3.1一個(gè)關(guān)于“學(xué)生選課”的例子

對(duì)“學(xué)生選課”例子的感性認(rèn)識(shí)現(xiàn)給出“學(xué)生”和“課程”兩個(gè)實(shí)體,它們的聯(lián)系為：一個(gè)學(xué)生可以選修若干門課程每門課程可以被任一學(xué)生所選修請(qǐng)建立一個(gè)信息管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)“學(xué)生選課”這一信息的管理。概念模型用于信息世界的建模，是客觀世界到信息世界的抽象。概念模型中的主要概念有：實(shí)體、屬性、碼、域、聯(lián)系等。實(shí)體：客觀存在并可相互區(qū)別的事物。屬性：實(shí)體所具有的某一種特性。碼：能惟一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集。域：屬性的取值范圍。聯(lián)系：指不同實(shí)體集之間的聯(lián)系。兩個(gè)實(shí)體之間的聯(lián)系分為：一對(duì)一（1:1）、一對(duì)多（1:N）、多對(duì)多（N:M）3類。E-R模型（Entity-Relationship）1976年，美籍華人陳平山（PeterPingshanChen）提出的用E-R模型來(lái)描述客觀世界并建立概念模型的抽象方法。實(shí)體用矩形表示，屬性用橢圓形表示，聯(lián)系用菱形表示，實(shí)體間的聯(lián)系有一對(duì)一（1:1）、一對(duì)多（1:N）和多對(duì)多（N:M）3種情況。要實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀事物的感性認(rèn)識(shí)，必須將客觀世界（在例中客觀世界就是“學(xué)生選課”）抽象為信息世界。圖3.1學(xué)生選課E-R圖關(guān)系模型概念模型不是機(jī)器世界所支持的數(shù)據(jù)模型，而是客觀世界到機(jī)器世界的一個(gè)中間層次概念模型還需要轉(zhuǎn)換成機(jī)器世界能支持的數(shù)據(jù)模型。在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）能支持的數(shù)據(jù)模型有：層次、網(wǎng)狀、關(guān)系以及面向?qū)ο蟮葦?shù)據(jù)模型。關(guān)系模型支持的是一種二維表結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型，它由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系數(shù)據(jù)操作和關(guān)系數(shù)據(jù)的完整性約束條件三部分組成。其中關(guān)系就是一張二維表。概念模型（E-R圖）——》關(guān)系模型轉(zhuǎn)換：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別）；課程（課程號(hào)，課程名）；學(xué)生選課（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）概念模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)原形的理想化，因此，將概念模型直接轉(zhuǎn)換成關(guān)系模型，還不能說(shuō)完全達(dá)到了對(duì)“學(xué)生選課”這一客觀世界的理性認(rèn)識(shí)，換言之，就是所轉(zhuǎn)換的關(guān)系模型有可能還存在問(wèn)題。感性認(rèn)識(shí)中存在的問(wèn)題在學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別）關(guān)系中增加系名、系主任等屬性時(shí)，即學(xué)生關(guān)系變?yōu)椋▽W(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，系名，系主任）時(shí)，便開(kāi)始出現(xiàn)以下問(wèn)題。插入異?！粋€(gè)系剛成立，系主任已確定，但還未招學(xué)生時(shí)，則無(wú)法將系名和系主任的名字插入到數(shù)據(jù)庫(kù)中（學(xué)生實(shí)體中學(xué)號(hào)為碼，碼不能缺）刪除異常——當(dāng)一個(gè)系的學(xué)生全部畢業(yè)，刪除所有畢業(yè)生時(shí)，系名和系主任的名字也就刪除了冗余太大——由于一個(gè)學(xué)生對(duì)應(yīng)一個(gè)系名和系主任的名字，則該系系名和系主任的名字要重復(fù)。關(guān)系模式的形式化定義關(guān)系模式（R）是一個(gè)四元組，即R=<U，D，dom，F(xiàn)>其中：（1）U表示關(guān)系中所有屬性的集合；（2）D表示屬性集合U中屬性所來(lái)自的域；（3）dom是屬性到域的映射；（4）F是屬性集合U上的一組數(shù)據(jù)依賴。

關(guān)系模式的形式化定義由于D、dom與模式設(shè)計(jì)關(guān)系不大，可將關(guān)系模式簡(jiǎn)單地表示為一個(gè)二元組

R=<U，F(xiàn)>1NF的定義：作為一張二維表的關(guān)系，每一個(gè)分量必須是不可再分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，滿足這個(gè)條件的關(guān)系模式就屬于1NF。2NF的定義：若R∈1NF，且每一個(gè)非主屬性不存在對(duì)碼的部分函數(shù)依賴，則R∈2NF。在定義中，非主屬性為不屬于碼的那些屬性。3NF的定義：若R∈2NF，且每一個(gè)非主屬性不存在對(duì)碼的傳遞函數(shù)依賴，則R∈3NF。對(duì)“例子”問(wèn)題的理性認(rèn)識(shí)例子最初是屬于1NF、2NF、3NF，但是當(dāng)在學(xué)生屬性集U中增加系名和系主任后，就出現(xiàn)了這樣的傳遞函數(shù)依賴：學(xué)號(hào)（碼）→系名，系名→系主任。因此，它就不屬于3NF了。不屬于3NF的所有關(guān)系模型都會(huì)出現(xiàn)插入異常、刪除異常和冗余的問(wèn)題。還必須依靠分解算法對(duì)模式進(jìn)行分解，并滿足3NF的要求。在數(shù)據(jù)依賴?yán)碚摰闹笇?dǎo)下，可完成模式的分解任務(wù)。就例子而言，可以再劃分一個(gè)關(guān)系，即系（系號(hào)，系名，系主任名），從而滿足了關(guān)系模式規(guī)范化的要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)例子的理性認(rèn)識(shí)。從概念模型向滿足規(guī)范化要求的關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換，其實(shí)質(zhì)是認(rèn)識(shí)過(guò)程由感性認(rèn)識(shí)（抽象）上升到理性認(rèn)識(shí)（理論）的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程包含兩方面的內(nèi)容：一方面是有關(guān)理論的建立；另一方面是如何在理論的指導(dǎo)下，在具體的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀世界的理性認(rèn)識(shí)。前者是對(duì)科學(xué)研究而言的，而后者是對(duì)工程設(shè)計(jì)而言的?！皩W(xué)生選課”系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)建立起正確的關(guān)系模型后，還要根據(jù)具體的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)該模型進(jìn)行定義，下面，給出定義該模型的SQL語(yǔ)句：CREATETABLESTUDENT(SNOCHAR(9)NOTNULL，SNCHAR(16)，SAGEINT，SEXCHAR(1))；“學(xué)生選課”系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)CREATETABLECOURSE(CNOCHAR(6)NOTNULL，CNCHAR(22))；CREATETABLESC(SNOCHAR(9)NOTNULL，CNOCHAR(6)，GRADEINT)；CREATETABLEDEPARTMENT(DNOCHAR(9)NOTNULL，DNCHAR(16)，DEANCHAR(8))；“學(xué)生選課”系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)接下來(lái)，便可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入、修改和查詢，從而完成對(duì)“學(xué)生選課”的管理。一個(gè)簡(jiǎn)單的查詢：查詢選修了“數(shù)據(jù)庫(kù)”課程，并且成績(jī)?cè)?0分以上的所有學(xué)生的學(xué)號(hào)和姓名。SELECTSNO,SNFROMSTUDENT,SC,COURSEWHERECN='數(shù)據(jù)庫(kù)'ANDGRADE>90;系統(tǒng)運(yùn)行以上語(yǔ)句后，即可在屏幕上顯示所求的結(jié)果。3.2.1抽象形態(tài)

3.2計(jì)算學(xué)科的3個(gè)學(xué)科形態(tài)一般科學(xué)技術(shù)方法論中有關(guān)抽象形態(tài)的論述科學(xué)抽象是指在思維中對(duì)同類事物去除其現(xiàn)象的、次要的方面，抽取其共同的、主要的方面，從而做到從個(gè)別中把握一般，從現(xiàn)象中把握本質(zhì)的認(rèn)知過(guò)程和思維方法。學(xué)科中的抽象形態(tài)包含著具體的內(nèi)容，它們是學(xué)科中所具有的科學(xué)概念、科學(xué)符號(hào)和思想模型。計(jì)算學(xué)科中有關(guān)抽象形態(tài)的論述《計(jì)算作為一門學(xué)科》報(bào)告認(rèn)為：理論、抽象和設(shè)計(jì)是我們從事本領(lǐng)域工作的3種主要形態(tài)按人們對(duì)客觀事物認(rèn)識(shí)的先后次序，我們將報(bào)告中的抽象列為第一個(gè)學(xué)科形態(tài)，理論列為第二個(gè)學(xué)科形態(tài)。抽象源于實(shí)驗(yàn)科學(xué)。按客觀現(xiàn)象的研究過(guò)程，抽象形態(tài)包括以下4個(gè)步驟的內(nèi)容：（1）形成假設(shè)；（2）建造模型并作出預(yù)測(cè)；（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并收集數(shù)據(jù)；（4）對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。例子中有關(guān)抽象形態(tài)的主要內(nèi)容及其簡(jiǎn)要分析在“學(xué)生選課”例子中，有關(guān)抽象形態(tài)的內(nèi)容可以用集合的方式表示為：A={學(xué)生，屬性，碼，關(guān)系，學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，課程，課程號(hào)，課程名，成績(jī)，E-R圖，“學(xué)生選課”E-R圖，關(guān)系模型，“學(xué)生選課”關(guān)系模型，……}對(duì)“學(xué)生選課”問(wèn)題的抽象（感性認(rèn)識(shí)）就是通過(guò)建立“學(xué)生選課”的E-R模型和關(guān)系模型來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這一步是實(shí)現(xiàn)“學(xué)生選課”系統(tǒng)的關(guān)鍵。3.2.2理論形態(tài)

3.2計(jì)算學(xué)科的3個(gè)學(xué)科形態(tài)一般科學(xué)技術(shù)方法論中有關(guān)理論形態(tài)的論述科學(xué)認(rèn)識(shí)由感性階段上升為理性階段，就形成了科學(xué)理論?？茖W(xué)理論是經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的系統(tǒng)化了的科學(xué)知識(shí)體系，它是由科學(xué)概念、科學(xué)原理以及對(duì)這些概念、原理的理論論證所組成的體系。理論源于數(shù)學(xué)，是從抽象到抽象的升華，它們已經(jīng)完全脫離現(xiàn)實(shí)事物，不受現(xiàn)實(shí)事物的限制，具有精確的、優(yōu)美的特征，因而更能把握事物的本質(zhì)。計(jì)算學(xué)科中有關(guān)理論形態(tài)的論述在計(jì)算學(xué)科中，從統(tǒng)一合理的理論發(fā)展過(guò)程來(lái)看，理論形態(tài)包括以下4個(gè)步驟的內(nèi)容：（1）表述研究對(duì)象的特征（定義和公理）；（2）假設(shè)對(duì)象之間的基本性質(zhì)和對(duì)象之間可能存在的關(guān)系（定理）；（3）確定這些關(guān)系是否為真（證明）；（4）結(jié)論。例子中有關(guān)理論形態(tài)的主要內(nèi)容及簡(jiǎn)要分析在與“學(xué)生選課”例子有關(guān)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域中，理論形態(tài)的主要內(nèi)容可以用集合的方式表示為：T={關(guān)系代數(shù)，關(guān)系演算，數(shù)據(jù)依賴?yán)碚?，……}在數(shù)據(jù)庫(kù)理論的指導(dǎo)下，我們就可以在“學(xué)生選課”關(guān)系模型（感性認(rèn)識(shí)）的基礎(chǔ)上，建立對(duì)“學(xué)生選課”問(wèn)題的理性認(rèn)識(shí)，從而為“學(xué)生選課”管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。3.2.3設(shè)計(jì)形態(tài)

3.2計(jì)算學(xué)科的3個(gè)學(xué)科形態(tài)一般科學(xué)技術(shù)方法論中有關(guān)設(shè)計(jì)形態(tài)的論述設(shè)計(jì)形態(tài)與抽象、理論兩個(gè)形態(tài)存在的聯(lián)系設(shè)計(jì)源于工程，并用于系統(tǒng)或設(shè)備的開(kāi)發(fā)，以實(shí)現(xiàn)給定的任務(wù)。設(shè)計(jì)形態(tài)和抽象、理論兩個(gè)形態(tài)具有許多共同的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)必須以對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)為前提。設(shè)計(jì)必須創(chuàng)造出相應(yīng)的人工系統(tǒng)和人工條件，還必須認(rèn)識(shí)自然規(guī)律在這些人工系統(tǒng)中和人工條件下的具體表現(xiàn)形式設(shè)計(jì)形態(tài)的主要特征與抽象、理論兩個(gè)形態(tài)的主要區(qū)別：設(shè)計(jì)形態(tài)具有較強(qiáng)的實(shí)踐性、社會(huì)性、綜合性。計(jì)算學(xué)科中有關(guān)設(shè)計(jì)形態(tài)的論述在計(jì)算學(xué)科中，從為解決某個(gè)問(wèn)題而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或裝置的過(guò)程來(lái)看，設(shè)計(jì)形態(tài)包括以下4個(gè)步驟的內(nèi)容：（1）需求分析；（2）建立規(guī)格說(shuō)明；（3）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)；（4）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試與分析。

例子中有關(guān)設(shè)計(jì)形態(tài)的主要內(nèi)容及簡(jiǎn)要分析“學(xué)生選課”一例中，有關(guān)設(shè)計(jì)形態(tài)的內(nèi)容是指：在數(shù)據(jù)庫(kù)理論的指導(dǎo)下，運(yùn)用E-R圖和關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)例子的感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)，最后借助某種關(guān)系DBMS（如Oracle等），實(shí)現(xiàn)“學(xué)生選課”應(yīng)用軟件的編制。最終成果是“學(xué)生選課”應(yīng)用軟件以及相關(guān)資料（如需求說(shuō)明書(shū)）。就例子而言，其內(nèi)容可以用集合的方式表示為：D={“學(xué)生選課”應(yīng)用軟件，“學(xué)生選課”需求說(shuō)明，……}3.2.43個(gè)學(xué)科形態(tài)的內(nèi)在聯(lián)系3.2計(jì)算學(xué)科的3個(gè)學(xué)科形態(tài)一般科學(xué)技術(shù)方法論中有關(guān)3個(gè)學(xué)科形態(tài)內(nèi)在聯(lián)系的簡(jiǎn)要論述在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)方法論的原始命題中，蘊(yùn)含著人類認(rèn)識(shí)過(guò)程的兩次飛躍，第一次飛躍是從物質(zhì)到精神，從實(shí)踐到認(rèn)識(shí)的飛躍。這次飛躍包括兩個(gè)決定性的環(huán)節(jié)：一個(gè)是科學(xué)抽象，另一個(gè)是科學(xué)理論。

第二次飛躍是從精神到物質(zhì)，從認(rèn)識(shí)到實(shí)踐的飛躍。這次飛躍的實(shí)質(zhì)對(duì)技術(shù)學(xué)科（計(jì)算學(xué)科就是一門技術(shù)學(xué)科）而言，其實(shí)就是要在理論的指導(dǎo)下，以抽象的成果為工具來(lái)完成各種設(shè)計(jì)工作。計(jì)算學(xué)科中有關(guān)3個(gè)學(xué)科形態(tài)內(nèi)在聯(lián)系的論述3個(gè)學(xué)科形態(tài)的內(nèi)在聯(lián)系

抽象源于現(xiàn)實(shí)世界。建立對(duì)客觀事物進(jìn)行抽象描述的方法建立具體問(wèn)題的概念模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀世界的感性認(rèn)識(shí)。理論源于數(shù)學(xué)。建立完整的理論體系建立具體問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀世界的理性認(rèn)識(shí)。設(shè)計(jì)源于工程。對(duì)客觀世界的感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，完成一個(gè)具體的任務(wù)；對(duì)工程設(shè)計(jì)中所遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，提出問(wèn)題，由理論界去解決它。計(jì)算學(xué)科中有關(guān)3個(gè)學(xué)科形態(tài)內(nèi)在聯(lián)系的論述3個(gè)