1、第5章 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),5.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本概念 5.1.1什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),3個基本概念： （1）數(shù)據(jù)庫（database，簡稱DB）。 （2）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（database management system，簡稱DBMS）。 （3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（database system，簡稱DBS）。,數(shù)據(jù)庫（DataBase，簡稱DB） 數(shù)據(jù)庫是長期存放在計算機內(nèi)一個通用化的、綜合性的、有結(jié)構(gòu)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，具有盡可能小的冗余度和較高的數(shù)據(jù)獨立性、安全性和易擴展性。,數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS） 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心組成部分，對數(shù)據(jù)進行管理的軟件。

2、 主要功能： 數(shù)據(jù)定義 :對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象進行定義 。 數(shù)據(jù)操作：查詢、插入、刪除、修改等 數(shù)據(jù)庫的運行管理：對數(shù)據(jù)庫的建立、運用和維護進行統(tǒng)一管理和控制 ：安全性控制、完整性控制、并發(fā)控制、備份與恢復 數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能 數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的輸入和轉(zhuǎn)換功能、數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復功能以及數(shù)據(jù)庫重組織功能和性能監(jiān)視、分析功能等。,常見的DBMS產(chǎn)品：Oracle，Microsoft SQL Server（微軟），DB2（IBM）， Sybase，Access（微軟） 等。,.MySQL,MySQL是最受歡迎的開源SQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它由MySQL AB開發(fā)、發(fā)布和支持。MySQL AB是一家

3、基于MySQL開發(fā)人員的商業(yè)公司，它是一家使用了一種成功的商業(yè)模式來結(jié)合開源價值和方法論的第二代開源公司。MySQL是MySQL AB的注冊商標。 MySQL是一個快速的、多線程、多用戶和健壯的SQL數(shù)據(jù)庫服務器。MySQL服務器支持關(guān)鍵任務、重負載生產(chǎn)系統(tǒng)的使用，也可以將它嵌入到一個大配置(mass- deployed)的軟件中去。,SQL Server,SQL Server是由微軟開發(fā)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，是Web上最流行的用于存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，它已廣泛用于電子商務、銀行、保險、電力等與數(shù)據(jù)庫有關(guān)的行業(yè)。 SQL Server 提供了眾多的Web和電子商務功能，如對XML和Internet標準

4、的豐富支持，通過Web對數(shù)據(jù)進行輕松安全的訪問，具有強大的、靈活的、基于Web的和安全的應用程序管理等。而且，由于其易操作性及其友好的操作界面，深受廣大用戶的喜愛。 多用戶時性能不佳,Oracle,Oracle數(shù)據(jù)庫是當今最大的數(shù)據(jù)庫廠商Oracle公司的產(chǎn)品，是世界上第一個商品化的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，也是第一個推出與數(shù)據(jù)庫結(jié)合的第四代語言開發(fā)工具的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。 Oracle數(shù)據(jù)庫的廣泛應用是與其安全性高、穩(wěn)定性好和跨平臺性能強等特點分不開的。其容量大、并發(fā)性高等特征可以滿足各種商業(yè)需求；Oracle數(shù)據(jù)庫的應用結(jié)構(gòu)包括C/S結(jié)構(gòu)、B/S結(jié)構(gòu)和分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等多種，可以滿足不同架構(gòu)的系統(tǒng)要求

5、。在安全方面，獲得最高級別的ISO標準認證。因此，Oracle數(shù)據(jù)庫成為當前數(shù)據(jù)庫市場占有率最高的產(chǎn)品。,Sybase,1987年Sybase公司推出了Sybase數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。Sybase主要有三種版本：一是UNIX操作系統(tǒng)下運行的版本;二是Novell Netware環(huán)境下運行的版本;三是Windows NT環(huán)境下運行的版本。對UNIX操作系統(tǒng)，目前應用最廣泛的是SYBASE 10及SYABSE 11 for SCO UNIX 。 Sybase數(shù)據(jù)庫的特點： (1)它是基于客戶/服務器體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫。 (2)它是真正開放的數(shù)據(jù)庫。 (3)它是一種高性能的數(shù)據(jù)庫。,DB2,DB2是內(nèi)嵌于IB

6、M的AS/400系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，直接由硬件支持。它支持標準的SQL語言，具有與異種數(shù)據(jù)庫相連的GATEWAY。因此它具有速度快、可靠性好的優(yōu)點。但是，只有硬件平臺選擇了IBM的AS/400，才能選擇使用DB2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 DB2能在所有主流平臺上運行(包括Windows)，最適于海量數(shù)據(jù)。 DB2在企業(yè)級的應用最為廣泛，在全球的500家最大的企業(yè)中，幾乎85%以上都用DB2數(shù)據(jù)庫服務器，而國內(nèi)到1997年約占5%。 除此之外，還有微軟的 Access數(shù)據(jù)庫、FoxPro數(shù)據(jù)庫等。其中MySQL是一個完全免費的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其功能也具備了標準數(shù)據(jù)庫的功能，因此，在獨立制作時，建議使用。

7、Oracle雖然功能強勁，但它畢竟是為商業(yè)用途而存在的。,sql是數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)。 access是編程軟件，可以自己做界面，不是專業(yè)搞計算機的建議學access，但是access也會用到sql命令。 access是中小型企業(yè)所用。它可以編輯界面，可以存放數(shù)據(jù)，但只能在有安裝access軟件的電腦上才可以使用。 sql是大型企業(yè)所用。它只是一個存放(查詢,修改)數(shù)據(jù)的地方。不能編輯界面。 可以學vb或c+再加sql數(shù)據(jù)庫比較實用。,總結(jié),數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS） 在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構(gòu)成。 組成：數(shù)據(jù)庫（及相關(guān)硬件）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及開發(fā)工具、應用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶等。 數(shù)據(jù)庫管理員(

8、DataBase Administrator,簡稱DBA) ：負責全面管理和控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。,問：數(shù)據(jù)庫（DB）、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）之間是什么關(guān)系？,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖,硬件（含DB）,操作系統(tǒng),DBMS,開發(fā)工具軟件,應用系統(tǒng),ADBS包括DB和DBMS BDB包括DBS和DBMS CDBMS包括DBS和DB DDBS與DB和DBMS無關(guān),圖5.1.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 示意圖,5.1.2 數(shù)據(jù)管理的三個階段,1人工管理階段 2文件系統(tǒng)階段 3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段,背景: 50年代中期以前 計算機主要用于科學計算; 當時外存儲器有:磁帶、紙帶、卡片; 還沒有操作系統(tǒng)和管理

9、數(shù)據(jù)的專用軟件; 所以主要靠人工利用計算機來管理數(shù)據(jù)。,人工管理階段,數(shù)據(jù)不能共享 數(shù)據(jù)不具有獨立性 依靠應用程序管理數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)一般不需要長期保存。,人工管理階段主要特點：,文件系統(tǒng)管理階段,背景： 50年代后期-60年代中期 計算機已經(jīng)大量用于數(shù)據(jù)管理； 外存有了磁盤、磁鼓等直接存取設備； 有了管理數(shù)據(jù)的軟件-文件系統(tǒng)（此時的文件系統(tǒng)是包括在操作系統(tǒng)中的，用戶通過文件系統(tǒng)這個軟件去管理大量的數(shù)據(jù)）。,文件系統(tǒng)階段（ 50年代后期到60年代中期）,文件系統(tǒng)方法階段由操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行管理，用戶無需直接涉及物理設備及數(shù)據(jù)的物理組織細節(jié)。,優(yōu)點： “按文件名進行訪問，按記錄進行存儲” 數(shù)

10、據(jù)存儲由操作系統(tǒng)提供支持，用戶程序與數(shù)據(jù)的物理存儲結(jié)構(gòu)的分離，采用： “應用程序-操作系統(tǒng)-數(shù)據(jù)文件”的存取方式。,文件管理階段主要特點：,數(shù)據(jù)可以長期保存 不需要設計物理結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)獨立性差-文件邏輯結(jié)構(gòu)的改變要修改應用程序；數(shù)據(jù)和程序間缺乏獨立性 數(shù)據(jù)共享性差-一個文件一般對應于一個應用程序，不同的應用程序具有相同的數(shù)據(jù)時，也必須建立各自的文件。,數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的，是面向系統(tǒng)的。 數(shù)據(jù)獨立性高。 高度的數(shù)據(jù)控制能力。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段主要特點：,OS,數(shù)據(jù)庫方法的特點,1. 對數(shù)據(jù)實施集中統(tǒng)一管理 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通過DBMS實現(xiàn)對所有數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理，即對數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)的特征（名、類型、長度）、

11、數(shù)據(jù)的操作、數(shù)據(jù)的一致性、數(shù)據(jù)的安全保密性等均按統(tǒng)一標準進行控制和管理。也正因為實施這種集中統(tǒng)一管理，才能實現(xiàn)下述的各優(yōu)點。,2. 數(shù)據(jù)獨立性高 數(shù)據(jù)與使用數(shù)據(jù)的程序分離的特征稱為數(shù)據(jù)獨立性。其目的是使得數(shù)據(jù)或應用程序的修改不導致對方的修改。 數(shù)據(jù)獨立性分為兩種： 邏輯數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)庫的全局邏輯結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，用戶應用程序不必改變，或反之。 物理數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)（存儲設備、存儲結(jié)構(gòu)、存取方法）發(fā)生改變時，應用程序無需改變。,數(shù)據(jù)庫方法的特點（續(xù)）,3. 數(shù)據(jù)共享 數(shù)據(jù)共享指數(shù)據(jù)庫中的同一數(shù)據(jù)可為多個用戶共同使用。,4. 控制冗余 冗余由同一數(shù)據(jù)的重復存儲產(chǎn)生。數(shù)據(jù)庫方法中的同一數(shù)據(jù)可

12、重復出現(xiàn)在不同局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，但物理上只存儲一次。 數(shù)據(jù)庫中并非完全消除冗余，有時為了數(shù)據(jù)的存取效率，同一數(shù)據(jù)可保留多個副本。,5. 數(shù)據(jù)完整性 數(shù)據(jù)完整性是指數(shù)據(jù)的正確性、真實性和客觀性。 例如，一個 25 歲的職員有 35 年工齡，一個人的身高為 5 米，都是數(shù)據(jù)完整性被破壞的情況。,數(shù)據(jù)庫方法的特點（續(xù)）,6. 數(shù)據(jù)一致性 數(shù)據(jù)一致性是指數(shù)據(jù)庫中表示同一對象的數(shù)據(jù)無論何時何處都是一致的。例如，同一職員的年齡在數(shù)據(jù)庫中存在多個不同的值就是數(shù)據(jù)不一致的情況。 數(shù)據(jù)不一致性通常是由數(shù)據(jù)冗余或并發(fā)控制不當造成的。另外，系統(tǒng)故障或運行錯誤也可導致數(shù)據(jù)的不一致性。,7. 數(shù)據(jù)安全性 數(shù)據(jù)安全性即數(shù)據(jù)

13、保密問題，以防止對數(shù)據(jù)的非授權(quán)訪問。DBMS可在全局數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、局部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、記錄甚至數(shù)據(jù)項級提供安全性檢查與控制。 常見的安全控制方法有身份鑒別、存取控制、數(shù)據(jù)加密、審計等。,5.1.3 數(shù)據(jù)描述與數(shù)據(jù)模型,1數(shù)據(jù)描述,信息的三個領(lǐng)域 現(xiàn)實世界（事實世界） 信息世界（觀念世界） 數(shù)據(jù)世界（計算機世界、機器世界）,概念模型描述,數(shù)據(jù)模型描述,圖5.1.5 現(xiàn)實世界、信息世界和數(shù)據(jù)世界的關(guān)系,信息世界涉及到的幾個基本概念 ：,（1）實體?？陀^存在并可相互區(qū)別的事物。 （2）屬性。實體所具有的某一特性。一個實體可以由若干個屬性來刻畫。例如：學生 (學號，姓名，性別，年齡) （3）域。屬性的取值范圍稱

14、為該屬性的域。 （4）實體集。同型實體的集合稱為實體集。例如，全體學生就是一個實體集。 （5）實體型。用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫實體集，稱為實體型。實體型往往簡稱為實體。 （6）關(guān)鍵字。唯一標識實體的屬性稱為關(guān)鍵字。 （7）實體值（entity value）實體型的具體實例。,學 生,實體型,實體值,實體集,2數(shù)據(jù)模型,是對客觀事物及其聯(lián)系的數(shù)據(jù)描述，它反映了實體內(nèi)部以及實體與實體之間的聯(lián)系，是數(shù)據(jù)庫設計的核心。 目前常用的數(shù)據(jù)模型有三種：,層次模型：用樹型結(jié)構(gòu)表示實體間的聯(lián)系。 網(wǎng)狀模型：用有向圖結(jié)構(gòu)表示實體類型及實體間聯(lián)系。 關(guān)系模型：用二維表結(jié)構(gòu)表達實體和實體間的聯(lián)系。 每一個二

15、維表稱為一個關(guān)系。,層次模型,用樹型結(jié)構(gòu)表示實體及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。,表示方法： 一個結(jié)點表示一個實體； 無向連線表示實體間聯(lián)系； 聯(lián)系中表示1的實體在上層， 表示n的結(jié)點在下層。,特征： 有且僅有一個結(jié)點無父結(jié)點，該結(jié)點稱為根； 根以外的結(jié)點有且僅有一個父結(jié)點。 缺點： 只能表示 1:m 聯(lián)系，不能直接表示 m:n 聯(lián)系； 隨機存取效率低。,網(wǎng)狀模型,用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實體及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。,表示方法： 一個結(jié)點表示一個實體； 有向連線表示實體間聯(lián)系； 兩個結(jié)點間的聯(lián)系不唯一，因此聯(lián)系必須命名。,特征： 可以有多個結(jié)點無父結(jié)點； 至少有一個結(jié)點有多個父結(jié)點。 缺點： 結(jié)構(gòu)復雜； 數(shù)據(jù)獨

16、立性不高。,關(guān)系模型,用二維表格表示實體及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。,關(guān) 系,關(guān)系中: 每一行稱為元組； 每一列稱為屬性，每一屬性的值集稱為域； 若一個關(guān)系有N個屬性，則稱該關(guān)系為N元關(guān)系。 關(guān)系和屬性都必須命名。,特點: 用關(guān)系表示實體； 用關(guān)系表示實體間的聯(lián)系； 行、列次序無關(guān)； 屬性不可再分； 每個關(guān)系至少有一個關(guān)鍵字。,能唯一標識一個元組的最小屬性集,表5.5、表5.6、表5.7給出三個不同的關(guān)系集，其中表5.5和表5.6是基本關(guān)系，用于表示現(xiàn)實世界的基本實體。 而表5.7則是“聯(lián)系”關(guān)系，用于表示哪些學生選修哪些課程的聯(lián)系，這種聯(lián)系是通過在“選課”關(guān)系中引入“學生”關(guān)系中的“學號”和“課

17、程”關(guān)系中的“課程號”屬性的數(shù)據(jù)建立的。,舉例,關(guān)系數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)簡單、理論基礎(chǔ)嚴密、數(shù)據(jù)獨立性高、支持非過程化語言、一次操作可存取多個元組，并且可直接表示多對多聯(lián)系。 主要不足是查詢效率低。,以一個選課系統(tǒng)為例：,1、元組：記錄二維表的每一行在關(guān)系中稱為元組，在數(shù)據(jù)庫中稱為記錄。 2、 屬性 ：二維表的每一列在關(guān)系中稱為屬性，每個屬性都有一個屬性名。 在數(shù)據(jù)庫中，一個屬性對應表中一個字段，屬性名對應字段名。 3、域： 屬性的取值范圍稱為域。,二維表里的三個概念：,5.1.4 實體聯(lián)系模型,實體集之間的聯(lián)系,1：1聯(lián)系：如果實體集E1中的每個實體最多只能和實體集E2中的一個實體有聯(lián)系，反之亦然，

18、那么實體集E1對E2的聯(lián)系稱為“一對一聯(lián)系”，記為“1：1”。 1：N聯(lián)系：如果實體集E1中每個實體與實體集E2中多個實體有聯(lián)系，而E2中每個實體至多和E1中的一個實體有聯(lián)系，那么E1對E2的聯(lián)系是“一對多聯(lián)系”，記為“1：N”。 M：N聯(lián)系：如果實體集E1中每個實體與實體集E2中多個實體有聯(lián)系，反之亦然，那么E1對E2的聯(lián)系是“多對多聯(lián)系”，記為“M：N”。,班 級,班 長,班 級,學 生,課 程,學 生,概念模型,是獨立于計算機系統(tǒng)的模型，完全不涉及信息在計算機系統(tǒng)中的表示。 最著名的是實體聯(lián)系模型（Entity-Relationship Model,ER模型），它直接抽象出實體類型和實體

19、間的關(guān)系，用ER圖表示數(shù)據(jù)模型。 ER模型的三個要素：實體、屬性、聯(lián)系,實體,聯(lián)系,屬性,ER模型的圖形描述*,實體-聯(lián)系（Entity-Relationship）模型,采用畫E-R圖的形式直接表示實體及實體間聯(lián)系的方法： （1）矩形表示實體型，框內(nèi)標明實體名； （2）橢園表示屬性，用無向邊與其相應實體連接； （3）菱形表示聯(lián)系，標明聯(lián)系名，用無向邊與相關(guān)實體連接； （4）無向邊上標明聯(lián)系的類型（1：1，1：m，m：n）； （5）可據(jù)需要任意展開（E-R圖復雜時可略去屬性）。,E-R圖是數(shù)據(jù)庫設計人員與用戶進行溝通、交流的工具。但是，DBMS很難直接支持E-R模型。,例：,請設計一個圖書館數(shù)據(jù)

20、庫的ER圖，此數(shù)據(jù)庫中 對每個借閱者保存讀者記錄，包括：讀者號、姓名、地址、性別、年齡、單位 對每本書存有：書號、書名、作者、出版社、價格 對每本被借出的書存有讀者號、借出日期和應還日期。,書,讀者,借閱,5.1.5數(shù)據(jù)庫組織數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)通常采用三級模式結(jié)構(gòu) :,1) 模式（也稱邏輯模式） 模式描述的是全局數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)，又可稱為邏輯模式。 模式是所有用戶的公共數(shù)據(jù)視圖。 它與具體的應用程序及使用的程序設計語言無關(guān)，不涉及物理存儲細節(jié)。 一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式,三級模式,2) 內(nèi)模式 內(nèi)模式描述的是數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)和存儲方式。因而又可稱為存儲模式或物理模式。一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式。 內(nèi)模

21、式是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的表示。 例如：記錄是順序存儲還是按照樹結(jié)構(gòu)存儲還是按照hash 方法存儲，索引的組織方式是什么，數(shù)據(jù)是否壓縮、是否加 密，數(shù)據(jù)的存儲記錄結(jié)構(gòu)的規(guī)定等。,三級模式（續(xù)）,3) 外模式 外模式描述的是局部數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)。它是模式的子集，因而又稱為子模式或用戶模式。 是用戶看到的數(shù)據(jù)視圖，即與某一應用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式 同一外模式可以為多個應用程序所使用，一個應用程序只能使用一個外模式。,模式反映的是數(shù)據(jù)的全局觀 內(nèi)模式反映的是數(shù)據(jù)的存儲觀 外模式反映的是數(shù)據(jù)的用戶觀 全局觀、存儲觀只有一個，而用戶觀可能有多個。,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 集中式數(shù)據(jù)庫

22、系統(tǒng)：數(shù)據(jù)是集中的，數(shù)據(jù)的管理也是集中的 客戶/服務器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：數(shù)據(jù)是集中的，應用分布 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) ：數(shù)據(jù)分布、應用分布,客戶/服務器（C/S）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),5.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 5.2.1什么是關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫目前是各類數(shù)據(jù)庫中最重要、最流行的數(shù)據(jù)庫。,以一個或兩個關(guān)系為輸入（或稱為操作對象），產(chǎn)生一個新的關(guān)系作為其操作結(jié)果。即其運算對象是關(guān)系，運算結(jié)果亦為關(guān)系。 四類運算符： 集合運算符 專門的關(guān)系運算符 比較運算符 邏輯運算符,5.2.2 關(guān)系代數(shù),1、并（ ）：兩個關(guān)系需有相同的關(guān)系模式，并由兩個關(guān)系所有元

23、組構(gòu)成 ,但相同的元組僅保留一行。,定義 所有至少出現(xiàn)在兩個關(guān)系中之一的元組集合 RS = r | rR rS ,R S,R關(guān)系,S關(guān)系,定義：RS =t | t Rt S,2、差(-)：兩個關(guān)系有相同的模式，R-S是由屬于R但不屬于S的元組構(gòu)成的集合。,R - S,R關(guān)系,S關(guān)系,3、交()：R和S的交是由既屬于R又屬于S的元組構(gòu)成的集合,關(guān)系R與關(guān)系S的交定義為： RS =t | tRtS,R S,R關(guān)系,S關(guān)系,定義二個分別為n目和m目的關(guān)系R和S的廣義笛卡爾積RS是一個（n+m）列的元組集合，元組的前n列是關(guān)系R的一個元組，后m列是關(guān)系S的一個元組。若R有k1個元組，S有k2個元組，則

24、RS有k1k2個元組。記作： RS =tr ts |trRtsS 其中tr ts表示由兩個元組tr和ts前后有序連接而成的一個元組。,4、笛卡爾積（）：,R關(guān)系,S關(guān)系,R S,專門的關(guān)系運算,選擇（Selection） 投影（Projection） 連接(Join) 條件連接 自然連接 除(Division),根據(jù)某些條件關(guān)系作水平分割，即選擇符合條件的元組(單目運算）。,形式：F (R),F:是一個邏輯表達式。表示選擇的條件。 邏輯表達式：把關(guān)系表達式用邏輯運算符 連接起來。 關(guān)系表達式：用關(guān)系運算符 連接起來的式子。,5、選擇()：,R關(guān)系,AB (R),6、投影( )：對關(guān)系進行垂直分

25、割，消去某些列，相同的元組保留一行。,R關(guān)系, A，C (R),7、連接：（連接）：是選擇RS中滿足ij的集合（先笛卡爾積，再選擇）。,R AB S = R.AS.B （RS）,是比較運算符。如果為=的連接運算稱為等值連接,R關(guān)系,S關(guān)系,R R.AS.B S,8、自然連接(R|X|S)：在笛卡爾積RS中，選擇R和S相同屬性值相等的元組，并去掉RS中重復的相同屬性列。如果兩個關(guān)系沒有相同屬性，則自然連接就轉(zhuǎn)化為笛卡爾積。,R關(guān)系,S關(guān)系,(R)|X|(S),自然連接例,關(guān)系運算舉例,有一個學生課程關(guān)系數(shù)據(jù)庫，包括學生關(guān)系student、課程關(guān)系course和選課關(guān)系SC。 1）查詢學生關(guān)系St

26、udent在學生姓名和所在系的兩個屬性 2）查詢信息系（IS系）全體學生 3）查詢選修了2號課程的學生的學號。,學生關(guān)系Student,查詢學生關(guān)系Student在學生姓名和所在系的兩個屬性,Sname, Sdept(Student),2, 5Student),查詢信息系（IS系）全體學生,選修關(guān)系SC,查詢選修了2號課程的學生的學號,(1)首先在選修關(guān)系SC上進行選擇操作：選擇課程號Cno=1的元組，形成新的關(guān)系，如下表所示。,(2)在上述新的關(guān)系上，再進行投影操作，選取屬性為學號Sno作為最終結(jié)果。,5.2.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設計,數(shù)據(jù)庫設計是指根據(jù)用戶需求研制數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)并應用的過程。 數(shù)據(jù)庫

27、設計就是指對于給定的應用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應用系統(tǒng)，使之能有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足用戶的信息要求和處理要求。 目前數(shù)據(jù)庫設計主要采用邏輯數(shù)據(jù)庫設計和物理數(shù)據(jù)庫設計為核心的規(guī)范化設計方法。 數(shù)據(jù)庫設計分為需求分析、概念結(jié)構(gòu)設計、邏輯結(jié)構(gòu)設計、數(shù)據(jù)庫物理設計、數(shù)據(jù)庫實施、數(shù)據(jù)庫運行和維護六個階段。,數(shù)據(jù)庫設計步驟,數(shù)據(jù)庫設計六個步驟,需求分析階段需求分析是指準確了解和分析用戶的需求，這是最困難、最費時、最復雜的一步，但也是最重要的一步。它決定了以后各階段設計的速度和質(zhì)量。 概念結(jié)構(gòu)設計階段概念結(jié)構(gòu)設計是指對用戶的需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS產(chǎn)品的概念模型

28、，是整個數(shù)據(jù)庫設計的關(guān)鍵。 邏輯結(jié)構(gòu)設計階段邏輯結(jié)構(gòu)設計是指將概念模型轉(zhuǎn)換成某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并對其進行優(yōu)化。 物理結(jié)構(gòu)設計階段物理結(jié)構(gòu)設計是指為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)（包括存儲結(jié)構(gòu)和存儲方法）。 數(shù)據(jù)庫實施階段數(shù)據(jù)庫實施是指建立數(shù)據(jù)庫，編制與調(diào)試應用程序， 組織數(shù)據(jù)入庫，并進行調(diào)試運行。 數(shù)據(jù)庫運行與維護階段數(shù)據(jù)庫運行與維護是指對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實際正常運行使用，并時時實時進行評價、調(diào)整與修改。,1、需求分析,需求分析的任務是通過詳細調(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)）的工作概況，明確用戶的各種需求，然后在此基礎(chǔ)上

29、確定新系統(tǒng)的功能。 信息要求指用戶需要從數(shù)據(jù)庫中獲得信息的內(nèi)容與性質(zhì)。由信息要求可以導出數(shù)據(jù)要求，即在數(shù)據(jù)庫中需要存儲哪些數(shù)據(jù)。 處理要求指用戶要完成什么處理功能，對處理的響應時間有什么要求，處理方式是批處理還是聯(lián)機處理。 安全性與完整性要求指對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)應該實施哪些約束和控制以保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性。,需求分析的方法,自頂向下和自底向上兩類 常用：結(jié)構(gòu)化分析方法自頂向下、逐層分解。,2、概念結(jié)構(gòu)設計,概念模式獨立于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，獨立于具體的DBMS產(chǎn)品，也獨立于計算機系統(tǒng)。 概念模式是面向現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)模型，用ER模型來設計 逐一設計分ER圖-合并分ER圖-消除冗余生產(chǎn)基本ER

30、圖,例：課程管理局部分E-R圖,3、邏輯結(jié)構(gòu)設計,將概念設計階段產(chǎn)生的概念模式變換為邏輯模式。 步驟（以關(guān)系ER模型為例） 將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為一般的關(guān)系模型 將以上得到的一般關(guān)系模型向特定DBMS支持下的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換 對數(shù)據(jù)模型進行優(yōu)化,4、物理結(jié)構(gòu)設計,數(shù)據(jù)庫的物理設計是對已確定的邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，利用DBMS所提供的方法、技術(shù)，以較優(yōu)的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存取路徑、合理的數(shù)據(jù)存放位置以及存儲分配，設計出一個高效的、可實現(xiàn)的物理數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。物理設計常常包括某些操作約束如響應時間與存儲要求等。 完成物理設計后，對該物理結(jié)構(gòu)作出相應的性能評價，評價的主要指標是時間和空間效率。,物理設計的內(nèi)容,確定數(shù)據(jù)的

31、存儲結(jié)構(gòu) 存取路徑的選擇和調(diào)整 確定數(shù)據(jù)存放位置 確定存儲分配,物理設計過程需要對時間、空間效率、維護代價和各種用戶要求進行權(quán)衡，其結(jié)果可以產(chǎn)生多種方案。在實施數(shù)據(jù)庫前，對這些方案進行細致的評價，以選擇一個較優(yōu)的方案作為來設計數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)。,5、數(shù)據(jù)庫實施,數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)主要包括以下工作： 1）定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)：用DBMS提供的數(shù)據(jù)定義語言（DDL）來嚴格描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 2）數(shù)據(jù)裝載：數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)建立好后，就可以向數(shù)據(jù)庫中裝載數(shù)據(jù)了 3）編制和調(diào)試應用程序 4）數(shù)據(jù)庫運行,6、數(shù)據(jù)庫運行和維護,數(shù)據(jù)庫運行和維護階段的主要工作為： 1）數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲和恢復 2）數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性控制 3）數(shù)據(jù)庫的

32、性能監(jiān)督、分析和改造 4）數(shù)據(jù)庫的重組和重構(gòu),數(shù)據(jù)庫安全控制模型,數(shù)據(jù)庫技術(shù)應用,典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品 ORACLE Microsoft SQL Server Microsoft Access,選擇關(guān)系DBMS產(chǎn)品時考慮的主要因素,數(shù)據(jù)庫應用的規(guī)模、類型和用戶的數(shù)量 速度指標； 軟件、硬件平臺性價比； 開發(fā)者的經(jīng)驗和習慣； 安全性要求； 對分布式應用的支持等。,典型的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)實例 航空售票系統(tǒng) 座位預定信息座位分配、座位確認、餐飲選擇等； 航班信息航班號、飛機型號、機組號、起飛地、目的地、起飛時間、到達時間、飛行狀態(tài)等； 機票信息票價、折扣、是否有票等。,典型的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)實例

33、 銀行業(yè)務系統(tǒng) 顧客信息姓名、身份證號碼、地址、電話等信息； 賬戶信息賬號、存款金額、余額、取款金額、日期等信息； 顧客與賬戶關(guān)系信息身份證號碼、賬號等信息。,典型的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)實例 超市業(yè)務系統(tǒng) 銷售信息連鎖點、日期、時間、顧客、商品、數(shù)量、總價等； 商品信息商品名稱、單價、進貨數(shù)量、供應商、商品類型、擺放位置等； 供應商信息供應商名稱、地點、商品、信譽等。,典型的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)實例 工廠的管理信息系統(tǒng) 銷售記錄產(chǎn)品、服務、客戶、銷售人員、時間等； 雇員信息姓名、地址、工資、津貼、所得稅款等； 財務信息合同、應收貨款、應付貨款等。,典型的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)實例 學校教學管理系統(tǒng) 學生信息姓名、

34、學號、性別、班級、年齡、宿舍、電話、E-mail地址等； 教師信息姓名、工作證號、性別、年齡、學歷、教研室、住址、電話、E-mail地址等； 教室信息教室號、位置、座位、類型等； 課程信息課程名稱、指定教材、學時、學分等； 排課信息課程名稱、教室、班級、教師名稱等。,典型的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)實例 圖書管理系統(tǒng) 圖書信息書號、書名、作者姓名、出版日期、類型、頁數(shù)、價格、出版社名稱等； 讀者信息姓名、借書證號、性別、出生日期、學歷、住址、電話等； 借閱信息借書證號、書名、借書日期、還書日期等。,5.3 關(guān)系數(shù)據(jù)語言 5.3.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言概述,SQL語言（Structured Query Lang

35、uage) :關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標準語言。對關(guān)系模型的發(fā)展和商用DBMS的研制起著重要的作用。 具有數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)控制等功能。,SQL發(fā)展歷史 1986年10月，ANSI批準SQL作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言的美國標準，并公布了SQL的標準文本“數(shù)據(jù)庫語言SQL”（簡稱SQL86），1987國際標準化組織ISO通過了這一標準； 1989年公布了SQL89標準，增加了對完整性約束的支持； 1992年公布了SQL92標準； 1996年公布了SQL96標準； 1999年公布了SQL99標準； 2003年公布了SQL2003標準； SQL標準文本的修改和完善還在繼續(xù)進行,（1）一體化。SQL集數(shù)據(jù)

36、定義語言DDL、數(shù)據(jù)操縱語言DML和數(shù)據(jù)控制語言DCL為一體。 （2）使用方式靈活。SQL既可以作為自含型語言供用戶在終端上直接與系統(tǒng)進行交互，又可作為宿主型語言，嵌入某種高級語言中使用，以方便數(shù)據(jù)處理。 （3）高度非過程化。 （4）語言簡潔，易學易用。,SQL的特點：,SQL數(shù)據(jù)庫的體系結(jié)構(gòu),SQL語句匯總,1、數(shù)據(jù)定義,數(shù)據(jù)定義包括對基本表(table)、視圖(view)和索引(index)等數(shù)據(jù)庫對象進行定義、修改和刪除。 基本表是數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)存儲的基本單位，一個關(guān)系對應一個表。 視圖是從基本表或其他視圖中導出的表，它本身不獨立存儲在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫只存放視圖的定義而不存放視圖對應的數(shù)據(jù)

37、，數(shù)據(jù)仍存放在導出視圖的基本表中。 索引是為表而創(chuàng)建的。定義一個合適的索引可以使查詢速度提高幾倍。,數(shù)據(jù)類型： INTEGER或INT 全字長二進制整數(shù) SMALLINT 半字長二進制整數(shù) DECIMAL(p, q) 十進制數(shù) FLOAT 浮點數(shù) CHAR(n) 長度為n的定長字符串 VARCHAR(n) 最大長度為n的變長字符串 DATE 日期型，格式Y(jié)YYY-MM-DD TIME時間型，格式為HH.MM.SS.XX 常用語句： CREATE TABLEDROP TABLE CREATE VIEWDROP VIEW CREATE INDEXDROP INDEX,語法： CREATE TABL

38、E 表名( 列名 數(shù)據(jù)類型 DEFAULT 缺省值 NOT NULL , 列名 數(shù)據(jù)類型 DEFAULT 缺省值 NOT NULL , PRIMARY KEY(列名 , 列名 ) , FOREIGN KEY (列名 , 列名 ) REFERENCES 表名(列名 , 列名 ) ，CHECK (條件表達式) ) 注：句法中 表示該成分是可選項。,CREATE TABLE語句,舉例,設教學數(shù)據(jù)庫有三個關(guān)系： STUDENT (sno, sname, ssex, sage, sdept) COURSE (cno, cname, credit) SC (sno, cno, grade) 基本表STUD

39、ENT可用下列語句創(chuàng)建: CREATE TABLE STUDENT ( sno CHAR(4) NOT NULL, sname CHAR (8) NOT NULL, sage SMALLINT, ssex CHAR(1), sdept CHAR(30), PRIMARY KEY(Sno) ;,主鍵約束,CREATE TABLE COURSE ( cno CHAR(4) PRIMARY KEY, cname CHAR(50) NOT NULL, credit SMALLINT ) ; CREATE TABLE SC ( sno CHAR(4) NOT NULL, cno CHAR(4) NOT

40、NULL, grade SMALLINT, PRIMARY KEY(sno, cno), FOREIGN KEY(sno) REFERENCES STUDENT(sno), FOREIGN KEY(cno) REFERENCES COURSE(cno), CHECK (grade= 0) ) ;,外鍵約束,自定義約束,修改基本表：ALERT TABLE語句,ALTER TABLE ADD DROP MODIFY ； ：指定需要修改的基本表名 ADD子句：用于增加新列、定義新列的類型和新列的完整性約束。 DROP子句：用于刪除指定的完整性約束。 MODIFY子句：用于修改原有的列定義，可以修改列

41、名，列的數(shù)據(jù)類型。,DROP TABLE語句,語法： DROP TABLE 表名 CASCADE | RESTRICT 注： 撤消基本表后，基本表的定義、表中的數(shù)據(jù)、表上的索引、以及由此表導出的視圖的定義都被刪除。 例： DROP TABLE SC ; DROP TABLE COURSE ; DROP TABLE STUDENT ;,建立視圖,語法： CREATE VIEW (,) AS WITH CHECK OPTION; 例：建立信息系學生的視圖 CREATE VIEW IS_Student AS SELECT Sno, Sname, Sage FROM Student WHERE Sde

42、pt=IS,數(shù)據(jù)查詢語句,數(shù)據(jù)查詢語句是SQL語言中最復雜的部分，允許用戶以靈活的方式表達查詢意圖，并返回數(shù)據(jù)庫中符合條件的數(shù)據(jù)。 語法： SELECT ALL | DISTINCT目標表的列名或列表達式序列 FROM 基本表和(或)視圖序列 WHERE 行條件表達式 GROUP BY 列名序列 HAVING 條件表達式 ORDER BY 列名ASC|DESC 注：SELECT語句中，WHERE子句稱為行條件子句，GROUP子句稱為分組子句，HAVING子句稱為組條件子句，ORDER子句稱為排序子句。,舉例（簡單查詢）,例1：查詢?nèi)繉W生的所有信息。 SELECT * FROM STUDENT

43、; 例2：查詢?nèi)勘贿x課程的課程號。 SELECT DISTINCT cno FROM SC; 例3：列出選修了課程號為C6的所有學生的學號和成績，并按分數(shù)的降序排列。 SELECT sno, grade FROM SC WHERE cno=C6 ORDER BY grade DESC;,例5.3.810,表達查詢條件的謂詞,比較謂詞：，=， ; 例：cno=C6 IN謂詞：適合于離散有窮集合的查詢； 例：性別 IN (男,女) LIKE謂詞：適合于字符串的模糊查詢(匹配符%_) 例：書名 LIKE 數(shù)據(jù)庫% NULL謂詞：判斷空值 例：成績 IS NULL BETWEEN謂詞：適合數(shù)值型字段

44、，可以定義一個閉區(qū)間；例：成績 BETWEEN 80 AND 90 多重條件查詢,例5.3.1112,例5.3.13,例5.3.14,例5.3.15,例5.3.16,例5.3.17,舉例（使用謂詞查詢）,例4：查詢信息系（IS）、數(shù)學系（MA）以及計算機系（CS）學生的姓名和性別。 SELECT sname, ssex FROM STUDENT WHERE sdept IN(IS,MA,CS); 例5：查詢還沒有分系的學生的學號和姓名。 SELECT sno, sname FROM STUDENT WHERE sdept IS NULL; 例6：查詢所有姓王的學生的姓名、學號和性別。 SELE

45、CT sname, sno, ssex FROM STUDENT WHERE sname LIKE 王%; 注：%代表任意長度的字符串 _（下劃線）代表任意單個字符,舉例（使用謂詞查詢）,例7：查詢課程名以DB開頭且倒數(shù)第3個字符為I的課程的所有信息。 SELECT * FROM COURSE WHERE cname LIKE DB%I_ _; 例8：查詢年齡在20到23歲之間的學生姓名、系別和年齡。 SELECT sname,sdept,sage FROM STUDENT WHERE sage BETWEEN 20 AND 23;,集函數(shù)和分組,集函數(shù)是面向一個集合的求值函數(shù)。 SUM：求總

46、和 AVG：求平均值 COUNT：求集合中元素的個數(shù) MAX：最大值 MIN：最小值 分組就是對查詢的結(jié)果進行分類。 GROUP子句可以按某些屬性的值對查詢結(jié)果進行分組。 HAVING子句可以對分組后的結(jié)果作進一步的篩選。 當查詢語句中有GROUP子句時，集函數(shù)作用的對象是一個分組的結(jié)果，而不是整個查詢的結(jié)果。,舉例（分組查詢）,例9：查詢每門課程的課程號和平均成績。 SELECT cno, AVG(grade) FROM SC GROUP BY cno; 例10：查詢選修了三門以上課程的學生學號。 SELECT sno FROM SC GROUP BY sno HAVING COUNT(*)

47、3; 注：WHERE子句與HAVING子句的區(qū)別在于WHERE子句作用于基本表或視圖，從中選擇滿足條件的元組；HAVING短語作用于組，從中選擇滿足條件的組。,例5.3.1920,連接查詢,當查詢的信息涉及到多個表中的數(shù)據(jù)時，要將這些表按某種條件連接起來。 例10：求“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程成績大于85分的學生姓名和成績，結(jié)果按成績降序排列。 SELECT STUDENT.sname，grade FROM STUDENT，SC，COURSE WHERE STUDENT.sno = SC.sno AND SC.cno = COURSE.cno AND COURSE.cname = 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) AND SC

48、.grade 85 ORDER BY grade DESC; 注：當不同的表中有同名屬性時，屬性名前要用表名限定。,例5.3.2123,數(shù)據(jù)更新,數(shù)據(jù)更新包括數(shù)據(jù)插入、數(shù)據(jù)刪除和數(shù)據(jù)修改三種操作。 數(shù)據(jù)插入 元組值的插入 語法：INSERT INTO 基本表(列表) VALUES(元組值) 作用：將一條元組值插入到表中。 例1：往基本表SC中插入一個元組值 INSERT INTO SC VALUES(S004,數(shù)據(jù)庫,90); 例2：往基本表SC中插入部分元組值 INSERT INTO SC(sno, cno) VALUES(S004,物理); 查詢結(jié)果的插入 句法： INSERT INTO 基本表名(列名表) 子查詢 作用：將子查詢返回的結(jié)果數(shù)據(jù)集插入到表中。 要求：查詢語句的目標列必須與INTO子句匹配。,例3：將平均成績大于80分的學生學號和平均成績存入另一個基本表S_GRADE(Sno, Avg_grade)。 INSERT INTO S_GRADE (Sno, Avg_grade) SELECT Sno, AVG(grade) FROM SC GROUP BY sno HAVING AVG(grade)80; 數(shù)據(jù)刪除 語法：DELETE FROM 基本表WHERE 條件表達式 作用：從表中刪除符合WH