SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)第1章 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論

1第1章數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論1.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)1.2數(shù)據(jù)模型1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)1.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)1.5大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用

21.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)1.數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)(Data)是事物的符號(hào)表示，數(shù)據(jù)可以是數(shù)字、文字、圖像、聲音等。2.數(shù)據(jù)庫(kù)：數(shù)據(jù)庫(kù)(Database)是以特定的組織結(jié)構(gòu)、存放在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)中的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合。3.數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem,DBMS)是在操作系統(tǒng)支持下的系統(tǒng)軟件，它是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的核心組成部分，它的主要功能如下：●數(shù)據(jù)定義功能：提供數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言定義數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象?！?/p>

數(shù)據(jù)操縱功能：提供數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、插入、修改、刪除等操作?！駭?shù)據(jù)控制功能：提供數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)控制，即提供數(shù)據(jù)的安全性、完整性、并發(fā)控制等項(xiàng)功能●數(shù)據(jù)庫(kù)建立維護(hù)功能：包括數(shù)據(jù)庫(kù)初始數(shù)據(jù)的裝入、轉(zhuǎn)儲(chǔ)、恢復(fù)和系統(tǒng)性能監(jiān)視、分析等項(xiàng)功能。

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31.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)4.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DatabaseSystem,DBS)是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、應(yīng)用程序、用戶、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員組成，如圖1.1所示。

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41.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)分為客戶-服務(wù)器模式(C/S)和三層客戶-服務(wù)器(B/S)模式。（1）C/S模式應(yīng)用程序直接與用戶打交道，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)不直接與用戶打交道，因此，應(yīng)用程序稱為前臺(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)稱為后臺(tái)。因?yàn)閼?yīng)用程序向數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提出服務(wù)請(qǐng)求，所以稱為客戶程序(Client)，而數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)向應(yīng)用程序提供服務(wù)，所以稱為服務(wù)器程序(Server)，上述操作數(shù)據(jù)庫(kù)的模式稱為客戶-服務(wù)器模式(C/S)，如圖1.2所示。

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51.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（2）B/S模式基于Web的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用采用三層客戶-服務(wù)器模式(B/S)，第一層為瀏覽器，第二層為Web服務(wù)器，第三層為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，如圖1.3所示。

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1.2數(shù)據(jù)模型1.層次模型用樹狀層次結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)，樹狀結(jié)構(gòu)每一個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄類型，記錄類型之間的聯(lián)系是一對(duì)多的聯(lián)系。層次模型有且僅有一個(gè)根結(jié)點(diǎn)，位于樹狀結(jié)構(gòu)頂部，其它結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)。某大學(xué)按層次模型組織數(shù)據(jù)的示例如圖1.4所示。

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1.2數(shù)據(jù)模型2.網(wǎng)狀模型采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)每一個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄類型，記錄類型之間可以有多種聯(lián)系，按網(wǎng)狀模型組織數(shù)據(jù)的示例如圖1.5所示。

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81.2數(shù)據(jù)模型3.關(guān)系模型采用關(guān)系的形式組織數(shù)據(jù)，一個(gè)關(guān)系就是一張二維表，二維表由行和列組成，按關(guān)系模型組織數(shù)據(jù)的示例如圖1.6所示。SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用

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1.2數(shù)據(jù)模型SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用

101.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)采用關(guān)系模型組織數(shù)據(jù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是目前最流行的數(shù)據(jù)庫(kù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(RelationalDatabaseManagementSystem,RDBMS)是支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。1.關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)基本概念●關(guān)系：關(guān)系就是表(Table),在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，一個(gè)關(guān)系存儲(chǔ)為一個(gè)數(shù)據(jù)表?！裨M：表中一行(Row)為一個(gè)元組(Tuple),一個(gè)元組對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表中的一條記錄(Record)，元組的各個(gè)分量對(duì)應(yīng)于關(guān)系的各個(gè)屬性。●屬性：表中的列(Column)稱為屬性(Property)，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表中的字段(Field)。

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111.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

●域：屬性的取值范圍。●關(guān)系模式：對(duì)關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式，格式如下：●關(guān)系名(屬性名1,屬性名2,…屬性名n)

●候選碼：屬性或?qū)傩越M，其值可唯一標(biāo)識(shí)其對(duì)應(yīng)元組?！裰麝P(guān)鍵字（主鍵）：在候選碼中選擇一個(gè)作為主鍵(PrimaryKey)

●外關(guān)鍵字（外鍵）：在一個(gè)關(guān)系中的屬性或?qū)傩越M不是該關(guān)系的主鍵，但它是另一個(gè)關(guān)系的主鍵，稱為外鍵(ForeignKey)。

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121.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在圖1.3中，學(xué)生的關(guān)系模式為

學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學(xué)分)主鍵為學(xué)號(hào)。成績(jī)的關(guān)系模式為

成績(jī)(學(xué)號(hào),課程號(hào),成績(jī))2.關(guān)系運(yùn)算關(guān)系數(shù)據(jù)操作稱為關(guān)系運(yùn)算，投影、選擇、連接是最重要的關(guān)系運(yùn)算，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)支持關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和投影、選擇、連接運(yùn)算。

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131.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（1）選擇選擇(Selection)指選出滿足給定條件的記錄，它是從行的角度進(jìn)行的單目運(yùn)算，運(yùn)算對(duì)象是一個(gè)表，運(yùn)算結(jié)果形成一個(gè)新表。【例1.1】從學(xué)生表中選擇專業(yè)為計(jì)算機(jī)且總學(xué)分在50分以上的行進(jìn)行選擇運(yùn)算，選擇所得的新表如表1.1所示。

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141.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（2）投影投影(Projection)是選擇表中滿足條件的列，它是從列的角度進(jìn)行的單目運(yùn)算?！纠?.2】從學(xué)生表中選取姓名、性別、專業(yè)進(jìn)行投影運(yùn)算，投影所得的新表如表1.2所示。

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151.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（3）連接連接(Join)是將兩個(gè)表中的行按照一定的條件橫向結(jié)合生成的新表。選擇和投影都是單目運(yùn)算，其操作對(duì)象只是一個(gè)表，而連接是雙目運(yùn)算，其操作對(duì)象是兩個(gè)表?！纠?.3】學(xué)生表與成績(jī)表通過學(xué)號(hào)相等的連接條件進(jìn)行連接運(yùn)算，連接所得的新表如表1.3所示。

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161.4

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)1.4.1需求分析需求分析階段是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中最重要的一個(gè)步驟，它需要從各個(gè)方面對(duì)業(yè)務(wù)對(duì)象進(jìn)行調(diào)查、收集、分析，以準(zhǔn)確了解用戶對(duì)數(shù)據(jù)和處理的需求，需求分析中的結(jié)構(gòu)化分析方法采用逐層分解的方法分析系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典描述系統(tǒng)。

●數(shù)據(jù)流圖：數(shù)據(jù)流圖用來描述系統(tǒng)的功能，表達(dá)了數(shù)據(jù)和處理的關(guān)系。

●數(shù)據(jù)字典：數(shù)據(jù)字典是各類數(shù)據(jù)描述的集合，對(duì)數(shù)據(jù)流圖中的數(shù)據(jù)流和加工等進(jìn)一步定義，它包括數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、存儲(chǔ)、處理過程等。

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171.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)1.4.2概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了把現(xiàn)實(shí)世界的具體事物抽象、組織為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，首先將現(xiàn)實(shí)世界的具體事物抽象為信息世界某一種概念結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不依賴于具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，然后，將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個(gè)DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型。需求分析得到的數(shù)據(jù)描述是無(wú)結(jié)構(gòu)的，概念設(shè)計(jì)是在需求分析的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)換為有結(jié)構(gòu)的、易于理解的精確表達(dá)，概念設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)是形成整體數(shù)據(jù)庫(kù)的概念結(jié)構(gòu)，它獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)和具體的DBMS，描述概念結(jié)構(gòu)的工具是E-R模型。E-R模型即實(shí)體-聯(lián)系模型，在E-R模型中：

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181.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)●實(shí)體：客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體，實(shí)體用矩形框表示，框內(nèi)為實(shí)體名。實(shí)體可以是具體的人、事、物或抽象的概念，例如，在學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)中，“學(xué)生”就是一個(gè)實(shí)體。

●屬性：實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性，屬性采用橢圓框表示，框內(nèi)為屬性名，并用無(wú)向邊與其相應(yīng)實(shí)體連接。例如，在學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)中，學(xué)生的特性有學(xué)號(hào)、姓名、性別、出生日期、專業(yè)、總學(xué)分，它們就是學(xué)生實(shí)體的6個(gè)屬性。●實(shí)體型：用實(shí)體名及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實(shí)體，稱為實(shí)體型。例如，學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學(xué)分)就是一個(gè)實(shí)體型。

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191.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)●實(shí)體集：同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集，例如全體學(xué)生記錄就是一個(gè)實(shí)體集?！衤?lián)系：實(shí)體之間的聯(lián)系，可分為一對(duì)一的聯(lián)系、一對(duì)多的聯(lián)系、多對(duì)多的聯(lián)系。實(shí)體間的聯(lián)系采用菱形框表示，聯(lián)系以適當(dāng)?shù)暮x命名，名字寫在菱形框中，用無(wú)向邊將參加聯(lián)系的實(shí)體矩形框分別與菱形框相連，并在連線上標(biāo)明聯(lián)系的類型，即1—1、1—n或m—n。如果聯(lián)系也具有屬性，則將屬性與菱形也用無(wú)向邊連上。1．一對(duì)一的聯(lián)系（1:1）例如，一個(gè)班只有一個(gè)正班長(zhǎng)，而一個(gè)正班長(zhǎng)只屬于一個(gè)班，班級(jí)與正班長(zhǎng)兩個(gè)實(shí)體間具有一對(duì)一的聯(lián)系。2．一對(duì)多的聯(lián)系（1:n）例如，一個(gè)班可有若干學(xué)生，一個(gè)學(xué)生只能屬于一個(gè)班，班級(jí)與學(xué)生兩個(gè)實(shí)體間具有一對(duì)多的聯(lián)系。

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201.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)3．多對(duì)多的聯(lián)系（m:n）例如，一個(gè)學(xué)生可選多門課程，一門課程可被多個(gè)學(xué)生選修，學(xué)生與課程兩個(gè)實(shí)體間具有多對(duì)多的聯(lián)系。實(shí)體之間的三種聯(lián)系如圖1.7所示。

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211.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)【例1.4】設(shè)學(xué)生成績(jī)系統(tǒng)有學(xué)生、課程、教師實(shí)體如下：學(xué)生：學(xué)號(hào)、姓名、性別、出生日期、專業(yè)、總學(xué)分課程：課程號(hào)、課程名、學(xué)分教師：教師編號(hào)、姓名、性別、出生日期、職稱、學(xué)院上述實(shí)體中存在如下聯(lián)系：（1）一個(gè)學(xué)生可選修多門課程，一門課程可為多個(gè)學(xué)生選修。（2）一個(gè)教師可講授多門課程，一門課程可為多個(gè)教師講授。要求設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的E-R圖。

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221.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

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設(shè)計(jì)的學(xué)生成績(jī)系統(tǒng)E-R圖如圖1.8所示。231.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)1.2.3

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了建立用戶所要求的數(shù)據(jù)庫(kù)，必須將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個(gè)DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，由于當(dāng)前主流的數(shù)據(jù)模型是關(guān)系模型，所以邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型，即將E-R模型轉(zhuǎn)換為一組關(guān)系模式。1．（1:1）聯(lián)系的E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換用學(xué)校和校長(zhǎng)之間的聯(lián)系為例，一個(gè)學(xué)校只有一個(gè)校長(zhǎng)，一個(gè)校長(zhǎng)只在一個(gè)學(xué)校任校長(zhǎng)，屬于一對(duì)一關(guān)系（下劃線“_”表示該字段為主鍵）。(1)每個(gè)實(shí)體設(shè)計(jì)一張表。學(xué)校(學(xué)校編號(hào),名稱,地址)

校長(zhǎng)(校長(zhǎng)編號(hào),姓名,職稱)

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241.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)(2)任選一表，其中的主鍵在另一個(gè)表中充當(dāng)外鍵。選擇校長(zhǎng)表中的主鍵在學(xué)校表中充當(dāng)外鍵，設(shè)計(jì)以下關(guān)系模式。學(xué)校(學(xué)校編號(hào),名稱,地址,校長(zhǎng)編號(hào))

校長(zhǎng)(校長(zhǎng)編號(hào),姓名,職稱)2．（1:n）聯(lián)系的E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換以班級(jí)和學(xué)生之間的聯(lián)系為例。一個(gè)班級(jí)中有若干名學(xué)生，每個(gè)學(xué)生只在一個(gè)班級(jí)中學(xué)習(xí)，屬于一對(duì)多關(guān)系。(1)每個(gè)實(shí)體設(shè)計(jì)一張表。

班級(jí)(班級(jí)編號(hào),教室號(hào),人數(shù))學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學(xué)分)

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251.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)(2)選“1”端表，其主鍵在“n”端表中充當(dāng)外鍵。選擇班級(jí)表中的主鍵在學(xué)生表中充當(dāng)外鍵，設(shè)計(jì)以下關(guān)系模式。

班級(jí)(班級(jí)編號(hào),教室號(hào),人數(shù))

學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學(xué)分,班級(jí)編號(hào))3．（m:n）聯(lián)系的E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換以學(xué)生和課程之間的聯(lián)系為例。一個(gè)學(xué)生可以選多門課程，一門課程可以有多個(gè)學(xué)生選，屬于多對(duì)多關(guān)系。(1)每個(gè)實(shí)體設(shè)計(jì)一張表。

學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學(xué)分)

課程(課程號(hào),課程名,學(xué)分)

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261.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)(2)產(chǎn)生一個(gè)新表，“m”端和“n”端的主鍵在新表中充當(dāng)外鍵。選擇學(xué)生表中的主鍵和在課程表中的主鍵在新表選課表中充當(dāng)外鍵，設(shè)計(jì)以下關(guān)系模式。

學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學(xué)分)

課程(課程號(hào),課程名,學(xué)分)

選課(學(xué)號(hào),課程號(hào),分?jǐn)?shù))

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271.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)【例1.5】設(shè)計(jì)學(xué)生成績(jī)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生成績(jī)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，即設(shè)計(jì)學(xué)生成績(jī)系統(tǒng)的關(guān)系模式。選課聯(lián)系與講課聯(lián)系都是多對(duì)多的聯(lián)系，它們都轉(zhuǎn)換為關(guān)系，選課關(guān)系的屬性有分?jǐn)?shù)，講課關(guān)系的屬性有上課地點(diǎn)。選課關(guān)系實(shí)際上是成績(jī)關(guān)系，將選課關(guān)系改為成績(jī)關(guān)系。學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)的關(guān)系模式設(shè)計(jì)如下：學(xué)生(學(xué)號(hào),姓名,性別,出生日期,專業(yè),總學(xué)分)

課程(課程號(hào),課程名,學(xué)分)

成績(jī)(學(xué)號(hào),課程號(hào),分?jǐn)?shù))

教師(教師編號(hào),姓名,性別,出生日期,職稱,學(xué)院)

講課(教師編號(hào),課程號(hào),上課地點(diǎn))

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281.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)為了程序設(shè)計(jì)方便，將漢字表示的關(guān)系模式改為英文表示的關(guān)系模式：

student(stno,stname,stsex,stbirthday,speciality,tc)對(duì)應(yīng)學(xué)生關(guān)系模式

course(cno,cname,credit)對(duì)應(yīng)課程關(guān)系模式

score(stno,cno,grade)對(duì)應(yīng)成績(jī)關(guān)系模式

teacher(tno,tname,tsex,tbirthday,title,school)對(duì)應(yīng)教師關(guān)系模式

lecture(tno,cno,location)對(duì)應(yīng)講課關(guān)系模式

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291.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)1.4.4物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)在物理設(shè)備上的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法稱為數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)，它依賴于給定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個(gè)最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)，就是物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常分為2步：

●確定數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中主要指存取方法和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；

●對(duì)物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是時(shí)間和空間效率。

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301.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)1.4.5數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施包括以下工作：●建立數(shù)據(jù)庫(kù)●組織數(shù)據(jù)入庫(kù)●編制與調(diào)試應(yīng)用程序●數(shù)據(jù)庫(kù)試運(yùn)行

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311.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)1.4.6數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)投入正式運(yùn)行后，經(jīng)常性維護(hù)工作主要由DBA完成，內(nèi)容如下：●數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù)●數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性、完整性控制●數(shù)據(jù)庫(kù)性能的監(jiān)督、分析和改進(jìn)●數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織和重構(gòu)造

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MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用321.5.1大數(shù)據(jù)的基本概念1.大數(shù)據(jù)的概念目前在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)于大數(shù)據(jù)的定義，尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化的表述，比較流行的提法如下。維基百科(Wikipedia)定義大數(shù)據(jù)為”數(shù)據(jù)集規(guī)模超過了目前常用的工具在可接受的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行采集、管理及處理的水平“。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)定義大數(shù)據(jù)為”具有規(guī)模大（Volume）、多樣化（Variety）、時(shí)效性（Velocity）、和多變性（Variability）特性，需要具備可擴(kuò)展性的計(jì)算架構(gòu)來進(jìn)行有效存儲(chǔ)、處理和分析的大規(guī)模數(shù)據(jù)集”。概況上述情況和定義可以得出：大數(shù)據(jù)(BigData)指海量數(shù)據(jù)或巨量數(shù)據(jù)，需要以新的計(jì)算模式為手段，獲取、存儲(chǔ)、管理、處理并提煉數(shù)據(jù)以幫助使用者決策。1.5大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用332.大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)大數(shù)據(jù)具有4V+1C的特點(diǎn)：（1）巨量（Volume）：存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)量巨大，超過了傳統(tǒng)的GB(1GB=1024MB)或TB(1TB=1024GB)規(guī)模，達(dá)到了PB(1PB=1024TB)甚至EB(1EB=1024PB)量級(jí)，PB級(jí)別已是常態(tài)。（2）多樣（Variety）：數(shù)據(jù)的來源及格式多樣，數(shù)據(jù)格式除了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)外，還包括半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，比如用戶上傳的音頻和視頻內(nèi)容。而隨著人類活動(dòng)的進(jìn)一步拓寬，數(shù)據(jù)的來源更加多樣。（3）快速（Velocity）：數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度快，而且越新的數(shù)據(jù)價(jià)值越大，這就要求對(duì)數(shù)據(jù)的處理速度也要快，以便能夠從數(shù)據(jù)中及時(shí)地提取知識(shí)，發(fā)現(xiàn)價(jià)值。（4）價(jià)值（Value）：需要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，挖掘其潛在的價(jià)值。（5）復(fù)雜（Complexity）：對(duì)數(shù)據(jù)的處理和分析的難度增大。1.5大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用341.5.2大數(shù)據(jù)的處理過程大數(shù)據(jù)的處理過程包括數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理，大數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)可視化。1.數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理大數(shù)據(jù)的采集一般采用多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)來接收終端數(shù)據(jù)，包括智能終端、移動(dòng)APP應(yīng)用端、網(wǎng)頁(yè)端、傳感器端等。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)變換和數(shù)據(jù)歸約等方法。（1）數(shù)據(jù)清理目標(biāo)是達(dá)到數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化，清除異常數(shù)據(jù)和重復(fù)數(shù)據(jù)、糾正數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。（2）數(shù)據(jù)集成將多個(gè)數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)結(jié)合起來并統(tǒng)一存儲(chǔ)，建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。（3）數(shù)據(jù)變換通過平滑聚集、數(shù)據(jù)泛化、規(guī)范化等方式將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適用于數(shù)據(jù)挖掘的形式。1.5大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用35（4）數(shù)據(jù)歸約尋找依賴于發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的數(shù)據(jù)的有用特征，縮減數(shù)據(jù)規(guī)模，最大限度地精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)量。2.大數(shù)據(jù)分析大數(shù)據(jù)分析包括統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘等方法。（1）統(tǒng)計(jì)分析統(tǒng)計(jì)與分析使用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)或分布式計(jì)算集群，對(duì)存儲(chǔ)于其內(nèi)的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和分類匯總。統(tǒng)計(jì)分析、繪圖的語(yǔ)言和操作環(huán)境通常采用R語(yǔ)言，它是一個(gè)用于統(tǒng)計(jì)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)制圖的、免費(fèi)和源代碼開放的優(yōu)秀軟件，（2）數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)挖掘與統(tǒng)計(jì)分析不同的是一般沒有預(yù)先設(shè)定主題。數(shù)據(jù)挖掘通過對(duì)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，查找特定類型的模式和趨勢(shì)，最終形成模型。數(shù)據(jù)挖掘常用方法有分類、聚類、關(guān)聯(lián)分析、預(yù)測(cè)建模等。1.5大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用36●分類：根據(jù)重要數(shù)據(jù)類的特征向量值及其他約束條件，構(gòu)造分類函數(shù)或分類模型，目的是根據(jù)數(shù)據(jù)集的特點(diǎn)把未知類別的樣本映射到給定類別中。●聚類：目的在于將數(shù)據(jù)集內(nèi)具有相似特征屬性的數(shù)據(jù)聚集成一類，同一類中的數(shù)據(jù)特征要盡可能相似，不同類中的數(shù)據(jù)特征要有明顯的區(qū)別。●關(guān)聯(lián)分析：搜索系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)，找出所有能把一組事件或數(shù)據(jù)項(xiàng)與另一組事件或數(shù)據(jù)項(xiàng)聯(lián)系起來的規(guī)則，以獲得預(yù)先未知的和被隱藏的信息?！耦A(yù)測(cè)建模：一種統(tǒng)計(jì)或數(shù)據(jù)挖掘的方法，包括可以在結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中使用以確定未來結(jié)果的算法和技術(shù)，可為預(yù)測(cè)、優(yōu)化、預(yù)報(bào)和模擬等許多業(yè)務(wù)系統(tǒng)所使用。3.數(shù)據(jù)可視化通過圖形、圖像等技術(shù)直觀形象和清晰有效地表達(dá)數(shù)據(jù)，從而為發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)隱含的規(guī)律提供技術(shù)手段。1.5大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用371.5.3大數(shù)據(jù)的技術(shù)支撐大數(shù)據(jù)的技術(shù)支撐有：計(jì)算速度的提高、存儲(chǔ)成本的下降和對(duì)人工智能的需求，如圖1.9所示。圖1.9大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐的三大因素1.5大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用38（1）計(jì)算速度的提高在大數(shù)據(jù)的發(fā)展過程中，計(jì)算速度是關(guān)鍵的因素。分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)Hadoop的高效性，基于內(nèi)存的集群計(jì)算系統(tǒng)Spark的快速數(shù)據(jù)分析，HDFS為海量的數(shù)據(jù)提供了存儲(chǔ)，MapReduce為海量的數(shù)據(jù)提供了并行計(jì)算，從而大幅度地提高了計(jì)算效率。大數(shù)據(jù)需要強(qiáng)大的計(jì)算能力支撐，中國(guó)國(guó)家工信部電子科技情報(bào)所所做的大數(shù)據(jù)需求調(diào)查表明：實(shí)時(shí)分析能力差、海量數(shù)據(jù)處理效率低等是目前中國(guó)企業(yè)數(shù)據(jù)分析處理面臨的主要難題。（2）存儲(chǔ)成本的下降新的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的出現(xiàn)，降低了企業(yè)的計(jì)算和存儲(chǔ)成本，例如，建設(shè)企業(yè)網(wǎng)站，通過租用硬件設(shè)備的方式，不需要購(gòu)買服務(wù)器，也不需要雇用技術(shù)人員維護(hù)服務(wù)器，并可長(zhǎng)期保留歷史數(shù)據(jù)，為大數(shù)據(jù)做好基礎(chǔ)工作。1.5大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用39（3）對(duì)人工智能的需求大數(shù)據(jù)讓機(jī)器具有智能，例如，Google的AlphaoGo戰(zhàn)勝世界圍棋冠軍李世石，阿里云小Ai成功預(yù)測(cè)出”我是歌手”的總決賽歌王。1.5.4NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)在大數(shù)據(jù)和云計(jì)算時(shí)代，很多信息系統(tǒng)需要對(duì)海量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)算，NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)運(yùn)而生。1.傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存在的問題隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在讀寫速度、支撐容量、擴(kuò)展性能、管理和運(yùn)營(yíng)成本方面存在以下問題。（1）讀寫速度慢關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)由于其系統(tǒng)邏輯復(fù)雜，當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，讀寫速度快速下滑，即使能勉強(qiáng)應(yīng)付每秒上萬(wàn)次SQL查詢，硬盤I/O也無(wú)法承擔(dān)每秒上萬(wàn)次SQL寫數(shù)據(jù)的要求。1.5大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用40（2）支撐容量有限Facebook和Twitter等社交網(wǎng)站，每月能產(chǎn)生上億條用戶動(dòng)態(tài)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在一個(gè)有數(shù)億條記錄的表中進(jìn)行查詢，效率極低，致使查詢速度無(wú)法忍受。（3）擴(kuò)展困難當(dāng)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的用戶量和訪問量不斷增加時(shí)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法通過簡(jiǎn)單添加更多的硬件和服務(wù)節(jié)點(diǎn)來擴(kuò)展性能和負(fù)載能力，該應(yīng)用系統(tǒng)不得不停機(jī)維護(hù)以完成擴(kuò)展工作。（4）管理和運(yùn)營(yíng)成本高企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)的License價(jià)格高，加上系統(tǒng)規(guī)模不斷上升，系統(tǒng)管理維護(hù)成本無(wú)法滿足上述要求。同時(shí)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)一些特性，例如，復(fù)雜的SQL查詢、多表關(guān)聯(lián)查詢等，在云計(jì)算和大數(shù)據(jù)中卻往往無(wú)用武之地，所以，傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)已難以獨(dú)立滿足云計(jì)算和大數(shù)據(jù)時(shí)代應(yīng)用的需要。1.5大數(shù)據(jù)簡(jiǎn)介MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與應(yīng)用412.NoSQL的基本概念NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)泛指非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫(kù)，NoSQL(NotOnlySQL)指其在設(shè)計(jì)上和傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)不同，常用的數(shù)據(jù)模型有Cassandra、Hbase、BigTable、Redis、MongoDB、CouchDB、Neo4j等。NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)具有以下特點(diǎn)：（1）讀寫速度快、數(shù)據(jù)容量大。具有對(duì)數(shù)據(jù)的高并發(fā)讀寫和海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。（2）易于擴(kuò)展?？梢栽谙到y(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，動(dòng)態(tài)增加或者刪除節(jié)點(diǎn)，不需要停機(jī)維護(hù)。（3）一致性策略。遵循BASE(BasicallyAvailable,Softstate,Eventualconsistency)原則，即BasicallyAvailable(基本