數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)考點總結(jié)與復(fù)習(xí)資料引言數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為計算機科學(xué)與信息技術(shù)領(lǐng)域的核心課程，其知識體系不僅是理論學(xué)習(xí)的重點，更是實踐應(yīng)用的基石。無論是應(yīng)對學(xué)業(yè)考核，還是為未來的技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)，對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)核心概念、原理與技術(shù)的深入理解都至關(guān)重要。本資料旨在梳理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的關(guān)鍵考點，幫助讀者構(gòu)建清晰的知識框架，鞏固重點，突破難點，提升綜合應(yīng)用能力。一、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本概念1.1數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)*數(shù)據(jù)（Data）：描述事物的符號記錄，是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象。不僅包括數(shù)字，還包括文本、圖形、圖像、音頻、視頻等多種形式。*數(shù)據(jù)庫（Database,DB）：長期存儲在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合。其基本特征包括永久存儲、有組織和可共享。*數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem,DBMS）：位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，用于科學(xué)地組織和存儲數(shù)據(jù)，高效地獲取和維護數(shù)據(jù)。主要功能包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)庫運行管理、數(shù)據(jù)組織存儲和管理、數(shù)據(jù)庫的建立與維護等。*數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem,DBS）：由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）和用戶構(gòu)成的一個完整體系。1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展階段數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個主要階段。理解各階段的特點、優(yōu)缺點及其背景，有助于深刻認識數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)產(chǎn)生的必然性。1.3數(shù)據(jù)模型*數(shù)據(jù)模型的概念：對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象，是用來描述數(shù)據(jù)、組織數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)進行操作的工具。*數(shù)據(jù)模型的三要素：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束。*概念模型（信息模型）：用于信息世界的建模，是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次。最常用的是實體-聯(lián)系（E-R）模型。*基本概念：實體、屬性、碼、域、實體型、實體集、聯(lián)系（一對一、一對多、多對多）。*常用邏輯模型：層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型、對象關(guān)系數(shù)據(jù)模型等。關(guān)系模型是目前應(yīng)用最廣泛的模型。1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)*模式（Schema）：也稱邏輯模式或概念模式，是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式。*外模式（ExternalSchema）：也稱子模式或用戶模式，是數(shù)據(jù)庫用戶能夠看見和使用的局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是用戶與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接口。一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。*內(nèi)模式（InternalSchema）：也稱存儲模式，是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式。一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式。*兩級映像：*外模式/模式映像：保證數(shù)據(jù)的邏輯獨立性。當模式改變時，只需修改外模式/模式映像，外模式可保持不變，從而應(yīng)用程序也不必修改。*模式/內(nèi)模式映像：保證數(shù)據(jù)的物理獨立性。當數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變時，只需修改模式/內(nèi)模式映像，模式可保持不變，從而應(yīng)用程序也不必修改。二、關(guān)系數(shù)據(jù)庫2.1關(guān)系模型基本概念*關(guān)系（Relation）：一個關(guān)系對應(yīng)通常所說的一張表。*元組（Tuple）：表中的一行即為一個元組。*屬性（Attribute）：表中的一列即為一個屬性，給每個屬性起的名稱稱為屬性名。*碼（Key）：也稱關(guān)鍵字，能夠唯一標識一個元組的屬性或?qū)傩越M合。*候選碼（CandidateKey）：若關(guān)系中的某一屬性組的值能唯一地標識一個元組，而其子集不能，則稱該屬性組為候選碼。*主碼（PrimaryKey）：若一個關(guān)系有多個候選碼，則選定其中一個為主碼。*域（Domain）：屬性的取值范圍。*關(guān)系模式（RelationSchema）：對關(guān)系的描述，一般表示為：關(guān)系名（屬性1，屬性2，...，屬性n）。2.2關(guān)系代數(shù)關(guān)系代數(shù)是一種抽象的查詢語言，它用對關(guān)系的運算來表達查詢。關(guān)系代數(shù)的運算對象是關(guān)系，運算結(jié)果也是關(guān)系。*傳統(tǒng)的集合運算：*并（Union）：兩個具有相同結(jié)構(gòu)的關(guān)系R和S的并是由屬于R或?qū)儆赟的元組組成的集合。*差（Difference）：關(guān)系R和S的差是由屬于R但不屬于S的元組組成的集合。*交（Intersection）：關(guān)系R和S的交是由既屬于R又屬于S的元組組成的集合。*笛卡爾積（CartesianProduct）：兩個關(guān)系R和S的笛卡爾積是一個新關(guān)系，其元組由R的元組和S的元組連接而成。*專門的關(guān)系運算：*選擇（Selection）：從關(guān)系中選出滿足給定條件的元組。*投影（Projection）：從關(guān)系中選出若干屬性列組成新的關(guān)系。*連接（Join）：將兩個關(guān)系模式通過公共的屬性名拼接成一個更寬的關(guān)系模式，生成的新關(guān)系中包含滿足連接條件的元組。主要包括等值連接、自然連接、外連接（左外連接、右外連接、全外連接）等。*除（Division）：給定關(guān)系R(X，Y)和S(Y，Z)，其中X,Y,Z為屬性組。R與S的除運算得到一個新的關(guān)系P(X)，P是R中滿足下列條件的元組在X屬性列上的投影：元組在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。2.3關(guān)系演算（簡介）元組關(guān)系演算和域關(guān)系演算是關(guān)系演算的兩種形式，它們以數(shù)理邏輯中的謂詞演算為基礎(chǔ)。理解其基本思想即可，實際應(yīng)用中SQL語言更為廣泛。三、SQL語言SQL（StructuredQueryLanguage）是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標準語言。3.1SQL的特點綜合統(tǒng)一、高度非過程化、面向集合的操作方式、以同一種語法結(jié)構(gòu)提供多種使用方式、語言簡潔、易學(xué)易用。3.2數(shù)據(jù)定義（DDL）*數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建與刪除：CREATEDATABASE,DROPDATABASE。*基本表的創(chuàng)建、修改與刪除：*CREATETABLE：定義表名、列名、數(shù)據(jù)類型、約束（主鍵、外鍵、非空、唯一、檢查等）。*ALTERTABLE：添加列、修改列定義、刪除列、添加約束、刪除約束。*DROPTABLE。*索引的創(chuàng)建與刪除：CREATEINDEX(唯一索引、聚簇索引)，DROPINDEX。索引用于提高查詢效率，但會影響插入、更新和刪除操作的性能。3.3數(shù)據(jù)操縱（DML）*查詢（SELECT）：SQL的核心。*基本結(jié)構(gòu)：SELECT[ALL|DISTINCT]目標列表達式FROM表名[WHERE條件表達式][GROUPBY列名[HAVING條件表達式]][ORDERBY列名[ASC|DESC]]。*連接查詢：等值連接、自然連接、非等值連接、自身連接、外連接。*子查詢：嵌套在其他SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE語句中的查詢。常用謂詞：IN,NOTIN,EXISTS,NOTEXISTS,ANY,ALL,比較運算符等。*集合查詢：UNION,INTERSECT,EXCEPT（注意兼容性）。*插入（INSERT）：*INSERTINTO表名[(列名1,列名2,...)]VALUES(值1,值2,...)。*INSERTINTO表名[(列名1,列名2,...)]SELECT語句。*修改（UPDATE）：UPDATE表名SET列名1=值1[,列名2=值2,...][WHERE條件表達式]。*刪除（DELETE）：DELETEFROM表名[WHERE條件表達式]。3.4數(shù)據(jù)控制（DCL）*授權(quán)（GRANT）：GRANT權(quán)限[ON對象類型對象名]TO用戶[WITHGRANTOPTION]。*回收權(quán)限（REVOKE）：REVOKE權(quán)限[ON對象類型對象名]FROM用戶[CASCADE|RESTRICT]。3.5視圖*視圖的概念：視圖是從一個或幾個基本表（或視圖）導(dǎo)出的表，是虛表，只存放視圖的定義，不存放對應(yīng)的數(shù)據(jù)。*視圖的創(chuàng)建（CREATEVIEW）：基于SELECT查詢結(jié)果定義。*視圖的查詢：與基本表查詢類似。*視圖的更新：并非所有視圖都可更新，其更新操作最終會轉(zhuǎn)換為對基本表的更新，需遵循特定規(guī)則。*視圖的作用：簡化查詢、提高數(shù)據(jù)安全性、提供數(shù)據(jù)獨立性。四、數(shù)據(jù)庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求（信息要求和處理要求）。4.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟*需求分析階段：詳細調(diào)查現(xiàn)實世界要處理的對象（組織、部門、企業(yè)等），充分了解原系統(tǒng)（手工系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)）工作概況，明確用戶的各種需求（數(shù)據(jù)需求、功能需求、安全性與完整性需求），確定新系統(tǒng)的功能。是整個設(shè)計過程的基礎(chǔ)，也是最困難、最耗費時間的一步。*概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段：對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型（E-R模型）。是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵。*邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段：將概念模型轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型（主要是關(guān)系模型），并對其進行優(yōu)化。*物理結(jié)構(gòu)設(shè)計階段：為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法）。*數(shù)據(jù)庫實施階段：建立數(shù)據(jù)庫，編制與調(diào)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫，并進行試運行。*數(shù)據(jù)庫運行和維護階段：數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過試運行后即可投入正式運行。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行過程中必須不斷地對其進行評價、調(diào)整與修改。4.2概念結(jié)構(gòu)設(shè)計（E-R模型）*E-R圖的繪制：*實體：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名。*屬性：用橢圓形表示，橢圓形內(nèi)寫明屬性名，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體連接起來。*聯(lián)系：用菱形表示，菱形框內(nèi)寫明聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯(lián)系的類型（1:1,1:n,m:n）。聯(lián)系本身也可以有屬性。*E-R模型的集成：合并分E-R圖，解決沖突（屬性沖突、命名沖突、結(jié)構(gòu)沖突）。4.3邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計（E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換）*實體轉(zhuǎn)換：一個實體型轉(zhuǎn)換為一個關(guān)系模式。實體的屬性就是關(guān)系的屬性，實體的碼就是關(guān)系的碼。*聯(lián)系轉(zhuǎn)換：*1:1聯(lián)系：可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與任意一端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。*1:n聯(lián)系：可以轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式，也可以與n端對應(yīng)的關(guān)系模式合并。*m:n聯(lián)系：必須轉(zhuǎn)換為一個獨立的關(guān)系模式。與該聯(lián)系相連的各實體的碼以及聯(lián)系本身的屬性均轉(zhuǎn)換為關(guān)系的屬性，各實體的碼組成該關(guān)系的候選碼。*關(guān)系模式的優(yōu)化：根據(jù)范式理論對關(guān)系模式進行規(guī)范化處理，消除數(shù)據(jù)冗余和操作異常。4.4數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計主要包括：確定數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)（如選擇索引策略、聚簇策略）、選擇存取路徑、確定數(shù)據(jù)的存放位置、確定存儲分配等，目標是提高數(shù)據(jù)庫性能。五、關(guān)系數(shù)據(jù)理論關(guān)系數(shù)據(jù)理論是指導(dǎo)關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基礎(chǔ)理論，其核心是數(shù)據(jù)依賴和范式。5.1函數(shù)依賴（FD）*定義：設(shè)R(U)是一個屬性集U上的關(guān)系模式，X和Y是U的子集。若對于R(U)的任意一個可能的關(guān)系r，r中不可能存在兩個元組在X上的屬性值相等，而在Y上的屬性值不等，則稱X函數(shù)確定Y或Y函數(shù)依賴于X，記作X→Y。*平凡函數(shù)依賴與非平凡函數(shù)依賴。*完全函數(shù)依賴與部分函數(shù)依賴：在R(U)中，如果X→Y，并且對于X的任何一個真子集X'，都有X'?Y，則稱Y完全函數(shù)依賴于X，記作X→(F)Y。若X→Y，但Y不完全函數(shù)依賴于X，則稱Y部分函數(shù)依賴于X，記作X→(P)Y。*傳遞函數(shù)依賴：在R(U)中，如果X→Y(Y?X)，Y?X，Y→Z(Z?Y)，則稱Z傳遞函數(shù)依賴于X，記作X→(傳遞)Z。5.2范式（NF）范式是符合某一種級別的關(guān)系模式的集合。*1NF：如果一個關(guān)系模式R的所有屬性都是不可分的基本數(shù)據(jù)項，則R∈1NF。是關(guān)系模式的最基本要求。*2NF：若R∈1NF，且每一個非主屬性完全函數(shù)依賴于任何一個候選碼，則R∈2NF。2NF消除了非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴。*3NF：若R∈2NF，且每一個非主屬性既不部分函數(shù)依賴于碼也不傳遞函數(shù)依賴于碼，則R∈3NF。3NF消除了非主屬性對碼的傳遞函數(shù)依賴。*BCNF：設(shè)關(guān)系模式R∈1NF，如果對于R的每個函數(shù)依賴X→Y，若Y?X，則X必含有候選碼，那么R∈BCNF。BCNF消除了任何屬性（主屬性或非主屬性）對碼的部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴。理解各范式之間的關(guān)系：BCNF?3NF?2NF?1NF。5.3模式分解*模式分解的原則：無損連接性和保持函數(shù)依賴性。*無損連接性：分解后的關(guān)系模式經(jīng)過自然連接可以恢復(fù)到原來的關(guān)系模式。*保持函數(shù)依賴性：分解后的關(guān)系模式保持了原關(guān)系模式中的函數(shù)依賴。*不同范式的分解算法（如分解為3NF并保持函數(shù)依賴和無損連接，分解為BCNF）。六、數(shù)據(jù)庫保護6.1事務(wù)管理*事務(wù)（Transaction）：是用戶定義的一個數(shù)據(jù)庫操作序列，這些操作要么全做要么全不做，是一個不可分割的工作單位。*事務(wù)的ACID特性：*原子性（Atomicit