1、主講：魯明羽主講：魯明羽大連海事大學計算機科學與技術學院大連海事大學計算機科學與技術學院研究方向：智能數據分析與數據挖掘研究方向：智能數據分析與數據挖掘電電 話：話mail：n 第三章第三章 數據庫原理與聯(lián)機事務分析數據庫原理與聯(lián)機事務分析本章內容本章內容1.數據庫基本概念數據庫基本概念2.關系數據庫系統(tǒng)關系數據庫系統(tǒng)3.數據庫操作特性與聯(lián)機事務處理數據庫操作特性與聯(lián)機事務處理1、數據庫基本概念、數據庫基本概念1、數據及其特性、數據及其特性v數據數據：描述事物的符號記錄 =有結構的符號串有結構的符號串v數據的相關特性數據的相關特性 （1）數據表現(xiàn)的多樣性）數據表現(xiàn)的多

2、樣性常見形式：數字型常見形式：數字型/字符型字符型/時間型時間型/布爾型布爾型/多媒體數據：圖形多媒體數據：圖形/圖像圖像/聲音聲音/視頻視頻抽象數據：表示知識、規(guī)則及推理等的數據。抽象數據：表示知識、規(guī)則及推理等的數據。1、數據庫基本概念、數據庫基本概念（2 2）數據的可構造性）數據的可構造性在數據庫理論中，數據可按型（在數據庫理論中，數據可按型（type）和和值（值（value）兩方面進行構造。兩方面進行構造。數據的型表示數據的邏輯結構，可理解為數據的型表示數據的邏輯結構，可理解為數據類型，也可引申為數據結構或數據模式數據類型，也可引申為數據結構或數據模式數據的值給出了符合數據型的數據取值

3、。數據的值給出了符合數據型的數據取值。1、數據庫基本概念、數據庫基本概念（3 3）數據的揮發(fā)性和持久性）數據的揮發(fā)性和持久性（4 4）數據的私有性與共享性）數據的私有性與共享性（5 5）數據的量：）數據的量：小量，大量，海量小量，大量，海量v 數據倉庫所依托的數據庫：數據倉庫所依托的數據庫： 海量、復雜結構、持久的、共享的數據庫海量、復雜結構、持久的、共享的數據庫1、數據庫基本概念、數據庫基本概念2 2、數據庫、數據庫 是是長期存儲在計算機內、有組織的、可共享的長期存儲在計算機內、有組織的、可共享的數數據集合。據集合。3 3、數據庫管理系統(tǒng)、數據庫管理系統(tǒng)（DBMSDBMS） 是為數據庫的建立

4、、使用和維護而配置的軟件，是為數據庫的建立、使用和維護而配置的軟件，它建立在操作系統(tǒng)的基礎上，對數據庫進行統(tǒng)一管它建立在操作系統(tǒng)的基礎上，對數據庫進行統(tǒng)一管理和控制。它負責數據的組織、操縱及維護，并提理和控制。它負責數據的組織、操縱及維護，并提供數據庫的安全性、完整性和數據服務機制，是數供數據庫的安全性、完整性和數據服務機制，是數據庫系統(tǒng)的核心。據庫系統(tǒng)的核心。1、數據庫基本概念、數據庫基本概念4 4、數據庫子語言、數據庫子語言 是數據庫管理系統(tǒng)的一部分，通常分為：是數據庫管理系統(tǒng)的一部分，通常分為：（1）數據定義語言）數據定義語言DDL（2）數據操縱語言數據操縱語言DML（3）數據控制語言數

5、據控制語言DCL 以上三類語言都是非過程性的，可以作為交互式以上三類語言都是非過程性的，可以作為交互式命令語言運用，也可以將語句嵌入到某些宿主語言命令語言運用，也可以將語句嵌入到某些宿主語言（C、C+、Fortran等）中使用。等）中使用。1、數據庫基本概念、數據庫基本概念5 5、數據庫系統(tǒng)、數據庫系統(tǒng) 一般由以下5部分組成：（1）數據庫）數據庫（數據）（2）數據庫管理系統(tǒng)數據庫管理系統(tǒng)（DBMS軟件）（3）數據庫管理員數據庫管理員（DBA）（4）系統(tǒng)硬件平臺系統(tǒng)硬件平臺（計算機，網絡環(huán)境）（5）系統(tǒng)軟件平臺）系統(tǒng)軟件平臺（操作系統(tǒng)，開發(fā)工具，接口軟件，中間件） 1、數據庫基本概念、數據庫基本

6、概念v 數據庫系統(tǒng)的特點數據庫系統(tǒng)的特點（1）數據集成性）數據集成性 二維表模型，三級數據模式，全局與局部的統(tǒng)一（2）數據的高共享性和低冗余性數據的高共享性和低冗余性 面向多個應用，多級數據范式（3）數據獨立性數據獨立性 邏輯獨立性，物理獨立性=兩級映像機制（4）數據統(tǒng)一管理和控制數據統(tǒng)一管理和控制 操縱方式，完整性，安全性，并發(fā)控制，故障恢復1、數據庫基本概念、數據庫基本概念6 6、數據模型、數據模型 數據模型是數據特性的抽象表示數據模型是數據特性的抽象表示，主要描述數據的結構、定義在其上的操作以及約束條件，包括了系統(tǒng)的靜態(tài)特性、動態(tài)行為和約束條件。按應用層次，可分為三種類型：（1）概念（數

7、據）模型概念（數據）模型 面向客觀世界和用戶，與具體的DBMS及計算機平臺無關。（2）邏輯（數據）模型邏輯（數據）模型 面向數據庫系統(tǒng)，著重于在邏輯級上描述數據特性。（3）物理（數據）模型物理（數據）模型 面向數據在計算機中的內部表示。1、數據庫基本概念、數據庫基本概念v 數據模型的四個世界數據模型的四個世界 數據模型可以將復雜的現(xiàn)實世界事物及其要求反數據模型可以將復雜的現(xiàn)實世界事物及其要求反映到計算機數據庫種的物理世界，其反應過程分為映到計算機數據庫種的物理世界，其反應過程分為四個階段：四個階段：（1 1）現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界（2 2）概念世界概念世界（3 3）信息世界信息世界（4 4）計算機內

8、部世界）計算機內部世界2、關系數據庫系統(tǒng)、關系數據庫系統(tǒng)關系數據庫系統(tǒng)是基于關系數據模型的數據庫系統(tǒng)關系數據庫系統(tǒng)是基于關系數據模型的數據庫系統(tǒng)，也是目前最為常用、占主流地位的一種數據庫系統(tǒng)，也是目前最為常用、占主流地位的一種數據庫系統(tǒng)，與數據倉庫、決策支持、數據挖掘等關系密切，在，與數據倉庫、決策支持、數據挖掘等關系密切，在DSS中多以它為基礎。中多以它為基礎。1970年，年，E. F. Codd 發(fā)表多篇論文，系統(tǒng)地提出了發(fā)表多篇論文，系統(tǒng)地提出了嚴密的嚴密的關系模型理論關系模型理論。 20世紀70年代末，IBM 的San Jose實驗室研制出研制出關系數據庫實驗模型System R。19

9、761976年后，相繼出現(xiàn)了許多實驗性和商品化的關系年后，相繼出現(xiàn)了許多實驗性和商品化的關系DBMSDBMS，例如例如OracleOracle、DB2DB2、SQL ServerSQL Server等等。等等。2、關系數據庫系統(tǒng)、關系數據庫系統(tǒng)1 1、關系數據庫系統(tǒng)的優(yōu)點、關系數據庫系統(tǒng)的優(yōu)點（1 1）理論嚴密、完善）理論嚴密、完善（2 2）數據結構簡單）數據結構簡單（3 3）功能強）功能強（4 4）數據獨立性高）數據獨立性高（5 5）用戶使用方便）用戶使用方便2、關系數據庫系統(tǒng)、關系數據庫系統(tǒng)2 2、關系數據庫系統(tǒng)的衡量準則、關系數據庫系統(tǒng)的衡量準則 關系模型的奠基人E. F. Codd分別

10、于1974年和1985年在Computer World等雜志上發(fā)表文章，具體給出了全關系型的關系系統(tǒng)應遵循的十二條基本準則十二條基本準則。 從理論意義理論意義上看，這十二條準則是對關系數據模型的具體而又深入的論述，是從理論和實際緊密結合的高度，對關系型DBMS的評述。 從實際意義實際意義上看，它可以作為評價或購買關系型產品的標準。2、關系數據庫系統(tǒng)、關系數據庫系統(tǒng)2 2、關系數據庫系統(tǒng)的衡量準則、關系數據庫系統(tǒng)的衡量準則1)1)準則準則0 0： 關系準則關系準則-一個關系型的DBMS必須能完全通過它的關系能力來管理數據庫2)2)準則準則1 1：信息準則：信息準則-關系型DBMS的所有信息都應在

11、邏輯一級上用一種方法即表中的值顯式地表示 3)3)準則準則2 2：保證訪問準則保證訪問準則-依靠表名、主碼和列名的組合，保證能以邏輯方式訪問關系數據庫中的每個數據項。 4)4)準則準則3 3：空值的系統(tǒng)化處理空值的系統(tǒng)化處理-全關系型的DBMS應支持空值的概念，并用系統(tǒng)化的方式處理空值。 2、關系數據庫系統(tǒng)、關系數據庫系統(tǒng)5)5)準則準則4 4：基于關系模型的動態(tài)的聯(lián)機數據字典基于關系模型的動態(tài)的聯(lián)機數據字典-數據庫的描述在邏輯級上應該和普通數據采用同樣的表示方式，使得授權用戶可以使用查詢一般數據所用的關系語言來查詢數據庫的描述信息。6)6)準則準則5 5：統(tǒng)一的數據子語言準則統(tǒng)一的數據子語言

12、準則-一個關系系統(tǒng)可以具有幾種語言和多種終端使用方式。但必須有一種語言，它的語句可以表示為具有嚴格語法規(guī)定的字符串，并能全面地支持：數據和視圖定義、數據操作、完整性約束、授權、事務處理等功能。 7)7)準則準則6 6：視圖更新原則視圖更新原則-所有理論上可更新的視圖，也應該允許由系統(tǒng)更新。2、關系數據庫系統(tǒng)、關系數據庫系統(tǒng)2 2、關系數據庫系統(tǒng)的衡量準則、關系數據庫系統(tǒng)的衡量準則8)8)準則準則7 7：高級的插入、修改和刪除操作：高級的插入、修改和刪除操作-關系系統(tǒng)的操作對象是單一的關系。9)9)準則準則8 8：數據物理獨立性：數據物理獨立性-無論數據庫的數據在存儲表示或存取方法上有任何變化，

13、應用程序和終端活動都保持邏輯上的不變性。 10)10) 準則準則9 9：數據邏輯獨立性：數據邏輯獨立性-當對基本關系進行理論上信息不受損害的任何改變時，應用程序和終端活動都保持邏輯上的不變性。 2、關系數據庫系統(tǒng)、關系數據庫系統(tǒng)2 2、關系數據庫系統(tǒng)的衡量準則、關系數據庫系統(tǒng)的衡量準則11)11) 準則準則10: 10: 數據完整性的獨立性數據完整性的獨立性-關系數據庫的完整性約束條件必須是用數據庫語言定義并存儲在數據字典中的，而不是在應用程序中加以定義的。 12)12) 準則準則11:11:分布獨立性分布獨立性-關系型DBMS具有分布獨立性。 13)13) 準則準則12:12:無破壞準則無破

14、壞準則-如果一個關系系統(tǒng)具有一個低級（指一次操作一個記錄）語言，則這個低級語言不能違背或繞過完整性原則（準則10）。 圖3.1 全關系系統(tǒng)的12條基本準則準則準則0： 一個關系型的DBMS必須能完全通過它的關系能力來管理數據庫 準則準則1： 信息準則準則準則2： 保證訪問準則準則準則3 ：空值的系統(tǒng)化處理準則準則4：基于關系模型的動態(tài)的聯(lián)機數據字典準則準則5：統(tǒng)一的數據子語言準則準則準則6：視圖更新原則準則7：高級的插入、修改和刪除操作準則準則8：數據物理獨立性準則準則9：數據邏輯獨立性準則準則10: 數據完整性的獨立性準則準則11:分布獨立性準則準則12:無破壞準則n按照按照E E.F. C

15、odd的思想，可以把關系系統(tǒng)分類：的思想，可以把關系系統(tǒng)分類：3 33 3 1 1/ /3 3 % %3 33 3 1 1/ /3 3 % %3 33 3 1 1/ /3 3 % %ISM3 33 3 1 1/ /3 3 % %3 33 3 1 1/ /3 3 % %3 33 3 1 1/ /3 3 % %ISMM3 33 3 1 1/ /3 3 % %3 33 3 1 1/ /3 3 % %3 33 3 1 1/ /3 3 % %ISMISM(a)表式系統(tǒng) （b）（最?。╆P系系統(tǒng) （c）關系完備的 （d）全關系的S-結構(Structure) ； 圓-表示關系數據模型=S，I，MI-完整性(

16、Integrity) ； 陰影部分-表示各類系統(tǒng)支持M-數據操縱(Manipulation) 。 模型的程度 圖圖3.2 關系系統(tǒng)的分類關系系統(tǒng)的分類 (1) 表式系統(tǒng)表式系統(tǒng)：n僅支持關系數據結構，僅支持關系數據結構，n不支持集合級的操作。不支持集合級的操作。表式系統(tǒng)不能算是一個關系系統(tǒng)。表式系統(tǒng)不能算是一個關系系統(tǒng)。(2) 最小關系系統(tǒng)最小關系系統(tǒng)：支持關系數據結構支持關系數據結構支持選擇、投影和連接三種關系操作。支持選擇、投影和連接三種關系操作。許多微機關系數據庫系統(tǒng)，如許多微機關系數據庫系統(tǒng)，如Foxbase、FoxPro等屬于這一類。等屬于這一類。 (4) 全關系系統(tǒng)全關系系統(tǒng)：具備

17、關系模型的所有特征，具備關系模型的所有特征， 即不僅是關系上完備的，即不僅是關系上完備的， 而且支持數據結構中域的概念，而且支持數據結構中域的概念，支持實體完整性和參照完整性。支持實體完整性和參照完整性。(3) 關系完備系統(tǒng)關系完備系統(tǒng)：支持關系數據結構支持關系數據結構支持所有的關系操作。支持所有的關系操作。2、關系數據庫系統(tǒng)、關系數據庫系統(tǒng)3 3、關系模型、關系模型 關系模型包括關系數據結構、關系操作和關系中的數據約束三部分組成。（1 1）關系數據結構）關系數據結構 關系模型采用二維表結構，由表框架框架（frame）和表元組元組（tuple）組成。表框架中的每個屬性稱為數據項數據項，其取值范

18、圍稱為值域值域。 按關系模型組織的數據庫，其中的每一行稱為一個元組。元組中的每個數據項的值稱為一個分量。2、關系數據庫系統(tǒng)、關系數據庫系統(tǒng)v 二維表滿足下列性質：二維表滿足下列性質： 元組個數是有限的元組個數是有限的 元組各不相同元組各不相同 元組次序無關元組次序無關 元組分量不可再分元組分量不可再分 - - 原子性原子性 屬性名唯一屬性名唯一 屬性次序無關屬性次序無關 屬性列中的分量具有與該屬性相同的值域屬性列中的分量具有與該屬性相同的值域2、關系數據庫系統(tǒng)、關系數據庫系統(tǒng)v 幾個相關術語：幾個相關術語： 關系關系 碼碼 候選碼候選碼 主碼主碼 外碼外碼 關系子模式關系子模式 - - 用戶視圖用戶視圖/ /外模式外模式2、關系數據庫系統(tǒng)、關系數據庫系統(tǒng)（2 2）關系操作）關系操作v 數據查詢數據查詢v 數據變更：添加數據變更：添加/ /刪除刪除/ /修改修改（3 3）關系中的數據約束）關系中的數據約束 實體完整性約束實體完整性約束 參照完整性約束參照完整性約束 用戶自定義完整性約束用戶自定義完整性約束（4 4）SQLSQL語言語言3、數據庫操作特性與聯(lián)機事務處理、數據庫操作特性與聯(lián)機事務處理1 1、數據庫操作特性、數據庫操作特性