《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用》第1章數(shù)據(jù)庫概述1第一章內(nèi)容提要數(shù)據(jù)庫基本概念1數(shù)據(jù)獨(dú)立性4

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)32數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成5內(nèi)容導(dǎo)學(xué)3學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉并掌握查詢優(yōu)化的基本步驟和算法思想理解并掌握代數(shù)優(yōu)化的等價(jià)變換規(guī)則和啟發(fā)式優(yōu)化過程理解查詢優(yōu)化的物理優(yōu)化方法學(xué)習(xí)重點(diǎn)為什么要使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展歷程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能及重要性數(shù)據(jù)庫兩層獨(dú)立性含義思政導(dǎo)學(xué)4關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫技術(shù)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)獨(dú)立性。內(nèi)容要意：數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)管理的有效技術(shù)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要分支。特別是數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為每個(gè)人生活中不可缺少的部分，熟悉數(shù)據(jù)庫發(fā)展歷程，理解數(shù)據(jù)庫技術(shù)基本概念等為后續(xù)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用與開發(fā)奠定基礎(chǔ)。思政點(diǎn)播：著眼于身邊，聯(lián)系與衣食住行相關(guān)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的重要性；從數(shù)據(jù)庫發(fā)展歷程層次、網(wǎng)狀、關(guān)系，引出四位圖靈獎(jiǎng)的獲得者，以及薩師煊教授等人對(duì)我國數(shù)據(jù)庫事業(yè)的貢獻(xiàn)，理解創(chuàng)新發(fā)展、開拓精神的重要意義。思政目標(biāo)：在我國數(shù)據(jù)庫發(fā)展史的學(xué)習(xí)中激發(fā)學(xué)生自豪感，提升道路自信，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)專業(yè)未來發(fā)展的使命擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)愛國主義情懷。1.1數(shù)據(jù)庫基本概念數(shù)據(jù)（Data）數(shù)據(jù)庫（DB）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）5數(shù)據(jù)（Data）6數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的基本對(duì)象描述事物的符號(hào)記錄稱為數(shù)據(jù)數(shù)字、文字、圖形、圖像、音頻、視頻等，有多種表現(xiàn)形式，都可以經(jīng)過數(shù)字化后存入計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的概念是廣義的舉例通常將姓名、學(xué)號(hào)、性別、年齡、所在院系等組織在一個(gè)記錄中，如（李輝，S202301011，男，20，計(jì)算機(jī)學(xué)院），這里的一個(gè)記錄就是描述一個(gè)學(xué)生的信息，這樣的數(shù)據(jù)是有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫（Database,DB）7數(shù)據(jù)庫是長期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲(chǔ)存具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)展性，并可為各種用戶共享數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)具有永久存儲(chǔ)、有組織和可共享三個(gè)基本特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）8什么是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）位于操作系統(tǒng)與用戶之間是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)軟件，也是一個(gè)大型復(fù)雜的軟件系統(tǒng)主要功能（1）數(shù)據(jù)庫的建立與維護(hù)包括數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換功能，數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲(chǔ)、恢復(fù)功能，數(shù)據(jù)庫的重組織功能和性能監(jiān)視、分析功能等這些功能通常由一些實(shí)用程序或管理工具完成數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）9（2）數(shù)據(jù)定義功能完成數(shù)據(jù)庫中對(duì)象的定義，包括表、視圖、存儲(chǔ)過程等一般由數(shù)據(jù)定義語言(DDL)實(shí)現(xiàn)（3）數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)字典、用戶數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的存取路徑等確定以何種文件結(jié)構(gòu)和存取方式在存儲(chǔ)級(jí)上組織這些數(shù)據(jù)，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系提高存儲(chǔ)空間利用率和方便存取，提供多種存取方法來提高存取效率數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）10（4）數(shù)據(jù)操作功能包括對(duì)數(shù)據(jù)的查詢、插入、刪除和修改操作等由數(shù)據(jù)操作語言(DML)完成（5）事務(wù)管理和運(yùn)行管理事務(wù)是數(shù)據(jù)庫處理一系列操作的一個(gè)邏輯工作單元保證事務(wù)的統(tǒng)一管理和控制，以保證數(shù)據(jù)庫正確運(yùn)行保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對(duì)數(shù)據(jù)的并發(fā)使用及發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）11（6）其他功能數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)中其他軟件系統(tǒng)的通信功能一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與另一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間的互訪和互操作功能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem,DBS）12數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其應(yīng)用開發(fā)工具）、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫管理員（DatabaseAdministrator，DBA）組成的存儲(chǔ)、管理、處理和維護(hù)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員數(shù)據(jù)庫的建立、使用和維護(hù)等工作除了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)這一系統(tǒng)軟件以外，還需要有專門的人員來完成，這些人被稱為數(shù)據(jù)庫管理員在不引起混淆的情況下，常把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem,DBS）13數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員用戶用戶用戶…1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段14人工管理階段1520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。當(dāng)時(shí)的硬件狀況是，外存只有紙帶、卡片、磁帶，沒有磁盤等直接存取的存儲(chǔ)設(shè)備，沒有操作系統(tǒng)，沒有管理數(shù)據(jù)的專門軟件，數(shù)據(jù)處理方式是批處理。穿孔紙帶——早期計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、輸入方式人工管理階段16人工管理數(shù)據(jù)具有如下特點(diǎn)：應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)需要由應(yīng)用程序自己設(shè)計(jì)、說明（定義）和管理，沒有相應(yīng)的軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的管理工作規(guī)定數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)物理結(jié)構(gòu)，包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存取方法、輸入方式等。程序員負(fù)擔(dān)很重?cái)?shù)據(jù)無法永久保存計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，一般不需要長期保存數(shù)據(jù)人工管理階段17數(shù)據(jù)無法共享面向應(yīng)用程序，一組數(shù)據(jù)只能對(duì)應(yīng)一個(gè)程序程序與程序之間有大量的冗余數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)不具有獨(dú)立性數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)或物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后，必須對(duì)應(yīng)用程序做相應(yīng)的修改，數(shù)據(jù)完全依賴于應(yīng)用程序，稱之為數(shù)據(jù)缺乏獨(dú)立性，這就加重了程序員的負(fù)擔(dān)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系人工管理階段18應(yīng)用程序1數(shù)據(jù)集1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)集2應(yīng)用程序n數(shù)據(jù)集n...…...…人工管理階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系文件系統(tǒng)階段19時(shí)期20世紀(jì)50年代末--60年代中產(chǎn)生的背景應(yīng)用背景 科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)管理 硬件背景 磁盤、磁鼓 軟件背景 有文件系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理

文件系統(tǒng)階段20文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)具有如下特點(diǎn)：數(shù)據(jù)可以長期保存長期保留在外存上反復(fù)進(jìn)行查詢、修改、插入和刪除等操作由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)由專門的軟件即文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理文件系統(tǒng)階段21缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)共享性差，冗余度大一個(gè)（或一組）文件基本上對(duì)應(yīng)于一個(gè)應(yīng)用程序（面向應(yīng)用）數(shù)據(jù)冗余度大，浪費(fèi)存儲(chǔ)空間相同數(shù)據(jù)的重復(fù)存儲(chǔ)、各自管理，容易造成數(shù)據(jù)的不一致性，給數(shù)據(jù)的修改和維護(hù)帶來了困難數(shù)據(jù)獨(dú)立性差數(shù)據(jù)依賴于應(yīng)用程序，缺乏獨(dú)立性文件系統(tǒng)仍然是一個(gè)不具有彈性的無整體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集合文件系統(tǒng)階段22文件系統(tǒng)階段應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)用程序１文件１應(yīng)用程序２文件2應(yīng)用程序ｎ文件n存取方法...…...…數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段23時(shí)期20世紀(jì)60年代末以來產(chǎn)生的背景應(yīng)用背景 大規(guī)模數(shù)據(jù)管理 硬件背景 大容量磁盤、磁盤陣列 軟件背景 有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 處理方式 聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理,分布處理,批處理文件系統(tǒng)到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)標(biāo)志著數(shù)據(jù)管理技術(shù)的飛躍數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段24

人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段背景應(yīng)用背景科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)管理大規(guī)模數(shù)據(jù)管理硬件背景無直接存取、存儲(chǔ)設(shè)備磁盤、磁鼓大容量磁盤、磁盤陣列軟件背景沒有操作系統(tǒng)有文件系統(tǒng)有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)處理方式批處理聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、批處理聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)處理、分布處理、批處理

特點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理者用戶（程序員）文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化無結(jié)構(gòu)記錄內(nèi)有結(jié)構(gòu)整體無結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)化用數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)面向的對(duì)象某一應(yīng)用程序某一應(yīng)用現(xiàn)實(shí)世界中的某個(gè)場(chǎng)景數(shù)據(jù)的共享程度無共享，冗余度極大共享性差、冗余度大共享性高、冗余度小數(shù)據(jù)的獨(dú)立性不獨(dú)立，完全依賴于程序獨(dú)立性差具有高度的物理獨(dú)立性和一定的邏輯獨(dú)立性數(shù)據(jù)控制能力應(yīng)用程序自己控制應(yīng)用程序自己控制保證數(shù)據(jù)安全性、完整性并發(fā)和恢復(fù)管理1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)一個(gè)例子相互關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)較少的數(shù)據(jù)冗余程序與數(shù)據(jù)相互獨(dú)立數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)的一致性數(shù)據(jù)的安全性、正確性與數(shù)據(jù)恢復(fù)25一個(gè)例子——大學(xué)生項(xiàng)目管理系統(tǒng)26假設(shè)：P1為實(shí)現(xiàn)“學(xué)生基本信息管理”功能的應(yīng)用程序P2為實(shí)現(xiàn)“項(xiàng)目管理”功能的應(yīng)用程序P3為實(shí)現(xiàn)“學(xué)生獲獎(jiǎng)情況管理”功能的應(yīng)用程序文件F1、F2和F3分別包含以下信息：文件F1：學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，所在學(xué)院文件F2：項(xiàng)目編號(hào)，項(xiàng)目名稱，項(xiàng)目類型文件F3：學(xué)號(hào)，姓名，年齡，學(xué)院，項(xiàng)目名稱，項(xiàng)目類型，獲獎(jiǎng)時(shí)間，獲獎(jiǎng)等級(jí)一個(gè)例子——采用文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生項(xiàng)目管理27文件存儲(chǔ)與管理系統(tǒng)模式程序編寫者必須清楚存取方式在應(yīng)用程序中編程實(shí)現(xiàn)查詢功能采用順序查找方法用文件管理數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)的獨(dú)立性（Independence）較差在文件管理中，很難控制某個(gè)人對(duì)文件的權(quán)限管理，如學(xué)生只能查看自己的基本信息文件F1，不能查看獲獎(jiǎng)文件F3；或者只能查看獲獎(jiǎng)情況，但不能修改獲獎(jiǎng)信息。缺少對(duì)數(shù)據(jù)的安全控制能力一個(gè)例子——采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生項(xiàng)目管理28用數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理數(shù)據(jù)時(shí)，所有的數(shù)據(jù)都被存儲(chǔ)在一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，如圖所示。一個(gè)例子——采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生項(xiàng)目管理29數(shù)據(jù)按照一定的結(jié)構(gòu)存在數(shù)據(jù)庫的表中，不但表內(nèi)部有一定的結(jié)構(gòu)，表之間也按照一定方式關(guān)聯(lián)，如圖所示。一個(gè)例子——采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生項(xiàng)目管理30用Create命令創(chuàng)建三個(gè)表：學(xué)生的基本信息：學(xué)生表F1

(學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，所在學(xué)院)項(xiàng)目信息：項(xiàng)目表F2

(項(xiàng)目編號(hào)，項(xiàng)目名稱，項(xiàng)目類型)學(xué)生的獎(jiǎng)勵(lì)情況：參與表F3

(學(xué)號(hào)，項(xiàng)目編號(hào)，獲獎(jiǎng)時(shí)間，獲獎(jiǎng)等級(jí))用戶對(duì)數(shù)據(jù)的操作全部通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)相互關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)31數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫的主要特征之一，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與文件系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別數(shù)據(jù)內(nèi)部是結(jié)構(gòu)化的，整體是結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)之間具有聯(lián)系描述數(shù)據(jù)時(shí)不僅要描述數(shù)據(jù)本身，還要描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系有一對(duì)一，一對(duì)多，多對(duì)多形式，通過參照完整性來實(shí)現(xiàn)較少的數(shù)據(jù)冗余32由于數(shù)據(jù)被統(tǒng)一管理，可以從全局對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最合理的組織當(dāng)所需要的信息來自不同的關(guān)系表時(shí)，如（學(xué)號(hào)，姓名，項(xiàng)目名稱，項(xiàng)目獲獎(jiǎng)，獲獎(jiǎng)時(shí)間）來自三個(gè)表，可通過學(xué)號(hào)和項(xiàng)目號(hào)的關(guān)聯(lián)，將信息組織在一起對(duì)獲獎(jiǎng)或項(xiàng)目的刪除，也不影響學(xué)生的基本信息程序與數(shù)據(jù)相互獨(dú)立33當(dāng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式發(fā)生變化時(shí)（包括邏輯存儲(chǔ)方式和物理存儲(chǔ)方式）是由DBMS負(fù)責(zé)維護(hù)，用戶并不知道，應(yīng)用程序也不必作任何修改當(dāng)數(shù)據(jù)所包含的數(shù)據(jù)項(xiàng)發(fā)生變化時(shí)，如果應(yīng)用程序與這些修改的數(shù)據(jù)項(xiàng)無關(guān)，則不用修改，只需要修改與之變化相關(guān)的應(yīng)用程序即可在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)通過邏輯上劃分的三級(jí)模式和二級(jí)映像來實(shí)現(xiàn)程序與數(shù)據(jù)的相互獨(dú)立數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)的一致性34可以被多個(gè)用戶、應(yīng)用共享使用，允許多個(gè)用戶同時(shí)操作相同數(shù)據(jù)當(dāng)并發(fā)進(jìn)程同時(shí)存取、修改數(shù)據(jù)庫時(shí)，可能會(huì)發(fā)生相互干擾而得到錯(cuò)誤的結(jié)果或使得數(shù)據(jù)庫的完整性遭到破壞，因此必須對(duì)多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調(diào)針對(duì)支持多用戶的大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)大型數(shù)據(jù)庫多用戶共享問題是由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成，對(duì)用戶是不可見的。完成多個(gè)用戶之間對(duì)相同數(shù)據(jù)的操作不會(huì)產(chǎn)生矛盾和沖突，保證數(shù)據(jù)的一致性數(shù)據(jù)共享的好處減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約存儲(chǔ)空間避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致性使系統(tǒng)易于擴(kuò)充數(shù)據(jù)的安全性、正確性與數(shù)據(jù)恢復(fù)35安全性保護(hù)有效防止數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)被非法使用和修改完整的備份和恢復(fù)機(jī)制，可以保證當(dāng)數(shù)據(jù)遭到因軟、硬件故障而被破壞時(shí)，能夠很快地將數(shù)據(jù)恢復(fù)到正確狀態(tài)，并使數(shù)據(jù)不丟失或少丟失，從而保證系統(tǒng)能夠連續(xù)、可靠地運(yùn)行。數(shù)據(jù)安全：通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的安全控制機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠：通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的備份和恢復(fù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)功能：將數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某一已知的正確狀態(tài)（亦稱為完整狀態(tài)或一致狀態(tài)）的功能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件故障、軟件故障、操作員的失誤以及故意破壞也會(huì)影響數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性，甚至造成數(shù)據(jù)庫部分或全部數(shù)據(jù)的丟失1.4數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)獨(dú)立性物理獨(dú)立性邏輯獨(dú)立性36數(shù)據(jù)獨(dú)立性37數(shù)據(jù)獨(dú)立性是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的最基本的特征之一數(shù)據(jù)的獨(dú)立性是借助數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)，包括數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性和邏輯獨(dú)立性由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的二級(jí)映像功能來保證簡化了應(yīng)用程序的編制，大大減少了應(yīng)用程序的維護(hù)和修改物理獨(dú)立性38物理獨(dú)立性是指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)是相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中怎樣存儲(chǔ)是由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理的，應(yīng)用程序要處理的只是數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，邏輯結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)改變時(shí)應(yīng)用程序不用改變邏輯獨(dú)立性39邏輯獨(dú)立性是指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變時(shí)，用戶程序也可以不變1.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)庫(DB)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫管理員(DBA)401.5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成硬件軟件人員41硬件42數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量很大，加之?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)豐富的功能使得其自身的規(guī)模也很大，因此整個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)硬件資源提出了較高的要求。要有足夠大的內(nèi)存，存放操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的核心模塊、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和應(yīng)用程序有足夠大的磁盤或磁盤陣列等設(shè)備存放數(shù)據(jù)庫，有足夠大的磁帶（或光盤）作數(shù)據(jù)備份要求系統(tǒng)有較高的通道能力，以提高數(shù)據(jù)傳送率軟件43數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的軟件主要包括：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，是建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)軟件）支持?jǐn)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)運(yùn)行的操作系統(tǒng)具有與數(shù)據(jù)庫接口的高級(jí)語言及其編譯系統(tǒng)（便于開發(fā)應(yīng)用程序）以數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為核心的應(yīng)用開發(fā)工具（為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用提供了良好的環(huán)境）為特定應(yīng)用環(huán)境開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)人員44不同的人員涉及不同的數(shù)據(jù)抽象級(jí)別，具有不同的數(shù)據(jù)視圖。人員45數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證數(shù)據(jù)庫的安全和可靠參加數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的全過程決定數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取策略定義數(shù)據(jù)的安全性要求和完整性約束條件監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫的使用和運(yùn)行數(shù)據(jù)庫的改進(jìn)和重組、重構(gòu)負(fù)責(zé)在系統(tǒng)運(yùn)行期間監(jiān)視系統(tǒng)的空間利用率、處理效率等性能指標(biāo)并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境不斷改進(jìn)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)定期對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行重組織，以改善系統(tǒng)性能人員程序分析與開發(fā)人員負(fù)責(zé)應(yīng)用系統(tǒng)的需求分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)參與應(yīng)用程序開發(fā)整個(gè)過程和程序使用與規(guī)范說明確定系統(tǒng)軟、硬件配置46人員47數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)決定數(shù)據(jù)庫中的信息內(nèi)容和結(jié)構(gòu)參與用戶需求調(diào)查和系統(tǒng)分析負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的確定及數(shù)據(jù)庫各級(jí)模式的設(shè)計(jì)與用戶、應(yīng)用程序員、系統(tǒng)分析員密切合作、共同協(xié)商，做好數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人員48最終用戶數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的使用者通過應(yīng)用程序提供的人機(jī)交互界面來操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通過應(yīng)用系統(tǒng)的用戶接口使用數(shù)據(jù)庫常用的接口方式有瀏覽器、菜單驅(qū)動(dòng)、表格操作、圖形顯示、報(bào)表書寫等本章總結(jié)

數(shù)據(jù)庫基本概念數(shù)據(jù)（Data）數(shù)據(jù)庫（DB）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)的發(fā)展歷程人工管理階段文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段49本章總結(jié)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化較少的數(shù)據(jù)冗余程序和數(shù)據(jù)相互獨(dú)立數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)的一致性數(shù)據(jù)的安全性、正確性與數(shù)據(jù)恢復(fù)數(shù)據(jù)獨(dú)立性物理獨(dú)立性與邏輯獨(dú)立性數(shù)據(jù)庫的組成硬件、軟件與人員50Clicktoeditcompanyslogan.謝謝51《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用》第2章數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)52第二章內(nèi)容提要數(shù)據(jù)模型2.1概念數(shù)據(jù)模型2.2邏輯數(shù)據(jù)模型2.353邏

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輯數(shù)據(jù)2.4內(nèi)容導(dǎo)學(xué)54學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握數(shù)據(jù)模型構(gòu)建掌握概念數(shù)據(jù)模型內(nèi)涵熟悉邏輯數(shù)據(jù)模型構(gòu)成熟悉數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)重點(diǎn)理解數(shù)據(jù)模型的作用與組成掌握概念模型及E-R圖表示方式掌握關(guān)系模型特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)理解三級(jí)模式與二級(jí)映像含義思政導(dǎo)學(xué)55關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展。內(nèi)容要意：如何從現(xiàn)實(shí)世界到計(jì)算機(jī)世界，本章將介紹模型的基本概念，概念模型、邏輯數(shù)據(jù)模型，以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、映像與數(shù)據(jù)獨(dú)立性，本章內(nèi)容是理解數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)。思政點(diǎn)播：從中國數(shù)據(jù)庫舉例，如人大金倉、武漢達(dá)夢(mèng)、神舟通用、南大通用等，分析數(shù)據(jù)模型組成；從校園教務(wù)管理數(shù)據(jù)庫、銀行數(shù)據(jù)庫，聯(lián)系應(yīng)用，體會(huì)與理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)獨(dú)立性的重要意義。思政目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生在思考數(shù)據(jù)庫的全局全領(lǐng)域發(fā)展中增強(qiáng)戰(zhàn)略思維能力；通過了解我國數(shù)據(jù)庫的飛速發(fā)展歷程，增強(qiáng)學(xué)生自信心，培養(yǎng)堅(jiān)持不懈的毅力以及愛國敬業(yè)的理想。2.1數(shù)據(jù)模型

2.1.1數(shù)據(jù)與信息

2.1.2數(shù)據(jù)模型

2.1.3數(shù)據(jù)模型的組成要素562.1數(shù)據(jù)模型57

現(xiàn)實(shí)世界存在大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)散亂存在，不利于數(shù)據(jù)的訪問、組織與管理，因此，必須把現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)按照一定的方式組織起來，以方便對(duì)其進(jìn)行操作和使用，這些組織的形式被稱之為模型。2.1.1數(shù)據(jù)與信息58

現(xiàn)實(shí)世界人們需要描述各種事物，用自然語言直接描述過于繁瑣，也不利于用計(jì)算機(jī)來表達(dá)。因此，通過只抽取事物的特征或?qū)傩赃M(jìn)行各種事物的描述。例如一名計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生李輝，他是信息學(xué)院計(jì)本2023級(jí)，2301班，20歲北京生源的學(xué)生?？梢杂锰崛〉娜缦绿卣鳎⊿202301011，李輝，男，20，計(jì)本2001，信息學(xué)院，北京）來描述。這樣的一行數(shù)據(jù)稱為一條記錄，描述事物的符號(hào)稱為數(shù)據(jù)，將從數(shù)據(jù)中獲得的有意義的內(nèi)容稱為信息。

數(shù)據(jù)有一定的格式，如姓名是不超過10個(gè)漢字的字符串，性別是一個(gè)漢字的字符。此格式是數(shù)據(jù)的語法，而數(shù)據(jù)的含義是數(shù)據(jù)的語義。因此，數(shù)據(jù)是信息存在的一種形式，數(shù)據(jù)只有通過解釋或處理，才能成為有意義的信息。2.1.1數(shù)據(jù)與信息59一般來說，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)具有靜態(tài)特征和動(dòng)態(tài)特征兩個(gè)方面。（1）靜態(tài)特征。數(shù)據(jù)的靜態(tài)特征包括數(shù)據(jù)的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)間的聯(lián)系以及對(duì)數(shù)據(jù)的取值范圍的約束。（2）動(dòng)態(tài)特征。數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)特征是指對(duì)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行的操作以及操作規(guī)則。對(duì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的操作主要有查詢、插入、刪除和更新，一般由Select、Insert、Delete和Update命令實(shí)現(xiàn)。一般對(duì)數(shù)據(jù)的靜態(tài)特征和動(dòng)態(tài)特征的描述稱為數(shù)據(jù)模型的三要素，即在描述數(shù)據(jù)時(shí)，要包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)約束條件（這兩個(gè)屬于靜態(tài)特征）和定義在數(shù)據(jù)上的操作（屬于動(dòng)態(tài)特征）三個(gè)方面。2.1.2數(shù)據(jù)模型60數(shù)據(jù)模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象。通俗地講數(shù)據(jù)模型就是現(xiàn)實(shí)世界的模擬。數(shù)據(jù)模型應(yīng)滿足三方面要求能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界容易為人所理解便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)2.1.2數(shù)據(jù)模型61數(shù)據(jù)模型分為三類（1）概念數(shù)據(jù)模型也稱概念模型或信息模型，它是數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的初始階段，擺脫計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及DBMS的具體技術(shù)問題，集中精力分析數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系等，與具體的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)無關(guān)。（2）邏輯數(shù)據(jù)模型也稱為邏輯模型，主要用來描述數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系，是為了在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的模型，如層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型等。此模型既要面向用戶，又要面向系統(tǒng)。概念數(shù)據(jù)模型必須換成邏輯數(shù)據(jù)模型，才能在DBMS中實(shí)現(xiàn)。2.1.2數(shù)據(jù)模型（3）物理數(shù)據(jù)模型也稱為物理模型，是對(duì)數(shù)據(jù)最底層的抽象，面向計(jì)算機(jī)物理表示的模型，描述了數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu)，它不但與具體的DBMS有關(guān)，而且還與操作系統(tǒng)和硬件有關(guān)。622.1.3數(shù)據(jù)模型的組成要素631.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)---描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性2.數(shù)據(jù)操作---描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性3.數(shù)據(jù)的完整性約束條件1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)庫的組成對(duì)象，以及對(duì)象之間的聯(lián)系描述的內(nèi)容1.與對(duì)象的類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)2.與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述642.數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作對(duì)數(shù)據(jù)庫中各種對(duì)象（型）的實(shí)例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及有關(guān)的操作規(guī)則數(shù)據(jù)操作的類型查詢更新（包括插入、刪除、修改）652.數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)模型對(duì)操作的定義操作的確切含義操作符號(hào)操作規(guī)則（如優(yōu)先級(jí)）實(shí)現(xiàn)操作的語言數(shù)據(jù)操作是對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述663.數(shù)據(jù)的完整性約束條件一組完整性規(guī)則的集合，是對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述完整性規(guī)則：給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約和依存規(guī)則用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效和相容672.2概念數(shù)據(jù)模型

2.2.1基本概念

2.2.2實(shí)體-聯(lián)系模型682.2.1基本概念（1）實(shí)體（Entity）

客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。可以是具體的人、事、物或抽象的概念。（2）屬性（Attribute）

實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性。一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來刻畫。

唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性集稱為碼。692.2.1基本概念（3）聯(lián)系（Relationship）

現(xiàn)實(shí)世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反映為實(shí)體（型）內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體（型）之間的聯(lián)系。實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系通常是指組成實(shí)體的各屬性之間的聯(lián)系實(shí)體之間的聯(lián)系通常是指不同實(shí)體集之間的聯(lián)系實(shí)體之間的聯(lián)系有一對(duì)一、一對(duì)多和多對(duì)多等多種類型702.2.2實(shí)體-聯(lián)系模型

概念模型的一種表示方法：實(shí)體-聯(lián)系方法，其中最為常用的是P.P.S.Chen于1976年提出的實(shí)體-聯(lián)系方法（Entity-RelationshipApproach）。該方法用E-R圖（E-RDiagram）來描述現(xiàn)實(shí)世界的概念模型，E-R方法也稱為E-R模型。如圖2.1中所示，表示一對(duì)一（a），一對(duì)多（b）和多對(duì)多（c）的關(guān)系。71圖2.1實(shí)體及其聯(lián)系示例2.3邏輯數(shù)據(jù)模型

2.3.1層次模型

2.3.2網(wǎng)狀模型2.3.3關(guān)系模型722.3邏輯數(shù)據(jù)模型

邏輯數(shù)據(jù)模型是從數(shù)據(jù)的組織形式來描述信息。目前數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中主要的邏輯數(shù)據(jù)模型有：層次模型（HicrarchicalModel）、網(wǎng)狀模型（NetworkModel）、關(guān)系模型（RelationalModel）、面向?qū)ο竽Ｐ?/p>

（ObjectOrientedModel）和對(duì)象關(guān)系模型（ObjectRelationalModel）。下面著重介紹層次、網(wǎng)狀和關(guān)系這三種模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。732.3.1層次模型層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的典型代表是IBM公司的IMS（InformationManagementSystem）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層次模型用樹形結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系741.層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次模型的定義：滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型（1）有且只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)（2）根以外的其它結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)層次模型的特點(diǎn)：（1）任何一個(gè)給定的記錄值只有從層次模型的根部開始，按路徑查看時(shí)，才能明確其含義，任何子節(jié)點(diǎn)都不能脫離父節(jié)點(diǎn)而存在。（2）只能直接處理一對(duì)多的實(shí)體聯(lián)系（3）每個(gè)記錄類型可以定義一個(gè)排序字段，也稱為碼字段751.層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

如圖2.2是由學(xué)院到專業(yè)，由專業(yè)到教師，由學(xué)院到學(xué)生均是一對(duì)多的層次聯(lián)系。76圖2.2學(xué)院層次數(shù)據(jù)模型1.層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖2.3是圖2.2數(shù)據(jù)模型對(duì)應(yīng)的一個(gè)值。該值是D02信息學(xué)院記錄值及其所有后代記錄值所組成的一棵樹。D02學(xué)院有三個(gè)專業(yè)記錄值R01、R02、R03和三個(gè)學(xué)生記錄值S24001、S24002、S24003。軟件工程教研室R01有三個(gè)教師記錄值為TR2401、TR2402、TR2403，教研室R03有兩個(gè)教師記錄值

TN2401、TN2402。77圖2.3學(xué)院層次數(shù)據(jù)模型值范例2.層次模型的數(shù)據(jù)操作與完整性約束層次模型的數(shù)據(jù)操作層次模型的數(shù)據(jù)操作主要有查詢、插入、刪除和更新。進(jìn)行插入、刪除、更新操作時(shí)要滿足層次模型的完整性約束條件層次模型的完整性約束條件無相應(yīng)的雙親結(jié)點(diǎn)值就不能插入子女結(jié)點(diǎn)值如果刪除雙親結(jié)點(diǎn)值，則相應(yīng)的子女結(jié)點(diǎn)值也被同時(shí)刪除783.層次模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡單清晰查詢效率高，性能優(yōu)于關(guān)系模型，不低于網(wǎng)狀模型層次數(shù)據(jù)模型提供了良好的完整性支持缺點(diǎn)現(xiàn)實(shí)世界中很多聯(lián)系是非層次性的，不適合用層次模型表示。對(duì)插入和刪除操作的限制多，應(yīng)用程序的編寫比較復(fù)雜查詢子女結(jié)點(diǎn)必須通過雙親結(jié)點(diǎn)由于結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，層次命令趨于程序化792.3.2網(wǎng)狀模型

數(shù)據(jù)庫語言研究會(huì)（ConferenceOnDataSystemLanguage，CODASYL）下屬的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組（DataBaseTaskGroup，DBTG）于1971年提出了一個(gè)系統(tǒng)方案——DBTG系統(tǒng)，也稱CODASYL系統(tǒng)，對(duì)網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型和語言進(jìn)行了定義。因此網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型，又稱為CODASYL模型或DBTG模型。801.網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在現(xiàn)實(shí)世界中，事物之間的聯(lián)系更多的是非層次關(guān)系的，是一種比層次模型更具普遍性的結(jié)構(gòu)。如果去掉層次模型中的兩點(diǎn)限制，即成為網(wǎng)狀模型。（1）

允許一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無雙親。（2）一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親。

與層次模型一樣，網(wǎng)狀模型中每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄類型，每個(gè)記錄類型可包含若干個(gè)字段，節(jié)點(diǎn)間的連線表示記錄類型之間一對(duì)多的父子聯(lián)系。811.網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

例如圖2.4中（a）、（b）、（c）都是網(wǎng)狀模型的例子。（a）中R3有兩個(gè)雙親記錄R1和R2，而R1和R2

兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都沒有雙親。82圖2.4網(wǎng)狀模型的范例1.網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)狀模型和層次模型從邏輯上看，都是用連線表示實(shí)體之間的聯(lián)系，用節(jié)點(diǎn)表示實(shí)體；從物理實(shí)現(xiàn)上看，二者都是用指針來實(shí)現(xiàn)文件以及記錄之間的聯(lián)系，差別在于網(wǎng)狀模型中的連線或指針更復(fù)雜、交錯(cuò)，從而相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜，如圖2.5為學(xué)生教師課程網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)。83圖2.5網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖2.網(wǎng)狀模型的操縱與完整性約束網(wǎng)狀模型一般來說沒有層次模型那樣嚴(yán)格的完整性約束條件，但具體的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)操作都加了一些限制，提供了一定的完整性約束（如DBTG）碼：唯一標(biāo)識(shí)記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合一個(gè)聯(lián)系中雙親記錄與子女記錄之間是一對(duì)多聯(lián)系支持雙親記錄和子女記錄之間某些約束條件843.網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)能夠更為直接地描述現(xiàn)實(shí)世界，如一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多個(gè)雙親具有良好的性能，存取效率較高缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且隨著應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)就變得越來越復(fù)雜，不利于最終用戶掌握DDL、DML語言復(fù)雜，用戶不容易使用記錄之間聯(lián)系是通過存取路徑實(shí)現(xiàn)的，用戶必須了解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)852.3.3關(guān)系模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)的組織方式1970年美國IBM公司SanJose研究室的研究員E.F.Codd首次提出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的關(guān)系模型計(jì)算機(jī)廠商新推出的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)幾乎都支持關(guān)系模型861.關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型與以往的模型不同，它是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上的。從用戶觀點(diǎn)看，關(guān)系模型由一組關(guān)系組成。每個(gè)關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一張規(guī)范化的二維表。右側(cè)以“大學(xué)生項(xiàng)目管理”為例，三個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)了三張表。87學(xué)號(hào)Sno姓名Sname性別Ssex年齡Sage所在學(xué)院DnoS202301011李輝男20DP02S202301012張昊男18DP03S202301013王翊女21DP02……………項(xiàng)目號(hào)Pno項(xiàng)目名稱Pname項(xiàng)目類型ProjecttypeP1001大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目學(xué)生大創(chuàng)項(xiàng)目P1002全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽數(shù)學(xué)建模競賽P2003電子商務(wù)三創(chuàng)賽雙創(chuàng)競賽………學(xué)號(hào)Sno項(xiàng)目號(hào)Pno時(shí)間Times獲獎(jiǎng)Awards指導(dǎo)教師SupervisorS202301012P30052022省二等獎(jiǎng)周順S202301011P20032020校二等獎(jiǎng)?lì)櫭鱏202301017P10022021省一等獎(jiǎng)張載之……………1.關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型要求規(guī)范化的，即要求關(guān)系必須滿足一定的條件，這些規(guī)范條件中最基本的一條就是，關(guān)系的每一個(gè)分量必須是一個(gè)不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，也就是說，不允許表中還有表。例如，表2.1中工資和扣除是可分的數(shù)據(jù)項(xiàng)，工資又分為基本工資、崗位津貼和業(yè)績津貼。因此，表2.1的結(jié)構(gòu)就不符合關(guān)系模型要求。88教工號(hào)姓名職稱工資扣除實(shí)發(fā)基本工資崗位津貼業(yè)績津貼三險(xiǎn)86051陳平講師2305120018501605195……………………表2.1教師表2.關(guān)系模型的操作與完整性約束數(shù)據(jù)操作是集合操作，操作對(duì)象和操作結(jié)果都是關(guān)系查詢、插入、刪除、更新存取路徑對(duì)用戶隱蔽，用戶只要指出“干什么”，不必詳細(xì)說明“怎么干”關(guān)系的完整性約束條件實(shí)體完整性參照完整性用戶定義的完整性893.關(guān)系模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上概念單一實(shí)體和各類聯(lián)系都用關(guān)系來表示對(duì)數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系關(guān)系模型的存取路徑對(duì)用戶透明具有更高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，更好的安全保密性簡化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫開發(fā)建立的工作903.關(guān)系模型的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)存取路徑對(duì)用戶透明，查詢效率往往不如格式化數(shù)據(jù)模型為提高性能，必須對(duì)用戶的查詢請(qǐng)求進(jìn)行優(yōu)化，增加了開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的難度912.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.4.1模型的基本概念

2.1.2三級(jí)模式結(jié)構(gòu)2.1.3模式映像與數(shù)據(jù)獨(dú)立性922.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)人員角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)庫最終用戶角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為:單用戶結(jié)構(gòu)主從式結(jié)構(gòu)分布式結(jié)構(gòu)客戶/服務(wù)器瀏覽/服務(wù)器結(jié)構(gòu)等932.4.1模式的基本概念“型”和“值”的概念型（Type）對(duì)某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明值（Value）是型的一個(gè)具體賦值例如學(xué)生記錄：（學(xué)號(hào)，姓名，性別，系別，年齡，籍貫）一個(gè)記錄值：（S202301011，李輝，男，計(jì)算機(jī)系，20，北京市）942.4.1模式的基本概念模式（Schema）數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述是型的描述，不涉及具體值反映的是數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系模式是相對(duì)穩(wěn)定的實(shí)例（Instance）模式的一個(gè)具體值反映數(shù)據(jù)庫某一時(shí)刻的狀態(tài)同一個(gè)模式可以有很多實(shí)例實(shí)例隨數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的更新而變動(dòng)952.4.1模式的基本概念例如2.3.3節(jié)大學(xué)生項(xiàng)目管理，它的數(shù)據(jù)庫模式中包含學(xué)生表、項(xiàng)目表和參與表。

2023年學(xué)生項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)庫實(shí)例，包含：2023年學(xué)校中所有學(xué)生的記錄學(xué)生參加各類課外創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)踐2022年度學(xué)生信息與項(xiàng)目信息與

2023年度學(xué)生信息與項(xiàng)目信息不同的962.4.2三級(jí)模式結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由外模式、模式和內(nèi)模式三級(jí)構(gòu)成，如圖2.6所示。97圖2.6數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)1.外模式（ExternalSchema）外模式也稱為用戶模式或子模式，它是對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中用戶關(guān)注的整體數(shù)據(jù)的局部描述，是局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征，是數(shù)據(jù)庫整體結(jié)構(gòu)（即模式）的子集或局部重構(gòu)。外模式通常是模式的子集。一個(gè)數(shù)據(jù)庫可以有多個(gè)外模式。例如，學(xué)生項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)庫，學(xué)生可查看自己的信息，教師可統(tǒng)計(jì)學(xué)生的項(xiàng)目獲獎(jiǎng)情況，這都是不同的外模式，訪問局部數(shù)據(jù)庫，所訪問的信息是數(shù)據(jù)庫信息的組合或重構(gòu)。981.外模式（ExternalSchema）外模式的地位：介于模式與應(yīng)用之間模式與外模式的關(guān)系：一對(duì)多外模式通常是模式的子集一個(gè)數(shù)據(jù)庫可以有多個(gè)外模式。反映了不同的用戶的應(yīng)用需求、看待數(shù)據(jù)的方式、對(duì)數(shù)據(jù)保密的要求對(duì)模式中同一數(shù)據(jù)，在外模式中的結(jié)構(gòu)、類型、長度、保密級(jí)別等都可以不同外模式與應(yīng)用的關(guān)系：一對(duì)多同一外模式也可以為某一用戶的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)使用但一個(gè)應(yīng)用程序只能使用一個(gè)外模式991.外模式（ExternalSchema）外模式的用途保證數(shù)據(jù)庫安全性的一個(gè)有力措施每個(gè)用戶只能看見和訪問所對(duì)應(yīng)的外模式中的數(shù)據(jù)1002.模式（Schema）模式（也稱邏輯模式）數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)模式模式的地位：是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層與數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境無關(guān)與具體的應(yīng)用程序、開發(fā)工具及高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言無關(guān)1012.模式（Schema）模式的定義定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)項(xiàng)的名字、類型、取值范圍等）定義數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系定義與數(shù)據(jù)有關(guān)的安全性、完整性要求1023.內(nèi)模式（InternalSchema）內(nèi)模式（也稱存儲(chǔ)模式）是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式或底層描述數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)方式索引的組織方式數(shù)據(jù)是否壓縮存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)是否加密數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)的規(guī)定一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式1032.4.3模式映像與數(shù)據(jù)獨(dú)立性三級(jí)模式是對(duì)數(shù)據(jù)的三個(gè)抽象級(jí)別二級(jí)映象在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)這三個(gè)抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換1.外模式／模式映像2.模式／內(nèi)模式映像1041.外模式／模式映像模式：描述的是數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)外模式：描述的是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)同一個(gè)模式可以有任意多個(gè)外模式每一個(gè)外模式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都有一個(gè)外模式到模式的映像，定義了該外模式與模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系映象定義通常包含在各自外模式的描述中1051.外模式／模式映像保證數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性當(dāng)模式改變時(shí)，由數(shù)據(jù)庫管理員，調(diào)整各個(gè)外模式到模式的映像，使外模式保持不變應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性1062.模式／內(nèi)模式映像

模式/內(nèi)模式映像定義了數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)與物理存儲(chǔ)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。該映像關(guān)系通常被保存在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)表中，由DBMS自動(dòng)創(chuàng)建和維護(hù)。保證數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變了（例如選用了另一種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)），數(shù)據(jù)庫管理員修改模式／內(nèi)模式映象，使模式保持不變。應(yīng)用程序不受影響。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性，簡稱數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。1072.模式／內(nèi)模式映像數(shù)據(jù)庫模式即全局邏輯結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫的中心與關(guān)鍵獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫的其他層次設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫模式結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)首先確定數(shù)據(jù)庫的邏輯模式數(shù)據(jù)庫的內(nèi)模式依賴于它的全局邏輯結(jié)構(gòu)獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫的用戶視圖，即外模式獨(dú)立于具體的存儲(chǔ)設(shè)備1082.模式／內(nèi)模式映像將全局邏輯結(jié)構(gòu)中所定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其聯(lián)系按照一定的物理存儲(chǔ)策略進(jìn)行組織，以達(dá)到較好的時(shí)間與空間效率數(shù)據(jù)庫的外模式面向具體的應(yīng)用程序定義在邏輯模式之上獨(dú)立于存儲(chǔ)模式和存儲(chǔ)設(shè)備1092.模式／內(nèi)模式映像當(dāng)應(yīng)用需求發(fā)生較大變化，相應(yīng)外模式不能滿足其視圖要求時(shí)，該外模式就得做相應(yīng)改動(dòng)設(shè)計(jì)外模式時(shí)應(yīng)充分考慮到應(yīng)用的擴(kuò)充性數(shù)據(jù)庫的二級(jí)映像保證了數(shù)據(jù)庫外模式的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)與程序之間的獨(dú)立性，使得數(shù)據(jù)的定義和描述可以從應(yīng)用程序中分離出去。除非應(yīng)用需求本身發(fā)生變化，否則應(yīng)用程序一般不需要修改。110習(xí)題一、選擇題1.以下哪個(gè)不是數(shù)據(jù)模型組成三要素的內(nèi)容（）。A.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)C.數(shù)據(jù)操作D.數(shù)據(jù)完整性約束2.下列關(guān)于概念層數(shù)據(jù)模型的說法，錯(cuò)誤的是（）。A.概念層數(shù)據(jù)模型應(yīng)該采用易于用戶理解的表達(dá)方式B.概念層數(shù)據(jù)模型應(yīng)該比較易于轉(zhuǎn)換成組織層數(shù)據(jù)模型C.在進(jìn)行概念層數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮具體的DBMS的特點(diǎn)D.在進(jìn)行概念層數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)考慮的內(nèi)容是用戶的業(yè)務(wù)邏輯1113.關(guān)于E-R模型，錯(cuò)誤的是（）。A.信息世界的數(shù)據(jù)模型B.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時(shí)與用戶交流時(shí)使用C.也稱為實(shí)體聯(lián)系圖D.是代碼編寫階段的工具4.以下關(guān)于層次模型的說法中，錯(cuò)誤的是（）。A.層次數(shù)據(jù)模型屬于格式化數(shù)據(jù)模型B.層次模型不具備數(shù)據(jù)和程序的物理獨(dú)立性C.層次模型有且僅有一個(gè)無雙親的根結(jié)點(diǎn)D.層次模型是一種以記錄類型為結(jié)點(diǎn)的有向樹結(jié)構(gòu)1125.描述數(shù)據(jù)庫全體數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)和特性的是（）A.模式B.內(nèi)模式C.外模式D.用戶模式6.要保證數(shù)據(jù)庫的邏輯數(shù)據(jù)獨(dú)立性，需要修改的是（）A.模式與外模式的映射B.模式與內(nèi)模式之間的映射C.模式D.三層模式113習(xí)題二、簡答題1.什么是數(shù)據(jù)模型?試述其分類和組成要素。2.什么是概念模型?試述概念模型的作用。3.試述層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型的區(qū)別與優(yōu)缺點(diǎn)。4.說明實(shí)體-聯(lián)系中的實(shí)體、屬性和聯(lián)系的概念，并舉例說明實(shí)體之間的聯(lián)系。5.試述數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級(jí)模式結(jié)構(gòu)，分別說明每一級(jí)模式的作用。6.試述數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的二級(jí)映像指什么？如何保證數(shù)據(jù)庫的獨(dú)立性?114Clicktoeditcompanyslogan.謝謝115《數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用》第3章關(guān)系數(shù)據(jù)庫116第三章內(nèi)容提要關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.1關(guān)系操作3.2關(guān)系完整性3.3117邏

關(guān)系代數(shù)輯數(shù)據(jù)3.4內(nèi)容導(dǎo)學(xué)118學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及形式化定義熟悉關(guān)系操作和關(guān)系數(shù)據(jù)語言的分類掌握關(guān)系的三類完整性學(xué)會(huì)關(guān)系代數(shù)的表示方法學(xué)習(xí)重點(diǎn)關(guān)系的定義、性質(zhì)和關(guān)系模式關(guān)系的三類完整性約束的具體應(yīng)用專門的關(guān)系運(yùn)算的應(yīng)用思政導(dǎo)學(xué)119關(guān)鍵詞：關(guān)系模型，關(guān)系模式，完整性約束，關(guān)系代數(shù)。內(nèi)容要意：關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是基于關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，也是目前使用最廣泛的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。關(guān)系模型是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念基礎(chǔ)上的，關(guān)系的三類完整性約束是為了保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性和有效性。關(guān)系代數(shù)是一種抽象的查詢語言，用對(duì)關(guān)系的運(yùn)算來表達(dá)查詢，作為研究關(guān)系數(shù)據(jù)語言的數(shù)學(xué)工具。思政點(diǎn)播：結(jié)合大學(xué)生項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)庫實(shí)例，介紹關(guān)系的三類完整性約束的具體應(yīng)用，使學(xué)生能夠根據(jù)實(shí)際問題進(jìn)行分析；介紹關(guān)系代數(shù)的表達(dá)方法，讓學(xué)生體會(huì)關(guān)系代數(shù)運(yùn)算的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。思政目標(biāo)：通過對(duì)完整性約束和關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的講解和具體應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S，根據(jù)具體問題進(jìn)行具體分析，培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新精神。關(guān)系數(shù)據(jù)庫簡介關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是基于關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。1970年，美國IBM公司的E.F.Codd系統(tǒng)地提出了關(guān)系模型，開創(chuàng)了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的新紀(jì)元。關(guān)系模型由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合和關(guān)系完整性約束三要素組成。關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述了現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系。也就是說，在關(guān)系模型中，現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系均用關(guān)系來表示。3.1關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.1.1關(guān)系的定義與性質(zhì)3.1.2關(guān)系模式3.1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫3.1.1關(guān)系的定義與性質(zhì)單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)----關(guān)系現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體以及實(shí)體間的各種聯(lián)系均用關(guān)系來表示邏輯結(jié)構(gòu)----二維表

從用戶角度，關(guān)系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是一張二維表，但不是所有的二維表都叫關(guān)系。建立在集合代數(shù)的基礎(chǔ)上關(guān)系的定義與性質(zhì)（續(xù)）1.域（Domain）

2.笛卡兒積（CartesianProduct）

3.關(guān)系（Relation）1.域（Domain）域是一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合。例:整數(shù)實(shí)數(shù)介于某個(gè)取值范圍的整數(shù)指定長度的字符串集合{‘男’，‘女’}……………..2.

笛卡兒積（CartesianProduct）笛卡兒積給定一組域D1，D2，…，Dn，允許其中某些域是相同的。

D1，D2，…，Dn的笛卡兒積為：

D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2，…，dn）｜di

Di，i＝1，2，…，n｝所有域的所有取值的一個(gè)組合不能重復(fù)笛卡兒積（續(xù)）

元組（Tuple）笛卡兒積中每一個(gè)元素（d1，d2，…，dn）叫作一個(gè)n元組（n-tuple）或簡稱元組（李輝，經(jīng)濟(jì)學(xué)院）、（趙嵐，計(jì)算機(jī)學(xué)院）等都是元組

分量（Component）笛卡兒積元素（d1，d2，…，dn）中的每一個(gè)值di叫作一個(gè)分量李輝、經(jīng)濟(jì)學(xué)院等都是分量

笛卡兒積（續(xù)）基數(shù)（Cardinalnumber）一個(gè)域允許的不同取值個(gè)數(shù)稱為這個(gè)域的基數(shù)。若Di（i＝1，2，…，n）為有限集，其基數(shù)為mi（i＝1，2，…，n），則D1×D2×…×Dn的基數(shù)M為：笛卡兒積的表示方法笛卡爾積可表示為一張二維表表中的每行對(duì)應(yīng)一個(gè)元組，表中的每列對(duì)應(yīng)一個(gè)域笛卡兒積（續(xù)）例如，給出2個(gè)域：D1=學(xué)生集合={李輝，趙嵐，王翊}，D2=學(xué)生所在學(xué)院集合={計(jì)算機(jī)學(xué)院，經(jīng)濟(jì)學(xué)院}D1，D2的笛卡爾積為：D1×D2={（李輝，計(jì)算機(jī)學(xué)院），（趙嵐，計(jì)算機(jī)學(xué)院），（王翊，計(jì)算機(jī)學(xué)院），（李輝，經(jīng)濟(jì)學(xué)院），（趙嵐，經(jīng)濟(jì)學(xué)院），（王翊，經(jīng)濟(jì)學(xué)院）}?；鶖?shù)為3×2＝6

笛卡爾積（續(xù)）學(xué)生所在學(xué)院李輝計(jì)算機(jī)學(xué)院趙嵐計(jì)算機(jī)學(xué)院王翊計(jì)算機(jī)學(xué)院李輝經(jīng)濟(jì)學(xué)院趙嵐經(jīng)濟(jì)學(xué)院王翊經(jīng)濟(jì)學(xué)院

笛卡兒積（續(xù)）3.關(guān)系（Relation）（1）關(guān)系

D1×D2×…×Dn的子集叫作在域D1，D2，…，Dn上的關(guān)系，表示為

R（D1，D2，…，Dn）

R：關(guān)系名n：關(guān)系的目或度（Degree）關(guān)系（續(xù)）（2）元組關(guān)系中的每個(gè)元素是關(guān)系中的元組，通常用t表示。（3）單元關(guān)系與二元關(guān)系當(dāng)n=1時(shí)，稱該關(guān)系為單元關(guān)系（Unaryrelation）或一元關(guān)系當(dāng)n=2時(shí)，稱該關(guān)系為二元關(guān)系（Binaryrelation）關(guān)系（續(xù)）（4）關(guān)系的表示關(guān)系也是一個(gè)二維表，表的每行對(duì)應(yīng)一個(gè)元組，表的每列對(duì)應(yīng)一個(gè)域.（5）屬性關(guān)系中不同列可以對(duì)應(yīng)相同的域?yàn)榱思右詤^(qū)分，必須對(duì)每列起一個(gè)名字，稱為屬性（Attribute）n目關(guān)系必有n個(gè)屬性關(guān)系（續(xù)）（6）碼候選碼（Candidatekey）若關(guān)系中的某一屬性組的值能唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)元組，則稱該屬性組為候選碼簡單的情況：候選碼只包含一個(gè)屬性全碼（All-key）最極端的情況：關(guān)系模式的所有屬性組是這個(gè)關(guān)系模式的候選碼，稱為全碼（All-key）關(guān)系（續(xù)）（6）碼（續(xù)）主碼若一個(gè)關(guān)系有多個(gè)候選碼，則選定其中一個(gè)為主碼（Primarykey），一個(gè)關(guān)系中只有一個(gè)主碼。主屬性包含在候選碼中的屬性稱為主屬性（Primeattribute）不包含在任何侯選碼中的屬性稱為非主屬性（Non-Primeattribute）或非碼屬性（Non-keyattribute）關(guān)系（續(xù)）D1，D2，…，Dn的笛卡兒積的某個(gè)子集才有實(shí)際含義例：表3.1的笛卡爾積沒有實(shí)際意義取出有實(shí)際意義的元組來構(gòu)造學(xué)生-學(xué)院關(guān)系假設(shè)：學(xué)生與學(xué)院：n:1，一個(gè)學(xué)生只屬于一個(gè)學(xué)院。學(xué)生所在學(xué)院李輝計(jì)算機(jī)學(xué)院趙嵐經(jīng)濟(jì)學(xué)院王翊計(jì)算機(jī)學(xué)院表3.2學(xué)生-學(xué)院關(guān)系關(guān)系（續(xù)）（7）三類關(guān)系基本關(guān)系（基本表或基表）實(shí)際存在的表，是實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的邏輯表示查詢表查詢結(jié)果對(duì)應(yīng)的表視圖表由基本表或其他視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不對(duì)應(yīng)實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)關(guān)系（續(xù)）（8）關(guān)系的性質(zhì)①列是同質(zhì)的，即每一列中的分量是同一類型的數(shù)據(jù)，來自同一個(gè)域。②不同的列可出自同一個(gè)域其中的每一列稱為一個(gè)屬性不同的屬性要給予不同的屬性名③同一關(guān)系中，任意兩個(gè)元組不能相同④列的順序無所謂，列的次序可以任意交換關(guān)系的性質(zhì)（續(xù)）⑤行的順序無所謂，行的次序可以任意交換⑥分量必須取原子值這是規(guī)范條件中最基本的一條

表3.3非規(guī)范化關(guān)系小表學(xué)生所在學(xué)院學(xué)生1學(xué)生2李輝王翊計(jì)算機(jī)學(xué)院趙嵐

經(jīng)濟(jì)學(xué)院3.1關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.1.1關(guān)系3.1.2關(guān)系模式3.1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫3.1.2關(guān)系模式1．什么是關(guān)系模式2．定義關(guān)系模式3.關(guān)系模式與關(guān)系1．什么是關(guān)系模式關(guān)系模式（RelationSchema）是型關(guān)系是值關(guān)系模式是對(duì)關(guān)系的描述元組集合的結(jié)構(gòu)屬性構(gòu)成屬性來自的域?qū)傩耘c域之間的映象關(guān)系完整性約束條件2．定義關(guān)系模式關(guān)系模式可以形式化地表示為：

R（U，D，DOM，F(xiàn)）

R 關(guān)系名

U

組成該關(guān)系的屬性名集合

D

U中屬性所來自的域

DOM 屬性向域的映象集合

F

屬性間數(shù)據(jù)的依賴關(guān)系的集合定義關(guān)系模式（續(xù)）關(guān)系模式通常可以簡記為

R(U)或R(A1，A2，…，An)R:關(guān)系名A1，A2，…，An:屬性名注：域名及屬性向域的映象常常直接說明為屬性的類型、長度3.關(guān)系模式與關(guān)系關(guān)系模式對(duì)關(guān)系的描述靜態(tài)的、穩(wěn)定的關(guān)系關(guān)系模式在某一時(shí)刻的狀態(tài)或內(nèi)容動(dòng)態(tài)的、隨時(shí)間不斷變化的關(guān)系模式和關(guān)系往往籠統(tǒng)稱為關(guān)系通過上下文加以區(qū)別3.1關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.1.1關(guān)系3.1.2關(guān)系模式3.1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫3.1.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫在一個(gè)給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，所有關(guān)系的集合構(gòu)成一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型與值關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型:關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式，是對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的描述關(guān)系數(shù)據(jù)庫的值:關(guān)系模式在某一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的關(guān)系的集合，通常稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫第三章關(guān)系數(shù)據(jù)庫3.1關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.2關(guān)系操作3.3關(guān)系的完整性3.4關(guān)系代數(shù)3.2.1基本的關(guān)系操作

常見的關(guān)系操作：查詢、插入、刪除和修改四種操作又可以分為兩大類：數(shù)據(jù)查詢：選擇、投影、連接、除、并、交、差、笛卡兒積。數(shù)據(jù)更新：插入、刪除、修改。選擇、投影、并、差、笛卡兒積是5種基本操作關(guān)系操作的特點(diǎn)集合操作方式：操作的對(duì)象和結(jié)果都是集合。3.2.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言的分類

關(guān)系代數(shù)語言用對(duì)關(guān)系的運(yùn)算來表達(dá)查詢要求代表：ISBL關(guān)系演算語言：用謂詞來表達(dá)查詢要求元組關(guān)系演算語言謂詞變?cè)幕緦?duì)象是元組變量代表：APLHA,QUEL域關(guān)系演算語言謂詞變?cè)幕緦?duì)象是域變量代表：QBE具有關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算雙重特點(diǎn)的語言代表：SQL（StructuredQueryLanguage）第三章關(guān)系數(shù)據(jù)庫3.1關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.2關(guān)系操作3.3關(guān)系的完整性3.4關(guān)系代數(shù)關(guān)系的三類完整性約束實(shí)體完整性和參照完整性關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件稱為關(guān)系的兩個(gè)不變性，應(yīng)該由關(guān)系系統(tǒng)自動(dòng)支持用戶定義的完整性應(yīng)用領(lǐng)域需要遵循的約束條件，體現(xiàn)了具體領(lǐng)域中的語義約束3.3關(guān)系的完整性3.3.1實(shí)體完整性3.3.2參照完整性3.3.3用戶定義的完整性3.3.1實(shí)體完整性

實(shí)體完整性規(guī)則若屬性A是基本關(guān)系R的主屬性，則屬性A不能取空值空值就是“不知道”或“不存在”的值

例：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，學(xué)院編號(hào)）關(guān)系中學(xué)號(hào)為主碼，則學(xué)號(hào)不能取空值。如果主碼由若干屬性組成，則所有這些主屬性都不能取空值。例：參與（學(xué)號(hào)，項(xiàng)目編號(hào)，時(shí)間，獎(jiǎng)項(xiàng)，指導(dǎo)教師，備注）關(guān)系中，“學(xué)號(hào)、項(xiàng)目編號(hào)”為主碼，則“學(xué)號(hào)”和“項(xiàng)目編號(hào)”兩個(gè)屬性都不能取空值。實(shí)體完整性（續(xù)）實(shí)體完整性規(guī)則的說明（1）實(shí)體完整性規(guī)則是針對(duì)基本關(guān)系而言的。一個(gè)基本表通常對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)實(shí)體集。（2）現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體是可區(qū)分的，即它們具有某種唯一性標(biāo)識(shí)。（3）關(guān)系模型中以主碼作為唯一性標(biāo)識(shí)。（4）主碼中的屬性即主屬性不能取空值。主屬性取空值，就說明存在某個(gè)不可標(biāo)識(shí)的實(shí)體，即存在不可區(qū)分的實(shí)體，這與第（2）點(diǎn)相矛盾，因此這個(gè)規(guī)則稱為實(shí)體完整性3.3關(guān)系的完整性3.3.1實(shí)體完整性3.3.2參照完整性3.3.3用戶定義的完整性3.3.2參照完整性1.關(guān)系間的引用2.外碼3.參照完整性規(guī)則1.關(guān)系間的引用現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體之間往往存在某種聯(lián)系，在關(guān)系模型中實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系都是用關(guān)系來描述的。關(guān)系的外碼體現(xiàn)了關(guān)系與關(guān)系的聯(lián)系，也存在著關(guān)系與關(guān)系之間的引用。2．外碼（ForeignKey）設(shè)F是基本關(guān)系R的一個(gè)或一組屬性，但不是關(guān)系R的碼。如果F與基本關(guān)系S的主碼Ks相對(duì)應(yīng)，則稱F是R的外碼基本關(guān)系R稱為參照關(guān)系（ReferencingRelation）基本關(guān)系S稱為被參照關(guān)系（ReferencedRelation）或目標(biāo)關(guān)系（TargetRelation）外碼（續(xù)）[例3.1]學(xué)生實(shí)體和學(xué)院實(shí)體可以用下面的關(guān)系來表示，其中主碼用下劃線標(biāo)識(shí)。學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，學(xué)院編號(hào)）學(xué)院（學(xué)院編號(hào)，學(xué)院名稱，學(xué)院負(fù)責(zé)人，辦公電話）學(xué)生關(guān)系的“學(xué)院編號(hào)”與學(xué)院關(guān)系的主碼“學(xué)院編號(hào)”相對(duì)應(yīng)?！皩W(xué)院編號(hào)”屬性是學(xué)生關(guān)系的外碼。學(xué)院關(guān)系為被參照關(guān)系或目標(biāo)關(guān)系，學(xué)生關(guān)系為參照關(guān)系。外碼（續(xù)）[例3.2]學(xué)生、項(xiàng)目、學(xué)生與項(xiàng)目之間的多對(duì)多聯(lián)系可以用如下三個(gè)關(guān)系表示：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，學(xué)院編號(hào)）項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)，項(xiàng)目名稱，項(xiàng)目類型）參與（學(xué)號(hào)，項(xiàng)目編號(hào)，時(shí)間，獎(jiǎng)項(xiàng)，指導(dǎo)教師，備注）參與關(guān)系的“學(xué)號(hào)”與學(xué)生關(guān)系的主碼“學(xué)號(hào)”相對(duì)應(yīng)；參與關(guān)系的“項(xiàng)目編號(hào)”與項(xiàng)目關(guān)系的主碼“項(xiàng)目編號(hào)”相對(duì)應(yīng)，“學(xué)號(hào)”和“項(xiàng)目編號(hào)”屬性是參與關(guān)系的外碼。學(xué)生關(guān)系和項(xiàng)目關(guān)系均為被參照關(guān)系或目標(biāo)關(guān)系，參與關(guān)系為參照關(guān)系。外碼（續(xù)）[例3.3]學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，學(xué)院編號(hào)，班長）關(guān)系中，學(xué)號(hào)是主碼，“班長”屬性表示該學(xué)生所在班級(jí)的班長學(xué)號(hào)?！鞍嚅L”與本身的主碼“學(xué)號(hào)”相對(duì)應(yīng)“班長”是外碼學(xué)生關(guān)系既是參照關(guān)系也是被參照關(guān)系外碼（續(xù)）關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系目標(biāo)關(guān)系S的主碼Ks和參照關(guān)系的外碼F必須定義在同一個(gè)（或一組）域上外碼并不一定要與相應(yīng)的主碼同名當(dāng)外碼與相應(yīng)的主碼屬于不同關(guān)系時(shí)，往往取相同的名字，以便于識(shí)別。3.參照完整性規(guī)則

參照完整性規(guī)則若屬性（或?qū)傩越M）F是基本關(guān)系R的外碼它與基本關(guān)系S的主碼Ks相對(duì)應(yīng)（基本關(guān)系R和S不一定是不同的關(guān)系），則對(duì)于R中每個(gè)元組在F上的值必須為：或者取空值（F的每個(gè)屬性值均為空值）或者等于S中某個(gè)元組的主碼值參照完整性規(guī)則（續(xù)）[例3.1]中學(xué)生關(guān)系中每個(gè)元組的“學(xué)院編號(hào)”屬性只取兩類值：（1）空值，表示尚未給該學(xué)生分配學(xué)院。（2）非空值，這時(shí)該值必須是學(xué)院關(guān)系中某個(gè)元組的“學(xué)院編號(hào)”值，表示該學(xué)生不可能分配一個(gè)不存在的學(xué)院。參照完整性規(guī)則（續(xù)）[例3.2]中參與（學(xué)號(hào)，項(xiàng)目編號(hào)，時(shí)間，獎(jiǎng)項(xiàng)，指導(dǎo)老師，備注）“學(xué)號(hào)”和“項(xiàng)目編號(hào)”可能的取值：（1）參與關(guān)系中的主屬性，不能取空值。（2）只能取相應(yīng)被參照關(guān)系中已經(jīng)存在的主碼值。參照完整性規(guī)則（續(xù)）[例3.3]中學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，年齡，學(xué)院編號(hào)，班長）“班長”屬性值可以取兩類值：（1）空值，表示該學(xué)生所在班級(jí)尚未選出班長。（2）非空值，該值必須是本關(guān)系中某個(gè)元組的學(xué)號(hào)值。3.3關(guān)系的完整性3.3.1實(shí)體完整性3.3.2參照完整性3.3.3用戶定義的完整性3.3.3用戶定義的完整性針對(duì)某一具體關(guān)系數(shù)據(jù)庫的約束條件，反映某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求。關(guān)系模型應(yīng)提供定義和檢驗(yàn)這類完整性的機(jī)制，以便用統(tǒng)一的系統(tǒng)的方法處理它們，而不需由應(yīng)用程序承擔(dān)這一功能。用戶定義的完整性（續(xù)）例3.2學(xué)生關(guān)系中，“學(xué)號(hào)”屬性必須取唯一值；非主屬性“性別”為“男”或“女”；“年齡”屬性取值大于0。第三章關(guān)系數(shù)據(jù)庫3.1關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3.2關(guān)系數(shù)據(jù)操作3.3關(guān)系的完整性3.4關(guān)系代數(shù)3.4關(guān)系代數(shù)關(guān)系代數(shù)是一種抽象的查詢語言，它用對(duì)關(guān)系的運(yùn)算來表達(dá)查詢關(guān)系代數(shù)運(yùn)算對(duì)象是關(guān)系運(yùn)算結(jié)果亦為關(guān)系關(guān)系代數(shù)的運(yùn)算符有兩類：集合運(yùn)算符和專門的關(guān)系運(yùn)算符傳統(tǒng)的集合運(yùn)算是從關(guān)系的“水平”方向即行的角度進(jìn)行專門的關(guān)系運(yùn)算不僅涉及行而且涉及列3.4關(guān)系代數(shù)關(guān)系代數(shù)運(yùn)算符類型運(yùn)算符含義集合運(yùn)算符∪并差∩交笛卡兒積專門的關(guān)系運(yùn)算符選擇投影連接除

3.4關(guān)系代數(shù)3.4關(guān)系代數(shù)3.4.1

傳統(tǒng)的集合運(yùn)算3.4.2

專門的關(guān)系運(yùn)算（1）并（Union）R和S具有相同的目n（即兩個(gè)關(guān)系都有n個(gè)屬性）相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域R∪S

仍為n目關(guān)系，由屬于R或?qū)儆赟的元組組成

R∪S={t|t

R∨t

S}并（續(xù)）ABC123456789ABC123456789101112ABC456789101112RSRUS（2）差（Difference）R和S具有相同的目n相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域R-S

仍為n目關(guān)系，由屬于R而不屬于S的所有元組組成

R-S={t|t

R∧t

S}差（續(xù)）ABC123RSR-SABC123456789ABC456789101112（3）交（Intersection）R和S具有相同的目n相應(yīng)的屬性取自同一個(gè)域R∩S仍為n目關(guān)系，由既屬于R又屬于S的元組組成

R∩S={t|t

R∧t

S} R∩S=R–(R-S）交（續(xù)）ABC456789RSR∩SABC123456789ABC456789101112（4）笛卡兒積（CartesianProduct）嚴(yán)格地講應(yīng)該是廣義的笛卡兒積（ExtendedCartesianProduct）R:n目關(guān)系，k1個(gè)元組S:m目關(guān)系，k2個(gè)元組R×S

列：（n+m）列元組的集合元組的前n列是關(guān)系R的一個(gè)元組后m列是關(guān)系S的一個(gè)元組行：k1×k2個(gè)元組R×S={tr

ts|tr

R∧ts

S}笛卡兒積（續(xù)）R.AR.BR.CS.AS.BS.C123456123789123101112456456456789456101112789456789789789101112RSR×SABC123456789ABC4567891011123.4關(guān)系代數(shù)3.4.1傳統(tǒng)的集合運(yùn)算3.4.2專門的關(guān)系運(yùn)算3.4.2專門的關(guān)系運(yùn)算先引入幾個(gè)記號(hào)（1）R，t

R，t[Ai]

設(shè)關(guān)系模式為R(A1，A2，…，An)

它的一個(gè)關(guān)系設(shè)為R

t

R表示t是R的一個(gè)元組

t[Ai]則表示元組t中相應(yīng)于屬性Ai的一個(gè)分量

專門的關(guān)系運(yùn)算（續(xù)）（2）A，t[A]，A

若A={A1，A2，…，Ak}，其中A1，A2，…，Ak是A1，A2，…，An中的一部分，則A稱為屬性列或?qū)傩越M。

t[A]=(t[A1]，t[A2]，…，t[Ak])表示元組t在屬性列A上諸分量的集合。

A則表示{A1，A2，…，An}中去掉{A1，A2，…，Ak}后剩余的屬性組。專門的關(guān)系運(yùn)算（續(xù)）（3）trtsR為n目關(guān)系，S為m目關(guān)系。

tr

R，ts

S，trts稱為元組的連接。

trts是一個(gè)n+m列的元組，前n個(gè)分量為R中的一個(gè)n元組，后m個(gè)分量為S中的一個(gè)m元組。專門的關(guān)系運(yùn)算（續(xù)）1.選擇2.投影3.連接4.除專門的關(guān)系運(yùn)算（續(xù)）

Student大學(xué)生項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)庫:學(xué)生關(guān)系Student、學(xué)院關(guān)系Department、項(xiàng)目關(guān)系Project和參與關(guān)系SP。學(xué)號(hào)Sno姓名Sname性別Ssex年齡Sage所在學(xué)院DnoS202301011李輝男20DP02S202301012張昊男18DP03S202301013王翊女21DP02S202301014趙嵐女19DP01S202301015韋峰男20DP04S202301016劉瑤瑤男18DP03S202301017陳恪男22DP02專門的關(guān)系運(yùn)算（續(xù)）Department學(xué)院號(hào)Dno學(xué)院名Dname院長Dprexy電話DphoneDP01經(jīng)濟(jì)學(xué)院張長弓81660128DP02計(jì)算機(jī)學(xué)院李嵐春81660148DP03數(shù)學(xué)學(xué)院趙聰81660168DP04管理學(xué)院朱照81660188專門的關(guān)系運(yùn)算（續(xù)）Project項(xiàng)目號(hào)Pno項(xiàng)目名稱Pname項(xiàng)目類型ProjecttypeP1001大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目學(xué)生大創(chuàng)項(xiàng)目P1002全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽數(shù)學(xué)建模競賽P2003電子商務(wù)三創(chuàng)賽雙創(chuàng)競賽P2004基于深度學(xué)習(xí)的惡意軟件防御分析教師科研項(xiàng)目P3005全國信息安全與對(duì)抗技術(shù)競賽網(wǎng)絡(luò)安全競賽專門的關(guān)系運(yùn)算（續(xù)）

SP學(xué)號(hào)Sno項(xiàng)目號(hào)Pno時(shí)間Times獲獎(jiǎng)Awards指導(dǎo)教師Supervisor備注RemarkS202301012P30052022省二等獎(jiǎng)周順

S202301011P20032020校二等獎(jiǎng)?lì)櫭?/p>

S202301017P10022021省一等獎(jiǎng)張載之

S202301012P20042023國家二等獎(jiǎng)毛舜城

S202301011P10012023國家級(jí)項(xiàng)目立項(xiàng)殷開山

S202301014P30052022省一等獎(jiǎng)朱毅

S202301011P20042021省部級(jí)立項(xiàng)項(xiàng)目王錫城

S202301015P10012022省級(jí)項(xiàng)目立項(xiàng)劉弼州

S202301016P10022021國家二等獎(jiǎng)羅熠

S202301013P20032019國