第9講數(shù)據(jù)庫的基本理論(6.1節(jié)～6.3節(jié)).ppt

1、第9講數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)理論(第6.16.3節(jié))，第6.1講數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)理論，第6.2講數(shù)據(jù)模型，第6.3講關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，本課的主要內(nèi)容，第6.1.1講數(shù)據(jù)、信息和數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)是自然的和未經(jīng)處理的，它的本質(zhì)是信息的符號(hào)表示。數(shù)據(jù)的表達(dá)形式：數(shù)字、字符、圖形、圖像、聲音、視頻等。信息信息是現(xiàn)實(shí)世界中事物的存在方式或運(yùn)動(dòng)形式的綜合，信息是一種被加工成特定形式的數(shù)據(jù)。信息的特征：信息是有價(jià)值的，可以被感知；信息可以通過載體傳遞，并通過信息處理工具進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、傳播、再生和增值。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息的過程，如數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、檢索、處理、轉(zhuǎn)換和傳輸。信息=數(shù)據(jù)處理，6.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)

2、展，數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理是指數(shù)據(jù)的分類、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)。數(shù)據(jù)管理屬于數(shù)據(jù)處理的范疇，但它是不一樣的。數(shù)據(jù)管理的發(fā)展階段手動(dòng)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)管理技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展和計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展。第一，手工管理階段，從20世紀(jì)40年代中期到50年代中期的背景應(yīng)用要求：科學(xué)計(jì)算硬件層面：沒有直接訪問存儲(chǔ)設(shè)備軟件層面：沒有操作系統(tǒng)，6.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展，特征數(shù)據(jù)沒有保存，主要依靠應(yīng)用程序來管理數(shù)據(jù)；一組數(shù)據(jù)只能對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)用程序；應(yīng)用程序依賴于數(shù)據(jù)，不具有數(shù)據(jù)獨(dú)立性。一旦數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，應(yīng)用程序通常需要進(jìn)行相應(yīng)的修改。二是文件系統(tǒng)階段，背景應(yīng)用要求從20世紀(jì)5

3、0年代末到60年代：科學(xué)計(jì)算，信息管理硬件層面：磁盤和鼓軟件層面：文件系統(tǒng)，6.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展，特征數(shù)據(jù)以文件的形式長期存儲(chǔ)在內(nèi)存中；程序和數(shù)據(jù)之間相對(duì)獨(dú)立，數(shù)據(jù)不再屬于特定的應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)文件相互獨(dú)立，缺乏聯(lián)系，缺乏數(shù)據(jù)的集中管理，數(shù)據(jù)冗余大，容易產(chǎn)生不一致。第三章。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段，時(shí)期背景自20世紀(jì)60年代末以來的應(yīng)用要求：大規(guī)模管理硬件層次：大容量磁盤和磁盤陣列軟件層次：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，6.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，即用數(shù)據(jù)模型來表示復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不僅描述數(shù)據(jù)本身的特點(diǎn)，而且描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。數(shù)據(jù)獨(dú)立性高，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為具有良好物理結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)的用戶界面。用

4、戶可以通過終端命令或程序操作數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，減少數(shù)據(jù)冗余，統(tǒng)一數(shù)據(jù)安全保護(hù)。6.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的定義數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個(gè)具有數(shù)據(jù)庫管理功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它可以有組織地、動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，由便于用戶訪問的計(jì)算機(jī)軟硬件資源組成。要理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，我們應(yīng)該逐步掌握以下基本概念：數(shù)據(jù)庫(DB)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DataBase system)，首先是數(shù)據(jù)庫的定義。數(shù)據(jù)庫是長期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的大量數(shù)據(jù)的有組織和可共享的集合。數(shù)據(jù)庫的基本特征數(shù)據(jù)是按照一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲(chǔ)的，可以由不同的用戶共享，冗余少，數(shù)據(jù)獨(dú)立性高，易于擴(kuò)展。6.1.3數(shù)據(jù)

5、庫系統(tǒng)的組成，2。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，什么是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)？用戶和操作系統(tǒng)之間的第一層數(shù)據(jù)管理軟件是基礎(chǔ)軟件。是一個(gè)龐大而復(fù)雜的軟件系統(tǒng)。目前流行的微機(jī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是SQL Server，利用Visual FoxPro等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)科學(xué)地組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，高效地獲取和維護(hù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能。數(shù)據(jù)定義功能提供數(shù)據(jù)定義語言(DDL)來定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對(duì)象，數(shù)據(jù)操作功能提供數(shù)據(jù)操作語言(DML)來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的基本操作(查詢、插入、刪除和修改)。6.1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成，三。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)？數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是具有數(shù)據(jù)庫管理功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它可以有組織地、動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量的相關(guān)數(shù)據(jù)，由

6、便于用戶訪問的計(jì)算機(jī)軟硬件資源組成。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫(及其支持?jǐn)?shù)據(jù)庫操作的軟硬件)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(及其開發(fā)工具)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有高數(shù)據(jù)共享、低冗余、易擴(kuò)展和高數(shù)據(jù)獨(dú)立性的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理和控制。數(shù)據(jù)模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的模擬。數(shù)據(jù)模型應(yīng)該滿足三個(gè)要求。它能更逼真地模擬現(xiàn)實(shí)世界，容易被人們理解。這很容易在電腦上實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)模型可以分為兩類(屬于兩個(gè)不同的層次):概念模型和信息模型。它根據(jù)用戶的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行建模，并用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)模型從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的角度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，用于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。它主要包括網(wǎng)格模型、層次模型和關(guān)系模型?？陀^對(duì)象的抽象過程

7、分兩步將現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對(duì)象抽象成概念模型；將概念模型轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型、概念模型、認(rèn)知抽象、信息世界、數(shù)據(jù)世界、現(xiàn)實(shí)世界中客觀對(duì)象的抽象過程、現(xiàn)實(shí)世界、6.2數(shù)據(jù)模型、6.2.1概念模型、1。信息世界中的基本概念，實(shí)體客觀存在并能相互區(qū)分的事物稱為實(shí)體。它可以是具體的人、事、物或抽象的概念。屬性實(shí)體有一個(gè)特定的特征，稱為屬性。一個(gè)實(shí)體可以由幾個(gè)屬性來表征。唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集稱為鍵?！坝颉睂傩缘闹捣秶Q為屬性的域。實(shí)體類型使用實(shí)體名稱及其屬性名稱集來抽象和描述同一種實(shí)體，稱為實(shí)體類型。實(shí)體集相同類型的實(shí)體集合稱為實(shí)體集。關(guān)系在現(xiàn)實(shí)世界中，事物之間

8、和事物內(nèi)部的關(guān)系在信息世界中反映為實(shí)體之間的關(guān)系和實(shí)體之間的關(guān)系(實(shí)體之間的關(guān)系通常是指不同實(shí)體集之間的關(guān)系)。學(xué)生編號(hào)，姓名，性別，年齡，專業(yè))，學(xué)生，性別：男/女，所有學(xué)生可以組成一個(gè)學(xué)生實(shí)體集，學(xué)生編號(hào)(學(xué)生編號(hào)，姓名，性別，年齡，專業(yè))，學(xué)生編號(hào)，6.2.1概念模型，第二，兩個(gè)實(shí)體集之間的連接，一對(duì)一的連接如果對(duì)于每個(gè)實(shí)體集A，實(shí)體集A被認(rèn)為與實(shí)體集B有一對(duì)一的關(guān)系，標(biāo)記為1:n。如果實(shí)體集b中有n(n=0)個(gè)實(shí)體與實(shí)體集a中的每個(gè)實(shí)體相連，相反，如果實(shí)體集a中最多有一個(gè)實(shí)體與實(shí)體集b中的每個(gè)實(shí)體相連，則實(shí)體集a與實(shí)體集b具有一對(duì)多的關(guān)系，標(biāo)記為11。多對(duì)多連接如果實(shí)體集b中有n(n=

9、0)個(gè)實(shí)體與實(shí)體集a中的每個(gè)實(shí)體相連，反之，如果實(shí)體集a中有m(m=0)個(gè)實(shí)體與實(shí)體集b中的每個(gè)實(shí)體相連，則實(shí)體集a和實(shí)體集b具有多對(duì)多連接，表示為m:n。6.2.1概念模型，3。實(shí)體關(guān)系模型(E-R模型)，實(shí)體關(guān)系方法(E-R方法)使用E-R圖來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型。生態(tài)重建方法也稱為生態(tài)重建模型。電子病歷圖形實(shí)體：用矩形表示屬性；用橢圓表示屬性，并用相應(yīng)的無向邊實(shí)體連接它們。聯(lián)系方式：聯(lián)系方式本身：用菱形表示，聯(lián)系方式名稱寫在菱形框中，通過無向邊與相關(guān)實(shí)體連接，聯(lián)系方式(1:1、1:n或m:n)標(biāo)記在無向邊旁邊。聯(lián)系人屬性：聯(lián)系人本身是一種實(shí)體，也可以有屬性。如果連接有屬性，這些屬性也應(yīng)

10、該通過無向邊與連接相連。E-R模型示例、6.2.2數(shù)據(jù)模型，什么是數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是在數(shù)據(jù)庫字段中定義數(shù)據(jù)及其操作的抽象表示。數(shù)據(jù)模型決定了數(shù)據(jù)及其相互聯(lián)系，并決定了數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方法。數(shù)據(jù)模型的分類根據(jù)數(shù)據(jù)之間不同的連接方式，數(shù)據(jù)模型可以分為三種類型：(1)層次模型(2)網(wǎng)格模型(3)關(guān)系模型：關(guān)系模型是目前最常用的數(shù)據(jù)模型。關(guān)系模型使用二維表結(jié)構(gòu)來表示實(shí)體的類型和實(shí)體之間的關(guān)系。換句話說，在關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)(或關(guān)系)是一個(gè)由行和列組成的二維表。表中的行代表記錄，表中的列代表屬性。關(guān)系數(shù)據(jù)模型的基本術(shù)語關(guān)系對(duì)應(yīng)于二維表，二維表名就是關(guān)系名。關(guān)系模式對(duì)關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式。關(guān)系模

11、型的一般形式是：關(guān)系名稱(屬性1、屬性2、屬性n)的tuple表中的一行是一個(gè)tuple，即一個(gè)Tuple對(duì)應(yīng)一條記錄。屬性表中的列是一個(gè)屬性，每個(gè)屬性都有一個(gè)名稱，即域?qū)傩缘闹捣秶?。能夠唯一區(qū)分主鍵關(guān)系中不同元組的屬性或?qū)傩越M合稱為關(guān)系的鍵，也稱為主鍵，或簡稱為主鍵。外鍵關(guān)系中的某個(gè)屬性或?qū)傩越M合是非鍵的，但它是另一個(gè)關(guān)系的主鍵。6.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫，6.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫，關(guān)系數(shù)據(jù)模型中的表之間的關(guān)系(1)部門和部門負(fù)責(zé)人之間的一對(duì)一關(guān)系：部門(部門名稱、部門負(fù)責(zé)人編號(hào)、地址)部門負(fù)責(zé)人(部門負(fù)責(zé)人編號(hào)、名稱)(2)部門和學(xué)生之間的一對(duì)多關(guān)系：部門(部門名稱、部門負(fù)責(zé)人編號(hào)、地址)學(xué)生例如，學(xué)生和課

12、程之間的多對(duì)多關(guān)系可以分為兩種一對(duì)多關(guān)系：學(xué)生(學(xué)生編號(hào)、姓名、年齡、性別、部門名稱、年級(jí))、課程(課程編號(hào)從以上關(guān)系可以看出，兩個(gè)數(shù)據(jù)表建立了關(guān)聯(lián)關(guān)系，連接的類型取決于主鍵和外鍵的值是否重復(fù)：(1)(2)如果主鍵和外鍵的值之一是唯一的，而另一個(gè)是可重復(fù)的，則兩個(gè)表之間的關(guān)系是一對(duì)多；注意：通常，包含主關(guān)鍵字段的數(shù)據(jù)表稱為父表，包含外部關(guān)鍵字字段的數(shù)據(jù)表稱為子表。，外鍵，主鍵，父表，父表，子表，6.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫，關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系的本質(zhì)(1)關(guān)系必須規(guī)范化，屬性不能再次劃分。規(guī)范化意味著關(guān)系模型中的每個(gè)關(guān)系模式都必須滿足某些要求。最基本的要求是，關(guān)系必須是一個(gè)二維表，每個(gè)屬性值必須是一個(gè)不可分割

13、的最小數(shù)據(jù)單元，也就是說，該表不能再包含表。(2)同一關(guān)系中不允許有相同的屬性名；(3)同一關(guān)系中不允許有相同的元組；(4)在相同的關(guān)系中，元組的順序是不相關(guān)的，也就是說，隨意交換兩行的位置不會(huì)影響數(shù)據(jù)的實(shí)際意義。(5)在同一關(guān)系中，屬性的順序是不相關(guān)的。隨意切換兩列的位置不會(huì)影響數(shù)據(jù)的實(shí)際含義，也不會(huì)改變關(guān)系模式。作為一個(gè)二維表，關(guān)系操作可以執(zhí)行的操作包括：(1)從給定的關(guān)系中選擇滿足特定條件的記錄(或元組)的過程稱為選擇。(2)投影操作給定一個(gè)關(guān)系，只從中檢索預(yù)期字段(或?qū)傩?的過程稱為投影(3)連接操作。聯(lián)接操作需要兩個(gè)關(guān)系參與操作，這是二進(jìn)制運(yùn)算符聯(lián)接操作的先決條件：通常，這兩個(gè)關(guān)系中

14、有一個(gè)公共屬性(稱為聯(lián)接屬性)，它是一個(gè)關(guān)系(稱為表)中的主鍵，而在另一個(gè)關(guān)系(稱為多個(gè)表)中，例如，部門名稱是“部門表”(一個(gè)表)中的主鍵，而部門名稱是“學(xué)生表”(多個(gè)表)中的外鍵。連接操作的結(jié)果：從屬性的角度來看，它是參與操作關(guān)系的兩個(gè)屬性的疊加；從元組的角度來看，它基于多個(gè)表元組的記錄，并在連接屬性相同時(shí)擴(kuò)展對(duì)應(yīng)于一個(gè)表的數(shù)據(jù)值。也就是說，以多個(gè)表為準(zhǔn)。關(guān)系模型基于嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念，有一個(gè)單一的概念，即實(shí)體和各種聯(lián)系都是用關(guān)系來表示的，數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系。6.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，完整性規(guī)則數(shù)據(jù)完整性是指數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、正確性和有效性。數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的完整性是用戶對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和維護(hù)的要求。它可以指定某些屬性或字段的值必須限制在某個(gè)范圍內(nèi)，還可以指定某些數(shù)據(jù)之間滿足某些約束。作為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，為了維護(hù)數(shù)據(jù)庫的完整性，一般為數(shù)據(jù)模式提供以下三種類型的完整性約束機(jī)制：(1)域完整性規(guī)則規(guī)定了屬性的取值范圍，如學(xué)生成績不能為負(fù)數(shù)。(2)實(shí)體完整性規(guī)則要求任何元組的主鍵的值不能為空，并且在其所屬