第1章數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)導(dǎo)讀

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是研究數(shù)據(jù)管理的技術(shù)，即如何妥善地保存和科學(xué)地管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是發(fā)展速度最快，應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，它作為計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的一個(gè)重要分支已成為多種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)主要延著數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)三個(gè)方面發(fā)展。本章主要介紹數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展、數(shù)據(jù)模型、關(guān)系運(yùn)算、關(guān)系規(guī)范化理論和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。1第1章數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)導(dǎo)讀11.1信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1.1.1數(shù)據(jù)與信息

數(shù)據(jù)是人類(lèi)活動(dòng)的重要資源，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)就是研究如何妥善地保存和科學(xué)地管理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?，F(xiàn)代社會(huì)是信息的社會(huì)，信息以驚人的速度增長(zhǎng)，因此，如何有效地組織和利用它們成為急需解決的問(wèn)題。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的目的就是為了高效地管理及共享大量的信息，而信息與數(shù)據(jù)是分不開(kāi)的。

21.1信息、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理1.1.1數(shù)據(jù)與信息2數(shù)據(jù)與信息

信息--是現(xiàn)實(shí)世界各種事物的存在特征、運(yùn)動(dòng)形態(tài)以及不同事物間的相互聯(lián)系等諸要素在人腦中的抽象反映，是經(jīng)過(guò)加工的數(shù)據(jù)。例如，氣象局每天從各地氣象站收集到大量有關(guān)氣象的圖形或文字記錄后，對(duì)這些記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、分析、判斷后，就可告知當(dāng)?shù)販囟取穸?、風(fēng)力、陰晴等信息。信息對(duì)決策或行動(dòng)是有價(jià)值的。例如，人們可以根據(jù)天氣預(yù)報(bào)安排生產(chǎn)和生活。數(shù)據(jù)--是對(duì)信息的符號(hào)化的表示，是數(shù)據(jù)庫(kù)研究和處理的對(duì)象。

信息與數(shù)據(jù)的關(guān)系：數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵。即數(shù)據(jù)是信息的符號(hào)表示，而信息通過(guò)數(shù)據(jù)描述，又是數(shù)據(jù)語(yǔ)義的解釋。信息是有一定含義的、經(jīng)過(guò)加工處理的、對(duì)決策有價(jià)值的數(shù)據(jù)。3數(shù)據(jù)與信息信息--是現(xiàn)實(shí)世界各種事物的存在特征、運(yùn)動(dòng)形態(tài)以數(shù)據(jù)處理1.1.2數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理--是指對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、管理、加工、傳播等一系列工作，是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息的過(guò)程。目前在計(jì)算機(jī)的各類(lèi)應(yīng)用中，用于數(shù)據(jù)處理約占80%。數(shù)據(jù)管理--是指對(duì)數(shù)據(jù)的組織、存儲(chǔ)、檢索、維護(hù)等工作，是數(shù)據(jù)處理的基本環(huán)節(jié)，是任何數(shù)據(jù)處理必有的共性部分。由于數(shù)據(jù)管理技術(shù)的優(yōu)劣直接影響數(shù)據(jù)處理的效率，因此它是數(shù)據(jù)處理的核心。

4數(shù)據(jù)處理1.1.2數(shù)據(jù)處理41.2計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理的3個(gè)階段數(shù)據(jù)管理技術(shù)好壞評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)：

（1）數(shù)據(jù)冗余數(shù)據(jù)冗余--是指同一數(shù)據(jù)多次存放。數(shù)據(jù)冗余帶來(lái)的問(wèn)題有：①浪費(fèi)存儲(chǔ)空間②修改麻煩③潛在的數(shù)據(jù)不一致性（2）數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)共享體現(xiàn)在：①多個(gè)應(yīng)用可以使用同一數(shù)據(jù)、記錄、數(shù)據(jù)項(xiàng)。②在同一時(shí)刻多個(gè)用戶(hù)可存取同一數(shù)據(jù)。51.2計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理的3個(gè)階段數(shù)據(jù)管理技術(shù)好壞評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)：數(shù)據(jù)管理技術(shù)好壞評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)（3）數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)獨(dú)立性是指應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)之間相互獨(dú)立，不受影響。即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的修改不引起應(yīng)用程序修改的特性。數(shù)據(jù)獨(dú)立性包括：①邏輯獨(dú)立性②物理獨(dú)立性（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中管理

提供對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全性控制、完整性控制、并發(fā)性控制等功能。6數(shù)據(jù)管理技術(shù)好壞評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)（3）數(shù)據(jù)獨(dú)立性61.2計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理的3個(gè)階段1.2.1人工管理階段

20世紀(jì)50年代中期以前，計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)量不大，也沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。1.人工管理階段的特點(diǎn)數(shù)據(jù)是面向應(yīng)用的，一組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)程序，數(shù)據(jù)冗余大，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)不保存，數(shù)據(jù)與程序合在一起，數(shù)據(jù)獨(dú)立性差。沒(méi)有軟件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)管理，只能采用手工方式進(jìn)行處理。程序員負(fù)擔(dān)重，他必須自己編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法和輸入輸出，迫使程序員直接與物理設(shè)備打交道，加大了程序設(shè)計(jì)難度，編程效率低。

71.2計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理的3個(gè)階段1.2.1人工管理階段7數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集2應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)集n人工管理階段2.人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系8數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集2應(yīng)用程序2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)集n人工管文件系統(tǒng)階段1.2.2文件系統(tǒng)階段

20世紀(jì)50年代末，計(jì)算機(jī)不僅用于科學(xué)計(jì)算，而且大量用于數(shù)據(jù)管理，同時(shí)磁盤(pán)、磁鼓等大容量直接存儲(chǔ)設(shè)備的出現(xiàn)，使存放大量數(shù)據(jù)成為可能。操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)就是專(zhuān)門(mén)用來(lái)管理所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的軟件。1.文件系統(tǒng)階段的特點(diǎn)數(shù)據(jù)以文件形式組織，可以長(zhǎng)期保存在磁盤(pán)上。數(shù)據(jù)有了邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)之分，由“存取方法”實(shí)現(xiàn)邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)的映射。數(shù)據(jù)是面向特定用途設(shè)計(jì)的，一個(gè)文件基本上對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)用程序，造成數(shù)據(jù)冗余大，數(shù)據(jù)共享性差；文件之間相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)聯(lián)系弱。

實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性，但未實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。9文件系統(tǒng)階段1.2.2文件系統(tǒng)階段9文件系統(tǒng)階段文件系統(tǒng)文件1應(yīng)用程序1文件2應(yīng)用程序2文件n應(yīng)用程序n2.文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系10文件系統(tǒng)階段文件文件1應(yīng)用程序1文件2應(yīng)用程序2文件n應(yīng)用程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段1.2.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段

20世紀(jì)60年代后期，隨著數(shù)據(jù)管理的規(guī)模日趨增大，數(shù)據(jù)量的急劇增加，文件系統(tǒng)已不能適應(yīng)需要。為此，人們研制出了一種新的、先進(jìn)的數(shù)據(jù)管理方法，即數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。1.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。面向全組織的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，數(shù)據(jù)不再面向特定的某個(gè)或多個(gè)應(yīng)用，而是面向整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，減少了數(shù)據(jù)冗余。數(shù)據(jù)獨(dú)立性高，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。

統(tǒng)一數(shù)據(jù)控制功能，提供了數(shù)據(jù)安全性控制、數(shù)據(jù)完整性控制、并發(fā)控制和數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)等數(shù)據(jù)控制功能。11數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段1.2.3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段11數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序nDBMSDB2.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系12數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2應(yīng)用程序nDBMSDB2.思考題問(wèn)：文件系統(tǒng)中的文件與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的文件有何本質(zhì)的區(qū)別？答：文件系統(tǒng)中的文件是面向應(yīng)用的，一個(gè)文件基本對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)用程序，文件之間不存在聯(lián)系,數(shù)據(jù)冗余大。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的文件是面向整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，文件之間相互聯(lián)系，減少了數(shù)據(jù)冗余，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。13思考題問(wèn)：文件系統(tǒng)中的文件與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的文件有何本質(zhì)的區(qū)別例例：某系統(tǒng)涉及人事、科研、教學(xué)、工資四個(gè)部門(mén)。假定每個(gè)部門(mén)只有一種登記表。其結(jié)構(gòu)如下，試建立該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。序號(hào)姓名性別年齡職稱(chēng)單位工齡工資人事文件科研文件序號(hào)姓名性別年齡職稱(chēng)單位科研名稱(chēng)經(jīng)費(fèi)教學(xué)文件序號(hào)姓名性別年齡職稱(chēng)單位課程名學(xué)時(shí)工資文件序號(hào)姓名單位工資工齡補(bǔ)貼房租水電14例例：某系統(tǒng)涉及人事、科研、教學(xué)、工資四個(gè)部門(mén)。假定每個(gè)部門(mén)例

文件系統(tǒng)：

建立與上述結(jié)構(gòu)相同的四個(gè)文件。存在的問(wèn)題：數(shù)據(jù)冗余大。文件是獨(dú)立的、分散的，只反映文件本身的結(jié)構(gòu)，而未反映文件間的聯(lián)系，因而不能進(jìn)行文件交叉訪問(wèn)。15例文件系統(tǒng)：15例

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：（分三步進(jìn)行）第一步：建立全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的組織、存儲(chǔ)與應(yīng)用程序相分離獨(dú)立進(jìn)行，全面綜合地考慮數(shù)據(jù)的組織，從整個(gè)系統(tǒng)的效率、性能出發(fā)來(lái)組織數(shù)據(jù)。第二步：建立局部數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。面向各個(gè)具體用戶(hù)，從滿(mǎn)足用戶(hù)的需求出發(fā)，從全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)導(dǎo)出各自所需的基本結(jié)構(gòu)。第三步：建立數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)。面向物理存儲(chǔ)、在保證全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)的前提下，權(quán)衡系統(tǒng)的空間利用、效率等，按物理存儲(chǔ)的最佳形式來(lái)組織文件結(jié)構(gòu)。16例數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：（分三步進(jìn)行）16例第一層水電房租學(xué)時(shí)課程名經(jīng)費(fèi)科研名稱(chēng)工資工齡單位職稱(chēng)年齡性別姓名序號(hào)第二層單位職稱(chēng)年齡性別姓名序號(hào)經(jīng)費(fèi)科研名稱(chēng)序號(hào)學(xué)時(shí)課程名序號(hào)水電房租工資工齡序號(hào)第三層17例第一層水電房租學(xué)時(shí)課程名經(jīng)費(fèi)科研名稱(chēng)工資工齡單位職稱(chēng)年齡性1.3什么是數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)(DataBase,DB)：按一定結(jié)構(gòu)組織存儲(chǔ)的、集成的、可共享的數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的三個(gè)層次邏輯表示層：是數(shù)據(jù)庫(kù)最終用戶(hù)所看到和使用的數(shù)據(jù)集合。概念定義層：是由開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)的反映數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系。物理存儲(chǔ)層：反映物理存儲(chǔ)設(shè)備上實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集合。181.3什么是數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)(DataBase,DB)：181.4數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

DBMS是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心，是為數(shù)據(jù)庫(kù)建立、使用和維護(hù)而配置的系統(tǒng)軟件。它建立在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，是位于操作系統(tǒng)與用戶(hù)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制。

DBMS的軟件地位：用戶(hù)、應(yīng)用軟件DBMSOSDB191.4數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMS是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心，DBMS的主要功能1.4.1DBMS的主要功能

1.數(shù)據(jù)定義提供數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言(DDL-DataDefinitionLanguage)定義數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)及其相互之間的映象，定義數(shù)據(jù)的完整性、安全性控制等約束。

2.數(shù)據(jù)操縱提供數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言(DML-DataManipulationLanguage)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的檢索、插入、刪除和修改。3.數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行管理提供數(shù)據(jù)安全性控制、并發(fā)控制、和數(shù)據(jù)完整性控制等數(shù)據(jù)控制功能。

4.數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)初始數(shù)據(jù)的裝入，數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)、恢復(fù)、重組織，系統(tǒng)性能監(jiān)視、分析等功能。

5.數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)用戶(hù)程序與DBMS之間的通信。

20DBMS的主要功能1.4.1DBMS的主要功能20DBMS的組成1.4.2DBMS的組成

1.語(yǔ)言翻譯處理程序主要包括數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言編譯程序、數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言編譯程序、終端命令解釋程序、數(shù)據(jù)庫(kù)控制命令解釋程序等。

2.系統(tǒng)運(yùn)行控制程序主要包括系統(tǒng)總控程序、存取控制程序、并發(fā)控制程序、完整性控制程序、安全性控制程序、數(shù)據(jù)存取和更新程序、通信控制程序等。

3.系統(tǒng)建立、維護(hù)程序

主要包括數(shù)據(jù)裝入程序、數(shù)據(jù)庫(kù)重組程序、數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)程序、性能監(jiān)督程序等。

4.數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的描述信息的集合。通過(guò)數(shù)據(jù)字典DBMS能快速查詢(xún)有關(guān)對(duì)象，DBA能掌握整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的情況。21DBMS的組成1.4.2DBMS的組成211.5什么是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DBS-DataBaseSystem)是指具有管理數(shù)據(jù)庫(kù)功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它由數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶(hù)、軟件和硬件四部分組成。1.5.1數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)(DB-DataBase)：按一定結(jié)構(gòu)組織存儲(chǔ)的、集成的、可共享的數(shù)據(jù)的集合。這里的結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)要依據(jù)DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型來(lái)建立。

221.5什么是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DBS-Data數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的用戶(hù)1.5.2用戶(hù)1.數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA-DataBaseAdministrator）DBA是指組織數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)劃、設(shè)計(jì)、建立、運(yùn)行監(jiān)視、維護(hù)以及重開(kāi)發(fā)的全部技術(shù)工作的專(zhuān)業(yè)人員。

DBA的職責(zé)：（1）決定數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。（2）決定數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)策略。（3）定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件。（4）監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的使用和運(yùn)行。（5）數(shù)據(jù)庫(kù)的重組和重構(gòu)。2.應(yīng)用程序員是指負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和編制應(yīng)用程序的人員。3.終端用戶(hù)是指從計(jì)算機(jī)終端存取數(shù)據(jù)庫(kù)的人員。

23數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的用戶(hù)1.5.2用戶(hù)23數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的軟件和硬件1.5.3軟件

主要是指數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS-DataBaseManagementSystem）。DBMS是位于用戶(hù)和OS之間的專(zhuān)門(mén)用于管理和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)軟件，為用戶(hù)或應(yīng)用程序提供了訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，包括數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、查詢(xún)、更新及各種數(shù)據(jù)控制功能。1.5.4硬件

要求有足夠大的內(nèi)存，以存放OS、DBMS、系統(tǒng)緩沖區(qū)、應(yīng)用程序等；配有高速的、大容量的直接存取的外存；要有較高的通道能力，以提高數(shù)據(jù)的傳輸速度。

24數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的軟件和硬件1.5.3軟件24

1.6數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)模型與模式的區(qū)別：

模型是以圖形來(lái)表示的，給人以直觀清晰、一目了然之感。但計(jì)算機(jī)是無(wú)法識(shí)別的，必須用一種語(yǔ)言來(lái)描述它，即DDL(DataDefinitionLanguage，數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言)。所以模式是對(duì)模型的描述。251.6數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)模型與模式的區(qū)別：25

1.6數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.6.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)外模式（子模式）局部數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。（多個(gè)）概念模式（模式）全局?jǐn)?shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述。（一個(gè)）。定義模式時(shí)不僅要定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，還要定義與數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求。內(nèi)模式（存儲(chǔ)模式、物理模式）數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述。（一個(gè)）261.6數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.6.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的三級(jí)模1.6數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用1模式DB應(yīng)用3應(yīng)用m…...外模式1外模式2外模式n變換1變換2內(nèi)模式應(yīng)用2…...概念視圖內(nèi)部視圖外部視圖

三級(jí)模式間的聯(lián)系：模式是內(nèi)模式的邏輯表示；內(nèi)模式是模式的物理實(shí)現(xiàn)；外模式是模式的邏輯子集。271.6數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用1模式應(yīng)用3應(yīng)用m…...外1.6數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.6.2

三個(gè)模式之間的兩層映像

外模式/模式映象(變換1)模式/內(nèi)模式映象(變換2)數(shù)據(jù)庫(kù)的二級(jí)映象功能（1）實(shí)現(xiàn)邏輯數(shù)據(jù)到物理數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換（2）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獨(dú)立性外模式/模式映象：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)邏輯獨(dú)立性模式/內(nèi)模式映象：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)物理獨(dú)立性281.6數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.6.2三個(gè)模式之間的兩層映

1.7數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)集合，這個(gè)結(jié)構(gòu)要使用數(shù)據(jù)模型來(lái)描述。

數(shù)據(jù)模型--是表示數(shù)據(jù)及其聯(lián)系的模型。

數(shù)據(jù)模型分類(lèi)概念模型（也稱(chēng)語(yǔ)義模型）（常用E-R模型）結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型（簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)據(jù)模型）（層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型）概念模型是按用戶(hù)的觀點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模，它強(qiáng)調(diào)語(yǔ)義表達(dá)能力，建模容易、方便、概念簡(jiǎn)單、清晰，易于用戶(hù)理解，它是一種獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的模型；結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)建模，它著重于具體描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

291.7數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)結(jié)構(gòu)化思考題

問(wèn)：能否一步到位，只建立結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型呢？答：可以，但更多是采用分二步的設(shè)計(jì)方法。因?yàn)榻?shù)據(jù)模型不是件簡(jiǎn)單的事，它既要模擬現(xiàn)實(shí)世界，又要考慮數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存取效率等一系列因素，使問(wèn)題變得復(fù)雜，對(duì)此，人們通過(guò)一個(gè)中間步驟，先用E-R模型反映實(shí)體及其聯(lián)系，再?gòu)腅-R模型出發(fā)結(jié)合具體數(shù)據(jù)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。30思考題問(wèn)：能否一步到位，只建立結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型呢？30概念模型1.7.1概念模型

概念模型是對(duì)客觀事物及其聯(lián)系的抽象，用于信息世界的建模。概念模型的主要概念：實(shí)體--客觀存在并可相互區(qū)別的事物。屬性--實(shí)體所具有的某一特性。關(guān)鍵字（碼，key）--實(shí)體的某一屬性或?qū)傩越M合，其值能惟一標(biāo)識(shí)某一實(shí)體。域--屬性的取值范圍。實(shí)體型--用實(shí)體名及其屬性名集合來(lái)抽象和刻畫(huà)的同類(lèi)實(shí)體。例：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，班號(hào)）實(shí)體集--同一類(lèi)型的實(shí)體集合稱(chēng)為實(shí)體集。

31概念模型1.7.1概念模型31實(shí)體之間的聯(lián)系實(shí)體間的聯(lián)系

一對(duì)一聯(lián)系（1:1）一對(duì)多聯(lián)系（1:m）多對(duì)多聯(lián)系（m:n）例：系---系主任（1:1）學(xué)生---座位（1:1）班級(jí)---學(xué)生（1:m）公司---職員（1:m）學(xué)生---課程（m:n）運(yùn)動(dòng)員---項(xiàng)目（m:n）設(shè)實(shí)體集：

E1E232實(shí)體之間的聯(lián)系實(shí)體間的聯(lián)系例：32實(shí)體聯(lián)系模型

E-R模型（EntityRelationship），也稱(chēng)為實(shí)體聯(lián)系模型，是概念模型最常用的表示方法。E-R模型的基本成分：實(shí)體集用長(zhǎng)方形表示屬性用橢圓表示聯(lián)系用菱形表示聯(lián)系名實(shí)體型A實(shí)體型B11nm33實(shí)體聯(lián)系模型E-R模型（EntityRelat實(shí)體聯(lián)系模型之例sum?總分:sum?成績(jī):scorescore注意：聯(lián)系也有屬性。例：no學(xué)生s課程cS-Cagenamecnocnamemn34實(shí)體聯(lián)系模型之例sum?總分:sumscore注意實(shí)體聯(lián)系模型之例

例：為某百貨公司數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)E-R模型。百貨公司管轄若干連鎖商店，每家商店經(jīng)營(yíng)若干商品，每家商店有若干職工，但每個(gè)職工只能服務(wù)于一家商店。商店的屬性有：店號(hào)、店名、店址、店經(jīng)理。商品的屬性有：商品號(hào)、品名、單價(jià)、產(chǎn)地。職工的屬性有：工號(hào)、姓名、性別、工資。在聯(lián)系中應(yīng)反映出職工參加某商店工作的開(kāi)始時(shí)間，商店銷(xiāo)售商品的月銷(xiāo)售量。

E-R模型設(shè)計(jì)的一般步驟：確定實(shí)體集確定實(shí)體集之間的聯(lián)系和聯(lián)系的類(lèi)型確定屬性（實(shí)體屬性、聯(lián)系屬性）

35實(shí)體聯(lián)系模型之例例：為某百貨公司數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)E-R模實(shí)體聯(lián)系模型之例職工商品商店店號(hào)店址店名產(chǎn)地單價(jià)品名工資性別姓名工號(hào)店經(jīng)理商品號(hào)開(kāi)始時(shí)間月銷(xiāo)售量經(jīng)營(yíng)隸屬1nmm百貨公司的E-R圖36實(shí)體聯(lián)系模型之例職工商品商店店號(hào)店址店名產(chǎn)地單價(jià)品常用的數(shù)據(jù)模型1.7.2常用的數(shù)據(jù)模型1.關(guān)系模型用二維表格結(jié)構(gòu)來(lái)表示實(shí)體以及實(shí)體之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。2.層次模型用樹(shù)結(jié)構(gòu)表示實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。層次模型的特征是：有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒(méi)有父結(jié)點(diǎn)，它就是根結(jié)點(diǎn)；其他結(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)。在層次模型中，每個(gè)結(jié)點(diǎn)描述一個(gè)實(shí)體型，稱(chēng)為記錄型。一個(gè)記錄型可有許多記錄值，簡(jiǎn)稱(chēng)為記錄。結(jié)點(diǎn)之間的有向邊表示記錄之間的聯(lián)系。如果要存取某一記錄型的記錄，可以從根結(jié)點(diǎn)開(kāi)始，按照有向樹(shù)層次逐層向下查找，查找路徑就是存取路徑。

37常用的數(shù)據(jù)模型1.7.2常用的數(shù)據(jù)模型37層次模型記錄類(lèi)型1:m的聯(lián)系R1R3R2R4R5層次模型38層次模型記錄類(lèi)型1:m的聯(lián)系R1R3R2R4R5層次模型3網(wǎng)狀模型3.網(wǎng)狀模型用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。網(wǎng)中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)代表一個(gè)記錄類(lèi)型，聯(lián)系用鏈接指針來(lái)實(shí)現(xiàn)。廣義地講，任何一個(gè)連通的基本層次聯(lián)系的集合都是網(wǎng)狀模型。它取消了層次模型的兩點(diǎn)限制。網(wǎng)狀模型的特征是：允許結(jié)點(diǎn)有多于一個(gè)的父結(jié)點(diǎn)；可以有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)沒(méi)有父結(jié)點(diǎn)。

39網(wǎng)狀模型3.網(wǎng)狀模型391.8關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

1.8.1基本術(shù)語(yǔ)關(guān)系--一個(gè)關(guān)系就是一張二維表，每個(gè)關(guān)系有一個(gè)關(guān)系名。元組--

表中的行稱(chēng)為元組。一行為一個(gè)元組，對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)文件中的一個(gè)記錄值。屬性--

表中的列稱(chēng)為屬性，每一列有一個(gè)屬性名。屬性值相當(dāng)于記錄中的數(shù)據(jù)項(xiàng)或者字段值。域--屬性的取值范圍，即不同元組對(duì)同一個(gè)屬性的值所限定的范圍。例如，邏輯型屬性只能從邏輯真或邏輯假兩個(gè)值中取值。關(guān)系模式--關(guān)系結(jié)構(gòu)的描述。R(A1，A2，A3，…，An)例：學(xué)生(學(xué)號(hào)，姓名，年齡)

401.8關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)1.8.1基本術(shù)語(yǔ)40基本術(shù)語(yǔ)

侯選關(guān)鍵字--

屬性或?qū)傩越M合，其值能惟一標(biāo)識(shí)一個(gè)元組。主關(guān)鍵字--用戶(hù)選作元組標(biāo)識(shí)的一個(gè)侯選關(guān)鍵字。主屬性--包含在任一侯選關(guān)鍵字中的屬性。非主屬性--不包含在任一侯選關(guān)鍵字中的屬性。外關(guān)鍵字--如果一個(gè)關(guān)系中的屬性或?qū)傩越M并非該關(guān)系的關(guān)鍵字，但它們是另外一個(gè)關(guān)系的關(guān)鍵字，則稱(chēng)其為該關(guān)系的外關(guān)鍵字。

例：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，專(zhuān)業(yè)號(hào)，年齡）專(zhuān)業(yè)（專(zhuān)業(yè)號(hào)，專(zhuān)業(yè)名）“專(zhuān)業(yè)號(hào)”是學(xué)生關(guān)系的外關(guān)鍵字。

全關(guān)鍵字--由所有屬性組成的侯選關(guān)鍵字。41基本術(shù)語(yǔ)侯選關(guān)鍵字--屬性或?qū)傩越M合，其值能惟一標(biāo)識(shí)一基本術(shù)語(yǔ)

屬性元組主關(guān)鍵字教師編號(hào)姓名性別所在系名001王麗華女計(jì)算機(jī)系008孫軍男電子工程系教師關(guān)系42基本術(shù)語(yǔ)屬性元組主關(guān)鍵字教師編號(hào)姓名性別所在系名001關(guān)系模型的特征關(guān)系模型的特征：描述的一致性。實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系都是用關(guān)系來(lái)描述。可直接表示多對(duì)多關(guān)系。關(guān)系必須是規(guī)范化的關(guān)系。每個(gè)屬性是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，不允許表中有表。有較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)。例：有如下三個(gè)關(guān)系模式：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡）課程（課程號(hào)，課程名，學(xué)時(shí)，學(xué)分）學(xué)習(xí)（學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）其中：學(xué)生、課程關(guān)系是描述實(shí)體的，學(xué)習(xí)關(guān)系是描述學(xué)生和課程之間存在的選課聯(lián)系的。43關(guān)系模型的特征關(guān)系模型的特征：43不符合關(guān)系模型規(guī)范的表車(chē)間號(hào)班組工資超額獎(jiǎng)實(shí)發(fā)基本補(bǔ)助01甲組50002005005700乙組4500100300490002甲組4800200+50505003丙組3000300500380044不符合關(guān)系模型規(guī)范的表工資基本補(bǔ)助甲組50002005關(guān)系運(yùn)算1.8.2關(guān)系運(yùn)算

從一個(gè)或多個(gè)關(guān)系中找出所需要的數(shù)據(jù)，要使用關(guān)系運(yùn)算。1.笛卡爾積

R×SR

.

A1R

.

A2R

.A3

S

.

A2S

.

A3

b2d2d

b2d3b

b3b2d

b3b3b

c2d2d

c2d3b

d3b2d

d3b3b

S

A2A3

2d

3b

R

A1A2A3

b2d

b3b

c2d

d3b

R×S：R是m元關(guān)系，S是n元關(guān)系，則R×S是（m+n）元關(guān)系，R×S每個(gè)元組的前m個(gè)分量是R的一個(gè)元組，后n個(gè)分量是S的一個(gè)元組。45關(guān)系運(yùn)算1.8.2關(guān)系運(yùn)算R×SR.A1R.關(guān)系運(yùn)算2.選擇σF(R)：在關(guān)系R中求取滿(mǎn)足給定條件F的元組組成的集合。F的組成：運(yùn)算對(duì)象：常數(shù)、元組分量（屬性名或列號(hào)）運(yùn)算符算術(shù)比較符：>、≥、<、≤、=、≠邏輯運(yùn)算符：、∧、∨

例：

σA2>5∨A3≠“f”(R)或σ[2]>5∨[3]≠“f”(R)R

A1A2A3

a3f

b2

d

c2d

e6f

g6f

A1A2A3

b2d

c2d

e6f

g6f√√√√σ[2]>5∨[3]≠“f”(R)46關(guān)系運(yùn)算2.選擇RA1A2A3a

關(guān)系運(yùn)算3.投影運(yùn)算πA(R):在關(guān)系R中求指定的若干個(gè)屬性列組成的集合（消除重復(fù)元組）。

A3A2

f3

d2

f63,2πAA(R)R

A1A2A3

a3f

b2

d

c2d

e6f

g6f

47關(guān)系運(yùn)算3.投影運(yùn)算A3A2f

關(guān)系運(yùn)算4.連接運(yùn)算（1）一般連接（θ為關(guān)系比較符）

R

?

S

AθB

含義：從RXS中選取R關(guān)系在A屬性組上的值與S關(guān)系在B屬性組上值滿(mǎn)足θ關(guān)系的元組。（2）等值連接：θ為“=”的連接。

48關(guān)系運(yùn)算4.連接運(yùn)算48關(guān)系運(yùn)算

（3）自然連接

R

?

S：自然連接是在兩個(gè)關(guān)系的公共屬性上進(jìn)行的等值連接，并且除去重復(fù)屬性。

計(jì)算過(guò)程：R×Sσ公共屬性上的等值選擇。∏去掉重復(fù)屬性

49關(guān)系運(yùn)算（3）自然連接49

連接運(yùn)算之例

設(shè)有關(guān)系R、S(如下表所示)，計(jì)算：(1)R1=R?S(2)R2=R?S

A<D

RSABCBCD123234578235978786

計(jì)算結(jié)果是：

R1R2ABCDAR.BR.CS.BS.CD1234123234123512323557861237869786578786

50連接運(yùn)算之例設(shè)有關(guān)系R、S(如下表所示)，計(jì)算

思考題問(wèn)：等值連接與自然連接有何區(qū)別？答：有如下兩點(diǎn)區(qū)別：（1）自然連接一定是等值連接，但等值連接不一定是自然連接。因?yàn)樽匀贿B接要求相等的分量必須是公共屬性，而等值連接相等的分量不一定是公共屬性。（2）等值連接不把重復(fù)的屬性去掉，而自然連接要把重復(fù)屬性去掉。51思考題問(wèn)：等值連接與自然連接有何區(qū)別？51規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法1.8.3規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法

如何評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)的優(yōu)劣呢？由于關(guān)系模型有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，因此人們就以關(guān)系模型為背景來(lái)討論這個(gè)問(wèn)題，從而形成了數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)的一個(gè)有利工具--關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)范化理論。下面通過(guò)一個(gè)具體關(guān)系來(lái)考察關(guān)系模式在使用中存在的問(wèn)題。

52規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法1.8.3規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法52規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法

s學(xué)號(hào)姓名課程號(hào)課程名教師號(hào)教師名教師地址成績(jī)80152劉力C1OST1王平D17080153李軍C2DBT2高升D28580154王林C1OST1王平D17080154王林C3AIT3楊楊D37280155趙紅C4DST2高升D29253規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法s學(xué)號(hào)姓名課程號(hào)課程規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法關(guān)系s存在如下問(wèn)題：（1）數(shù)據(jù)冗余大。姓名、課程名、教師號(hào)、教師名、教師地址大量重復(fù)。（2）插入異常。插入異常是指應(yīng)該插入到數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)不能執(zhí)行插入操作的情形。關(guān)系s的主關(guān)鍵字是：（學(xué)號(hào)，課程號(hào)）關(guān)系s是否存在插入操作異常？可從在學(xué)號(hào)、課程號(hào)、和(學(xué)號(hào),課程號(hào))上出現(xiàn)NULL值去分析。注意：當(dāng)一個(gè)元組在主關(guān)鍵字的屬性上部分或全部為空時(shí)，該元組不能插入到關(guān)系中。關(guān)系s出現(xiàn)插入操作異常的情況有：新來(lái)的學(xué)生還沒(méi)有選課時(shí)，學(xué)生的信息無(wú)法插入。課程安排好，若無(wú)學(xué)生選課時(shí)，則任課信息無(wú)法插入。新來(lái)的教師未承擔(dān)教學(xué)任務(wù)時(shí)，教師的信息無(wú)法插入。54規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法關(guān)系s存在如下問(wèn)題：54規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法

（3）刪除異常。刪除異常是指不應(yīng)該刪去的數(shù)據(jù)被刪去的情形。

關(guān)系s中出現(xiàn)刪除異常的情況：當(dāng)選修某門(mén)課的所有學(xué)生都退選時(shí)，刪除相關(guān)元組，會(huì)丟失課程和教師的信息。如何解決關(guān)系s中存在的問(wèn)題呢？解決的方法：關(guān)系模式分解（關(guān)系規(guī)范化）可將關(guān)系s分解為如下4個(gè)關(guān)系：s1(學(xué)號(hào)，姓名）s2(課程號(hào)，課程名，教師號(hào)）s3(教師號(hào)，教師名，教師地址）s4(學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）55規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法（3）刪除異常。刪除異常是指不應(yīng)該刪去關(guān)系規(guī)范化中的相關(guān)概念

函數(shù)依賴(lài)：若R的任意關(guān)系有：對(duì)X中的每個(gè)屬性值，在Y中都有惟一的值與之對(duì)應(yīng)，則稱(chēng)Y函數(shù)依賴(lài)于X，或稱(chēng)X函數(shù)決定Y，記作X

Y。例：指出關(guān)系R中存在的函數(shù)依賴(lài)。ABCDa1b1c1d1a1b1c1d2a1b1c1d3a1b1c1d4a2b2c5d1a2b2c5d2a3b3c4d2a4b4c2d2a5b4c2d4a6b5c2d5R函數(shù)依賴(lài)有：AB,AC,BC(C,D)A,(C,D)B(B,D)A,(B,D)C(A,D)B,(A,D)C56關(guān)系規(guī)范化中的相關(guān)概念函數(shù)依賴(lài)：若R的任意關(guān)系有：對(duì)X中的關(guān)系規(guī)范化中的相關(guān)概念

部分函數(shù)依賴(lài)：如果X

Y，且存在X的真子集X’，有X’->Y，則稱(chēng)Y部分函數(shù)依賴(lài)于X，記作：X

P

>

Y。例：關(guān)系R中有：(B,D)

P

>

C，(A,D)

P

>B

,(A,D)

P

>

C

完全函數(shù)依賴(lài):如果X

Y，且對(duì)任何X的真子集X’，都有X’+>Y，則稱(chēng)Y完全函數(shù)依賴(lài)于X，記作：X

F

>

Y。例：關(guān)系R中有：A

F

>

B，A

F

>C

,B

F

>

C(C,D)

F

>

A，(C,D)

F

>B

,(B,D)

F

>

A

傳遞函數(shù)依賴(lài):如果X

Y(Y?X)，Y+>X，而Y

Z，則稱(chēng)Z傳遞函數(shù)依賴(lài)于X，記作：X

T

>Z。例：關(guān)系R中有：A

T

>

C（∵AB,B+>A,BC）57關(guān)系規(guī)范化中的相關(guān)概念部分函數(shù)依賴(lài)：如果XY，且存在X的規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法關(guān)系的規(guī)范化是將一個(gè)低級(jí)范式的關(guān)系模式，通過(guò)關(guān)系模式的分解轉(zhuǎn)換為若干個(gè)高級(jí)范式的過(guò)程。1.第一范式（1NF）若R的每個(gè)分量都是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，則R∈1NF。從型上看：不存在嵌套結(jié)構(gòu)。從值上看：不存在重復(fù)組。1NF是關(guān)系模式的最低要求。58規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法關(guān)系的規(guī)范化是將一個(gè)低級(jí)范式的關(guān)系模式非1NF的二維表車(chē)間號(hào)班組工資超額獎(jiǎng)實(shí)發(fā)基本補(bǔ)助01甲組50002005005700乙組4500100300490002甲組4800200+50505003丙組3000300500380059非1NF的二維表工資基本補(bǔ)助甲組50002005005轉(zhuǎn)換后的1NF關(guān)系車(chē)間號(hào)班組基本工資補(bǔ)助工資超額獎(jiǎng)實(shí)發(fā)01甲組5000200500570001乙組4500100300490002甲組4800250505003丙組30003005003800學(xué)生關(guān)系s是1NF關(guān)系，但它存在數(shù)據(jù)冗余，插入異常和刪除異常等問(wèn)題。60轉(zhuǎn)換后的1NF關(guān)系01甲組50002005005規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法2.第二范式（2NF）

若關(guān)系R∈1NF，且不存在任何非主屬性對(duì)侯選關(guān)鍵字的部分函數(shù)依賴(lài)，則R∈2NF。分析：關(guān)系s不是2NF。因?yàn)?，侯選關(guān)鍵字為（學(xué)號(hào)，課程號(hào)）

非主屬性：姓名、課程名、教師號(hào)、教師名、教師地址、成績(jī)

函數(shù)依賴(lài)有：學(xué)號(hào)→姓名，課程號(hào)→課程名，課程號(hào)→教師號(hào)，教師號(hào)→教師姓名，教師號(hào)→教師地址所以，（學(xué)號(hào)，課程號(hào)）

P

>

姓名（學(xué)號(hào)，課程號(hào)）

P

>

課程名（學(xué)號(hào)，課程號(hào)）

P

>教師號(hào)（學(xué)號(hào)，課程號(hào)）

P

>教師名（學(xué)號(hào)，課程號(hào)）

P

>教師地址61規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法2.第二范式（2NF）61規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法分解為2NF的方法：將滿(mǎn)足部分函數(shù)依賴(lài)和滿(mǎn)足完全函數(shù)依賴(lài)的屬性分解到不同的關(guān)系中。關(guān)系S分解為3個(gè)關(guān)系：s1(學(xué)號(hào)，姓名)s2(課程號(hào)，課程名，教師號(hào)，教師名，教師地址)s3(學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī))分解后，關(guān)系s1、s2、s3都為2NF。62規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法分解為2NF的方法：62規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法達(dá)到2NF的關(guān)系仍然可能存在問(wèn)題。例如，在關(guān)系s2中還存在以下問(wèn)題：（1）數(shù)據(jù)冗余。一個(gè)教師承擔(dān)多門(mén)課程時(shí)，教師的地址要重復(fù)存儲(chǔ)。（2）插入異常。一個(gè)新教師報(bào)到，需將其有關(guān)數(shù)據(jù)插入到s2關(guān)系中，但該教師暫時(shí)還未承擔(dān)任何教學(xué)任務(wù)，則因缺關(guān)鍵字課程號(hào)的值而不能進(jìn)行插入操作。（3）刪除異常。刪除某門(mén)課程時(shí)，會(huì)丟失該課程任課教師的信息。63規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法達(dá)到2NF的關(guān)系仍然可能存在問(wèn)題。63規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法3.第三范式（3NF）

若關(guān)系R∈2NF，且不存在非主屬性對(duì)侯選關(guān)鍵字的傳遞函數(shù)依賴(lài)，則R∈3NF。分析：關(guān)系s2不是3NF。因?yàn)?，侯選關(guān)鍵字為:課程號(hào)

非主屬性：教師號(hào)、課程名、教師名、教師地址∵課程號(hào)教師號(hào)，教師號(hào)+

>課程號(hào)，教師號(hào)教師地址∴課程號(hào)

T

>教師地址64規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法3.第三范式（3NF）64規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法

分解為3NF的方法：將涉及傳遞函數(shù)依賴(lài)中的兩個(gè)依賴(lài)中的屬性分解到不同的關(guān)系中。將s2分解為：s21(課程號(hào)，課程名，教師號(hào))s22(教師號(hào)，教師名，教師地址)則關(guān)系s21和s22都是3NF，關(guān)系s中存在的問(wèn)題得到了解決。65規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法分解為3NF的方法：65

3種范式的關(guān)系：規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法1NF非規(guī)范化的關(guān)系2NF3NF消除組合數(shù)據(jù)項(xiàng)消除非主屬性對(duì)關(guān)鍵字的部分函數(shù)依賴(lài)消除非主屬性對(duì)關(guān)鍵字的傳遞函數(shù)依賴(lài)范式的轉(zhuǎn)換關(guān)系：1NF2NF3NF663種范式的關(guān)系：規(guī)范化設(shè)計(jì)理念和方法1NF非規(guī)范化的關(guān)1.9數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì):是指對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)模型，然后據(jù)此建立數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，滿(mǎn)足各種用戶(hù)的應(yīng)用需求。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容:結(jié)構(gòu)特性設(shè)計(jì)行為特性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的目標(biāo):滿(mǎn)足要求與模擬精確程度良好的數(shù)據(jù)庫(kù)性能671.9數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì):是指對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)步驟需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行和維護(hù)需求收集和分析設(shè)計(jì)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型優(yōu)化設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)、性能預(yù)測(cè)物理實(shí)現(xiàn)試運(yùn)行對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)、調(diào)整與修改68數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)步驟需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì)需求分析1.9.1需求分析一、需求分析的任務(wù)收集與分析用戶(hù)的信息及應(yīng)用處理的要求，并將結(jié)果按照一定的格式形成需求說(shuō)明書(shū)。二、需求分析的方法1.需求信息的收集（1）了解組織的機(jī)構(gòu)設(shè)置（2）主要業(yè)務(wù)活動(dòng)和職能（3）了解系統(tǒng)的各種外部要求（4）確定系統(tǒng)邊界69需求分析1.9.1需求分析69需求分析2.需求信息的分析整理用數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典描述。三、數(shù)據(jù)流圖(DFD--DataFlowDiagram)DFD用來(lái)表示收集到的各業(yè)務(wù)流程中涉及到的數(shù)據(jù)和處理過(guò)程的關(guān)系。數(shù)據(jù)流圖的基本成分：表示同類(lèi)數(shù)據(jù)的集中存放處，通常指數(shù)據(jù)文件表示對(duì)數(shù)據(jù)的處理表示不同處理過(guò)程之間傳遞的數(shù)據(jù)表示數(shù)據(jù)的發(fā)送者和接收者70需求分析2.需求信息的分析整理表示同類(lèi)數(shù)據(jù)的集中存放處，通需求分析四、數(shù)據(jù)字典（DD--DataDictionary)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典包括：數(shù)據(jù)項(xiàng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理過(guò)程。

例：下圖給出了某機(jī)器制造廠的零配件采購(gòu)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖。該子系統(tǒng)要處理的工作是生產(chǎn)部門(mén)提出的生產(chǎn)計(jì)劃根據(jù)零配件當(dāng)前價(jià)格計(jì)算成本送主管部門(mén)審批，對(duì)已批準(zhǔn)生產(chǎn)計(jì)劃制定采購(gòu)計(jì)劃，準(zhǔn)備好訂貨單給供應(yīng)商。

71需求分析四、數(shù)據(jù)字典（DD--DataDictionary零配件采購(gòu)子系統(tǒng)DFD核對(duì)預(yù)算確定采購(gòu)計(jì)劃編制定貨單供應(yīng)商零配件采購(gòu)記錄生產(chǎn)計(jì)劃批準(zhǔn)/不批準(zhǔn)批準(zhǔn)/不批準(zhǔn)核對(duì)預(yù)算產(chǎn)品預(yù)算零件價(jià)格零件庫(kù)存量報(bào)價(jià)單供應(yīng)商報(bào)價(jià)采購(gòu)計(jì)劃訂單細(xì)節(jié)訂貨單72零配件采購(gòu)子系統(tǒng)DFD核對(duì)確定采編制供應(yīng)商零配件采購(gòu)記錄生產(chǎn)零配件采購(gòu)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)項(xiàng)描述＝｛數(shù)據(jù)項(xiàng)名，數(shù)據(jù)項(xiàng)含義說(shuō)明，別名，數(shù)據(jù)類(lèi)型，長(zhǎng)度，取值范圍，取值含義，與其他數(shù)據(jù)項(xiàng)的邏輯關(guān)系｝例：數(shù)據(jù)項(xiàng)名：訂貨單號(hào)類(lèi)型：CHAR長(zhǎng)度：8別名：采購(gòu)單號(hào)取值范圍：10000000--9999999973零配件采購(gòu)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)項(xiàng)描述＝｛數(shù)據(jù)項(xiàng)名，數(shù)據(jù)項(xiàng)含義零配件采購(gòu)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是若干數(shù)據(jù)項(xiàng)有意義的集合。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述＝｛數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名，含義說(shuō)明，組成:｛數(shù)據(jù)項(xiàng)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)｝｝例：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：采購(gòu)細(xì)節(jié)說(shuō)明：作為采購(gòu)計(jì)劃的組成部分，說(shuō)明對(duì)某個(gè)產(chǎn)品要采購(gòu)哪些零件，哪種零件采購(gòu)多少數(shù)量。組成：零件號(hào)、零件名、數(shù)量

74零配件采購(gòu)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是若干數(shù)據(jù)項(xiàng)有意義零配件采購(gòu)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典

數(shù)據(jù)流表示加工處理過(guò)程的輸入或輸出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)流描述＝｛數(shù)據(jù)流名，說(shuō)明，數(shù)據(jù)流來(lái)源，數(shù)據(jù)流去向，組成:｛數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)｝，平均流量，高峰期流量｝例：數(shù)據(jù)流名：采購(gòu)計(jì)劃說(shuō)明：由各產(chǎn)品所需零件數(shù)、選定的供應(yīng)商、審核情況組成采購(gòu)零配件計(jì)劃。來(lái)源：確定采購(gòu)計(jì)劃去向：編制訂貨單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：--采購(gòu)細(xì)節(jié)--采購(gòu)審核75零配件采購(gòu)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流表示加工處理過(guò)程的輸零配件采購(gòu)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是處理過(guò)程中要存取的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)描述＝｛數(shù)據(jù)存儲(chǔ)名，說(shuō)明，編號(hào)，流入的數(shù)據(jù)流，流出的數(shù)據(jù)流，組成:｛數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)｝，數(shù)據(jù)量，存取方式｝例：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)名：產(chǎn)品說(shuō)明：對(duì)每種產(chǎn)品的品名、規(guī)格的描述，并對(duì)每種產(chǎn)品做成本預(yù)算。在核對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃書(shū)的成本時(shí)用。輸出數(shù)據(jù)流：預(yù)算組成：產(chǎn)品號(hào)、產(chǎn)品名、預(yù)算數(shù)據(jù)量：每月30--40件存取方式：隨機(jī)存取76零配件采購(gòu)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是處理過(guò)程中要存取零配件采購(gòu)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典

處理過(guò)程是對(duì)加工處理過(guò)程的描述。處理過(guò)程描述＝｛處理過(guò)程名，說(shuō)明，輸入:｛數(shù)據(jù)流｝，輸出:｛數(shù)據(jù)流｝，處理:｛簡(jiǎn)要說(shuō)明｝｝例：處理過(guò)程：確定采購(gòu)計(jì)劃說(shuō)明：對(duì)要采購(gòu)的每一零件，根據(jù)零件庫(kù)存量確定采購(gòu)數(shù)量，再根據(jù)每位供應(yīng)商的報(bào)價(jià)選擇適當(dāng)?shù)墓?yīng)商，制定采購(gòu)計(jì)劃。輸入：供應(yīng)商報(bào)價(jià)、零件庫(kù)存、已批準(zhǔn)生產(chǎn)計(jì)劃輸出：采購(gòu)計(jì)劃簡(jiǎn)要說(shuō)明：（1）對(duì)應(yīng)采購(gòu)的每種零件查找供應(yīng)商報(bào)價(jià)表，選擇報(bào)價(jià)最低的供應(yīng)商號(hào)。（2）將此供應(yīng)商號(hào)填入應(yīng)采購(gòu)零件表的相應(yīng)列中。77零配件采購(gòu)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典處理過(guò)程是對(duì)加工處理過(guò)程的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.9.2概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

將需求分析得到的用戶(hù)需求抽象為概念模型的過(guò)程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，如果將現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對(duì)象直接轉(zhuǎn)換為機(jī)器世界中的對(duì)象，就會(huì)感到比較復(fù)雜，注意力往往被牽扯到更多的細(xì)節(jié)限制方面，而不能集中在最重要的信息的組織結(jié)構(gòu)和處理模式上。因此通常是將現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對(duì)象首先抽象為不依賴(lài)任何DBMS和具體機(jī)器的信息結(jié)構(gòu)，即概念模型，然后再把概念模型轉(zhuǎn)換成具體機(jī)器上DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。常用的概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法是自底向上的設(shè)計(jì)方法。下面就介紹采用這種設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)步驟。

78概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.9.2概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)78概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一.數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計(jì)根據(jù)需求分析的結(jié)果（數(shù)據(jù)流圖、數(shù)據(jù)字典等）對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象，設(shè)計(jì)各個(gè)局部視圖，即分E-R圖。1.選擇局部應(yīng)用可利用機(jī)構(gòu)職能關(guān)系進(jìn)行局部處理。2.逐一設(shè)計(jì)分E-R圖設(shè)計(jì)時(shí)注意：（1）實(shí)體與屬性的劃分原則屬性應(yīng)是系統(tǒng)中最小的信息單位，不再具有描述性質(zhì)。屬性不能與其他實(shí)體有聯(lián)系。

79概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一.數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計(jì)79概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例：有職工、部門(mén)及其相關(guān)信息。eno職工E部門(mén)DE-Dagenamednodname部門(mén)Ddno部門(mén)名...職工Eeno部門(mén)...80概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例：有職工、部門(mén)及其相關(guān)信息。eno職工E部門(mén)D概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)病人住院號(hào)姓名病房號(hào)病人住院號(hào)姓名住在1n醫(yī)療病房號(hào)病房醫(yī)生級(jí)別床位數(shù)醫(yī)生號(hào)醫(yī)生名1m職稱(chēng)81概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)病人住院號(hào)姓名病房號(hào)病人住院號(hào)姓名住在1n醫(yī)療病概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二.視圖集成（全局視圖設(shè)計(jì)）1.合并分E-R圖，生成初步E-R圖合并的過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)發(fā)現(xiàn)沖突和解決沖突的過(guò)程。

沖突主要有：（1）屬性沖突屬性值類(lèi)型、取值范圍等發(fā)生沖突。（2）命名沖突同名異義、異名同義。（3）結(jié)構(gòu)沖突同一對(duì)象在不同視圖中有不同抽象。同一實(shí)體在不同視圖中屬性組成不同。相同實(shí)體間聯(lián)系在不同視圖中呈現(xiàn)不同類(lèi)型。

82概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二.視圖集成（全局視圖設(shè)計(jì)）82概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.消除不必要的冗余，設(shè)計(jì)基本E-R圖冗余的數(shù)據(jù)是指可由基本數(shù)據(jù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，冗余的聯(lián)系是指可由其他聯(lián)系導(dǎo)出的聯(lián)系。例：實(shí)發(fā)工資、應(yīng)發(fā)工資

83概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.消除不必要的冗余，設(shè)計(jì)基本E-R圖83邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.9.3邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：將基本E-R模型轉(zhuǎn)換為DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型。

關(guān)系型邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的步驟：1)將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型2)優(yōu)化模型3)設(shè)計(jì)適合DBMS的子模式84邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.9.3邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)84邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、E-R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換1.實(shí)體的轉(zhuǎn)換每一個(gè)實(shí)體型轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，實(shí)體的屬性就是關(guān)系的屬性，實(shí)體的關(guān)鍵字就是關(guān)系的關(guān)鍵字。

2.聯(lián)系的轉(zhuǎn)換(1)一般1:1和1:m聯(lián)系不產(chǎn)生新的關(guān)系模式，而是將一方實(shí)體的關(guān)鍵字加入到多方實(shí)體對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式中，若有聯(lián)系的屬性也一并加入。(2)m:n聯(lián)系要產(chǎn)生一個(gè)新的關(guān)系模式，該關(guān)系模式由聯(lián)系涉及實(shí)體的關(guān)鍵字加上聯(lián)系的屬性(若有)組成。85邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、E-R模型向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換85邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之例職工商品商店店號(hào)店址店名產(chǎn)地單價(jià)品名工資性別姓名工號(hào)店經(jīng)理商品號(hào)開(kāi)始時(shí)間月銷(xiāo)售量經(jīng)營(yíng)隸屬1nmm將百貨公司的E-R模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。轉(zhuǎn)換的關(guān)系模型如下：商店(店號(hào)，店名，店址，店經(jīng)理)商品(商品號(hào)，品名，單價(jià)，產(chǎn)地)職工(工號(hào)，