2015年数据库原理与应用.pdf
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1、第 一 章 绪 论 数 据:描 述 事 物 的 符 号 记 录 称 为 数 据,数 据 是 数 据 库 的 基 本 对 象。数 据 字 典:是 指 对 数 据 的 数 据 项、数 据 结 构、数 据 流、数 据 存 储、处 理 逻 辑、外 部 实 体 等 进 行 定 义 和 描 述,其 目 的 是 对 数 据 流 程 图 中 的 各 个 元 素 做 出 详 细 的 说 明。数 据 库:存 放 数 据 的 仓 库,是 长 期 存 储 在 计 算 机 内、有 组 织、可 共 享 的 大 量 数 据 的 集 合。数 据 库 管 理 系 统:D B M S科 学 的 组 织 和 存 储 诗 句,高 效
2、 的 获 取 和 维 护 数 据,具 有 数 据 定 义 功 能;数 据 组 织、存 储 和 管 理 功 能:数 据 操 纵 功 能;数 据 库 的 事 务 管 理 和 运 行 管 理 功 能:数 据 库 的 建 立 和 维 护 功 能;其 他 功 能。数 据 库 系 统:是 指 在 计 算 机 系 统 中 引 入 数 据 库 后 的 系 统,一 般 由 数 据 库、数 据 库 管 理 系 统(及 其 开 发 工 具)、应 用 系 统、数 据 库 管 理 员 构 成。发 展 过 程:人 工 管 理 文 件 系 统 数 据 库 系 统 数 据 库 系 统 的 特 点:一、数 据 结 构 化 结
3、构 化:指 任 何 一 列 数 据 不 可 再 细 分,同 时 任 何 一 列 的 数 据 都 有 相 同 的 数 据 类 型 整 体 结 构 化:不 再 仅 仅 针 对 某 一 个 应 用,而 是 面 向 全 组 织,同 时 不 仅 数 据 内 部 结 构 化,整 体 是 结 构 化 的,数 据 之 间 具 有 联 系。实 体:表 示 任 何 可 以 发 送 或 接 受 信 息 的 硬 件 或 软 件 进 程。二、数 据 的 共 享 性 高,冗 余 度 低,易 扩 充。数 据 库 系 统 从 整 体 角 度 看 待 和 描 述 数 据,数 据 面 向 整 个 系 统,可 以 被 多 个 用
4、户、多 个 应 用 共 享 使 用。三、数 据 独 立 性 高。体 现 在 两 方 面:第 一,物 理 独 立 性:指 用 户 的 应 用 程 序 和 存 储 在 磁 盘 上 的 数 据 库 中 数 据 时 相 互 独 立 的,当 数 据 在 物 理 存 储 改 变 了,应 用 程 序 不 用 改 变。第 二,逻 辑 独 立 性:指 用 户 的 应 用 程 序 与 数 据 库 的 逻 辑 结 构 相 互 独 立,数 据 的 逻 辑 结 构 改 变 了,用 户 程 序 也 可 以 不 变。四、数 据 由 DBMS(数 据 库 管 理 系 统)统 一 管 理 和 控 制。1、数 据 的 安 全 性
5、(security)保 护:保 护 数 据,以 防 止 不 合 法 使 用 造 成 的 数 据 的 泄 密 和 破 坏;2、数 据 的 完 整 性 检 查:将 数 据 控 制 在 有 效 地 范 围 内,或 保 证 数 据 之 间 满 足 一 定 的 关 系;3、并 发 控 制:对 多 用 户 的 并 发 操 作 加 以 控 制 盒 协 调,防 止 相 互 干 扰 得 到 错 误 的 结 果:4、数 据 库 恢 复:对 数 据 库 从 错 误 状 态 恢 复 到 某 一 已 知 的 正 确 状 态。数 据 模 型 数 据 模 型:用 这 个 工 具 来 抽 象、表 示 和 处 理 现 实 世
6、界 中 的 数 据 和 信 息。就 是 对 现 实 世 界 的 模 拟。三 方 面 的 要 求:1、能 够 比 较 真 实 的 模 拟 现 实 世 界;2、容 易 为 人 所 理 解;3、便 于 在 计 算 机 上 实 现。两 类 数 据 模 型:1、概 念 模 型:也 称 信 息 模 型,它 是 按 用 户 的 观 点 对 数 据 和 信 息 建 模,用 于 数 据 库 设 计 阶 段。2、逻 辑 模 型 和 物 理 模 型:逻 辑 模 型 主 要 包 括 网 状 模 型、层 次 模 型、关 系 模 型、面 向 对 象 模 型 等,按 计 算 机 系 统 的 观 点 对 数 据 建 模,用
7、DBM S实 现。物 理 模 型 是 对 数 据 库 底 层 的 抽 象,描 述 数 据 在 系 统 内 部 的 表 示 方 式 和 存 取 方 法,在 硬 盘 或 磁 带 上 的 存 储 方 式 和 存 取 方 法。两 步 抽 象:1、现 实 世 界 中 的 客 观 对 象 抽 象 为 概 念 模 型 2、把 概 念 模 型 转 换 为 某 一 DBMS支 持 的 数 据 模 型。数 据 模 型 的 组 成 要 素:1、数 据 结 构:描 述 数 据 库 的 组 成 对 象,以 及 对 象 之 间 的 联 系。数 据 模 型 对 数 据 结 构 的 定 义:一、与 数 据 类 型、内 容、性
8、 质 有 关 的 对 象;二、与 数 据 之 间 联 系 有 关 的 对 象。数 据 结 构 是 对 系 统 静 态 特 征 的 描 述。2、数 据 操 作:对 数 据 库 中 各 种 对 象(型)的 实 例(值)允 许 执 行 的 操 作 及 有 关 的 操 作 规 则。类 型 有:查 询;更 新(包 括 插 入、删 除、修 改)。数 据 库 模 型 对 操 作 的 定 义:操 作 的 确 定 含 义(例 如 定 义);操 作 符 号(具 体 符 号 的 定 义 的 操 作);操 作 规 则(如 优 先 级);实 现 操 作 的 语 言(SQL标 准 化 操 作 语 言)。数 据 结 构 是
9、 对 系 统 动 态 特 征 的 描 述。3、完 整 性 约 束 条 件:,、组 完 整 性 规 则 的 集 合;二、完 整 性 规 则:给 定 的 数 据 模 型 中 数 据 及 其 联 系 所 具 有 的 制 约 和 存 储 规 则;三、具 以 限 定 符 合 数 据 模 型 的 数 据 库 状 态 以 及 状 态 的 变 化(例 如 修 改),以 保 证 数 据 的 正 确、有 效、相 容。数 据 模 型 对 完 整 性 约 束 条 件 的 定 义:一、反 映 和 规 定 本 数 据 模 型 必 须 遵 守 的 基 本 的 通 用 的 完 整 性 约 束 条 件。例 如 在 关 系 模
10、型 中,任 何 关 系 必 须 满 足 实 体(内 部)完 整 性 和 参 照(实 体 和 实 体 之 间 的)完 整 性 两 个 条 件。二、提 供 定 义 完 整 性 约 束 条 件 的 机 制,以 反 映 具 体 应 用 所 涉 及 的 数 据 必 须 遵 守 的 特 定 的 语 义 约 束 条 件。(现 实 世 界 的 约 束)概 念 模 型 一、信 息 世 界 中 的 基 本 概 念 实 体:客 观 存 在 并 可 相 互 区 别 的 事 物 称 为 实 体 属 性:实 体 所 具 有 的 某 一 特 征 为 属 性 码:唯 一 标 识 实 体 的 属 性 集 称 为 码(特 殊 的
11、 属 性)域:域 是 组 具 有 相 同 数 据 类 型 的 值 得 集 合,属 性 的 取 值 范 围 称 为 该 属 性 的 域。实 体 型:用 实 体 名 及 其 属 性 名 集 合 来 抽 象 和 刻 画 同 类 实 体(一 类 实 体),称 为 实 体 型。联 系:现 实 世 界 的 事 物 内 部 以 及 事 物 之 间 的 联 系 在 实 体 内 部 的 联 系 通 常 是 指 组 成 实 体 的 个 体 属 性 之 间 的 联 系,实 体 之 间 的 联 系 通 常 是 指 不 同 实 体 集 之 前 的 联 系。二、两 个 实 体 型 之 间 的 联 系(E-R模 型)多 对
12、 多。一 对 一 一 对 多 姓 名 课 程 三、两 个 以 上 实 体 型 之 间 的 联 系 若 实 体 型 E l,E2,.E n存 在 联 系,对 于 实 体 型 Ej(j=l,2,.i-L i+1.n)中 的 给 定 实 体,最 多 只 和 E i中 的 一 个 实 体 相 联 系,则 我 们 说 E i与 E l,E 2,Ei-1,Ei+1,,E n之 间 的 联 系 是 一 对 多 的 四、单 个 实 体 型 内 的 联 系 单 个 实 体 型 内 的 单 个 实 体 型 内 部 l:n联 系 m:n联 系 五、概 念 模 型 的 一 种 表 示 方 法 E-R图 层 次 模 型
13、:满 足 以 F两 个 条 件 的 基 本 层 次 联 系 的 集 合 为 层 次 模 型 1、有 且 只 有 一 个 节 点 没 有 双 亲 结 点;2、根 以 外 的 其 他 结 点 有 且 只 有 一 个 双 亲 结 点。中 序 遍 历 子 女 兄 弟 链 接 法;层 次 序 列 链 接 法。网 状 模 型 满 足 条 件:允 许 一 个 以 上 结 点 无 双 亲;一 个 节 点 可 以 有 多 于 一 个 的 双 亲。关 系 模 型(重 点):在 用 户 观 点 卜,关 系 模 型 中 数 据 的 逻 辑 结 构 是 一 张 二 维 表,它 由 行 和 列 组 成,关 系:一 个 关
14、 系 对 应 通 常 说 的 是 一 张 表 元 组:表 中 的 一 行 即 为 一 个 元 组 属 性:表 中 的 一 列 即 为 一 个 属 性,给 每 一 个 属 性 起 一 个 名 称 称 为“属 性 名”。组 码:表 中 的 摸 个 属 性 组,它 可 以 唯 一 确 定 一 个 元 组。域:属 性 的 取 值 范 围 分 量:元 组 中 的 一 个 属 性 值 关 系 模 式:对 关 系 的 描 述 关 系 名(属 性 1,属 性 2,.,属 性 n,)Ex:学 生(学 号,姓 名,年 龄,系 别,年 级)关 系 模 型 的 数 据 结 构:关 系 必 须 是 规 范 化 的,满
15、足 一 定 的 规 范 条 件。最 基 本 的 规 范 条 件:关 系 的 每 一 个 分 量 必 须 是 一 个 不 可 分 的 数 据 项,不 允 许 表 中 有 表。关 系 模 型 的 优 缺 点:优 点 一、建 立 在 严 格 的 概 念 基 础 上 二、概 念 单 一:1、实 体 和 各 类 联 系 都 用 关 系 来 表 示;2、对 数 据 的 检 索 结 果 也 是 关 系。三、关 系 模 型 的 存 取 路 径 对 用 户 透 明:1、具 有 更 高 的 数 据 独 立 性,更 好 的 安 全 保 密 性;2、简 化 了 程 序 员 的 工 作 和 数 据 库 开 发 建 立
16、的 工 作。缺 点 一、存 取 路 径 会 用 户 透 明 导 致 查 询 效 率 往 往 不 如 关 系 数 据 模 型 二、为 提 高 性 能,必 须 对 用 户 的 查 询 请 求 进 行 优 化,增 加 了 开 发 D B M S 的 难 度。数 据 库 系 统 结 构(模 式)型:对 某 一 类 数 据 的 结 构 的 属 性 的 说 明。值:是 型 的 一 个 具 体 赋 值。模 式:数 据 库 逻 辑 结 构 和 特 征 的 描 述,是 型(属 性)的 描 述,反 映 的 是 数 据 的 结 构 及 其 联 系,结 构 是 相 对 稳 定 的。注:S Q L Server中 定
17、义 模 式 实 际 上 指 定 了 一 个 命 名 空 间,在 这 个 空 间 中 可 以 进 步 定 义 该 模 式 包 含 的 数 据 库 对 象,例 如 基 本 表、视 图、索 引 等。实 例:模 式 的 一 个 具 体 值,反 映 数 据 库 某 一 时 刻 的 状 态,同 一 模 式 可 以 拥 有 很 多 的 实 例,实 例 随 数 据 库 中 的 数 据 的 更 新 而 变 动。二 级 映 象 在 D B M S 内 部 实 现 着 三 个 抽 象 层 次 的 联 系 和 转 换:外 模 式/模 式 映 象;模 式/内 模 式 映 象 数 据 库 系 统 的 组 成:硬 件 平
18、台 及 数 据 库;软 件;人 员。第 二 章 关 系 数 据 库 域:属 性 的 取 值 范 围 笛 卡 尔 积:笛 卡 尔(Descartes)乘 积 又 叫 直 积。假 设 集 合 人=岫,集 合 B=0,l,2,则 两 个 集 合 的 笛 卡 尔 积 为(a,0),(a,l),(a,2),(b,0),(b,l),(b,2)。可 以 扩 展 到 多 个 集 合 的 情 况。类 似 的 例 子 有,如 果 A 表 示 某 学 校 学 生 的 集 合,B 表 示 该 学 校 所 有 课 程 的 集 合,则 A 与 B 的 笛 卡 尔 积 表 示 所 有 可 能 的 选 课 情 况。关 系:一
19、 个 关 系 对 应 通 常 说 的 是 一 张 表 候 选 码:若 关 系 某 一 属 性 组 的 值 能 唯 一 的 标 识 一 个 元 组,则 称 该 属 性 组 为 候 选 码 全 码:在 最 极 端 的 情 况 下,关 系 模 式 的 所 有 属 性 组 是 这 个 关 系 模 式 的 候 选 码,称 为 全 码 主 码:若 一 个 关 系 有 多 个 候 选 码,则 选 定 其 中 一 个 为 主 码。主 属 性:包 含 在 候 选 码 中 的 属 性 叫 做 主 属 性。关 系 模 式:关 系 的 描 述 称 为 关 系 模 式,表 中 为:R(U,D,DOM,F)R 为 关 系
20、 名,U 为 组 成 该 关 系 的 属 性 名 的 集 合,D 为 属 性 组 U 中 属 性 所 来 自 的 域,D O M为 属 性 见 的 映 像 集 合,F 为 属 性 间 的 依 赖 关 系 集 合。关 系 数 据 库:在 给 定 的 关 系 中 所 有 关 系 的 集 合,称 为 关 系 数 据 库。关 系 操 作 关 系 模 型 中 常 用 的 关 系 操 作 包 括 查 询 query操 作 和 插 入 in s e r t删 除 delete、修 改 update操 作 两 大 部 分。查 询 操 作 包 括:选 择 select、投 影 project、连 接 join、
21、除 di vide、并 union、差 expect、交 intersection、笛 卡 尔 积。其 中 选 择、投 影、并、差、笛 卡 尔 积 是 5 种 基 本 操 作。其 他 操 作 可 以 用 基 本 操 作 来 定 义。SQ L结 构 化 查 询 语 言,具 有 关 系 代 数 和 关 系 演 算 双 重 特 点 的 语 言。关 系 完 整 性(重 点):关 系 模 型 中 有 三 类 完 整 性 约 束 条 件:实 体 完 整 性、参 照 完 整 性、用 户 定 义 完 整 性。实 体 完 整 性:若 属 性(指 一 个 活 一 组 属 性)A 是 基 本 关 系 R 的 主 属
22、 性,则 A 不 能 取 空 值。实 体 完 整 性 规 则 说 明:1、实 体 完 整 性 规 则 是 针 对 基 本 关 系 而 言 的,一 个 基 本 表 通 常 对 应 现 实 世 界 的 一 个 实 体 集。例 如 学 生 关 系 对 应 于 学 生 的 集 合。2、现 实 世 界 中 的 实 体 是 可 区 分 的,即 它 们 具 有 某 种 唯 一 性 标 识。例 如 每 个 学 生 都 是 独 立 的 个 体,是 不 一 样 的。3、相 应 的,关 系 模 型 中 以 主 码 作 为 唯 一 性 标 识。4、主 码 中 的 属 性 即 主 属 性 不 能 取 空 值,如 果 主
23、 属 性 取 空 值,就 说 明 存 在 某 个 不 可 标 识 的 实 体,即 存 在 不 可 区 分 的 实 体,这 与 第 2 点 矛 盾。参 照 完 整 性:若 属 性(或 属 性 组)F 是 基 本 关 系 R(参 照 关 系)的 外 码,它 与 基 本 关 系 S(被 参 照 关 系)的 主 码 K 相 对 应(基 本 关 系 R 和 S 不 一 定 是 不 同 的 关 系),则 对 于 R 中 每 个 元 组 F 上 的 值 必 须 为:或 者 取 空 值(F 的 每 个 属 性 值 均 为 空 值)。或 者 等 于 S 中 某 个 元 组 的 主 码 值。用 户 定 义 完 整
24、 性:不 同 的 关 系 数 据 库 根 据 其 应 用 环 境 的 不 同,往 往 还 需 要 一 些 特 殊 的 约 束 条 件。它 反 映 了 某 一 具 体 应 用 所 涉 及 的 数 据 必 须 满 足 的 语 义 要 求。关 系 代 数:关 系 代 数 运 算 符:运 算 符 含 义 运 算 符 含 义 U并 比 较 大 于 运 算-差 运 算 大 于 等 于 符 nX交 笛 卡 尔 积 符 小 于 小 于 等 于 等 于 不 等 于 O 选 择 逻 辑 1 非 JI 投 影 运 算 A与 X连 接 除 符 V 或传 统 的 集 合 运 算:1.并(Union)设 关 系 R 和
25、关 系 S 具 有 相 同 的 目 n(即 两 个 关 系 都 有 n 个 属 性),且 相 应 的 属 性 取 自 同 一 个 域,则 关 系 R 与 关 系 S 的 并 由 属 于 R 或 属 于 S 的 元 组 组 成。其 结 果 关 系 仍 为 n 目 关 系。记 作:RUS=tltGRVteS2.差(Deference)设 关 系 R 和 关 系 S 具 有 相 同 的 目 n,且 相 应 的 属 性 取 自 同 一 个 域,则 关 系 R 与 关 系 S 的 差 由 属 于 R 而 不 属 于 S 的 所 有 元 组 组 成。其 结 果 关 系 仍 为 n 目 关 系。记 作:R-
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