難的。因此，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，將建模分成了三個層次：概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)模型。設(shè)計者依次在這三個層次上進行建模，分別完成一定的信息轉(zhuǎn)換，最終完成客觀世界信息到計算機系統(tǒng)中二進制信息的轉(zhuǎn)換。這就是一種將復雜問題進行分解而得到答案的例子。 以上抽象思維(chu xin s wi)的結(jié)果需要在計算機上實現(xiàn)，這體現(xiàn)了自動化這個本質(zhì)，也是將理論成果應(yīng)用于技術(shù)實踐的過程。自動化隱含著需要某類計算機(可以是機器或人，或兩者的組合)去解釋抽象。共三十一頁6.7 計算思維的典型(dinxng)