C語(yǔ)言公共基礎(chǔ)知識(shí)之?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)全國(guó)二級(jí)等級(jí)考試輔導(dǎo)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念4.2數(shù)據(jù)模型4.3關(guān)系代數(shù)4.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理4.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系一、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)（Data）數(shù)據(jù)庫(kù)（DataBase

簡(jiǎn)稱DB）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DBS)數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）數(shù)據(jù)含義：數(shù)據(jù)是描述事物的符號(hào)記錄。數(shù)據(jù)分類:臨時(shí)性數(shù)據(jù)（隨程序的結(jié)束而消亡）和持久性數(shù)據(jù)（對(duì)系統(tǒng)起長(zhǎng)期持久的作用）。其中持久性數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫(kù)處理的部分。數(shù)據(jù)庫(kù)含義：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(chǔ)介質(zhì)內(nèi)，是多種應(yīng)用數(shù)據(jù)的集成，可被各個(gè)應(yīng)用程序所共享。特點(diǎn)：庫(kù)中數(shù)據(jù)具有“集成”和“共享”的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)含義：一種系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)維護(hù)、控制、保護(hù)和數(shù)據(jù)服務(wù)等。功能：數(shù)據(jù)模式定義數(shù)據(jù)存取的物理構(gòu)建數(shù)據(jù)操縱數(shù)據(jù)的完整性、安全性定義與檢查數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)控制與故障恢復(fù)數(shù)據(jù)的服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)含義：數(shù)據(jù)庫(kù)+數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)+數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（人員）+硬件+軟件其中DBMS是DBS的核心。二、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段層次數(shù)據(jù)庫(kù)與網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段三、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)數(shù)據(jù)的集成性數(shù)據(jù)的高共享性與低冗余性數(shù)據(jù)獨(dú)立性物理獨(dú)立性邏輯獨(dú)立性數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與控制完整性檢查安全性保護(hù)并發(fā)控制數(shù)據(jù)的獨(dú)立性含義：數(shù)據(jù)的獨(dú)立性是指應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間相互獨(dú)立，不受影響。物理獨(dú)立性數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方式）的改變不影響數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)，從而不致引起應(yīng)用程序的變化。邏輯獨(dú)立性 數(shù)據(jù)庫(kù)總體邏輯結(jié)構(gòu)的改變，不需要相應(yīng)修改應(yīng)用程序。四、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系三級(jí)模式概念模式（抽象的描述，不涉及軟件、硬件，反映了設(shè)計(jì)者的數(shù)據(jù)全局邏輯要求）外模式（用戶模式，反映用戶對(duì)數(shù)據(jù)的要求）內(nèi)模式（物理模式，反映數(shù)據(jù)的實(shí)際存儲(chǔ)形式）兩級(jí)映射概念模式到內(nèi)模式的映射外模式到概念模式的映射4.2數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的基本概念E-R模型三種基本數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型一、數(shù)據(jù)模型的基本概念數(shù)據(jù)模型描述的內(nèi)容如下：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)）數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)約束數(shù)據(jù)模型按不同的應(yīng)用層次可分為：概念數(shù)據(jù)模型（E-R模型）邏輯數(shù)據(jù)模型（層次、網(wǎng)狀、關(guān)系、面向?qū)ο螅┪锢頂?shù)據(jù)模型二、E-R模型含義：E-R模型是將現(xiàn)實(shí)世界的要求轉(zhuǎn)化為實(shí)體、聯(lián)系、屬性等幾個(gè)基本概念，以及它們間的兩種基本聯(lián)接關(guān)系，并可以用圖直觀表示?；靖拍睿簩?shí)體：客觀存在又能互相區(qū)別的事物。屬性：刻畫實(shí)體的特征。聯(lián)系：反映實(shí)體集間的關(guān)系。一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多二、E-R模型圖示法：實(shí)體集（用矩形表示）屬性（用橢圓表示）聯(lián)系（用菱形表示）一對(duì)一：簡(jiǎn)記為1:1,如班級(jí)和班主任的聯(lián)系。一對(duì)多:簡(jiǎn)記為1:m,如宿舍與學(xué)生的聯(lián)系。多對(duì)多：簡(jiǎn)記為m:n,如任課教師與學(xué)生的聯(lián)系。分類圖示舉例觀眾與座位、乘客與車票、病人與病床、學(xué)校與校長(zhǎng)。城市與街道、宿舍與學(xué)生、父親與子女、班級(jí)與學(xué)生。學(xué)生與課程、工廠與產(chǎn)品、商店與顧客。1:1(一對(duì)一聯(lián)系)1:n(一對(duì)多聯(lián)系)m:n(多對(duì)多聯(lián)系)用矩形表示實(shí)體集，在框內(nèi)寫上實(shí)體名例：學(xué)生管理系統(tǒng)學(xué)生課程選修姓名學(xué)號(hào)系別課程名先修課學(xué)分成績(jī)用橢圓表示實(shí)體的屬性用無(wú)向邊把實(shí)體與其屬性連接起來(lái)用菱形表示實(shí)體間的聯(lián)系將參與聯(lián)系的實(shí)體用線段連接mn聯(lián)系的數(shù)量三、三種基本數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域最常用的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型有：層次數(shù)據(jù)模型:用樹(shù)型結(jié)構(gòu)表示實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型:用有向圖結(jié)構(gòu)表示實(shí)體類型及實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。關(guān)系數(shù)據(jù)模型:是由若干個(gè)關(guān)系模式組成的集合，其主要特征是用二維表格結(jié)構(gòu)表達(dá)實(shí)體集，用外鍵表示實(shí)體間聯(lián)系。四、關(guān)系模型關(guān)系模型的主要特點(diǎn)是以二維表的形式來(lái)表達(dá)實(shí)體集。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，把數(shù)據(jù)表示成二維表，每一個(gè)二維表稱為一個(gè)關(guān)系。關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系操縱關(guān)系中的數(shù)據(jù)約束關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)元組個(gè)數(shù)有限；元組的唯一性；元組的次序無(wú)關(guān)性；元組的分量不可分割-——元組分量的原子性；屬性名的唯一性；屬性的次序無(wú)關(guān)性；屬性分量具有與該屬性相同的值域。滿足以上7個(gè)性質(zhì)的二維表稱為關(guān)系，以二維表為基本結(jié)構(gòu)建立的模型稱為關(guān)系模型。關(guān)系模型的基本術(shù)語(yǔ)字段---------屬性（列）字段值------屬性值記錄----------元組（行）二維表格---------關(guān)系關(guān)系中屬性個(gè)數(shù)---------元數(shù)（列數(shù)）元組個(gè)數(shù)----------------基數(shù)（行數(shù)）鍵（或碼）：二維表（關(guān)系）中能唯一標(biāo)識(shí)元組的最小屬性集稱為該表的鍵或碼。候選碼：關(guān)系中可能有若干個(gè)鍵，他們稱為候選碼。主鍵：從候選碼中選取一個(gè)作為用戶使用的鍵，稱為主鍵。外碼：若A的某屬性集是表B的鍵，則稱該屬性集為A的外碼。關(guān)系操縱數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)刪除數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)修改操作的對(duì)象是關(guān)系，操作的結(jié)果也是關(guān)系。關(guān)系中的數(shù)據(jù)約束實(shí)體完整性約束：若一個(gè)或一組屬性A是關(guān)系R的主關(guān)鍵字，則屬性(或組)A不能取空值。參照完整性約束：用于定義外關(guān)鍵字與主關(guān)鍵字之間的引用規(guī)則的。用戶定義的完整性約束：由用戶針對(duì)某一具體的約束要求，自定義完整性規(guī)則，反映具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語(yǔ)義要求。例如：性別只能是“男”或“女”兩種可能年齡取值只能限制在0-150之間4.3關(guān)系代數(shù)關(guān)系模型的四種操作可以進(jìn)一步分解成6種基本操作：關(guān)系的屬性指定；關(guān)系的元組選擇；兩個(gè)關(guān)系的合并；關(guān)系的查詢；關(guān)系元組的插入；關(guān)系元組的刪除。關(guān)系操作傳統(tǒng)的集合運(yùn)算和專門的關(guān)系運(yùn)算。1．傳統(tǒng)的集合運(yùn)算

傳統(tǒng)的集合運(yùn)算是二目運(yùn)算，包括并、交、差、廣義笛卡爾積四種運(yùn)算。操作是基于“同類”關(guān)系而言。同類：兩個(gè)關(guān)系具有相同的目n（即兩個(gè)關(guān)系都有n個(gè)屬性），且相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域。

集合運(yùn)算（1）并

R∪S={t|t∈R∨t∈S}

兩個(gè)同類關(guān)系R和S的并：屬于R或?qū)儆赟的所有元組組成的集合，刪去重復(fù)的元組，其結(jié)果仍為n目關(guān)系。

（2）差

R－S={t|t∈R∧t∈S}

兩個(gè)同類關(guān)系R和S的差：由屬于R而不屬于S的所有元組組成，其結(jié)果關(guān)系仍為n元關(guān)系，在R中刪去與S相同的元組，其結(jié)果仍為n目關(guān)系。

（3）交

R∩S={t|t∈R∧t∈S}

兩個(gè)同類關(guān)系的交由屬于R又屬于S的所有元組組成，其結(jié)果仍為n目關(guān)系。

（4）廣義笛卡爾積

R×S＝{tr^t

s|tr∈R∧t

s∈S}

n元關(guān)系R和m元關(guān)系S的廣義笛卡爾積是一個(gè)n+m列元組的集合。元組前n列是關(guān)系R的一個(gè)元組，后m列是關(guān)系S的一個(gè)元組。

集合運(yùn)算關(guān)系運(yùn)算2．專門的關(guān)系運(yùn)算

包括：選擇、投影、連接等，關(guān)系運(yùn)算不僅涉及行而且涉及列。（1）選擇（Selection） 選擇又稱為限制，它是在關(guān)系中滿足給定條件的元組的子集。F(R):從R中挑選滿足F的元組。

【例1】如果要列出“1981（含）年以后出生的學(xué)生名單”，就是要找出那些符合此條件的行，“選擇”運(yùn)算結(jié)果如右：（2）投影（Projection） 投影是從關(guān)系中選擇出若干屬性列組成新的關(guān)系，這些屬性列一般是用戶感興趣的屬性列。T(R):從關(guān)系R中取屬性為T的列組成新關(guān)系。

【例2】在關(guān)系中只查詢所有學(xué)生的“姓名”和“性別”，則投影結(jié)果如右：（3）連接（Join）

連接是從兩個(gè)關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組。相比較的屬性是可比的屬性。連接運(yùn)算中最為重要也最為常用的連接是：條件連接、等值連接、自然連接。─條件連接：當(dāng)要滿足某個(gè)給定條件時(shí)，稱為條件連接。─等值連接：給定條件為相等的連接。─自然連接：若關(guān)系R和S具有相同的屬性組B，則連接條件是兩個(gè)關(guān)系R和S中所對(duì)應(yīng)的同名屬性組B中的所有屬性的值必須對(duì)應(yīng)相等。應(yīng)用舉例：設(shè)有兩個(gè)關(guān)系R和S分別如圖所示，求R和S的并、差、笛卡爾積、投影以及交。ABCabcdafcbdABCbgadaf關(guān)系R關(guān)系SR∪SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCabcdafcbdbgaR∩SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCdafR-SABCabcdafcbdABCbgadafRSABCabccbdπC,A

(R)ABCabcdafcbdRCAcafddcσB=‘b’

(R)ABCabcdafcbdRABCabccbdR×SABCabcdafcbdABCbgadafRSR.AR.BR.CS.AS.BS.Cabcbgaabcdafdafbgadafdafcbdbgacbddaf4.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與管理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概述數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的核心。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)：根據(jù)用戶對(duì)象的信息需求、處理需求和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持環(huán)境設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)模式。兩種方法：面向數(shù)據(jù)的方法（以信息需求為主）、面向過(guò)程的方法（以處理需求為主）。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)根據(jù)用戶的信息需求、處理需求以及數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行環(huán)境（DBMS、操作系統(tǒng)及硬件）的特性，設(shè)計(jì)出合理的數(shù)據(jù)模式。需求分析概念設(shè)計(jì)邏輯設(shè)計(jì)物理設(shè)計(jì)信息需求處理需求需求說(shuō)明數(shù)據(jù)模式獨(dú)立DBMS外模式概念模式內(nèi)模式DBMS特性硬件、OS特性數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)面向數(shù)據(jù)的方法面向過(guò)程的方法

需求分析常采用兩種方法結(jié)合使用，確定設(shè)計(jì)范圍概念設(shè)計(jì)局部視圖→集成E-R模型

邏輯設(shè)計(jì)外模式，基于DBMS的數(shù)據(jù)模式，完成

E-R模型→關(guān)系數(shù)據(jù)模型。(應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范理論設(shè)計(jì)出合理的關(guān)系模式)。

物理設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)模式，包括記錄的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、庫(kù)文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)以及訪問(wèn)一個(gè)庫(kù)文件特定記錄的路徑。文件結(jié)構(gòu)：堆文件、散列文件需求分析數(shù)據(jù)庫(kù)管理含義：維護(hù)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的工作稱為數(shù)據(jù)庫(kù)管理，實(shí)施管理的人稱為數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）。內(nèi)容：數(shù)據(jù)庫(kù)的建立數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)整數(shù)據(jù)庫(kù)的重組數(shù)據(jù)庫(kù)安全性控制與完整性控制數(shù)據(jù)庫(kù)的故障恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)控（1）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是A）操作系統(tǒng)的一部分B）在操作系統(tǒng)支持下的系統(tǒng)軟件C）一種編譯系統(tǒng)D）一種操作系統(tǒng)（3）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心是A）數(shù)據(jù)模型B）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)C）數(shù)據(jù)庫(kù)D）數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（7）數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的根本目標(biāo)是要解決數(shù)據(jù)的A）存儲(chǔ)問(wèn)題B）共享問(wèn)題C）安全問(wèn)題D）保護(hù)問(wèn)題（13）數(shù)據(jù)獨(dú)立性是數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的重要特點(diǎn)之一，所謂數(shù)據(jù)獨(dú)立性是指A）數(shù)據(jù)與程序獨(dú)立存放B）不同的數(shù)據(jù)被存放在不同的文件中C）不同的數(shù)據(jù)只能被對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序所使用D）以上三種說(shuō)法都不對(duì)（14）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式不包括A）概念模式B）內(nèi)模式C）外模式D）數(shù)據(jù)模式（18）在E-R圖中，用來(lái)表示實(shí)體聯(lián)系的圖形是A）橢圓形B）矩形C）菱形D）三角形（21）一間宿舍可住多個(gè)學(xué)生，則實(shí)體宿舍和學(xué)生之間的聯(lián)系是A）一對(duì)一B）一對(duì)多C）多對(duì)一D）多對(duì)多（27）用樹(shù)形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體之間聯(lián)系的模型是A）關(guān)系模型B）網(wǎng)狀模型C）層次模型D）以上三個(gè)都是（28）在關(guān)系模型中，每一個(gè)二維表稱為一個(gè)A）關(guān)系B）屬性C）元組D）主碼（鍵）（29）在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，用來(lái)表示實(shí)體間聯(lián)系的是A）屬性B）二維表C）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)D）樹(shù)