1、管 理 信 息 系 統(tǒng)（Management Information System）,同濟大學 經濟與管理學院,管理信息系統(tǒng)精品課程課程組 網(wǎng)站：,第6章 數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫,學習目的,理解信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)管理； 掌握文件環(huán)境和數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織； 掌握數(shù)據(jù)模型、關系模式規(guī)范化、數(shù)據(jù)視圖概 念和數(shù)據(jù)庫設計； 了解面向對象及其他高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)； 了解數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘。,本講內容,6.1 信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理 6.2 文件環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.3 數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.4數(shù)據(jù)模型 6.5關系模式規(guī)范化 6.6數(shù)據(jù)視圖概念 6.7數(shù)據(jù)庫設計 6.8面向對象及其他高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 6.9數(shù)據(jù)倉庫與

2、數(shù)據(jù)挖掘,6.1 信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理,6.1.1 數(shù)據(jù)管理概念 美國學者詹姆斯馬丁提出數(shù)據(jù)環(huán)境的概念，認為只要企業(yè)的性質和目標不變，盡管企業(yè)的數(shù)據(jù)加工處理過程是多變，但數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的，企業(yè)任何業(yè)務活動都離不開對數(shù)據(jù)的存取。 MIS是有目的地對企業(yè)生產經營活動產生的原始數(shù)據(jù)進行收集、組織、加工處理，直至生成信息的系統(tǒng)。管理人員則利用信息控制企業(yè)各項經營活動并作出決策。 組織數(shù)據(jù)的邏輯存儲結構，將邏輯存儲結構轉換成計算機物理存儲結構，以及根據(jù)需要準確、迅速地存取數(shù)據(jù)等，這些問題都是數(shù)據(jù)管理技術的主要研究內容。,6.1 信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理,6.1.1 數(shù)據(jù)管理概念 隨著計算機技術的產生和發(fā)展，企業(yè)的數(shù)

3、據(jù)管理技術經歷了人工管理，文件管理技術和數(shù)據(jù)庫管理技術三個階段。 目前數(shù)據(jù)庫是企業(yè)信息系統(tǒng)組織、管理數(shù)據(jù)的最常用技術。,6.1 信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理,6.1.2 MIS的數(shù)據(jù)管理要求 需要有效的數(shù)據(jù)庫技術 需要穩(wěn)定的數(shù)據(jù)基礎 需要良好的數(shù)據(jù)環(huán)境,本講內容,6.1 信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理 6.2 文件環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.3 數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.4數(shù)據(jù)模型 6.5關系模式規(guī)范化 6.6數(shù)據(jù)視圖概念 6.7數(shù)據(jù)庫設計 6.8面向對象及其他高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 6.9數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘,6.2 文件環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織,6.2.1 文件的基本概念 數(shù)據(jù)項 數(shù)據(jù)項是組成數(shù)據(jù)處理對象的最小單位，如表中的訂單代碼

4、、訂單日期等 記錄 它是由一個或多個數(shù)據(jù)項所組成。記錄是描述一個客觀事物或對象的屬性值的總和，也是計算機一次處理的數(shù)據(jù)邏輯單元。 文件 具有相同性質的記錄的集合稱為文件。,6.2 文件環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織,6.2.2 文件組織方式 順序組織 順序組織方式是指文件中的記錄的物理順序和邏輯順序相一致的形式。 索引文件 索引文件是按照記錄關鍵字排序的文件。索引文件通常由兩部分組成：數(shù)據(jù)區(qū)和索引區(qū)。其數(shù)據(jù)區(qū)存放主文件的數(shù)據(jù)記錄，索引區(qū)存放索引。 （1）索引非順序文件：數(shù)據(jù)文件中記錄不按順序存放，而索引是按順序存放的。 （2）索引順序文件：數(shù)據(jù)區(qū)的記錄按關鍵字值的大小排序，并帶有索引的文件。 直接存取組織

5、直接存取文件組織中的記錄都是隨機存放的，故又稱隨機文件。 倒排文件 如果按某非關鍵字項值的大小排列，并將該值對應的記錄地址一并列入索引表中，這種表稱為倒排表，這樣組成的文件稱為倒排文件。,本講內容,6.1 信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理 6.2 文件環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.3 數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.4數(shù)據(jù)模型 6.5關系模式規(guī)范化 6.6數(shù)據(jù)視圖概念 6.7數(shù)據(jù)庫設計 6.8面向對象及其他高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 6.9數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘,6.3 數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織,6.3.1數(shù)據(jù)庫定義 數(shù)據(jù)庫的定義 長期儲存在計算機內的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)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、描述和儲存，具有較小

6、的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并可為各種用戶共享。 數(shù)據(jù)庫的特點 數(shù)據(jù)結構化、數(shù)據(jù)共享性、數(shù)據(jù)獨立性,6.3 數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織,6.3.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（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。 DBMS的分類 按數(shù)據(jù)模型、按所支持的用戶數(shù)、按允許數(shù)據(jù)庫可以分布的站點數(shù)、按用途。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的組成 數(shù)據(jù)定義語言及其翻譯程序；數(shù)據(jù)操縱（或查詢）語言及其編譯（或解釋）程序；數(shù)據(jù)庫管理例行程序。,6.3 數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織,6.3.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構 硬件 CPU、內存、磁盤、磁帶以及其它外部設備。 軟件 操作系統(tǒng)（OS）、數(shù)據(jù)庫管理

7、系統(tǒng)（DBMS）、應用于開發(fā)應用程序的具有數(shù)據(jù)庫接口的高級語言及其編譯系統(tǒng)、以DBMS為核心的應用開發(fā)工具、為某應用環(huán)境開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)。 人員 數(shù)據(jù)庫管理員（Data Base Administrator，DBA）、系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫設計人員、應用程序員和最終用戶。,本講內容,6.1 信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理 6.2 文件環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.3 數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.4數(shù)據(jù)模型 6.5關系模式規(guī)范化 6.6數(shù)據(jù)視圖概念 6.7數(shù)據(jù)庫設計 6.8面向對象及其他高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 6.9數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘,6.4 數(shù)據(jù)模型,6.4.1信息描述,6.4 數(shù)據(jù)模型,6.4.1 信息描述 現(xiàn)實世界

8、是指存在于人們頭腦之外的客觀世界，事物及其相互間聯(lián)系就處在這個世界之中。 信息世界 信息是現(xiàn)實世界中的客觀事物在人們頭腦中的反映。人的頭腦對于這些事物經過認識、選擇、描述之后進入信息世界。它包括：實體、屬性、域、實體型、實體集、碼、聯(lián)系等概念。 數(shù)據(jù)世界 數(shù)據(jù)世界中研究的對象是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是對信息的符號化表示。 計算機世界 數(shù)據(jù)世界中的數(shù)據(jù)經過編碼、加工后就進入計算機世界。,6.4 數(shù)據(jù)模型,6.4.2實體-聯(lián)系模型（E-R） 基本E-R圖形 E-R模型有三個基本元素，即實體、實體之間的聯(lián)系和屬性，它們分別用矩形框、棱型框和橢園形框表示，并且將對應的名字填入框內以作標識，用無向邊把實體與其屬性連

9、接起來，將參與聯(lián)系的實體用線段連接，并標上聯(lián)系的數(shù)量，見圖6.5所示的學生選修課程的E-R圖。 構造E-R模型 構造E-R模型實質上就是根據(jù)現(xiàn)實世界客觀存在的“事物”及其關系所給出的語義要求，組合基本E-R圖形為E-R模型。它包括如下步驟：標識實體集；標識聯(lián)系集；標識屬性值集；標識關鍵字。,6.4 數(shù)據(jù)模型,6.4.3 數(shù)據(jù)模型 層次模型 用樹結構表示實體之間聯(lián)系的模型叫層次模型。樹由節(jié)點和連線組成，節(jié)點代表實體型，連線表示兩實體型間的一對多聯(lián)系，見圖6.6（a） 網(wǎng)狀模型 網(wǎng)狀模型是一個滿足條件的有向圖，條件是：可以有一個以上的節(jié)點無父節(jié)點；至少有一個節(jié)點有多于一個的父節(jié)點（排除樹結構）；節(jié)

10、點代表實體型，有向邊（從箭尾到箭頭）表示兩實體型間的一對多聯(lián)系，見圖6.6（b）層次模型 關系模型 用二維表來表示實體，用外碼表示實體間的聯(lián)系。見表6.9、6.10、6.11 面向對象 面向對象的數(shù)據(jù)模型中對象（Object）是現(xiàn)實世界中實體的模型化，與記錄（元組）對應。每個對象有一個唯一的標識符，把屬性和行為封裝在一起。類（Class）是具有相同屬性和行為的對象的集合。系統(tǒng)中所有類構成一個有向無環(huán)圖。類之間有繼承關系，見圖6.7,本講內容,6.1 信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理 6.2 文件環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.3 數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.4數(shù)據(jù)模型 6.5關系模式規(guī)范化 6.6數(shù)據(jù)視圖概念 6.7

11、數(shù)據(jù)庫設計 6.8面向對象及其他高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 6.9數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘,6.5關系模式規(guī)范化,6.5.1 問題的提出 一個企業(yè)銷售記錄的關系模式PEQ（訂單代碼、訂購日期、客戶、發(fā)貨日期、產品、單價、數(shù)量、雇員），如表6.12所示。如果關系模式設計得不好會帶來以下問題 ：,6.5關系模式規(guī)范化,6.5.1 問題的提出 冗余度高 如果“雇員”與客戶的聯(lián)系是固定的，而當該客戶每購買一種產品時，“雇員”就重復存放一次。 修改問題 如果在PEQ中，某客戶的聯(lián)系雇員變動時，就需要對所涉及的雇員進行修改，這不僅增加了更新代價，而且有可能造成數(shù)據(jù)的不一致性。 刪除問題 如果某客戶暫時不需要任何產品，則刪除

12、時就丟失了其所聯(lián)系雇員的一些信息，而該雇員可能在以后可能再次用到。 插入問題 在這個關系中，關鍵字由“訂單代碼、客戶、產品”組成。如果新增一個客戶的有關數(shù)據(jù)，而所購買產品未定，那么這個客戶的數(shù)據(jù)無法插入，因為缺少關鍵字其他數(shù)據(jù)。,6.5關系模式規(guī)范化,6.5.2 函數(shù)依賴 函數(shù)依賴的概念 定義：設有關系模式R（A1，A2，Ak），X和Y都是A1，A2，Ak的子集，如果是R的任一具體關系（元組）。如果R的所有關系r都存在著：對于x的每一個具體值，都有Y的唯一的具體值與之對應，則稱X函數(shù)地決定Y，或Y函數(shù)依賴于X。記為：XY 函數(shù)依賴與屬性關系 在前面所介紹的屬性間三種聯(lián)系中，并不是所有的聯(lián)系都存

13、在函數(shù)依賴。設有關系模式R，屬性集為A，X和Y是A的子集，X和Y之間有如下情況： 如果X與Y之間是“l(fā)：l”的聯(lián)系，則存在函數(shù)依賴：XY，YX 這種依賴稱為互為函數(shù)依賴。 如果X與Y之間是“N：1”的聯(lián)系，則存在函數(shù)依賴：XY 如果反過來就不一定存在函數(shù)依賴，因為同樣的“工資”可以對應多個職工。 如果X與Y之間是“M：N”的聯(lián)系，那就不存在函數(shù)依賴關系。,6.5.3 規(guī)范關系 第一范式（1NF） 定義：如果一個關系模式R的每個具體關系r的每個屬性值都是不可分的最小數(shù)據(jù)單位，則稱R為第一范式，簡稱1NF（First Normal Form），r為1NF關系。 第二范式（2NF） 定義：如果滿足第

14、一范式的關系模式R，它的所有屬性都完全函數(shù)依賴于主關鍵字，則稱R為第二范式，記為2NF。 第三范式（3NF） 定義：如果關系模式R滿足2NF，并且它的任何一個屬性都不傳遞依賴于任一主關鍵字，則稱R是第三范式，記為3NF。,6.5關系模式規(guī)范化,本講內容,6.1 信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理 6.2 文件環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.3 數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.4數(shù)據(jù)模型 6.5關系模式規(guī)范化 6.6數(shù)據(jù)視圖概念 6.7數(shù)據(jù)庫設計 6.8面向對象及其他高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 6.9數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘,6.6數(shù)據(jù)視圖概念,6.4.3 數(shù)據(jù)模型 用戶看到的數(shù)據(jù)到計算機內的物理數(shù)據(jù)之間經過了兩次轉換。第一次是系統(tǒng)為了實現(xiàn)數(shù)

15、據(jù)共享、減少冗余，把所有用戶視圖的數(shù)據(jù)進行綜合，抽象成一個統(tǒng)一視圖全局數(shù)據(jù)。第二次是系統(tǒng)為了提高存取效率，把全局視圖的數(shù)據(jù)按照物理組織的最優(yōu)方式來存放。 圖6.8給出了數(shù)據(jù)庫的分層結構。一般來說，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本結構大體上是一致的，可以用三級模式和兩級映像來概括描述。,6.6數(shù)據(jù)視圖概念,6.6數(shù)據(jù)視圖概念,6.6.1 三級模式 外模式（External Schema） 外模式對應于用戶級數(shù)據(jù)庫，又稱子模式。它用子模式定義語言來定義，而且是用戶與數(shù)據(jù)庫的接口，因此，一個子模式中包含了相應用戶的記錄類型的描述以及與概念模式中相應記錄的映像定義。這里，每個用戶都必須使用一個子模式，但多個用戶也可以

16、使用同一個子模式。 概念模式（Conceptual Schema） 概念模式對應于概念級數(shù)據(jù)庫，又稱模式。它用模式定義語言定義。模式的主體是數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型，它是所有用戶視圖數(shù)據(jù)庫的一個最小并集。 內模式（Internal Schema） 內模式對應于物理級數(shù)據(jù)庫，又稱存儲模式，用物理模式描述語言描述。物理級數(shù)據(jù)庫包括數(shù)據(jù)庫的全部存儲數(shù)據(jù)，是用戶操作的對象。從系統(tǒng)程序員的角度看，這些數(shù)據(jù)是按一定的文件方式組織起來的。,6.6數(shù)據(jù)視圖概念,6.6.2 兩級映象 在每兩級模式之間存在著從一種模式結構到另一種模式結構的映像，這種功能是由DBMS支持的。 從外模式到概念模式的映像的作用在于：當整個系統(tǒng)

17、要求改變模式時，只需改變映像關系而保持外模式不變。這種用戶級數(shù)據(jù)獨立于全局的邏輯數(shù)據(jù)的特性稱為邏輯數(shù)據(jù)獨立性。 從概念模式到內模式的映像作用在于：當物理數(shù)據(jù)庫改變時，只需修改這種映像關系而保持概念模式和外模式不變。這種全局的邏輯數(shù)據(jù)獨立于物理數(shù)據(jù)的特性叫物理數(shù)據(jù)獨立性。,本講內容,6.1 信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理 6.2 文件環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.3 數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.4數(shù)據(jù)模型 6.5關系模式規(guī)范化 6.6數(shù)據(jù)視圖概念 6.7數(shù)據(jù)庫設計 6.8面向對象及其他高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 6.9數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘,6.7數(shù)據(jù)庫設計,6.7.1 數(shù)據(jù)庫設計概述 數(shù)據(jù)庫設計的含義 數(shù)據(jù)庫設計在管理信息系統(tǒng)的

18、開發(fā)中占有非常重要的位置，它涉及多學科的綜合性技術。數(shù)據(jù)庫設計的好壞將直接影響整個系統(tǒng)的效率。同時數(shù)據(jù)庫設計者的知識和經驗還是非常重要的。 規(guī)范設計法中主要有新奧爾良（New Orleans）的四個階段方法，它將數(shù)據(jù)庫設計分為：需求分析（分析用戶要求）、概念設計（信息分析和定義）、邏輯設計（設計實現(xiàn)）和物理設計（物理數(shù)據(jù)庫設計）。后來S.B.Yao等人又將數(shù)據(jù)庫設計分為五個步驟，以及L.R.Palmer等人認為數(shù)據(jù)庫設計應該為一步接一步的過程，并采用一些輔助手段實現(xiàn)每一過程。,6.7數(shù)據(jù)庫設計,6.7.2 數(shù)據(jù)庫設計步驟,數(shù)據(jù)庫設計主要包括如下步驟：需求分析；概念結構設計；邏輯結構設計；物理結

19、構設計。 數(shù)據(jù)庫實施階段的設計步驟為：應用程序設計與調試；系統(tǒng)性能測試與試運行。 數(shù)據(jù)庫使用階段的設計步驟包括：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)維護；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)重構。 本節(jié)主要討論數(shù)據(jù)庫設計階段的四個步驟,6.7數(shù)據(jù)庫設計,6.7.2 數(shù)據(jù)庫設計步驟 需求分析 需求分析的任務是詳細調查現(xiàn)實世界要處理的對象，充分了解原系統(tǒng)工作概況，明確用戶的各種需求，以確定新系統(tǒng)的功能。 概念結構設計 概念結構設計的任務是對用戶的需求進行綜合、歸納和抽象，產生一個獨立于DBMS的概念數(shù)據(jù)模型。 邏輯結構設計 邏輯結構設計的任務是將概念模型（如E-R模型）轉換為某個DBMS支持的數(shù)據(jù)模型，然后再對轉換后的模型進行定義描

20、述，并對其進行優(yōu)化，最終產生一個優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫模式。 物理結構設計 物理結構設計是為邏輯結構選取最適合應用環(huán)境的物理結構，包括存儲結構和存取方法。,6.7數(shù)據(jù)庫設計,6.7.3應用實例,本講內容,6.1 信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理 6.2 文件環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.3 數(shù)據(jù)庫環(huán)境下的數(shù)據(jù)組織 6.4數(shù)據(jù)模型 6.5關系模式規(guī)范化 6.6數(shù)據(jù)視圖概念 6.7數(shù)據(jù)庫設計 6.8面向對象及其他高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 6.9數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘,6.8 面向對象及其他高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),6.8.1 面向對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（OODBS） OODBS的概念 對象標識，面向對象的數(shù)據(jù)庫基于面向對象的程序設計范例，其每個實體被看作一個對

21、象。 封裝，涉及個對象的數(shù)據(jù)和代碼封裝在一個單元中。每一對象是其狀態(tài)和行為的封裝。數(shù)據(jù)庫里除了存放數(shù)據(jù)還有行為。 類和類層次，共享公共特性集的對象可以歸入一個對象類。我們從所有具有相同屬性和方法的對象抽象出類。 繼承，一個類可以繼承類層次中其直接或間接祖先的所有屬性和方法。 OODBS的實現(xiàn)方式 純種OODBS技術、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的改進 。 OODBS存在的問題 標準化問題、數(shù)據(jù)庫語言缺乏形式化基礎,6.8.2 其他一些高級數(shù)據(jù)庫技術 對象-關系數(shù)據(jù)庫 是以對象-關系數(shù)據(jù)模型為基礎，通過提供處理復雜對象的豐富數(shù)據(jù)類型和對象定位，擴充關系模型。 空間數(shù)據(jù)庫 是涉及空間信息的數(shù)據(jù)庫，它主要包括地理數(shù)據(jù)庫、醫(yī)療和衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)庫。 時間數(shù)據(jù)庫和時間序列數(shù)據(jù)庫 時間數(shù)據(jù)庫和時間序列數(shù)據(jù)庫都存放與時間有關的數(shù)據(jù)。時間數(shù)據(jù)庫通常存放包含時間相關屬性的數(shù)據(jù)。 文本數(shù)據(jù)庫和多媒體數(shù)據(jù)庫 文本數(shù)據(jù)庫包含對象文字描述的數(shù)據(jù)庫。,6.8 面向對象及其他高級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),本講內容,6.1 信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理 6.2 文件環(huán)境下