數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用 課件 張千帆 第1、2章 緒論、-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫

第1章緒論本章介紹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理及應(yīng)用1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.4數(shù)據(jù)模型1.5E-R模型主要內(nèi)容1.6邏輯數(shù)據(jù)模型的分類1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本概念1.1基本概念信息(Information)人們對于客觀事物屬性和運動狀態(tài)的反映。信息所描述的內(nèi)容能夠通過某種載體，如符號、聲音、文字、圖形、圖像等來表征和傳播。信息具有可感知、可存儲、可加工、可傳遞和可再生等屬性。數(shù)據(jù)（Data）描述現(xiàn)實世界事物的符號記錄，在計算機科學(xué)中是指所有能輸入到計算機中并被計算機程序處理的符號的總稱。對于計算機科學(xué)而言，數(shù)據(jù)的含義極其廣泛，如數(shù)字、文字、圖形、圖像、聲音等都可以通過編碼而歸之于數(shù)據(jù)的范疇。基本概念信息與數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)信息是指經(jīng)過加工處理并可以對人類客觀行為產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式。任何事物的屬性都是可以通過數(shù)據(jù)來表示的。數(shù)據(jù)是信息的符號表示，是信息的具體表現(xiàn)形式，或稱載體；信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是數(shù)據(jù)的語義解釋。數(shù)據(jù)是現(xiàn)象，信息更反映本質(zhì)。信息處理的基本環(huán)節(jié)將原始信息表示成源數(shù)據(jù)，然后對源數(shù)據(jù)進行處理而抽取或推導(dǎo)出新的數(shù)據(jù)，即結(jié)果數(shù)據(jù)。信息處理的基本環(huán)節(jié)主要包括信息的收集、信息的輸入、信息的加工、信息的輸出、信息的存儲和傳輸，其中信息加工是信息處理的核心。基本概念數(shù)據(jù)庫（DataBase,簡稱DB)長期儲存在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)集合數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心部分，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理對象數(shù)據(jù)庫特征①數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存的；②長期存儲；③可為多用戶共享;④數(shù)據(jù)獨立性較高；⑤統(tǒng)一管理。

基本概念數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。是基礎(chǔ)軟件，是一個大型復(fù)雜的軟件系統(tǒng)。科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護數(shù)據(jù)。DBMS的主要功能1)數(shù)據(jù)庫定義功能2)數(shù)據(jù)庫查詢和操縱功能3)數(shù)據(jù)庫運行管理功能4)數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能5)數(shù)據(jù)字典DBMS數(shù)據(jù)子語言（1）數(shù)據(jù)定義語言(簡稱DDL)；（2）數(shù)據(jù)操縱語言(簡稱DML)；（3）數(shù)據(jù)控制語言(簡稱DCL)。基本概念數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem，簡稱DBS）通常是指帶有數(shù)據(jù)庫的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)計算機軟件硬件系統(tǒng)人員用戶數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展過程20世紀50年代中期以前人工管理階段20世紀50年代后期到60年代中期文件系統(tǒng)階段20世紀60年代后期數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段21世紀至今數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)新發(fā)展1)人工管理階段背景計算機主要用于科學(xué)計算數(shù)據(jù)量小、結(jié)構(gòu)簡單，如高階方程、曲線擬和等外存為順序存取設(shè)備磁帶、卡片、紙帶，沒有磁盤等直接存取設(shè)備沒有操作系統(tǒng)，沒有數(shù)據(jù)管理軟件用戶用機器指令編碼，通過紙帶機輸入程序和數(shù)據(jù)，程序運行完畢后，由用戶取走紙帶和運算結(jié)果，再讓下一用戶上機操作1)人工管理階段訪問訪問訪問數(shù)據(jù)集1數(shù)據(jù)集2數(shù)據(jù)集n應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n1)人工管理階段特點用戶完全負責數(shù)據(jù)管理工作數(shù)據(jù)的組織、存儲結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入輸出等數(shù)據(jù)完全面向特定的應(yīng)用程序用戶使用自己的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不保存，用完就撤走數(shù)據(jù)與程序沒有獨立性程序中存取數(shù)據(jù)的子程序隨著存儲結(jié)構(gòu)的改變而改變磁帶的特點優(yōu)點：廉價地存放大容量數(shù)據(jù)缺點：順序訪問；1%所需，100%訪問2)文件系統(tǒng)階段背景計算機不但用于科學(xué)計算，還用于管理外存有了磁盤、磁鼓等直接存取設(shè)備有了專門管理數(shù)據(jù)軟件，一般稱為文件系統(tǒng)2)文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)集1數(shù)據(jù)集2數(shù)據(jù)集n文件系統(tǒng)應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n2)文件系統(tǒng)階段特點系統(tǒng)提供一定的數(shù)據(jù)管理功能存取方式支持對文件的基本操作，用戶不必考慮物理細節(jié)數(shù)據(jù)仍是面向應(yīng)用的一個數(shù)據(jù)文件對應(yīng)一個或幾個用戶程序數(shù)據(jù)與程序有一定的獨立性文件的邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)由系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)在存儲上的改變不一定反映在程序上2)文件系統(tǒng)階段人事處洗衣房宿管中心文件系統(tǒng)學(xué)號姓名性別出生年月學(xué)院專業(yè)年級籍貫人事處洗衣房宿管中心文件系統(tǒng)學(xué)號姓名性別出生年月學(xué)院專業(yè)年級籍貫人事處洗衣房宿管中心文件系統(tǒng)學(xué)號姓名性別出生年月學(xué)院專業(yè)年級籍貫學(xué)號姓名性別學(xué)院專業(yè)住址人事處學(xué)號卡號姓名密碼余額文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)示例2)文件系統(tǒng)階段缺點數(shù)據(jù)與程序的獨立性差數(shù)據(jù)的共享性差，冗余度大數(shù)據(jù)的不一致性數(shù)據(jù)查詢困難數(shù)據(jù)完整性難于保證3)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段背景計算機管理的數(shù)據(jù)量大，關(guān)系復(fù)雜，共享性要求強外存有了大容量的磁盤，光盤硬件價格下降，編制和維護軟件及應(yīng)用程序成本相對增加3)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)1統(tǒng)一存取數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)n應(yīng)用程序2應(yīng)用程序1應(yīng)用程序n3)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)應(yīng)用示例宿管中心洗衣房人事處卡號密碼學(xué)號姓名性別住址籍貫學(xué)院出生年月專業(yè)余額3)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段特點1面向全組織的復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)支持全企業(yè)的應(yīng)用而不是某一個應(yīng)用數(shù)據(jù)反映了客觀事物間的本質(zhì)聯(lián)系，而不是著眼于面向某個應(yīng)用，是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要特征之一，與文件系統(tǒng)的根本差別。文件系統(tǒng)只是記錄的內(nèi)部有結(jié)構(gòu)，一個文件的記錄之間是個線性序列，記錄之間無聯(lián)系特點2數(shù)據(jù)的冗余度小，易擴充數(shù)據(jù)面向整個系統(tǒng)，而不是面向某一應(yīng)用，數(shù)據(jù)集中管理，數(shù)據(jù)共享，因此冗余度小節(jié)省存儲空間，減少存取時間，且可避免數(shù)據(jù)之間的不相容性和不一致性每個應(yīng)用選用數(shù)據(jù)庫的一個子集，只要重新選取不同子集或者加上一小部分數(shù)據(jù)，就可以滿足新的應(yīng)用要求，這就是易擴充性3)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段特點3具有較高的數(shù)據(jù)獨立性把數(shù)據(jù)庫的定義和描述從應(yīng)用程序中分離出去數(shù)據(jù)描述是分級的（全局邏輯、局部邏輯、存儲）數(shù)據(jù)的存取由系統(tǒng)管理，用戶不必考慮存取路徑等細節(jié)，從而簡化了應(yīng)用程序特點4數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理與控制數(shù)據(jù)的安全性控制（Security）數(shù)據(jù)的完整性控制（Integrity）并發(fā)控制（Concurrency）4)數(shù)據(jù)庫新發(fā)展隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與其它新興技術(shù)結(jié)合，形成了多種滿足特定應(yīng)用領(lǐng)域的新型數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫技術(shù)與網(wǎng)通信絡(luò)技術(shù)融合的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與面向?qū)ο蠹夹g(shù)融合的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)與多媒體技術(shù)融合的多媒體數(shù)據(jù)庫與人工智能技術(shù)融合的智能數(shù)據(jù)庫與大數(shù)據(jù)融合的NoSQL（NotOnlySQL）數(shù)據(jù)庫?！瓟?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.33.1三級模式

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)…用戶An用戶A3用戶A2用戶A1宿主語言+DML宿主語言+DML宿主語言+DML宿主語言+DML數(shù)據(jù)庫概念模式內(nèi)模式

概念級數(shù)據(jù)庫DBA視圖物理級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)程序員視圖

外模式1外模式2用戶級數(shù)據(jù)庫用戶視圖…外模式N數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)3.1三級模式外模式(Sub-Schema)又稱為子模式、用戶模式或用戶視圖。是數(shù)據(jù)庫用戶（包括程序員和最終用戶）能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。模式(Schema)又稱邏輯模式、概念模式。所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)和特性的描述。內(nèi)模式(StorageSchema)又稱存儲模式、物理模式是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述。是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。3.2二級映像概念模式/外模式映像外模式1外模式2概念模式內(nèi)模式概念模式/內(nèi)模式映像…外模式N數(shù)據(jù)的邏輯獨立性數(shù)據(jù)的物理獨立性兩級映像3.2二級映像外模式/模式映像定義某一個外模式和模式之間的對應(yīng)關(guān)系，映象定義通常包含在各外模式中。當模式改變時，修改外模式/模式映像，使外模式保持不變，從而應(yīng)用程序可以保持不變，稱為數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。模式/內(nèi)模式映像定義數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。存儲結(jié)構(gòu)改變時，修改模式/內(nèi)模式映像，使模式保持不變，從而應(yīng)用程序可以保持不變，稱為數(shù)據(jù)的物理獨立性。數(shù)據(jù)模型1.4信息的抽象過程現(xiàn)實世界信息世界計算機世界三個數(shù)據(jù)范疇：現(xiàn)實世界、信息世界和計算機世界應(yīng)用概念模型數(shù)據(jù)模型抽象、概念化轉(zhuǎn)換、形式化信息的抽象過程信息的循環(huán)經(jīng)歷了三個領(lǐng)域：現(xiàn)實世界、信息世界和數(shù)據(jù)世界。1）現(xiàn)實世界（RealWord），指存在于人們頭腦之外的客觀世界，是具體事物和抽象概念的總和，是數(shù)據(jù)處理的源泉。事物可分成“對象”與“性質(zhì)”兩大類。2）信息世界（InformationWorld），指現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映。信息世界的主要對象是實體以及實體間的相互聯(lián)系。3）數(shù)據(jù)世界（DataWorld），指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的處理對象。現(xiàn)實世界中的事實經(jīng)過信息世界轉(zhuǎn)換成信息，并經(jīng)過加工、編碼進入計算機世界。三類數(shù)據(jù)模型1）概念數(shù)據(jù)模型，簡稱為概念模型，是獨立于任何計算機實現(xiàn)的。這類數(shù)據(jù)模型完全不涉及信息在計算機系統(tǒng)中的表示問題，只用來描述某個特定的組織所關(guān)心的信息結(jié)構(gòu)。2）邏輯數(shù)據(jù)模型，簡稱為邏輯模型，是按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模，直接面向數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。3）物理數(shù)據(jù)模型，簡稱為物理模型，屬于底層數(shù)據(jù)模型，通過諸如記錄格式、記錄順序和存取路徑等表示信息，描述數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的實際存儲方式。存取路徑是一個特殊的結(jié)構(gòu)，用于在數(shù)據(jù)庫文件中有效地搜索一個特定的數(shù)據(jù)庫記錄。概念模型中的基本概念實體(Entity)客觀存在并可相互區(qū)分的事物叫實體屬性(Attribute)實體所具有的某一特性碼(Key)能唯一標識實體的屬性或?qū)傩越M域(Domain)屬性的取值范圍概念模型中的基本概念實體型(EntityType)實體名與其屬性名集合共同構(gòu)成實體型例:學(xué)生（學(xué)號、姓名、年齡、性別、系、年級）注意實體型與實體（值）之間的區(qū)別，后者是前者的一個特例如(0308100，王平，19，男，管理學(xué)院，2)是一個實體（值）實體集(EntitySet)同型實體的集合稱為實體集如全體學(xué)生E-R模型1.5E-R模型組成要素實體（Entity）ER模型中實體即實體型用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名。屬性(Relationship）用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體連接起來。E-R模型組成要素聯(lián)系實體之間的相互關(guān)聯(lián)用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯(lián)系的類型。聯(lián)系的種類（如右圖）一對一聯(lián)系（1：1）一對多聯(lián)系（1：n）多對多聯(lián)系（m:n）聯(lián)系也可以有屬性，如學(xué)生與課程之間有選課聯(lián)系，每個選課聯(lián)系都有一個成績作為其屬性。元或度（Degree）參與聯(lián)系的實體集的個數(shù)稱為聯(lián)系的元。數(shù)據(jù)抽象方法定義某一類概念作為現(xiàn)實世界中一組對象的類型。抽象了對象值和對象型之間的“ismemberof”的語義。分類（Classification）定義某一類型的組成部分。抽象了對象內(nèi)部類型和成分之間“

ispartof

”的語義。聚集（Aggregation）定義類型之間的一種子集聯(lián)系。抽象了類型之間的“

issubsetof

”的語義。概括（Generalization）學(xué)生

張軍學(xué)生姓名學(xué)號系別本科生研究生學(xué)生姓名學(xué)號論文軍訓(xùn)

王平E-R模型設(shè)計流程是是局部E-R模型確定公共實體類型合并兩個局部E-R模型檢查并消除沖突還有沖突否無還有未合并的局部E-R模型全局E-R模型否基本E-R模型是還可優(yōu)化否E-R模型設(shè)計流程圖1)局部E-R模型設(shè)計現(xiàn)實世界的事物能作為屬性對待的，盡量作為屬性對待。屬性不能再有需要描述的性質(zhì)，必須是不可分的數(shù)據(jù)項。屬性不能與其他實體具有聯(lián)系。2)全局E-R模型設(shè)計集成方法多個局部E-R模型一次集成逐步集成，用累加的方式一次集成兩個局部E-R模型

集成的步驟合并局部E-R模型，生成初步E-R模型屬性沖突:屬性類型不同、屬性取值范圍不同、屬性取值單位不同結(jié)構(gòu)沖突：同一對象在不同應(yīng)用中的抽象不同、同一實體在不同E-R模型中屬性組成不同、實體之間的聯(lián)系在不同E-R模型中呈現(xiàn)不同的類型命名沖突：同名異義、異名同義修改和重構(gòu)，消除不必要的冗余，生成基本E-R模型E-R模型設(shè)計實例1)數(shù)據(jù)需求描述考慮一個機械制造廠的工廠技術(shù)部門和工廠供應(yīng)部門。技術(shù)部門關(guān)心的是產(chǎn)品性能參數(shù)、產(chǎn)品由哪些零件組成、零件的材料和耗用量等；工廠供應(yīng)部門關(guān)心的是產(chǎn)品的價格、使用材料的價格和材料的庫存量等。E-R模型設(shè)計實例2）局部E-R模型設(shè)計技術(shù)部門的局部E-R模型產(chǎn)品組成零件mn零件數(shù)零件號零件名耗用量材料名產(chǎn)品號產(chǎn)品名性能參數(shù)E-R模型設(shè)計實例2）局部E-R模型設(shè)計供應(yīng)部門的局部E-R模型庫存量倉庫倉庫號倉庫名類別地點材料價格材料號材料名產(chǎn)品號產(chǎn)品產(chǎn)品名價格n存放m存放量耗用量使用mnE-R模型設(shè)計實例3）全局E-R模型的設(shè)計地點耗用量使用材料價格庫存量mn倉庫倉庫號倉庫名n類別存放材料號材料名m存放量性能參數(shù)產(chǎn)品產(chǎn)品號產(chǎn)品名價格組成零件零件號零件名m零件數(shù)n耗用量消耗mn集成的初步E-R模型E-R模型設(shè)計實例3）全局E-R模型的設(shè)計類別產(chǎn)品號圖4改進的E-R模型性能參數(shù)零件數(shù)材料價格產(chǎn)品倉庫倉庫號倉庫名n地點存放材料號材料名m產(chǎn)品名價格存放量組成零件零件號零件名m耗用量n消耗mn邏輯數(shù)據(jù)模型的分類1.6邏輯數(shù)據(jù)模型的分類1層次數(shù)據(jù)模型12網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型23關(guān)系數(shù)據(jù)模型31)層次模型層次模型是用樹形結(jié)構(gòu)來表示實體與實體之間聯(lián)系的模型。其中樹的結(jié)點表示實體，邊表示聯(lián)系。學(xué)校管理學(xué)院計算機學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院外國語學(xué)院信息管理系市場營銷系工商管理系計算機系計算中心網(wǎng)絡(luò)中心生物系環(huán)境系動物中心生物工程中心資源所英語系日語系

學(xué)校院系設(shè)置的層次模型1)層次模型層次模型描述了數(shù)據(jù)之間的層次關(guān)系層次模型中的樹為有序樹，實體之間的聯(lián)系關(guān)系是單向的，樹結(jié)點中任何結(jié)點的任何屬性都是不可再分的簡單型數(shù)據(jù)。有且僅有一個結(jié)點無雙親，這個結(jié)點稱為根結(jié)點其它結(jié)點有且僅有一個雙親結(jié)點層次模型只能描述數(shù)據(jù)之間一對一或一對多的關(guān)系多對多聯(lián)系在層次模型中的表示冗余結(jié)點法虛擬結(jié)點法層次數(shù)據(jù)模型的存儲結(jié)構(gòu)鄰接法鏈接法2)網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來表示實體與實體間聯(lián)系。其中結(jié)點表示實體，邊表示聯(lián)系。結(jié)點之間的聯(lián)系可以是一對一、一對多和多對多的。網(wǎng)狀模型描述了數(shù)據(jù)之間的網(wǎng)狀關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型3)關(guān)系模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型是三種基本數(shù)據(jù)中最晚發(fā)展但相對建模能力最強的。關(guān)系數(shù)據(jù)模型用二維表格（即集合論中的關(guān)系）來表示實體和實體間的聯(lián)系，保證了對實體和聯(lián)系的描述的一致性。表中的每一行是一個元組，相當于一個記錄。每一列是一個屬性值集，列可以命名稱為屬性名。關(guān)系是元組的集合。關(guān)系數(shù)據(jù)模型有嚴格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，可直接表達多對多的聯(lián)系。3)關(guān)系模型校園卡和商戶之間的多對多聯(lián)系可以表示為下圖“消費清單”表的關(guān)系，包含五個屬性（列），分別是流水號、卡號、商戶編號、消費金額、消費時間關(guān)系數(shù)據(jù)模型用簡單的線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示了校園卡與商戶之間多對多的聯(lián)系。第2章關(guān)系型數(shù)據(jù)庫本章主要介紹關(guān)系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)操作的相關(guān)概念和常見的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理及應(yīng)用2.1關(guān)系數(shù)據(jù)庫概述2.2E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型2.3關(guān)系完整性約束2.4關(guān)系代數(shù)主要內(nèi)容2.5常見的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫概述2.12.1.1關(guān)系域：一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。例:整數(shù)、介于某個取值范圍的整數(shù)實數(shù)、指定長度的字符串集合……笛卡爾積：給定一組域D1,D2,…,Dn,其笛卡爾積為：D1×D2×…×Dn={(d1，d2，…，dn)｜di∈Di,i＝1，2，…，n｝元組：笛卡兒積中每一個元素(d1,d2,…,dn)稱為n元組。分量：元素中的每一個值di叫做一個分量。關(guān)系：D1ⅩD2Ⅹ…ⅩDn的子集叫作域D1,D2,…,Dn上的關(guān)系，表示為R（D1,D2,…,Dn

）其中R是關(guān)系名，n為關(guān)系的度關(guān)系是笛卡兒積的有限子集，所以關(guān)系也是一個二維表。表的每行對應(yīng)一個元組，每列對應(yīng)一個域，稱為屬性。2.1.1關(guān)系碼：能夠唯一標識一個元組的屬性或?qū)傩约?，又稱鍵、關(guān)鍵字。碼分為超碼、候選碼、主碼、外碼。超碼：能夠唯一標識一個元組的一個或多個屬性的集合。如果K是一個超鍵，那么所有包含K的集合也是超鍵。候選碼：能夠唯一標識一個元組的最小屬性集，即候選鍵是沒有多余屬性的超鍵。候選鍵中的屬性稱為主屬性(PrimeAttribute)，不包含在任何候選鍵中的屬性稱為非主屬性(Non_primeAttribute)。主碼：若一個關(guān)系有多個候選鍵，選定其中一個為主鍵。主鍵的諸屬性稱為主屬性。外碼：設(shè)屬性F是關(guān)系R的一個屬性，但不是關(guān)系R的主鍵，并對應(yīng)著關(guān)系S的主鍵K，如圖2-1所示。F在R中的取值要參照關(guān)系S中K的取值，稱關(guān)系R為參照關(guān)系(ReferencingRelation)或從表，關(guān)系S為被參照關(guān)系(ReferencedRelation)或主表，并稱F是關(guān)系R的外鍵(ForeignKey)。關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系，但是K與F的域相同。非碼屬性：不包含在任何候選碼中的屬性。全碼：關(guān)系模式的所有屬性組是這個關(guān)系模式的候選碼。2.1.1關(guān)系2.1.1關(guān)系基本關(guān)系的性質(zhì)關(guān)系是一種規(guī)范化的二維表，作為關(guān)系的二維表必須滿足下列6條性質(zhì)：(1)同一屬性（列）中的分量是相同類型的數(shù)據(jù)，即取自同一個域。(2)屬性（列）的順序可以是任意的。(3)元組（行）的順序可以是任意的。(4)任意兩個元組（即兩行）不能完全相同。(5)屬性必須有不同的名稱，但不同的屬性可以取自相同的域。(6)所有屬性必須都是不可分解的，即表中不允許有子表。2.1.1關(guān)系9800019198000281980003719800028939800029812.1.2關(guān)系模式關(guān)系模式（RelationSchema）：對關(guān)系的描述。元組集合的結(jié)構(gòu)

屬性構(gòu)成

屬性來自的域

屬性與域之間的映象關(guān)系完整性約束條件關(guān)系模式是型、關(guān)系是值關(guān)系是關(guān)系模式在某一時刻的狀態(tài)或內(nèi)容。關(guān)系模式是靜態(tài)的、穩(wěn)定的，而關(guān)系是動態(tài)的關(guān)系模式可以形式化地表示為：

R（U，D，DOM，F(xiàn)）R

關(guān)系名U

組成該關(guān)系的屬性名集合D

U中屬性所來自的域DOM

屬性向域的映象集合F

屬性間數(shù)據(jù)的依賴關(guān)系的集合2.1.3關(guān)系模型關(guān)系模型組成要素數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在關(guān)系模型中，無論是實體還是實體之間的聯(lián)系均由單一的結(jié)構(gòu)類型即關(guān)系來表示。關(guān)系操作增加、刪除、修改、查詢（并、交、差、選擇、投影、連接、除）關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算、SQL關(guān)系完整性實體完整性參照完整性用戶自己定義的完整性2.1.4關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫：在一個給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有關(guān)系的集合構(gòu)成一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型與值關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型:關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式，是對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的描述關(guān)系數(shù)據(jù)庫的值:關(guān)系模式在某一時刻對應(yīng)的關(guān)系的集合，通常稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RelationalDBMS，簡稱為RDBMS）以其結(jié)構(gòu)簡單、通俗易懂、使用方便等特點，深受廣大用戶的歡迎，是目前使用最廣泛的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型2.2E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型模型與關(guān)系數(shù)據(jù)模型的要素對照表關(guān)系數(shù)據(jù)模型可由基本E-R模型轉(zhuǎn)換得到2.2.1具有簡單屬性的實體的表示（1）設(shè)E為只具有n個簡單屬性的實體，則關(guān)系E表示為這n個屬性的集合。（2）實體的主鍵為轉(zhuǎn)換得到的關(guān)系的主鍵。（3）關(guān)系中的一個元組對應(yīng)一個實體值。S（SNO，SNAME，DEPT）學(xué)生姓名學(xué)號系別例：簡單屬性：不可再分的屬性一個實體型轉(zhuǎn)換為一個同名的關(guān)系模式。實體的屬性就是關(guān)系的屬性，實體的碼就是關(guān)系的碼。2.2.2具有復(fù)雜屬性的實體的表示1）復(fù)合屬性：可以劃分為更小的屬性如果實體具有復(fù)合屬性，可以用子屬性替代復(fù)合屬性，也可以把復(fù)合屬性升級為一個實體，用一個新的關(guān)系表示。2）多值屬性：屬性上有多于一個的取值多值屬性需要升級為一個新的關(guān)系，例如，對于實體的一個多值屬性M，構(gòu)建關(guān)系R，該關(guān)系由M以及M所在的實體的主鍵構(gòu)成。R的主鍵由其所有屬性構(gòu)成的全鍵。R的外鍵是由M所在實體的主鍵所生成的屬性。3）派生屬性：從其他相關(guān)的屬性或?qū)嶓w派生出來的屬性值派生屬性不在關(guān)系模式中顯性表示，只是在需要時通過計算得到。2.2.2具有復(fù)雜屬性的實體的表示教師

職工號

姓名

通訊地址

省

市

街道

街道號

街道名

門牌號

{電話號碼}

出生日期

年齡()teacher(TID，name，province，city，street_number，street_name，apt_number，birthday)TID是主鍵teacher_phone(TID，phone)(TID,phone)是主鍵，TID是外鍵復(fù)雜屬性的表示示例2.2.3二元聯(lián)系的表示1）1:1聯(lián)系的表示把任意一端的主鍵及聯(lián)系本身的屬性與另一端對應(yīng)的關(guān)系合并。廠長號姓名年齡廠長廠名地點工廠管理11方法一：廠長（廠長號，廠號，姓名，年齡）

工廠（廠號，廠名，地點）方法二：廠長（廠長號，姓名，年齡）

工廠（廠號，廠長號，廠名，地點）廠號1:1聯(lián)系的表示示例2.2.3二元聯(lián)系的表示2）1:n聯(lián)系的表示把“1”端的關(guān)鍵字以及聯(lián)系的屬性與“n”端對應(yīng)的關(guān)系合并。合并后的關(guān)系的鍵是“n”端實體的鍵。1:n聯(lián)系的表示示例學(xué)號教工號姓名工作單位教師姓名專業(yè)學(xué)生指導(dǎo)1n教師(教工號，教師姓名，工作單位)學(xué)生(學(xué)號，教工號，姓名，專業(yè)，班級)班級2.2.3二元聯(lián)系的表示3）m:n聯(lián)系的表示m:n聯(lián)系必須轉(zhuǎn)換為一個新的關(guān)系,新關(guān)系的屬性包括與該聯(lián)系相關(guān)的各實體的鍵以及聯(lián)系的屬性。各實體主鍵的集合構(gòu)成了該關(guān)系的主鍵，各主鍵對應(yīng)的屬性是該關(guān)系的外鍵。m:n聯(lián)系的表示示例學(xué)號姓名年齡學(xué)生課程號課程名學(xué)時數(shù)課程學(xué)習mn成績學(xué)生（學(xué)號，姓名，年齡）課程（課程號，課程名，學(xué)時數(shù)）學(xué)習（學(xué)號，課程號，成績）

2.2.4多元聯(lián)系的表示多元聯(lián)系的轉(zhuǎn)換方法與二元聯(lián)系轉(zhuǎn)化方法相同，具體表述如下：1）1:1:1聯(lián)系可以把任選意兩個實體的鍵以及聯(lián)系的屬性放在第三個實體的關(guān)系中。2）1:1:n聯(lián)系可以把兩個1端實體的鍵以及聯(lián)系的屬性放在n端實體的關(guān)系中。3）1:m:n聯(lián)系轉(zhuǎn)換成由m端和n端實體的鍵以及聯(lián)系的屬性構(gòu)成的新關(guān)系，新關(guān)系的鍵為m端和n端實體的鍵的組合。4）m:n:p聯(lián)系轉(zhuǎn)換成由三端實體的鍵以及聯(lián)系的屬性構(gòu)成的新關(guān)系，新關(guān)系的鍵為三個實體的鍵的組合。關(guān)系完整性約束2.3關(guān)系完整性約束數(shù)據(jù)庫通過完整性約束保證數(shù)據(jù)的相容性和正確性。

一是數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與現(xiàn)實世界中的應(yīng)用需求的相容性和正確性；二是數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)之間的相容性和正確性。關(guān)系模型中有三類完整性約束：實體完整性參照完整性用戶定義完整性。1）實體完整性實體完整性規(guī)則1）主鍵約束

每個表只能有一個主鍵，構(gòu)成主鍵的每一列值不

能為空值，且主鍵必須能夠唯一標識表中每一行，任意兩行在主鍵上不能具有相同的值。2）候選鍵約束

候選鍵與主鍵一樣，必須非空且唯一。1）實體完整性學(xué)號不能為空值或重復(fù)的值。因為沒有學(xué)號的學(xué)生在這個數(shù)據(jù)庫中是不存在的，而且也不存在不同學(xué)生具有相同學(xué)號的情況。實體完整性可以保證數(shù)據(jù)庫中記錄的唯一性1）實體完整性（1）實體完整性規(guī)則是針對基本關(guān)系而言的。一個基本表通常對應(yīng)現(xiàn)實世界的一個實體集。（2）現(xiàn)實世界中的實體是可區(qū)分的，即它們具有某種唯一性標識。（3）關(guān)系模型中以主碼作為唯一性標識。（4）主碼中的屬性即主屬性不能取空值。主屬性取空值，就說明存在某個不可標識的實體，即存在不可區(qū)分的實體，這與第（2）點相矛盾，因此這個規(guī)則稱為實體完整性。說

明2）參照完整性參照完整性規(guī)則設(shè)F是關(guān)系R的外鍵，并對應(yīng)關(guān)系S的主鍵K，則F在關(guān)系R中的取值要么是空值，要么等于關(guān)系S中某個元組的主鍵值。關(guān)系R和關(guān)系S可以是不同的關(guān)系，也可以是同一個關(guān)系2）參照完整性插入規(guī)則：在子表中插入記錄時應(yīng)遵循的規(guī)則限制(Constraint)：若父表中不存在匹配的關(guān)鍵字值，則禁止插入操作進行。忽略(Abort)：允許插入，不遵守參照完整性約束條件。這時數(shù)據(jù)庫完全處于自由狀態(tài)。2）參照完整性刪除規(guī)則：在父表中刪除記錄時應(yīng)遵循的規(guī)則級聯(lián)（Cascade）：先刪除子表中的所有相關(guān)記錄。限制(Constraint)：若子表中存在相關(guān)匹配的記錄，則禁止刪除操作進行。忽略(Abort)：允許刪除，不理會子表中的相應(yīng)記錄，即不遵守參照完整性約束條件。這時數(shù)據(jù)庫完全處于自由狀態(tài)。2）參照完整性更新規(guī)則：當父表的關(guān)鍵字被修改時應(yīng)遵循的規(guī)則；級聯(lián)（Cascade）：用新的關(guān)鍵字值更新子表中的所有相關(guān)記錄。限制(Constraint)：若子表中存在匹配的相關(guān)記錄，則禁止更新操作進行。忽略(Abort)：允許更新，不遵守參照完整性約束條件。這時數(shù)據(jù)庫完全處于自由狀態(tài)。2）參照完整性例：班級（班級編號，班級名稱）

學(xué)生（學(xué)號，班級編號，姓名，性別）3）用戶完整性用戶定義的完整性是針對某一具體關(guān)系數(shù)據(jù)庫的約束條件，反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。用戶定義的完整性沒有統(tǒng)一的規(guī)則，由數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員根據(jù)具體應(yīng)用中數(shù)據(jù)的語義要求來創(chuàng)建。3）用戶完整性3）用戶完整性3）用戶完整性由用戶自定義的完整性，數(shù)據(jù)庫必須同樣遵守。實體完整性和參照完整性是關(guān)系模型必須滿足的約束條件，應(yīng)該由關(guān)系系統(tǒng)自動支持。而用戶自定義完整性反映了用戶的要求，是用戶自行定義的。完整性的實現(xiàn)uniquechecknot

null關(guān)系代數(shù)2.4關(guān)系代數(shù)概述運算對象是關(guān)系運算結(jié)果亦為關(guān)系關(guān)系代數(shù)的集合運算分類：傳統(tǒng)的集合運算（并、交、差、廣義笛卡爾積）專門的關(guān)系運算兩種類型（投影、選擇、連接、除）關(guān)系代數(shù)運算符關(guān)系代數(shù)概述2.4.1傳統(tǒng)的集合運算并設(shè)關(guān)系R和關(guān)系S都有n個屬性，且相應(yīng)的屬性取自同一個域。對關(guān)系R與關(guān)系S進行并操作，結(jié)果仍是一個具有n個屬性的關(guān)系。該關(guān)系由關(guān)系R和關(guān)系S中的所有元組組成，相同的元組只保存一次，可記作：R∪S≡{t|t∈R∨t∈S}2.4.1傳統(tǒng)的集合運算2.4.1傳統(tǒng)的集合運算交設(shè)關(guān)系R和關(guān)系S都有n個屬性，且相應(yīng)的屬性取自同一個域。對關(guān)系R與關(guān)系S進行交操作，結(jié)果仍是一個有n個屬性的關(guān)系，該關(guān)系由既屬于關(guān)系R又屬于關(guān)系S的所有元組組成，可記作：R∩S≡{t|t∈R∧t∈S}2.4.1傳統(tǒng)的集合運算2.4.1傳統(tǒng)的集合運算差設(shè)關(guān)系R和關(guān)系S都有n個屬性，且相應(yīng)的屬性取自同一個域。對關(guān)系R與關(guān)系S進行差(Difference)操作，結(jié)果仍是一個有n個屬性的關(guān)系，該關(guān)系由屬于關(guān)系R且不屬于關(guān)系S的所有元組組成，可記作：R-S≡{t|t∈R∧t?S}2.4.1傳統(tǒng)的集合運算2.4.1傳統(tǒng)的集合運算廣義笛卡爾積設(shè)關(guān)系R有n個屬性，關(guān)系S有m個屬性，關(guān)系R和關(guān)系S的廣義笛卡爾積是一個有n+m個屬性的關(guān)系，該關(guān)系的元組由關(guān)系R的元組和關(guān)系S的元組兩兩組合而成，元組的個數(shù)為關(guān)系R和關(guān)系S元組個數(shù)的乘積，可記作：R×S≡{(tr,ts)|tr∈R∧ts∈S}2.4.1傳統(tǒng)的集合運算2.4.2專門的關(guān)系運算π投影（選列）投影(Projection)是根據(jù)某些條件對關(guān)系進行垂直分割，產(chǎn)生一個只有部分屬性的新關(guān)系，新關(guān)系中的屬性可以重新安排順序。投影運算可記作：πA1，A2，…，An(R)其中，A1，A2，…，An是對關(guān)系R進行投影運算后保留在新關(guān)系中的屬性。2.4.2專門的關(guān)系運算ABC123456223關(guān)系R

B,C(R)BC2356ABC1234562232.4.2專門的關(guān)系運算δ選擇（選行）根據(jù)條件對關(guān)系作水平分割，產(chǎn)生一個僅由符合條件的元組構(gòu)成的新關(guān)系。選擇運算可記作：σF(R)其中，F(xiàn)表示選擇條件。2.4.2專門的關(guān)系運算ABC123456223關(guān)系R

A=1∨B=5（R）ABC1234562.4.2專門的關(guān)系運算?連接（拼表）連接(Join)是從兩個關(guān)系的笛卡爾積中選取屬性間滿足特定條件的元組，可記作：R

FS其中，F(xiàn)表示連接條件。如果連接條件中使用“＝”作為連接運算符，將從兩個關(guān)系的笛卡爾積中選取公共屬性的取值相等的元組構(gòu)成新的關(guān)系，則該連接運算稱為等值連接(EqualJoin)，可記為：R

A=BS自然連接(NaturalJoin)是一種特殊的等值連接，會去掉等值連接中重復(fù)的屬性，語法格式種省略等值連接條件，可記為：R

S

2.4.2專門的關(guān)系運算關(guān)系R1關(guān)系R2等值連接R1.B=R2.B自然連接R1.B=R2.B2.4.2專門的關(guān)系運算÷除給定關(guān)系R(X,Y)和S(Y,Z),其中X，Y，Z為屬性組。R中的Y與S中的Y可以有不同的屬性名，但必須出自相同的域集。R與S的除運算得到一個新的關(guān)系P(X)，P是R中滿足下列條件的元組在X屬性列上的投影：元組在X上分量值x的象集YX包含S在Y上投影的集合?？捎涀鳎篟÷S={tr[X]|tr∈R∧πY(S)?Yx}其中，Yx為x在R中的象集，x=tr[X]。2.4.2專門的關(guān)系運算關(guān)系R1關(guān)系R2R1÷R22.4.3關(guān)系代數(shù)運算的應(yīng)用實例飯卡管理系統(tǒng)中共有6個數(shù)據(jù)表，如下所示：學(xué)生（學(xué)號，飯卡號，姓名，性別，院系

）主碼為學(xué)號，外部碼為飯卡號；飯卡（飯卡號，密碼，辦卡日期，注銷日期，狀態(tài)，余額），主碼為飯卡號；消費記錄（消費記錄號，售飯機號，飯卡號，消費金額，消費日期）主碼為消費記錄號，外部碼為售飯機號、飯卡號；售飯機（售飯機編號，狀態(tài)，位置）主碼為售飯機號；工作人員（工作人員編號，姓名，性別，年齡）主碼為工作人員編號；操作（工作人員編號，售飯機編號，操作日期）主碼為工作人員編號和售飯機編號的組合編碼。2.4.3關(guān)系代數(shù)運算的應(yīng)用實例例1：檢索學(xué)號為012006033925的學(xué)生姓名與所在院系。π姓名，院系(σ學(xué)號=‘012006033925’(學(xué)生))π3，5(σ1=‘012006033925’(學(xué)生))例2：檢索持有00000001號飯卡的學(xué)生的學(xué)號與姓名。π學(xué)號，姓名(σ飯卡號=‘00000001’(學(xué)生))例3：檢索管理學(xué)院或機械學(xué)院的學(xué)生學(xué)號和姓名。π學(xué)號，姓名(σ院系=‘管理學(xué)院’∨院系=‘機械學(xué)院‘(學(xué)生))2.4.3關(guān)系代數(shù)運算的應(yīng)用實例2.4.3關(guān)系代數(shù)運算的應(yīng)用實例例6：檢索操作過所有售飯機的工作人員的姓名。（1）工作人員對售飯機的操作情況π工作人員編號，售飯機編號(操作)（2）全部售飯機π售飯機編號

(售飯機)（3）操作過全部售飯機的工作人員編號π工作人員編號，售飯機編號(操作)÷π售飯機編號(售飯機)（4）所有工作人員的編號和姓名π工作人員編號，姓名(工作人員)（5）從工作人員編號求工作人員姓名π姓名（π工作人員編號，姓名(工作人員)

(π工作人員編號，售飯機編號(操作)÷π售飯機編號（售飯機)))可見，當查詢涉及到否定或全部值時，就要用到差操作或除操作。常見的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)2.5常見的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)RDBMS指包括相互聯(lián)系的邏輯組織和存取這些數(shù)據(jù)的一套程序(數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)就是管理關(guān)系數(shù)據(jù)庫，并將數(shù)據(jù)邏輯組織的系統(tǒng)。當前主流的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有Oracle、MySQL、SQLServer、IBMDB2等2.5.1OracleDatabaseORACLE數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是美國ORACLE公司（甲骨文）提供的以分布式數(shù)據(jù)庫為核心的一組軟件產(chǎn)品，是最流行的客戶/服務(wù)器(CLIENT/SERVER)或B/S體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫之一。比如SilverStream就是基于數(shù)據(jù)庫的一種中間件。ORACLE數(shù)據(jù)庫是世界上使用最為廣泛的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，作為一個通用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它具有完整的數(shù)據(jù)管理功能；作為一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫，它是一個完備關(guān)系的產(chǎn)品；作為分布式數(shù)據(jù)庫它實現(xiàn)了分布式處理功能。但它的所有知識，只要在一種機型上學(xué)習了ORACLE知識，便能在各種類型的機器上使用它。2.5.1OracleDatabase1）高開放性O(shè)racle數(shù)據(jù)庫可以在所有主流平臺上運行，并且所提供的系統(tǒng)工具完全支持企業(yè)級實體關(guān)系，可以提供對企業(yè)級開發(fā)商的全面支持。2）安全保密Oracle提供多層安全性機制。用戶標識鑒定可以有效防止非法用戶進入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；數(shù)據(jù)文件加密機制可以在數(shù)據(jù)不幸泄露的情況下也難以被破譯；數(shù)據(jù)邏輯備份可以在計算機發(fā)生故障和其它異常時也可以快速通過備份恢復(fù)數(shù)據(jù)庫，使系統(tǒng)回到正常狀態(tài)。3）高效性能Oracle系統(tǒng)具備基于規(guī)則的優(yōu)化器和基于代價的優(yōu)化器，可以對復(fù)雜的SQL形成優(yōu)異的執(zhí)行計劃，可以支持開發(fā)人員編寫含有大量復(fù)雜運算的SQL語句。4）跨界架構(gòu)Oracle的實時應(yīng)用集群技術(shù)使得利用成本較低的服務(wù)器實現(xiàn)高性能和可靠