1、數(shù)據(jù)庫(kù)與程序設(shè)計(jì),Access,第1章 數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)知識(shí),1.1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述 1.1.1 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)管理技術(shù) 1.1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 1.1.3 E-R模型 1.1.4 數(shù)據(jù)模型 1.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù) 1.2.1 關(guān)系術(shù)語(yǔ) 1.2.2 關(guān)系完整性 1.2.3 關(guān)系運(yùn)算 1.2.4 關(guān)系規(guī)范化 1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,1.1.1 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)管理技術(shù),1數(shù)據(jù)（data） 數(shù)據(jù)是描述事物的符號(hào)記錄。 數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的基本對(duì)象，數(shù)據(jù)與其語(yǔ)義是不可分的。 2. 數(shù)據(jù)管理技術(shù) 數(shù)據(jù)管理是指對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲(chǔ)、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理的中心問(wèn)題。 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是應(yīng)數(shù)據(jù)管理任務(wù)的需要而產(chǎn)生的。

2、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(kù)系統(tǒng)3個(gè)發(fā)展階段。 人工管理階段：20世紀(jì)50年代中期以前。 文件系統(tǒng)階段: 20世紀(jì)50年代后期到60年代中期。 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)階段: 20世紀(jì)60年代后期以來(lái)。,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的主要特點(diǎn),1. 數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)文件組織形式長(zhǎng)期保存，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是有結(jié)構(gòu)的，這種結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)模型表現(xiàn)出來(lái)。 2. 數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理和控制。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、使用和維護(hù)，并提供數(shù)據(jù)保護(hù)和控制功能。 3. 數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低。 數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)能夠滿足多用戶多應(yīng)用的不同需求。 數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)之間是具有聯(lián)系的，可以大大減少冗余，避免數(shù)據(jù)之間的不相容性與不一致

3、性。 4. 數(shù)據(jù)獨(dú)立性高。 在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)具有較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。,應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,DataBase Management System,1.1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),1數(shù)據(jù)庫(kù)（DataBase，簡(jiǎn)稱DB） 數(shù)據(jù)庫(kù)是長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，有組織的、大量的、可共享的數(shù)據(jù)集合。 數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲(chǔ)，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，并可供各種用戶共享。 2數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DBMS） DBMS是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，在操作系統(tǒng)支持下工作，是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心組成部分。,數(shù)據(jù)庫(kù)管理

4、系統(tǒng)的主要功能,DBMS的主要功能包括： （1）數(shù)據(jù)定義 定義數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，包括定義表、索引、視圖等數(shù)據(jù)對(duì)象。 （2）數(shù)據(jù)操縱 實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢和更新操作。 （3）數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行管理 數(shù)據(jù)庫(kù)在建立、運(yùn)行和維護(hù)時(shí)由DBMS統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制，以保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對(duì)數(shù)據(jù)的并發(fā)使用以及發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復(fù)。 （4）數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù) 包括數(shù)據(jù)庫(kù)初始數(shù)據(jù)的輸入和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)儲(chǔ)和恢復(fù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的重組織，性能監(jiān)視和分析等。,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),3數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（DataBase System，簡(jiǎn)稱DBS） 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫(kù)后的系統(tǒng)。由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（及其開(kāi)發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)

5、和數(shù)據(jù)庫(kù)管理員構(gòu)成。 數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（簡(jiǎn)稱DBA）是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、使用和維護(hù)的專門(mén)人員。 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)是利用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)資源，為特定應(yīng)用環(huán)境開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件。,1.1.3 E-R模型,E-R（實(shí)體-聯(lián)系）模型是一種描述信息世界的重要手段。 E-R模型獨(dú)立于具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 E-R模型的主要成分是實(shí)體、聯(lián)系和屬性。 實(shí)體：客觀存在并可相互區(qū)分的事物稱為實(shí)體。 同一類型的實(shí)體的集合構(gòu)成實(shí)體集。 屬性：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(lái)刻畫(huà)。 實(shí)體名和各個(gè)屬性名的集合構(gòu)成實(shí)體型。 聯(lián)系：現(xiàn)實(shí)世界的事物之間總是存在某種聯(lián)系，包括實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系。,E-R模型,兩個(gè)

6、實(shí)體之間的聯(lián)系可分為3類： （1）一對(duì)一聯(lián)系（1:1） 如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個(gè)實(shí)體與之對(duì)應(yīng)；反之亦然，則稱A與B具有一對(duì)一聯(lián)系。 （2）一對(duì)多聯(lián)系（1:n） 如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n0）與之對(duì)應(yīng)；反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體,實(shí)體集A中至多只有一個(gè)實(shí)體與之對(duì)應(yīng)，則稱A與B具有一對(duì)多聯(lián)系。 （3）多對(duì)多聯(lián)系（m:n） 如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n0）與之對(duì)應(yīng)；反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體,實(shí)體集A中也有m個(gè)實(shí)體（m0）與之對(duì)應(yīng)，則稱A與B具有多對(duì)多聯(lián)系。,E-R模型,【例1.1】用E-R模型描述某高

7、校的教學(xué)組織情況：學(xué)校有若干個(gè)系部，每個(gè)系有若干學(xué)生，每個(gè)學(xué)生可選修多門(mén)課程。 E-R模型的表示： 矩形表示實(shí)體型，矩形框?yàn)閷?shí)體名。 橢圓表示屬性，橢圓框?yàn)閷傩悦?菱形表示聯(lián)系，菱形框內(nèi)為聯(lián)系名。無(wú)向邊用來(lái)連接實(shí)體型與聯(lián)系，邊上注明聯(lián)系類型(1:1，1:n或m:n)；屬性與對(duì)應(yīng)的實(shí)體型或聯(lián)系也用無(wú)向邊連接。,E-R模型,E-R模型,1.1.4 數(shù)據(jù)模型,數(shù)據(jù)模型是用來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界中的事物及其聯(lián)系的，它將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按照一定的結(jié)構(gòu)組織起來(lái)，以能反映事物本身及事物之間的各種聯(lián)系。 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。 1層次模型 用樹(shù)型結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及其之間的聯(lián)系。 2網(wǎng)絡(luò)模型 用

8、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及其之間的聯(lián)系。 3關(guān)系模型 用二維表結(jié)構(gòu)來(lái)表示實(shí)體及其之間的聯(lián)系。 關(guān)系數(shù)據(jù)模型以關(guān)系數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，一個(gè)二維表就是一個(gè)關(guān)系，不僅能描述實(shí)體本身，而且還能反映實(shí)體之間的聯(lián)系，模型簡(jiǎn)單、使用方便，應(yīng)用也最廣泛。,數(shù)據(jù)模型,層次模型,三種模型的結(jié)構(gòu)如圖所示。,數(shù)據(jù)模型,網(wǎng)狀模型,數(shù)據(jù)模型,關(guān)系模型,“系部”關(guān)系,“學(xué)生”關(guān)系,“選課”關(guān)系,“課程”關(guān)系,1.2.1 關(guān)系術(shù)語(yǔ),（1）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。 （2）元組 表中的一行即為一個(gè)元組，也稱為一個(gè)記錄。 （3）屬性 表中的一列即為一個(gè)屬性，也稱為一個(gè)字段。 （4）域 屬性的取值范圍。 （5）關(guān)系模

9、式 對(duì)關(guān)系的描述，它對(duì)應(yīng)一個(gè)關(guān)系的結(jié)構(gòu)。其格式為： 關(guān)系名（屬性1，屬性2，屬性n）,關(guān)系術(shù)語(yǔ),（6） 主關(guān)鍵字 在表中能夠惟一標(biāo)識(shí)一個(gè)記錄的的字段或字段組合，稱為候選關(guān)鍵字。 一個(gè)表中可能有多個(gè)候選關(guān)鍵字，從中選擇一個(gè)作為主關(guān)鍵字，也稱為主鍵（主碼）。 （7）外部關(guān)鍵字 如果表A和表B中有公共字段，且該字段在表B中是主鍵，則該字段在表A中就稱為外部關(guān)鍵字，也叫外鍵（外碼）。 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，主鍵和外鍵表示了2個(gè)表之間的聯(lián)系。,關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的主要特點(diǎn),（1）關(guān)系中的每個(gè)屬性必須是不可分割的數(shù)據(jù)項(xiàng)（表中不能再包含表）。 如果不滿足這個(gè)條件，就不能稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。 （2）關(guān)系中每一列元素必須是同一類

10、型的數(shù)據(jù)，來(lái)自同一個(gè)域。 （3）關(guān)系中不能出現(xiàn)相同的字段。 （4）關(guān)系中不能出現(xiàn)相同的記錄。 （5）關(guān)系中的行、列次序可以任意交換，不影響其信息內(nèi)容。,1.2.2 關(guān)系完整性,關(guān)系模型的完整性規(guī)則是對(duì)關(guān)系的某種約束條件，以保證數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性。關(guān)系模型中有3類完整性約束： 1. 實(shí)體完整性 實(shí)體完整性規(guī)則要求關(guān)系中的主鍵不能取空值或重復(fù)的值。所謂空值就是“不知道”或“無(wú)意義”的值。 2. 參照完整性 參照完整性規(guī)則定義了外鍵和主鍵之間的引用規(guī)則，即外鍵或者取空值，或者等于相應(yīng)關(guān)系中主鍵的某個(gè)值。 3. 用戶定義的完整性 實(shí)體完整性和參照完整性是關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件。此外

11、，用戶還可以根據(jù)某一具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須滿足的語(yǔ)義要求，自定義完整性約束。,1.2.3 關(guān)系運(yùn)算,從一個(gè)關(guān)系中查詢所需要的數(shù)據(jù)，就要使用關(guān)系運(yùn)算。 1傳統(tǒng)的集合運(yùn)算 并()、交()、差()、廣義笛卡爾積() 4種。,集合運(yùn)算示例,關(guān)系運(yùn)算,2專門(mén)的關(guān)系運(yùn)算 （1）選擇（Select） 從一個(gè)關(guān)系中找出滿足條件的記錄。 是從行的角度進(jìn)行的運(yùn)算。 結(jié)果是原關(guān)系的一個(gè)子集。 （2）投影（Projection） 從一個(gè)關(guān)系中選出若干字段組成新的關(guān)系。 是從列的角度進(jìn)行的運(yùn)算，相當(dāng)于對(duì)關(guān)系進(jìn)行垂直分解。 新關(guān)系模式所包含的字段個(gè)數(shù)通常比原關(guān)系少，或者字段的排列順序不同。,關(guān)系運(yùn)算,2專門(mén)的關(guān)系運(yùn)算

12、（3）連接（Join） 連接是把兩個(gè)關(guān)系中的記錄按一定的條件橫向結(jié)合，生成一個(gè)新的關(guān)系。 在連接操作中，按照兩個(gè)關(guān)系的字段值對(duì)應(yīng)相等為條件進(jìn)行的連接稱為等值連接。 去掉重復(fù)字段的等值連接稱為自然連接。 它利用兩個(gè)關(guān)系中的公共字段（或語(yǔ)義相同的字段），把該字段值相等的記錄連接起來(lái)。 自然連接是最常用的連接運(yùn)算。 利用關(guān)系運(yùn)算或幾個(gè)基本關(guān)系運(yùn)算的組合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢，找出用戶感興趣的數(shù)據(jù)。,1.2.4 關(guān)系規(guī)范化,1. 關(guān)系規(guī)范化 對(duì)關(guān)系模式進(jìn)行分解，將不同的概念分散到不同的關(guān)系中，使得每個(gè)關(guān)系的任務(wù)單純而明確，達(dá)到概念的單一化。 2. 范式（Normal Form，簡(jiǎn)記為NF） 滿足

13、一定條件的關(guān)系模式稱為范式。 根據(jù)規(guī)范化理論，共有6個(gè)級(jí)別的范式。常用的是第一范式（1NF）、第二范式（2NF）和第三范式（3NF）。 級(jí)別越高，滿足的要求越高，規(guī)范化程度也越高。 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，任何一個(gè)關(guān)系模式都必須滿足第一范式，即表中的每個(gè)字段必須是不可分割的數(shù)據(jù)項(xiàng)。 3. 規(guī)范化 將一個(gè)低級(jí)范式的關(guān)系模式分解為多個(gè)高一級(jí)范式的關(guān)系模式。,1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,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)庫(kù)模式，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)，滿足不同戶的應(yīng)用需求。 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)通常分為以下6個(gè)階段： （1）需求分析 收集和分析用戶的各項(xiàng)信息需求和處理需求，形成需求分析說(shuō)明書(shū)。 （2）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)需求分析說(shuō)明書(shū)，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象，建立概念模型，常用的是E-R模型。,數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介,（3）邏輯結(jié)