數(shù)據(jù)庫基本概念分析課件

1、補(bǔ)充數(shù)據(jù)庫基本知識數(shù)據(jù)庫技術(shù) 數(shù)據(jù)庫技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代末70年代初，其主要目的是有效地管理和存取大量的數(shù)據(jù)資源。數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要研究如何存儲、使用和管理數(shù)據(jù)，是計算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的新階段。近年來，數(shù)據(jù)庫技術(shù)不僅應(yīng)用于事務(wù)處理，并且進(jìn)一步應(yīng)用到情報檢索、人工智能、專家系統(tǒng)、計算機(jī)輔助設(shè)計等領(lǐng)域。 數(shù)據(jù)庫的基本概念 數(shù)據(jù) ：指存儲在某一種媒體上能夠識別的物理符號。 數(shù)據(jù)處理：對各種形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、存儲、加工和傳播的一系列活動的總和。其目的之一是從大量的、原始的數(shù)據(jù)中抽取、推導(dǎo)出對人們有價值的信息以作為行動和決策的依據(jù)；目的之二是為了借助計算機(jī)科學(xué)地保存和管理復(fù)雜的、大量的數(shù)據(jù)，以便人

2、們能夠方便而充分地利用這些寶貴的信息資源。數(shù)據(jù)庫的基本概念數(shù)據(jù)庫可以直觀地理解為存放數(shù)據(jù)的倉庫。數(shù)據(jù)庫技術(shù)使數(shù)據(jù)能按一定格式組織、描述和存儲，且具有較小的冗余度，較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，并可為多個用戶所共享?，F(xiàn)在借助計算機(jī)來保存和管理復(fù)雜的大量數(shù)據(jù)，這樣就可能方便而充分地利用這些寶貴的數(shù)據(jù)資源，數(shù)據(jù)庫技術(shù)正是由于這一需求驅(qū)動而發(fā)展起來的一種計算機(jī)軟件技術(shù)。數(shù)據(jù)庫的基本概念數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBase Management System，簡稱DBMS）是計算機(jī)系統(tǒng)軟件，它的職能是有效地組織和存儲數(shù)據(jù)、獲取和管理數(shù)據(jù)，接受和完成用戶提出的訪問數(shù)據(jù)的各種請求。數(shù)據(jù)庫的基本概念DBMS功能：（

3、1）數(shù)據(jù)定義功能 （2） 數(shù)據(jù)操縱功能 （3） 數(shù)據(jù)庫運(yùn)行控制功能 這是DBMS的核心部分，它包括并發(fā)控制（即處理多個用戶同時使用某些數(shù)據(jù)時可能產(chǎn)生的問題）、安全性檢查、完整性約束條件的檢查和執(zhí)行、數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部維護(hù)（例如，索引的自動維護(hù)）等。所有數(shù)據(jù)庫的操作都要在這些控制程序的統(tǒng)一管理下進(jìn)行，以保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性以及多個用戶對數(shù)據(jù)庫的并發(fā)使用。（4）數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)功能 數(shù)據(jù)庫的基本概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指擁有數(shù)據(jù)庫技術(shù)支持的計算機(jī)系統(tǒng) 。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不僅包括數(shù)據(jù)本身，即實(shí)際存儲在計算機(jī)中的數(shù)據(jù)，還包括相應(yīng)的硬件、軟件和各類人員。 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)硬件數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展 1

4、人工管理階段 應(yīng)用程序A1應(yīng)用程序A2應(yīng)用程序An數(shù)據(jù)集S1數(shù)據(jù)集S2數(shù)據(jù)集Sn圖1-1 數(shù)據(jù)的人工管理特點(diǎn)：無操作系統(tǒng)，存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)無結(jié)構(gòu)，缺乏獨(dú)立性數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展2文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序A1應(yīng)用程序A2應(yīng)用程序An數(shù)據(jù)集S1數(shù)據(jù)集S2數(shù)據(jù)集Sn文件系統(tǒng)圖1-2 數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)特點(diǎn)：出現(xiàn)了存儲設(shè)備，文件無結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)面向特定的應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)共享性、獨(dú)立性差，且冗余度大。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段 應(yīng)用程序A1應(yīng)用程序A2應(yīng)用程序An數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圖1-3 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)特點(diǎn)：出現(xiàn)了大容量存儲設(shè)備，具有整體的結(jié)構(gòu)性，共享性高，冗余度小，具有一定的程序與數(shù)據(jù)間的獨(dú)立性，并且實(shí)現(xiàn)

5、了對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的控制。 數(shù)據(jù)模型 數(shù)據(jù)庫中最常見的數(shù)據(jù)模型有三種，它們是：1層次模型 若用圖來表示，層次模型是一棵倒立的樹。在數(shù)據(jù)庫中，滿足以下兩個條件的數(shù)據(jù)模型稱為層次模型：（1）有且僅有一個結(jié)點(diǎn)無父結(jié)點(diǎn)，這個結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)；（2）其他結(jié)點(diǎn)有且僅有一個父結(jié)點(diǎn)。R1R2R3R4R5數(shù)據(jù)模型2網(wǎng)狀模型 若用圖來表示，網(wǎng)狀模型是一個網(wǎng)絡(luò)。在數(shù)據(jù)庫中，滿足以下兩個條件的數(shù)據(jù)模型稱為網(wǎng)狀模型。（1）允許一個以上的結(jié)點(diǎn)無父結(jié)點(diǎn)；（2）一個結(jié)點(diǎn)可以有多于一個的父結(jié)點(diǎn)R1R2R4R5R3L3L4L5L2L1圖1-5 網(wǎng)狀模型數(shù)據(jù)模型3 關(guān)系模型 數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表。 層次數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的先驅(qū)，

6、而網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫則為數(shù)據(jù)庫在概念、方法、技術(shù)上的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。它們是數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究最早的兩種數(shù)據(jù)庫，而且也曾得到廣泛的應(yīng)用。關(guān)系數(shù)據(jù)庫目前已成為占據(jù)主導(dǎo)地位的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。自20世紀(jì)80年代以來，作為商品推出的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)幾乎都是關(guān)系型的。例如，ORACLE、SQL Server、SYBASE、INFORMIX、Visual Foxpro等。 數(shù)據(jù)庫設(shè)計基礎(chǔ)基本概念問題在軟件開發(fā)過程中，數(shù)據(jù)庫如何設(shè)計？ 在設(shè)計過程中要注意什么問題？ 實(shí)體與聯(lián)系實(shí)體：客觀存在并可以相互區(qū)分的事物稱為實(shí)體屬性：實(shí)體所具有的某一特性聯(lián)系：就是實(shí)體與實(shí)體之間的聯(lián)系 聯(lián)系的類型1一對一關(guān)系 一對一關(guān)系即在兩個數(shù)據(jù)表中

7、選一個相同屬性字段作為關(guān)鍵字段，把其中一個數(shù)據(jù)表中的關(guān)鍵字段稱為主關(guān)鍵字段，該字段值是唯一的，而另一個數(shù)據(jù)表中的關(guān)鍵字段稱為外來關(guān)鍵字段，該字段值也是唯一的。 一對一（編號）編號 專 業(yè) 專業(yè)年限 bj10001 計算機(jī)應(yīng)用 20 bj11002 環(huán)境工程 24 gz05001 生物工程 30 gz05002 統(tǒng)計學(xué) 15 jl04001 財政稅收 10 編號 姓名 性別bj10001 劉偉箭 男 bj11002 劉簡捷 男 gz05001 藤波海 男 gz05002 楊行東 男 jl04001 林慧繁 女聯(lián)系的類型2一對多關(guān)系 一對多（編號）編號 專 業(yè) 成果類別 bj10001 VF高級編

8、程技術(shù) 著作 bj10001 專門人才信息管理系統(tǒng) 著作 bj10001 VF編程技巧與常見問題解答 著作 bj10001 面向?qū)ο缶幊膛c系統(tǒng)開發(fā) 著作 bj10001 面向?qū)ο缶幊膛c系統(tǒng)程序優(yōu)化 論文 編號 姓名 性別bj10001 劉偉箭 男 bj11002 劉簡捷 男 gz05001 藤波海 男 gz05002 楊行東 男 jl04001 林慧繁 女聯(lián)系的類型多對多關(guān)系 學(xué)生和課程之間的關(guān)系E-R圖在ER模型中，實(shí)體用方框表示，方框內(nèi)注明實(shí)體的名稱例如學(xué)生在ER模型中，聯(lián)系用菱形框表示，框內(nèi)注明聯(lián)系名；并用線段將其與相關(guān)的實(shí)體連接起來。例如工作于職工部門工作于學(xué)生老師聽課教室E-R圖在E

9、R模型中，屬性用橢圓形框表示，框內(nèi)注明屬性名；其中標(biāo)識屬性在屬性名下加下劃線；用線段與實(shí)體或聯(lián)系相連標(biāo)識屬性非標(biāo)識屬性工號姓名職工部門工作于M111工號姓名年齡參加工作時間經(jīng)理部門號學(xué)生學(xué)號姓名性別出生日期入學(xué)時間專業(yè)練習(xí)有兩個實(shí)體：學(xué)生和課程，畫出這兩個實(shí)體間的E-R圖E-R圖 選課學(xué)生課程學(xué)號姓名年齡課程號課程名學(xué)分課程號成績學(xué)名關(guān)系模型關(guān)系模型概念E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型方法：是一個實(shí)體或聯(lián)系轉(zhuǎn)換為一個表，屬性就是表的列（字段）由E-R圖導(dǎo)出邏輯模型的步驟 （1）為每個實(shí)體建立關(guān)系模式（2）將1:1聯(lián)系和1:n聯(lián)系及其屬性添加到關(guān)系模式中（3）為M:N聯(lián)系建立一個關(guān)系模式E-R圖導(dǎo)出邏輯

10、模型的例子例1 1:1聯(lián)系 的E-R圖直接導(dǎo)出的關(guān)系模式 ：總經(jīng)理(總經(jīng)理編號，姓名)公司(公司編號，公司名，地址，電話)添加聯(lián)系后的關(guān)系模式 ：總經(jīng)理(編號，姓名，公司編號)公司(公司編號，公司名，地址，電話)E-R圖導(dǎo)出邏輯模型的例子例2 1:n聯(lián)系 的E-R圖直接導(dǎo)出的關(guān)系模式 ：倉庫(倉庫號，地點(diǎn)，面積)產(chǎn)品(產(chǎn)品號，產(chǎn)品名稱，單價，數(shù)量)把1的放到N的中添加聯(lián)系后的關(guān)系模式 ：倉庫(倉庫號，地點(diǎn)，面積)產(chǎn)品(產(chǎn)品號，產(chǎn)品名稱，單價，倉庫號，數(shù)量)E-R圖導(dǎo)出邏輯模型的例子例3 m:n聯(lián)系 的E-R圖直接導(dǎo)出的關(guān)系模式 ：學(xué)生(學(xué)號，姓名，性別，助學(xué)金)課程(課程號，課程名，學(xué)時數(shù))為

11、m:n“選修”聯(lián)系構(gòu)建一個關(guān)系模式 ：選修(選修ID，學(xué)號，課程號，成績)或選修(學(xué)號，課程號，成績)最后的邏輯模型為： 學(xué)生(學(xué)號，姓名，性別，助學(xué)金)課程(課程號，課程名，學(xué)時數(shù))選修(選修ID，學(xué)號，課程號，成績)或選修(學(xué)號，課程號，成績)創(chuàng)建關(guān)系模式為下面的E-R圖寫出關(guān)系模式導(dǎo)師研究生指導(dǎo)1M工號姓名職稱學(xué)號姓名專業(yè)關(guān)系模型關(guān)系模型規(guī)范化I范式（1NF） 每個屬性都是不可再分的基本數(shù)據(jù)項，則稱該關(guān)系是I范式。 關(guān)系模型II范式（2NF）II范式首先是I范式，而且每一個非主屬性完全依賴于任何關(guān)鍵字。III范式（3NF） III范式首先是II范式，且關(guān)系中的任何一個非主屬性都不傳遞依賴

12、于任何關(guān)鍵字 關(guān)系規(guī)范化的例子 例：已知汽車關(guān)系模式如下：汽車（車號，車名，功率，部件（部件號，部件名，型號，重量)，用量）因汽車關(guān)系模式中包含的部件屬性其屬性值是可以分解的，故該關(guān)系是非規(guī)范的。對汽車關(guān)系進(jìn)行規(guī)范化的步驟 消除復(fù)合關(guān)系，以達(dá)到1NF。將部件屬性分解出來，單獨(dú)構(gòu)成一個關(guān)系模式即可達(dá)到1NF的要求。故將汽車關(guān)系分解為如下兩個關(guān)系模式 ：汽車（車號，車名，功率，部件號，用量）部件（部件號，部件名，型號，重量）對汽車關(guān)系進(jìn)行規(guī)范化的步驟 消除部分函數(shù)依賴，以達(dá)到2NF。因?yàn)槠囮P(guān)系中“用量”屬性完全依賴于主屬性，其它的只依賴于“車號”，所以汽車模式中非主屬性不是完全由主屬性確定，即存

13、在部分函數(shù)依賴，沒有達(dá)到2NF要求。故需將汽車關(guān)系分解為如下兩個關(guān)系模式 ：汽車（車號，車名，功率）使用（車號，部件號，用量）對汽車關(guān)系進(jìn)行規(guī)范化的步驟 消除傳遞函數(shù)依賴，以達(dá)到3NF。部件（部件號，部件名，型號，重量）因?yàn)椴考Ｊ街小爸亓俊睂傩允怯伞靶吞枴睂傩源_定，而“型號”屬性依賴于“部件號”主屬性，所以存在傳遞函數(shù)依賴，故部件模式?jīng)]有達(dá)到3NF要求。需將部件模式分解為如下兩個關(guān)系模式 ：部件（部件號，部件名，型號）型重（型號，重量）規(guī)范化的關(guān)系模式汽車、使用、部件、型重這4個關(guān)系模式都不存在傳遞函數(shù)依賴，所以都屬于3NF。至此，把一個非規(guī)范的汽車關(guān)系模式分解成如下4個小的屬于3NF的關(guān)系

14、模式：汽車（車號，車名，功率）使用（車號，部件號，用量）部件（部件號，部件名，型號）型重（型號，重量） 關(guān)系規(guī)范化分析如學(xué)生（學(xué)號，系別，宿舍樓，選修課，分?jǐn)?shù)）假設(shè)每個系有固定的宿舍樓分析該關(guān)系，使其滿足三范式。書P253（4）這個關(guān)系中在如下： （學(xué)號選修課）決定你的分?jǐn)?shù) 學(xué)號決定了該生所性的系別 學(xué)號決定了該生在何宿舍樓 （學(xué)號系別）決定了宿舍樓 則在這個關(guān)系（表）中存在部分函數(shù)依賴，使之不屬于2NF 此時我們可以采用分解的，就是說把上面的表分解成2個表 學(xué)生1（學(xué)號，選修課，分?jǐn)?shù)） 學(xué)生2（學(xué)號，系別，宿舍樓） 此時這兩個關(guān)系就屬于2NF關(guān)系規(guī)范化分析如：學(xué)生2（學(xué)號，系別，宿舍樓）就存在X（學(xué)號），Y（系別），Z（宿舍樓） 使得學(xué)生2關(guān)系不屬于3NF 同理我們分解它： 學(xué)生21（學(xué)號，系別） 學(xué)生22（學(xué)號，宿舍樓） 這樣所建立的關(guān)系 學(xué)生1（學(xué)號，選修課，分?jǐn)?shù)） 學(xué)生21（學(xué)號，系別） 學(xué)生22（學(xué)號，宿舍樓） 就是滿足第3范式的關(guān)系！ 數(shù)據(jù)完整性 數(shù)據(jù)完整性 數(shù)據(jù)完整性就是關(guān)系（表）中數(shù)據(jù)的正確性和一致性。域完整性（用戶定義的完整性）：要求表中列的值滿足一定要求。如性別列的值只能是男或女。表完整性（實(shí)體完整性）：要求表中的行有一個唯一標(biāo)識符，即表有主關(guān)鍵字。參照完整性（引用完整性）：要求有關(guān)系的表