最新彭煜玮武汉大学计算机学院127ppt课件.ppt

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1、进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记忆中的故那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热怎么这么热”，于是三五成群，聚在大树，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩

2、子们却在周下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑了，快来我给你扇扇强子，别跑了，快来我给你扇扇”。孩。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你看热的，跑什么？你看热的，跑什么？”此时这把蒲扇，此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！蒲扇是中国传统工艺品，在是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味

3、道！蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，圆，轻巧又便宜的蒲扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的半个人

4、生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长也走过了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅长的时间隧道，袅彭煜玮武汉大学计算机学院2009127学习导读学习导读v 数据库技术是研究数据管理的技术，即如何妥善数据库技术是研究数据管理的技术，即如何妥善地保存和科学地管理数据。地保存和科学地管理数据。数据库技术是发展速度数据库技术是发展速度最快，应用最广泛的技术，它作为计算机科学和技最快，应用最广泛的技术，它作为计算机科学和技术的一个重要分支已成为多种计算机应用系统的核术的一个重要分支已成为多种计算机应用系统的核心。数据库技术主要延着数据模型、数据库应用

5、、心。数据库技术主要延着数据模型、数据库应用、数据库管理系统开发技术三个方面发展。数据库管理系统开发技术三个方面发展。v 本章主要介绍数据管理技术的发展、数据模型、本章主要介绍数据管理技术的发展、数据模型、关系运算、关系规范化理论和数据库设计等内容。关系运算、关系规范化理论和数据库设计等内容。第1章 数据库基础知识2数据集数据集1应用程序应用程序1数据集数据集2应用程序应用程序2应用程序应用程序n数据集数据集n人工管理阶段人工管理阶段2.2.人工管理阶段应用程序与数据之间的关系人工管理阶段应用程序与数据之间的关系文件系统阶段文件系统阶段1.2.2 1.2.2 文件系统阶段文件系统阶段 20世纪

6、50年代末，计算机不仅用于科学计算，而且大量用于数据管理，同时磁盘、磁鼓等大容量直接存储设备的出现，使存放大量数据成为可能。操作系统中的文件系统就是专门用来管理所存储数据的软件。1.1.文件系统阶段的特点文件系统阶段的特点 数据以文件形式组织，可以长期保存在磁盘上。数据有了逻辑结构和物理结构之分，由“存取方法”实现逻辑结构与物理结构的映射。数据是面向特定用途设计的，一个文件基本上对应一个应用程序，造成数据冗余大，数据共享性差；文件之间相互独立，数据联系弱。实现了数据的物理独立性，但未实现数据的逻辑独立性。文件系统阶段文件系统阶段文件文件系统系统文件文件1应用程序应用程序1文件文件2应用程序应用

7、程序2文件文件n应用程序应用程序n2.2.文件系统阶段应用程序与数据之间的关系文件系统阶段应用程序与数据之间的关系数据库系统阶段数据库系统阶段1.2.3 1.2.3 数据库系统阶段数据库系统阶段 20世纪60年代后期，随着数据管理的规模日趋增大，数据量的急剧增加，文件系统已不能适应需要。为此，人们研制出了一种新的、先进的数据管理方法，即数据库系统。1.1.数据库系统阶段的特点数据库系统阶段的特点 实现了数据共享。面向全组织的数据结构化，数据不再面向特定的某个或多个应用，而是面向整个应用系统，减少了数据冗余。数据独立性高，实现了数据的逻辑独立性和物理独立性。统一数据控制功能，提供了数据安全性控制

8、、数据完整性控制、并发控制和数据库恢复等数据控制功能。数据库系统阶段数据库系统阶段应用程序应用程序1应用程序应用程序2应用程序应用程序nDBMSDB2.2.数据库系统阶段应用程序与数据之间的关系数据库系统阶段应用程序与数据之间的关系思考题思考题问：文件系统中的文件与数据库系统中的文件问：文件系统中的文件与数据库系统中的文件有何本质的区别？有何本质的区别？答：文件系统中的文件是面向应用的，一个文答：文件系统中的文件是面向应用的，一个文件基本对应一个应用程序，文件之间不存在联件基本对应一个应用程序，文件之间不存在联系系,数据冗余大。数据库系统中的文件是面向整数据冗余大。数据库系统中的文件是面向整个

9、应用系统，文件之间相互联系，减少了数据个应用系统，文件之间相互联系，减少了数据冗余，实现了数据共享。冗余，实现了数据共享。例例例：某系统涉及人事、科研、教学、工资四个部门。假定每个部门只有一种登记表。其结构如下，试建立该系统的数据结构。序号序号姓名姓名性别性别年龄年龄职称职称单位单位工龄工龄工资工资人事文件人事文件科研文件科研文件序号序号姓名姓名性别性别年龄年龄职称职称单位单位科研名称科研名称经费经费教学文件教学文件序号序号姓名姓名性别性别年龄年龄职称职称单位单位课程名课程名 学时学时工资文件工资文件序号序号姓名姓名单位单位工资工资工龄补贴工龄补贴房租房租 水电水电例例 文件系统：文件系统：建

10、立与上述结构相同的四个文件。建立与上述结构相同的四个文件。存在的问题：存在的问题：数据冗余大。数据冗余大。文件是独立的、分散的，只反映文件文件是独立的、分散的，只反映文件本身的结构，而未反映文件间的联系，本身的结构，而未反映文件间的联系，因而不能进行文件交叉访问。因而不能进行文件交叉访问。例例 数据库系统：数据库系统：（分三步进行）（分三步进行）第一步：建立全局数据逻辑结构。第一步：建立全局数据逻辑结构。数据的组织、存储与应用程序相分离独立进行，全面综合数据的组织、存储与应用程序相分离独立进行，全面综合地考虑数据的组织，从整个系统的效率、性能出发来组织数据。地考虑数据的组织，从整个系统的效率、

11、性能出发来组织数据。第二步：建立局部数据逻辑结构。第二步：建立局部数据逻辑结构。面向各个具体用户，从满足用户的需求出发，从全局数据面向各个具体用户，从满足用户的需求出发，从全局数据逻辑结构导出各自所需的基本结构。逻辑结构导出各自所需的基本结构。第三步：建立数据物理结构。第三步：建立数据物理结构。面向物理存储、在保证全局数据逻辑结构的前提下，权衡面向物理存储、在保证全局数据逻辑结构的前提下，权衡系统的空间利用、效率等，按物理存储的最佳形式来组织文件系统的空间利用、效率等，按物理存储的最佳形式来组织文件结构结构。例例第一层第一层水水电电房房租租学学时时课程课程名名经经费费科研科研名称名称工工资资工

12、工龄龄单单位位职职称称年年龄龄性性别别姓姓名名序序号号第二层第二层单位单位职称职称年龄年龄性别性别姓名姓名序号序号经费经费科研名称科研名称序号序号学时学时课程名课程名序号序号水电水电房租房租工资工资工龄工龄序号序号第三层第三层1.3 1.3 什么是数据库系统什么是数据库系统 数据库系统数据库系统(DBSDBS-D Data ata B Base ase S System)ystem)是指具是指具有管理数据库功能的计算机系统。它有管理数据库功能的计算机系统。它由数据库、由数据库、用户、软件和硬件四部分组成。用户、软件和硬件四部分组成。1.3.1 1.3.1 数据库数据库 数据库数据库(DBDB-

13、D Data ata B Base)ase)：按一定结构组织存：按一定结构组织存储的、集成的、可共享的数据的集合。这里的储的、集成的、可共享的数据的集合。这里的结构是指数据库的结构要依据结构是指数据库的结构要依据DBMSDBMS所支持的数所支持的数据模型来建立。据模型来建立。数据库系统中的用户数据库系统中的用户1.3.2 1.3.2 用户用户1.1.数据库管理员（数据库管理员（DBADBA-D Data ata B Base ase A Administratordministrator）DBADBA是是指指组组织织数数据据库库的的计计划划、设设计计、建建立立、运运行行监监视视、维维护护以以及

14、及重重开开发发的全部技术工作的专业人员。的全部技术工作的专业人员。DBADBA的职责：的职责：（1 1）决定数据库中的信息内容和结构。）决定数据库中的信息内容和结构。（2 2）决定数据库的存储结构和存储策略。）决定数据库的存储结构和存储策略。（3 3）定义数据的安全性要求和完整性约束条件。）定义数据的安全性要求和完整性约束条件。（4 4）监控数据库的使用和运行。）监控数据库的使用和运行。（5 5）数据库的重组和重构。）数据库的重组和重构。2.2.应用程序员应用程序员 是指负责设计和编制应用程序的人员。是指负责设计和编制应用程序的人员。3.3.终端用户终端用户 是指从计算机终端存取数据库的人员。

15、是指从计算机终端存取数据库的人员。1.4 1.4 数据库管理系统数据库管理系统 DBMSDBMS是数据库系统的核心，是为数据库建立、使是数据库系统的核心，是为数据库建立、使用和维护而配置的系统软件。它建立在操作系统的基用和维护而配置的系统软件。它建立在操作系统的基础之上，是位于操作系统与用户之间的一层数据管理础之上，是位于操作系统与用户之间的一层数据管理软件，负责对数据库进行统一的管理和控制。软件，负责对数据库进行统一的管理和控制。nDBMSDBMS的软件地位：的软件地位：用户、应用软件用户、应用软件DBMSDBMSOSOSDBDBDBMSDBMS的主要功能的主要功能1.4.1 DBMS1.4

16、.1 DBMS的主要功能的主要功能 1.1.数据定义数据定义 提供数据定义语言提供数据定义语言(DDLDDL-D Data ata D Definition efinition L Language)anguage)定义数据库结构及其相互之间的映象，定义数据的完整性、安定义数据库结构及其相互之间的映象，定义数据的完整性、安全性控制等约束。全性控制等约束。2.2.数据操纵数据操纵 提供数据操纵语言提供数据操纵语言(DMLDML-D Data ata M Manipulation anipulation L Language)anguage)实现对数据库中数据的检索、插入、删除和修改。实现对数据库

17、中数据的检索、插入、删除和修改。3.3.数据库运行管理数据库运行管理 提供数据安全性控制、并发控制、和数据提供数据安全性控制、并发控制、和数据完整性控制等数据控制功能。完整性控制等数据控制功能。4.4.数据库的建立和维护数据库的建立和维护 数据库初始数据的装入，数据库的转数据库初始数据的装入，数据库的转储、恢复、重组织，系统性能监视、分析等功能。储、恢复、重组织，系统性能监视、分析等功能。5.5.数据通信数据通信 实现用户程序与实现用户程序与DBMSDBMS之间的通信。之间的通信。DBMSDBMS的组成的组成1.4.2 DBMS1.4.2 DBMS的组成的组成 1.1.语言翻译处理程序语言翻译

18、处理程序 主要包括数据定义语言编译程序、数据操纵语言编译程序、终端主要包括数据定义语言编译程序、数据操纵语言编译程序、终端命令解释程序、数据库控制命令解释程序等。命令解释程序、数据库控制命令解释程序等。2.2.系统运行控制程序系统运行控制程序 主要包括系统总控程序、存取控制程序、并发控制程序、完整性主要包括系统总控程序、存取控制程序、并发控制程序、完整性控制程序、安全性控制程序、数据存取和更新程序、通信控制程序等。控制程序、安全性控制程序、数据存取和更新程序、通信控制程序等。3.3.系统建立、维护程序系统建立、维护程序 主要包括数据装入程序、数据库重组程序、数据库恢复程序、性主要包括数据装入程

19、序、数据库重组程序、数据库恢复程序、性能监督程序等。能监督程序等。4.4.数据字典数据字典 数据字典是对数据库中数据的描述信息的集合。通过数据字典数据字典是对数据库中数据的描述信息的集合。通过数据字典DBMSDBMS能快速查询有关对象，能快速查询有关对象，DBADBA能掌握整个系统运行的情况。能掌握整个系统运行的情况。数据库系统中的软件和硬件数据库系统中的软件和硬件1.3.3 1.3.3 软件软件 主主要要是是指指数数据据库库管管理理系系统统（DBMSDBMS-D Data ata B Base ase M Management anagement S Systemystem）。DBMSDBM

20、S是是位位于于用用户户和和OSOS之之间间的的专专门门用用于于管管理理和和维维护护数数据据库库的的系系统统软软件件，为为用用户户或或应应用用程程序序提提供供了了访访问问数数据据库库的的方方法法，包包括括数数据据库库的的建建立立、查询、更新及各种数据控制功能。查询、更新及各种数据控制功能。1.3.4 1.3.4 硬件硬件 要要求求有有足足够够大大的的内内存存，以以存存放放OSOS、DBMSDBMS、系系统统缓缓冲冲区区、应应用用程程序序等等；配配有有高高速速的的、大大容容量量的的直直接接存存取取的的外外存存；要要有有较较高高的的通通道道能能力力，以以提提高高数数据据的的传传输输速速度。度。1.5

21、 1.5 数据模型数据模型 数据库是一个结构化的数据集合，这个结构要使用数据模数据库是一个结构化的数据集合，这个结构要使用数据模型来描述。型来描述。数据模型数据模型 是表示数据及其联系的模型。是表示数据及其联系的模型。数据模型分类数据模型分类概念模型（也称语义模型）概念模型（也称语义模型）（常用（常用E-RE-R模型）模型）结构数据模型（简称数据模型）结构数据模型（简称数据模型）（层次模型、网状模型、（层次模型、网状模型、关系模型）关系模型）概念模型是按用户的观点来对数据和信息建模，它强调语义概念模型是按用户的观点来对数据和信息建模，它强调语义表达能力，建模容易、方便、概念简单、清晰，易于用户

22、理解，表达能力，建模容易、方便、概念简单、清晰，易于用户理解，它是一种独立于计算机系统的模型；它是一种独立于计算机系统的模型；结构数据模型是按计算机结构数据模型是按计算机系统的观点对数据建模，它着重于具体描述数据的数据结构。系统的观点对数据建模，它着重于具体描述数据的数据结构。思考题思考题 问：能否一步到位，只建立结构数据模型呢？问：能否一步到位，只建立结构数据模型呢？答：可以，但更多是采用分二步的设计方法。答：可以，但更多是采用分二步的设计方法。因为建立数据模型不是件简单的事，它既要模因为建立数据模型不是件简单的事，它既要模拟现实世界，又要考虑数据结构，存取效率等拟现实世界，又要考虑数据结构

23、，存取效率等一系列因素，使问题变得复杂，对此，人们通一系列因素，使问题变得复杂，对此，人们通过一个中间步骤，先用过一个中间步骤，先用E-RE-R模型反映实体及其联模型反映实体及其联系，再从系，再从E-RE-R模型出发结合具体数据模型进行转模型出发结合具体数据模型进行转换。换。概念模型概念模型1.5.1 1.5.1 概念模型概念模型 概念模型是对客观事物及其联系的抽象，用于信息世界的概念模型是对客观事物及其联系的抽象，用于信息世界的建模。建模。概念模型的主要概念：概念模型的主要概念：实体实体-客观存在并可相互区别的事物。客观存在并可相互区别的事物。属性属性-实体所具有的某一特性。实体所具有的某一

24、特性。关键字关键字（码，（码，keykey）-实体的某一属性或属性组合，其实体的某一属性或属性组合，其值能惟一标识某一实体。值能惟一标识某一实体。域域-属性的取值范围。属性的取值范围。实体型实体型-用实体名及其属性名集合来抽象和刻画的同类用实体名及其属性名集合来抽象和刻画的同类实体。实体。例：学生（学号，姓名，性别，班号）例：学生（学号，姓名，性别，班号）实体集实体集-同一类型的实体集合称为实体集。同一类型的实体集合称为实体集。实体之间的联系实体之间的联系实体间的联系实体间的联系 一对一联系（一对一联系（1:11:1）一对多联系（一对多联系（1:m1:m）多对多联系（多对多联系（m:nm:n）

25、例：例：系系 -系主任系主任 （1:11:1）学生学生 -座位座位 （1:11:1）班级班级 -学生学生 （1:m1:m）公司公司 -职员职员 （1:m1:m）学生学生 -课程课程 （m:nm:n）运动员运动员 -项目项目 （m:nm:n）n设实体集：设实体集：n E1 E2E1 E2实体联系模型实体联系模型 E-R E-R模型模型（E Entity ntity R Relationshipelationship），也称为实体），也称为实体联系模型，是概念模型最常用的表示方法。联系模型，是概念模型最常用的表示方法。E-RE-R模型的基本成分模型的基本成分：实体集实体集 用长方形表示用长方形表示

26、属性属性 用椭圆表示用椭圆表示联系联系 用菱形表示用菱形表示联系名联系名实体型实体型A实体型实体型B11nm实体联系模型之例实体联系模型之例sumsum?总分总分:sum:sum?成绩成绩:score:scorescorescoren 注意：注意：联系也有属联系也有属性。性。例：例：nono学生学生s s课程课程c cS-CS-Cageagenamenamecnocnocnamecnamem mn n实体联系模型之例实体联系模型之例 例：例：为某百货公司数据库系统设计一个为某百货公司数据库系统设计一个E-RE-R模型。百货公司模型。百货公司管辖若干连锁商店，每家商店经营若干商品，每家商店有若干

27、管辖若干连锁商店，每家商店经营若干商品，每家商店有若干职工，但每个职工只能服务于一家商店。商店的属性有：店号、职工，但每个职工只能服务于一家商店。商店的属性有：店号、店名、店址、店经理。商品的属性有：商品号、品名、单价、店名、店址、店经理。商品的属性有：商品号、品名、单价、产地。职工的属性有：工号、姓名、性别、工资。在联系中应产地。职工的属性有：工号、姓名、性别、工资。在联系中应反映出职工参加某商店工作的开始时间，商店销售商品的月销反映出职工参加某商店工作的开始时间，商店销售商品的月销售量。售量。E-RE-R模型设计的一般步骤：模型设计的一般步骤：确定实体集确定实体集确定实体集之间的联系和联系

28、的类型确定实体集之间的联系和联系的类型确定属性（实体属性、联系属性）确定属性（实体属性、联系属性）实体联系模型之例实体联系模型之例职职 工工商商 品品商商 店店店号店号店址店址店名店名产地产地单价单价品名品名工资工资性别性别姓名姓名工号工号店经理店经理商品号商品号开始时间开始时间月销售量月销售量经营经营隶属隶属1 1n nm mm m百货公司的百货公司的E-RE-R图图常用的数据模型常用的数据模型1.5.2 1.5.2 常用的数据模型常用的数据模型1.1.关系模型关系模型 用二维表格结构来表示实体以及实体之间联系的数据模型。用二维表格结构来表示实体以及实体之间联系的数据模型。2.2.层次模型层

29、次模型 用树结构表示实体间联系的数据模型。用树结构表示实体间联系的数据模型。层次模型的特征是：层次模型的特征是：有且仅有一个结点没有父结点，它就是根结点；有且仅有一个结点没有父结点，它就是根结点；其他结点有且仅有一个父结点。其他结点有且仅有一个父结点。在层次模型中，每个结点描述一个实体型，称为记录型。在层次模型中，每个结点描述一个实体型，称为记录型。一个记录型可有许多记录值，一个记录型可有许多记录值，简称为记录。结点之间的有向边简称为记录。结点之间的有向边表示记录之间的联系。如果要存取某一记录型的记录，可以从表示记录之间的联系。如果要存取某一记录型的记录，可以从根结点开始，按照有向树层次逐层向

30、下查找，查找路径就是存根结点开始，按照有向树层次逐层向下查找，查找路径就是存取路径。取路径。层次模型层次模型记录类型记录类型1:m的联系的联系R1R3R2R4R5层次模型层次模型网状模型网状模型3.3.网状模型网状模型 用用网网状状结结构构表表示示实实体体间间联联系系的的数数据据模模型型。网网中中的的每每一一个个结结点点代代表表一一个个记记录录类类型型，联联系系用用链链接接指指针针来来实实现现。广广义义地地讲讲，任任何何一一个个连连通通的的基基本本层层次次联联系系的的集集合合都都是是网网状状模模型型。它它取取消消了了层次模型的两点限制。层次模型的两点限制。网状模型的特征是：网状模型的特征是：允

31、许结点有多于一个的父结点；允许结点有多于一个的父结点；可以有一个以上的结点没有父结点。可以有一个以上的结点没有父结点。1.6 1.6 关系数据库关系数据库1.6.1 1.6.1 基本术语基本术语 关系关系 -一个关系就是一张二维表，每个关系有一个关系名。一个关系就是一张二维表，每个关系有一个关系名。元元组组 -表表中中的的行行称称为为元元组组。一一行行为为一一个个元元组组，对对应应存存储储文文件中的一个记录值。件中的一个记录值。属属性性 -表表中中的的列列称称为为属属性性，每每一一列列有有一一个个属属性性名名。属属性性值值相当于记录中的数据项或者字段值。相当于记录中的数据项或者字段值。域域 -

32、属性的取值范围，即不同元组对同一个属性的值所限属性的取值范围，即不同元组对同一个属性的值所限定的范围。例如，逻辑型属性只能从逻辑真或逻辑假两个值中定的范围。例如，逻辑型属性只能从逻辑真或逻辑假两个值中取值。取值。关系模式关系模式 -关系结构的描述。关系结构的描述。R(A1R(A1，A2A2，A3A3，An)An)例：学生例：学生(学号，姓名，年龄学号，姓名，年龄)基本术语基本术语 侯侯选选关关键键字字 -属属性性或或属属性性组组合合，其其值值能能惟惟一一标标识识一一个个元组。元组。主关键字主关键字 -用户选作元组标识的一个侯选关键字。用户选作元组标识的一个侯选关键字。主属性主属性 -包含在任一

33、侯选关键字中的属性。包含在任一侯选关键字中的属性。非主属性非主属性 -不包含在任一侯选关键字中的属性。不包含在任一侯选关键字中的属性。外关键字外关键字 -如果一个关系中的属性或属性组并非该关如果一个关系中的属性或属性组并非该关系的关键字，但它们是另外一个关系的关键字，则称其为系的关键字，但它们是另外一个关系的关键字，则称其为该关系的外关键字。该关系的外关键字。例：学生（例：学生（学号学号，姓名，性别，姓名，性别，专业号专业号，年龄），年龄）专业（专业（专业号专业号，专业名），专业名）“专业号专业号”是学生关系的外关键字。是学生关系的外关键字。全关键字全关键字 -由所有属性组成的侯选关键字。由所

34、有属性组成的侯选关键字。基本术语基本术语 属性属性元组元组主关键字主关键字教师编号教师编号姓名姓名性别性别所在系名所在系名001001王丽华王丽华女女计算机系计算机系008008孙军孙军男男电子工程系电子工程系教师关系教师关系关系模型的特征关系模型的特征 关系模型的特征：关系模型的特征：描述的一致性。实体及实体之间的联系都是用关系来描述。描述的一致性。实体及实体之间的联系都是用关系来描述。可直接表示多对多关系。可直接表示多对多关系。关系必须是规范化的关系。每个属性是不可分的数据项，关系必须是规范化的关系。每个属性是不可分的数据项，不允许表中有表。不允许表中有表。有较强的理论基础。有较强的理论基

35、础。例：有如下三个关系模式：例：有如下三个关系模式：学生（学生（学号学号，姓名，性别，年龄），姓名，性别，年龄）课程（课程（课程号课程号，课程名，学时，学分），课程名，学时，学分）学习（学习（学号，课程号学号，课程号，成绩），成绩）其中：学生、课程关系是描述实体的，学习关系是描述学生和其中：学生、课程关系是描述实体的，学习关系是描述学生和课程之间存在的选课联系的。课程之间存在的选课联系的。不符合关系模型规范的表不符合关系模型规范的表车间号车间号班组班组工资工资超额奖超额奖实发实发基本基本补助补助0101甲组甲组 5000 5000 200 200 500 50057005700乙组乙组 450

36、0 4500 100 100 300 300490049000202甲组甲组 4800 4800 200+50 200+50 505050500303丙组丙组 3000 3000 300 300 500 50038003800关系运算关系运算1.6.2 1.6.2 关系运算关系运算 从一个或多个关系中找出所需要的数据，要使用关系运算。从一个或多个关系中找出所需要的数据，要使用关系运算。1.1.笛卡尔积笛卡尔积 RSR .A1 R.A2 R.A3 S.A2 S.A3 b 2 d 2 d b 2 d 3 b b 3 b 2 d b 3 b 3 b c 2 d 2 d c 2 d 3 b d 3 b

37、 2 d d 3 b 3 b S A2 A3 2 d 3 b R A1 A2 A3 b 2 d b 3 b c 2 d d 3 b RSRS：R R是是m m元关系，元关系，S S是是n n元关系，则元关系，则RSRS是（是（m+nm+n）元关系，）元关系，RSRS每个元每个元组的前组的前m m个分量是个分量是R R的一个元组，后的一个元组，后n n个分量是个分量是S S的一个元组。的一个元组。关系运算关系运算2.2.选择选择F F(R)(R)：在关系：在关系R R中求取满足给定条件中求取满足给定条件F F的元组的元组组成的集合。组成的集合。F F的组成：的组成：运算对象：常数、元组分量（属性

38、名或列运算对象：常数、元组分量（属性名或列号）号）运算符运算符算术比较符：算术比较符：、5A25A3“f”A3“f”(R)或或 25253“f”3“f”(R)R A1 A2 A3 a 3 f b 2 d c 2 d e 6 f g 6 f A1 A2 A3 b 2 d c 2 d e 6 f g 6 f253253“f f”(R)关系运算关系运算3.3.投影运算投影运算 A A(R):(R):在关系在关系R R中求指定的若干个属性列组成的集合（消除中求指定的若干个属性列组成的集合（消除重复元组）。重复元组）。A3 A2 f 3 d 2 f 63,2AA(R)R A1 A2 A3 a 3 f b

39、 2 d c 2 d e 6 f g 6 f 关系运算关系运算4.4.连接运算连接运算（1 1）一般连接（）一般连接（为关系比较符）为关系比较符）R R S S A B A B 含义：从含义：从R R X X S S中选取中选取R R关系在关系在A A属性组上的值属性组上的值与与S S关系在关系在B B属性组上值满足属性组上值满足关系的元组。关系的元组。（2 2）等值连接：）等值连接：为为“=”=”的连接。的连接。关系运算关系运算（3 3）自然连接）自然连接 R R S S：自然连接是在两个关系的公共属：自然连接是在两个关系的公共属性上进行的等值连接，并且除去重复属性。性上进行的等值连接，并且

40、除去重复属性。计算过程：计算过程：RSRS 公共属性上的等值选择。公共属性上的等值选择。去掉重复属性去掉重复属性 连接运算之例连接运算之例 设有关系设有关系R R、S(S(如下表所示如下表所示)，计算：，计算：(1)R1=R(1)R1=R S S(2)R2=R (2)R2=R S S ADAYY，则称，则称Y Y部分函数依赖于部分函数依赖于X X，记作：，记作：X X P P Y Y。例：例：关系关系R R中有：中有：(B,D)(B,D)P P C C，(A,D)(A,D)P P B B ,(A,D),(A,D)P P C C 完全函数依赖完全函数依赖:如果如果X XY Y，且对任何，且对任何

41、X X的真子集的真子集XX，都有，都有XX+YY，则称，则称Y Y完全函数依赖于完全函数依赖于X X，记作：，记作：X X F F Y Y。例：例：关系关系R R中有：中有：A A F F B B，A A F F C C ,B,B F F C C (C,D)(C,D)F F A A，(C,D)(C,D)F F B B ,(B,D),(B,D)F F A A 传递函数依赖传递函数依赖:如果如果X XY(YY(Y X)X)，Y Y+X X，而，而Y YZ Z，则称，则称Z Z传递函数依赖于传递函数依赖于X X，记作：，记作：X X T T Z Z。例：例：关系关系R R中有：中有：A A T T

42、C C（A AB,BB,B+A,BA,BC C）规范化设计理念和方法规范化设计理念和方法 关系的规范化是将一个低级范式的关系模式，关系的规范化是将一个低级范式的关系模式，通过关系模式的分解转换为若干个高级范式的通过关系模式的分解转换为若干个高级范式的过程。过程。1.1.第一范式（第一范式（1NF1NF）若若R R的每个分量都是不可分的数据项，则的每个分量都是不可分的数据项，则R1NFR1NF。从型上看：不存在嵌套结构。从型上看：不存在嵌套结构。从值上看：不存在重复组。从值上看：不存在重复组。1NF1NF是关系模式的最低要求。是关系模式的最低要求。非非1NF1NF的二维表的二维表车间号车间号班组

43、班组工资工资超额奖超额奖实发实发基本基本补助补助0101甲组甲组 5000 5000 200 200 500 50057005700乙组乙组 4500 4500 100 100 300 300490049000202甲组甲组 4800 4800 200+50 200+50 505050500303丙组丙组 3000 3000 300 300 500 50038003800转换后的转换后的1NF1NF关系关系车间号车间号班组班组基本工资基本工资补助工资补助工资超额奖超额奖实发实发 01 01甲组甲组 5000 5000 200 200 500 50057005700 01 01乙组乙组 4500

44、 4500 100 100 300 300490049000202甲组甲组 4800 4800 250 250505050500303丙组丙组 3000 3000 300 300 500 50038003800 学生关系学生关系s s是是1NF1NF关系，但它存在数据冗余，插入异常和删除异关系，但它存在数据冗余，插入异常和删除异常等问题。常等问题。规范化设计理念和方法规范化设计理念和方法2.2.第二范式（第二范式（2NF2NF）若关系若关系R1NFR1NF，且不存在任何非主属性对侯选关键字的部分函数依，且不存在任何非主属性对侯选关键字的部分函数依赖，则赖，则R2NFR2NF。分析：分析：关系关

45、系s s不是不是2NF2NF。因为，侯选关键字为因为，侯选关键字为（学号，课程号）（学号，课程号）非主属性：非主属性：姓名、课程名、教师号、教师名、教师地址、成绩姓名、课程名、教师号、教师名、教师地址、成绩 函数依赖有：函数依赖有：学号学号姓名，课程号姓名，课程号课程名，课程号课程名，课程号教师号，教教师号，教师号师号教师姓名，教师号教师姓名，教师号教师地址教师地址 所以，（学号，课程号）所以，（学号，课程号）P P 姓名姓名 （学号，课程号）（学号，课程号）P P 课程名课程名 （学号，课程号）（学号，课程号）P P 教师号教师号 （学号，课程号）（学号，课程号）P P 教师名教师名 （学号

46、，课程号）（学号，课程号）P P 教师地址教师地址规范化设计理念和方法规范化设计理念和方法 分解为分解为2NF2NF的方法：的方法：将满足部分函数依赖和满足完全函数依赖的属性分将满足部分函数依赖和满足完全函数依赖的属性分解到不同的关系中。解到不同的关系中。关系关系S S分解为分解为3 3个关系：个关系：s1(s1(学号，姓名学号，姓名)s2(s2(课程号，课程名，教师号，教师名，教师地址课程号，课程名，教师号，教师名，教师地址)s3(s3(学号，课程号，成绩学号，课程号，成绩)分解后，关系分解后，关系s1s1、s2s2、s3s3都为都为2NF2NF。规范化设计理念和方法规范化设计理念和方法 达

47、到达到2NF2NF的关系仍然可能存在问题。的关系仍然可能存在问题。例如，在例如，在关系关系s2s2中还存在以下问题：中还存在以下问题：（1 1）数数据据冗冗余余。一一个个教教师师承承担担多多门门课课程程时时，教教师师的的地地址要重复存储。址要重复存储。（2 2）插插入入异异常常。一一个个新新教教师师报报到到，需需将将其其有有关关数数据据插插入入到到s2s2关关系系中中，但但该该教教师师暂暂时时还还未未承承担担任任何何教教学学任任务务，则因缺关键字课程号的值而不能进行插入操作。则因缺关键字课程号的值而不能进行插入操作。（3 3）删删除除异异常常。删删除除某某门门课课程程时时，会会丢丢失失该该课课

48、程程任任课课教师的信息。教师的信息。规范化设计理念和方法规范化设计理念和方法3.3.第三范式（第三范式（3NF3NF）若关系若关系R2NFR2NF，且不存在非主属性对侯选关键字的，且不存在非主属性对侯选关键字的传递函数依赖，则传递函数依赖，则R3NFR3NF。分析：分析：关系关系s2s2不是不是3NF3NF。因为，侯选关键字为因为，侯选关键字为:课程号课程号 非主属性：非主属性：教师号、课程名、教师名、教师地址教师号、课程名、教师名、教师地址 课程号课程号教师号，教师号教师号，教师号+课程号，教师号课程号，教师号教教师地址师地址 课程号课程号 T T 教师地址教师地址规范化设计理念和方法规范化

49、设计理念和方法 分解为分解为3NF3NF的方法：的方法：将涉及传递函数依赖中的两个依赖中的属将涉及传递函数依赖中的两个依赖中的属性分解到不同的关系中。性分解到不同的关系中。将将s2s2分解为：分解为：s21s21(课程号，课程名，教师号课程号，课程名，教师号)s22 s22(教师号，教师名，教师地址教师号，教师名，教师地址)则则关关系系s21s21和和s22s22都都是是3NF3NF，关关系系s s中中存存在在的的问题得到了解决。问题得到了解决。3 3种范式的关系：种范式的关系：规范化设计理念和方法规范化设计理念和方法1NF1NF非规范化的关系非规范化的关系2NF2NF3NF3NF消除组合数据

50、项消除组合数据项消除非主属性对关消除非主属性对关键字的部分函数依键字的部分函数依赖赖消除非主属性对关消除非主属性对关键字的传递函数依键字的传递函数依赖赖范式的范式的转换关系：转换关系：1NF1NF2NF2NF3NF3NF 1.7 1.7 数据库设计数据库设计 数据库设计数据库设计:是指对于一个给定的应用环境，构造是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据模型，然后据此建立数据库及其应用系统，最优的数据模型，然后据此建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求。使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求。数据库设计的内容数据库设计的内容:结构特性设计结构特性设计行为