數(shù)據(jù)庫原理教學(xué)內(nèi)容講稿

1、 數(shù)據(jù)庫原理教學(xué)內(nèi)容講稿 數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)生 1. 1963 年美國 Honeywell 公司的 IDS (Integrated Data Store ) 2. 1968年美國IBM公司推岀層次模型的IMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(1969年形成產(chǎn)品) 3. 1969 年美國 CODASY( Conferenee On Data System Language，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)語言協(xié)會)組 織的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組(DBTG發(fā)表關(guān)于網(wǎng)狀模型的DBTG告(1971正式通過) 第一章緒論 1. 1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述 .基本概念 1數(shù)據(jù)(Data) 描述事物的符號記錄稱為數(shù)據(jù)。例如：聲音、圖象、文字、圖形等。 數(shù)據(jù)庫中以記錄為單位，同時

2、加語義。列如：學(xué)生，其記錄特征為： XH (學(xué)號)，XM (姓名)，AGE (年齡) 信息=數(shù)據(jù)+處理 2數(shù)據(jù)庫(DataBase，簡稱 DB) 數(shù)據(jù)庫是存放數(shù)據(jù)的倉庫，在這個倉庫中的數(shù)據(jù)是按照一定格式存放的。 3 .數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)( DataBase Management System 簡稱 DBMS ) (1) DDL 數(shù)據(jù)定義語言，英文全稱：Data Defin iti on Lan guage 定義數(shù)據(jù)庫中對象的，對象有：基本表，索引、視圖，游標(biāo)、觸發(fā)器等 (2) DML 數(shù)據(jù)操縱語言，英文全稱：Data Ma nipulatio n Lan guage 實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作。主要有：查

3、詢、插入、刪除、修改 (3) DCL 數(shù)據(jù)控制語言，英文全稱：Data Co ntrolLan gua nge 授權(quán)、回收權(quán)限命令 (4) TCL 事務(wù)控制語言，英文全稱：Tra nsaction Con trolLan guage (5) 數(shù)據(jù)庫的運行管理 (6) 數(shù)據(jù)庫的建立和維護 4 .數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(Data Base System,簡稱 DBS) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計算機系統(tǒng)引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)。包括：計算機，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)庫管理員和用戶。 數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展 1手工階段 計算機產(chǎn)生以前的階段。 2.人工階段( 佃46-佃56) 硬件：無直接存

4、取設(shè)備磁盤，只有卡片、紙帶和磁帶等順序存取設(shè)備軟件：無OS (1) 數(shù)據(jù)不保存 (2) 應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù) (3) 數(shù)據(jù)不共享 (4) 數(shù)據(jù)不具有獨立性 P1 P2 D1 D2 p1，P2, Pn為應(yīng)用程序，D1 , D2 , D#應(yīng)用程序所對應(yīng)的數(shù)據(jù)集 2 文件系統(tǒng)階段（ 佃56-佃66 ） 硬件：有磁盤、慈鼓等直接存取設(shè)備軟件：有OS （1） 數(shù)據(jù)可以長期保存 （2）由文件系統(tǒng)管理數(shù)據(jù) （3）數(shù)據(jù)共享性差、冗余度大 （4）數(shù)據(jù)獨立性差 1 2 n 3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（20世紀60年代后期） 硬件有大容量磁盤，價格下降；軟件價格上升; （1） 處理方式要求分布處理和多用戶 (2) (3) (4)

5、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 數(shù)據(jù)本身的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系稱為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴充 數(shù)據(jù)不一致性是指同一數(shù)據(jù)不同拷貝的值不一樣 數(shù)據(jù)獨立性高 數(shù)據(jù)物理獨立性和數(shù)據(jù)邏輯獨立性 數(shù)據(jù)由DBMS統(tǒng)一管理和控制 數(shù)據(jù)的安全性保護 數(shù)據(jù)的完整性 并發(fā)控制 1） 2） 3） 和較高的數(shù)據(jù)獨立性。DBMS在數(shù)據(jù)庫建立、運用和維護時對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一控制，以保證數(shù)據(jù)的完整性、安 全性，并在多用戶同時使用數(shù)據(jù)庫時進行并發(fā)控制，在發(fā)生故障后對系統(tǒng)進行恢復(fù)。 1. 2數(shù)據(jù)模型 模型 1 概念模型 2數(shù)據(jù)模型 3三個世界 現(xiàn)實世界、概念世界、信息世界 數(shù)據(jù)模型的組成要素 1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)本身結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)類型內(nèi)容

6、、性質(zhì)有關(guān)的對象），數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系 2 數(shù)據(jù)操作 數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象(型)的實例(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。檢索和更新(插入、刪除、修改)兩類操作。 3 數(shù)據(jù)約束條件 三概念模型 1 .基本 :概念 (1) 實體 (2) 屬性 (3) 碼 (4) 域 (5) 實體型 (6) 實體集 (7) 聯(lián)系 1) 1 : 1聯(lián)系 2) 1： N聯(lián)系 3) M : N 四.概念模型的表示方法 實體型：用矩形框表示，矩形框內(nèi)寫明實體名 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(biāo)上聯(lián) 屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體連接起來 聯(lián)系

7、：用菱形表示， 系的類型。 例P19 五最常用的數(shù)據(jù)模型 基本層次聯(lián)系圖： 1 層次模型 (1 )數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1) 有且只有一個結(jié)點沒有雙親結(jié)點，這個結(jié)點成為根結(jié)點 2) 根以外的其他結(jié)點有且只有一個雙親結(jié)點 例1 例2： 省 (2) 多對多在層次模型中的表示 1) 冗余法 2) 虛擬法 (3) 層次模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束 層次模型在進行查詢、插入、刪除和修改時要滿足完整性約束條件。 (4) 層次模型的存儲結(jié)構(gòu) 1).鄰接法 數(shù)據(jù)的鄰位存放來體現(xiàn) 2).鏈接法 用指針來反映數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)系：子女-兄弟鏈接法，層次序列鏈接法) (5) 層次模型的優(yōu)缺點 1) 優(yōu)點 A層次數(shù)據(jù)模型本身比較簡單

8、 B實體間聯(lián)系是固定的，且預(yù)先定義好應(yīng)用系統(tǒng)，采用層次模型來實現(xiàn)，其性能由于關(guān)系模型，不 低于網(wǎng)狀模型 C層次模型提供了良好的完整性支持 2) 缺點 A不能直接實現(xiàn)多對多聯(lián)系 B對插入和刪除限制比較多 C查詢子女結(jié)點必須通過雙親結(jié)點 D由于結(jié)構(gòu)嚴密，層次命令趨于程序化 2 網(wǎng)狀模型 (1) 網(wǎng)狀模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1 允許一個以上的結(jié)點無雙親 2.一個結(jié)點可以有多余一個的雙親 例 1P28 LR1 J R3/ 學(xué)號姓名課程號課程名 學(xué)號 課程號 成績 (3) 網(wǎng)狀模型的存儲結(jié)構(gòu) 單向環(huán)形鏈 (4) 網(wǎng)狀模型的優(yōu)缺點 1) 優(yōu)點 A能夠直接描述現(xiàn)實世界 B具有良好的性能，存取效率較高 2) 缺點 A結(jié)

9、構(gòu)復(fù)雜 B其DDL、DML語言復(fù)雜，用戶不容易使用 3關(guān)系模型 (1) 關(guān)系模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 二維表格： 基本概念：關(guān)系，元組，屬性，主碼，域，分量，關(guān)系模式 (2) 關(guān)系模型的操縱與完整性約束 集合操作，用戶只需要指出干什么而不必指出怎么干 (3) 關(guān)系模型的存儲結(jié)構(gòu) 一般一個表對應(yīng)一個操作系統(tǒng)文件 (4) 關(guān)系模型的優(yōu)缺點 1)優(yōu)點 A建立在嚴格的數(shù)據(jù)概念基礎(chǔ)上 B關(guān)系模型概念單一 C關(guān)系模型的存取路徑對用戶透明 2)缺點 存取效率比層次、網(wǎng)狀模型低 1 3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一 三級模式 1 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 描述 2 外模式 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)

10、構(gòu)和特征描述 3 內(nèi)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。 二 數(shù)據(jù)庫的二級映象功能與數(shù)據(jù)獨立性 /模式的映象作相 保證了數(shù) 1 外模式 /模式映象 數(shù)據(jù)的邏輯獨立性邏輯數(shù)據(jù)獨立性是指當(dāng)模式改變時，由數(shù)據(jù)庫管理員對各個外模式 應(yīng)改變，可以使外模式保持不變。應(yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫的，從而應(yīng)用程序不必修改， 據(jù)與程序的邏輯獨立性 /內(nèi)模式映 2模式 /內(nèi)模式映象 數(shù)據(jù)的物理獨立性物理數(shù)據(jù)獨立性是指當(dāng)數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)改變了，由數(shù)據(jù)庫管理員對模式 象作相應(yīng)修改，可以保持模式不變，從而應(yīng)用程序也不必修改。保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨立性。 1 4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成 一 硬

11、件平臺及數(shù)據(jù)庫 1內(nèi)存 2磁盤 3較高的通道能力 二 軟件 1 DBMS 2 支持 DBMS 運行的操作系統(tǒng) 3 具有與數(shù)據(jù)庫接口的高級語言極其編譯系統(tǒng)，便于開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng) 4 以 DBMS 為核心的應(yīng)用開發(fā)工具 5 為特定應(yīng)用環(huán)境開發(fā)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng) 三 人員 數(shù)據(jù)庫管理員、系統(tǒng)分析員和數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員、應(yīng)用程序員、用戶 15 數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究領(lǐng)域 一 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件的研制 二數(shù)據(jù)庫設(shè)計 三數(shù)據(jù)庫理論 第二章 關(guān)系數(shù)據(jù)庫 2 1 關(guān)系模型概述 一關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 二維表格 二關(guān)系操作 關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算和 SQL 三關(guān)系的三類完整性約束 實體完整性、參照完整性、用戶自定義 2 2 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及

12、形式化定義 一關(guān)系 1域 2 的卡爾積 DN的的卡爾積為: 給定的一組域 D1, D2, D3,DN這些域中可以有相同的。D1, D2, D1 X D2X 3 關(guān)系 X DN= (d1,d2. ,dn ) ,di Di,i=1,2, ,n D1 XD2XX DN的子集叫做在域D1,D2,DN上的關(guān)系，表示為：R(D1,D2,DN),N為關(guān) 系的目。 4 .基本術(shù)語 侯選碼、主碼、主屬性、非碼屬性、全碼 5 基本關(guān)系的性質(zhì) 關(guān)系模式 R (U, D, DOM F) R :關(guān)系名稱，U:屬性名的集合，D:屬性組U中所來自的域，DOM為屬性向域的影象集合，F(xiàn)為數(shù)據(jù)依賴 三關(guān)系數(shù)據(jù)庫 2. 3關(guān)系的完

13、整性 一.實體完整性 若屬性A是基本關(guān)系 R的主屬性，則屬性 A不能取空值 二參照完整性規(guī)則 1 外碼 設(shè)F是基本關(guān)系 R的一個或一組屬性，但不是關(guān)系R的碼。如果F與基本關(guān)系S的主碼KS相對應(yīng)，則稱 F 是基本關(guān)系 R的外碼，并稱基本關(guān)系 R為參照關(guān)系，基本關(guān)系 S為被參照關(guān)系。關(guān)系 R和S不一定是不同的關(guān) 系。 2 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相對應(yīng)(基本關(guān)系 S和R不一 定是不同的關(guān)系)則對于 R中每個元組在 F上的值必須為： 或者取空值(F的每個屬性值均為空值)或者等于S中某個元組的主碼值。 三用戶定義的完整性 2. 4關(guān)系代數(shù) 傳統(tǒng)的集合運算

14、 1 并 R U S=t |t RV t s 2.差 R-S= t |t RA t S 3 交 R n S= t |t RA t S A B C a1 b2 C2 a1 b3 c2 a2 b2 c1 S 4 廣義的卡爾積 A B C a1 b1 c1 a1 b2 c2 a2 b2 c1 5.例 R 專門的關(guān)系運算 R X S=tr ts| tr RA ts S 1 術(shù)語 (1) 分量 (2) 補集 (3) 連接符號 tr c ts (4) 象集給定一個關(guān)系 R(X , Z) , X和Z為屬性組，定義當(dāng)tX=x時，x在R中的象集為：Zx=tZ| t R,tX=x，它表示R中屬性組X上值為x的諸元

15、組在Z上分量的集合。 2專門的關(guān)系運算 (1) 選擇 Sf ( R) =t |t RA F (t )=真 F :由邏輯運算符，A , V連接各算術(shù)表達式組成，算術(shù)表達式的基本形式： Xie yi其中e為比較運算符，它有： ,，=，xi、Y1可以是屬性名，或為常量, 或為簡單函數(shù)。 例：查詢年齡大于20的學(xué)生 S age20(S)或 S 320(S) (2) 投影 n A ( R) =tA|t R,其中A為R中的屬性列 例：查詢?nèi)w學(xué)生的學(xué)號和姓名 (3) 連接 連接也稱e，它是從兩個關(guān)系的的卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組 R g S= trts| tr RA ts SA trA e ts

16、B Ae B 其中A和B為R和S上度數(shù)相等且可比的屬性組。 e是比較運算符(,，=) 1) 非等值連接 比較運算符是：,， ， ，豐 2) 等值連接 比較運算符是：= Rg S A=B 3) 自然連接 R g S I B E 仝 b2 7 b3 10 A B C al bi 5 al b2 6 a2 B3 8 R 其中X，丫，Z為屬性組。R中的丫與S中 例： (4) 除 丫可以有不同的屬性名，但必須岀自相同的域集。 足下列條件的元組在 X屬性列上的投影：元組在 給定關(guān)系R( X，丫)和S( 丫，Z)， R與S的除運算得到一個新的關(guān)系P (X )，P是R中滿 X上分量值x的象集Yx包含S在丫上投

17、影的集合。記作： R- S= trX| tr RA n 丫( S)包含于 Yx 其中Yx為x在R中的象集，x= trX 例： R A B C al bi c2 a2 b3 c7 a2 b4 c6 a1 b2 c3 a2 b1 c2 a1 b2 c1 3 .例1 S xh xm age xb 001 a 21 男 002 b 22 女 003 c 20 男 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) B C D b1 c2 d1 b2 c1 d1 b2 c3 d2 xh ch g 001 1 89 001 2 56 002 1 75 sc 查詢年齡在20歲以上的學(xué)生 查詢性別為性別為

18、“男”的學(xué)生學(xué)號和姓名 查詢選修了課程的學(xué)生學(xué)號 查詢選修了課程的學(xué)生的學(xué)號和姓名 查詢選修了課程的且某一門課的成績大于80的學(xué)生的學(xué)號、姓名和性別 查詢選修了“ DB ”課程的學(xué)生學(xué)號和姓名 查詢沒有選修“ DB ”課程的學(xué)生學(xué)號和姓名 (8) 查詢選修了全部課程的學(xué)生學(xué)號 (9) 查詢至少選修了課程 (10) (11 ) 4 例 1和課程2的學(xué)生學(xué)號 查詢選修了全部課程的學(xué)生學(xué)號和姓名 查詢至少選修了 1號課程和2號課程的學(xué)生學(xué)號(如果為：學(xué)號和姓名？) 學(xué)號 姓名 年齡 性別 001 a 21 男 002 b 22 女 003 c 20 男 S 5關(guān)系演算 一 ALPHA 二.元組關(guān)系演

19、算 三 QBE 四域演算語言 SQL語言特點 綜合統(tǒng)一一 高度的非過程化 面向集合的操作方式 以同一種語法結(jié)構(gòu)兩種使用方式 語言簡潔易學(xué)易用 SQL語言基本概念 基本表、視圖 定義、刪除和修改基本表 ch cm xf 1 DS 5 2 DB 4 3 net 3 學(xué)號 課程號 成績 001 1 89 001 2 56 002 1 75 課程 口 口、 土 號 課程名 先行課 學(xué)分 1 DS 5 5 2 DB 1 4 3 NET 2 3 sc c 第三章關(guān)系數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)語言 SQL 1 SQL語言概述 3. 2數(shù)據(jù)定義 1.定義 CREATE TABLE ( 數(shù)據(jù)類型列級完整性約束條件 5 , 列名

20、 數(shù)據(jù)類型列級完整性約束條件 ，表級完整性約束條件); 數(shù)據(jù)類型：FLOAT , CHAR (N), INT , DATE , TIME 2. 修改 ALTER TABLE 表名 ADD 新列名數(shù)據(jù)類型完整性約束條件 DROP完整性約束 MODIFY 列名數(shù)據(jù)類型 3. 刪除 DROP TABLE 表名 二建立與刪除索引 1 .建立索引 CREATE UNIQUE CLUSTER INDEX 索引名ON 表名(列名次序，列名次 序) UNIQUE :唯一索引 CLUSTER :聚簇索弓I 2 刪除索引 DROP INDEX 索弓 I名 3 . 3查詢 SQL語句的一般格式： SELECT AL

21、L | DISTINCT 目標(biāo)列表達式 , 目標(biāo)列表達式 FROM 表名或視圖名 , 表名或視圖名 WHERE 條件表達式 GROUP BY 列名HAVING條件表達式 ORDER BY 列名 ASC | DESC Stude ntscc ch xh 001 49 001 56 002 75 xh xm age xb sdept 001 a 21 男 CS 002 b 22 女 IS 003 c 20 男 CS 單表查詢 ch cm cpno xf 1 DS 5 5 2 DB 1 4 3 NET 2 3 1 選擇表中的若干列 (1 )查詢表中部分列 SELECT XH , XM FROM ST

22、UDENT (2)查詢表中全部列 SELECT * FROM STUDENT 或 SELECT XH ， XM ， age,xb，sdept FROM STUDENT （ 3）查詢經(jīng)過計算的值 SELECT XH，XM ， 2005-age, FROM STUDENT SELECT XH 學(xué)號， XM 姓名， 2005-age 出生年份 FROM STUDENT 2選擇表中的若干元組 （1）取消重復(fù)的行 SELECT DISTINCT XH FROM SC （ 2 ）選擇滿足條件的元組 1）比較大小 ，=，=，= ， !，! SELECT * FROM STUDENT WHERE AGE23

23、2）確定范圍 SELECT XH ，XM FROM STUDENT WHERE AGE BETWEEN 20 AND 25 3）確定集合 SELECT XH ， XM FROM STUDENT WHERE SDEPT IN （ MA IS， CS ） 4）字符匹配 %：當(dāng)前位置開始任意多個字符 ：任意一個字符 NOT like escape SELECT * FROM STUDENT WHERE XM LIKE “張 %” 5）涉及空值的查詢 SELECT XH FROM SC WHERE G IS NULL 6）多重條件查詢 與： and 或： or 非： not SELECT XH ，XM

24、 FROM STUDENT WHERE AGE19 3多查詢結(jié)果進行排序 order by ASC|DESC, ASC|DESC SELECT XH ， G FROM SC WHERE CH= 3 ORDER BY G DESC 4 使用集函數(shù) COUNT （*）, COUNT （列） SUM （列）， AVG （列）， MAX （列）， MIN （列） SELECT COUNT （*） FROM STUDENT 5 對查詢結(jié)果分組 SELECT CH， COUNT (XH ) FROM SC GROUP BY CH SELECT XH FROM SC GROUP BY XH HAVING C

25、OUNT (*) =2 連接查詢 連接謂詞： 表名 1. 比較運算符 表名2.列名2 表名 1. betwee n . and . 比較運算符：=， ， 1連接查詢 1）非等值連接 2）等值連接 例：查詢每個學(xué)生及其選修課程的情況 (1) 關(guān)系代數(shù) 等值連接、自然連接 (2) SQL命令 SELECT STUDENT.* ， SC.* FROM STUDENT，SC WHERE STUDENT.XH=SC.XH SELECT STUDENT.XH ，XM，AGE，XB,SDEPT,CH ，G FROM STUDENT ， SC WHERE STUDENT.X=SC.XH 3）連接和投影 ch

26、cm cpno xf 1 DS 5 5 2 DB 1 4 3 NET 2 3 查詢每個學(xué)生及其選修課程的學(xué)號和姓名 4）的卡爾積 2 自身連接 查詢每一門課的間接先修課 c A A.CH B ch cm cpno xf 1 DS 5 5 2 DB 1 4 3 NET 2 3 B 右外連接 A.CPNO= 3 外 B.CPNO FROM B.CH 連接 SELECT C A, C WHERE (1) SELECT STUDENT.XH ，XM，AGE，CH，G FROM STUDENT ， SC WHERE STUDENT.XH=SC.XH(*) (2) 左外連接 SELECT STUDENT.

27、XH,XM ，AGE ，CH，G FROM STUDENT ， SC WHERE( *) STUDENT.XH=SC.XH 4復(fù)合條件連接 查詢每個學(xué)生的學(xué)號，姓名，選修的課程名及成績 SELECT STUDENT.XH ，XM ，CM，G FROM STUDENT ， SC，C WHERE STUDENT.XH=SC.XH AND SC.CH=C.CH 三嵌套查詢 SELECT FROM WHERE ( SELECT FROM WHERE ) 2 帶有 IN 謂詞的子查詢 查詢與“張三”在同一個系的學(xué)生學(xué)號和姓名 查詢選修了“ DB ”課程冊學(xué)生學(xué)號和姓名 SELECT XH ， XM FR

28、OM STUDENT WHERE XH IN ( SELECT XH FROM SC WHERE CH IN (SELECT CH FROM COURSE WHERE CM= “信息系統(tǒng)”) 3 帶有比較運算符的子查詢 ，=，=，=， 4 帶有 ANY 或 ALL 謂詞的子查詢 any ， allany ，all ， =any ，=all SELECT XM ， AGE FROM STUDENT WHERE AGEANY ( SELECT AGE FROM STUDENT IS WHERE SDEPT= IS) AND SDEPT 5 帶有 EXISTS 謂詞的子查詢 查選修了 1 號課程的學(xué)

29、生姓名 SELECT XM FROM STUDENT WHERE EXISTS ( SELECT * FROM SC WHERE XH=STUDENT.XH AND CH= 1) 查詢選修了全部課程的學(xué)生學(xué)號和姓名 沒有一門課程是他不選的 或 任一門課他不選不存在 SELECT XM FROM STUDENT WHERE NOT EXISTS (SELECT * FROM C WHERE NOT EXISTS (SELECT * FROM SC WHERE SC.XH=STUDENT.XH AND SC.CH=C.CH) 查詢至少選修了學(xué)生 95002 選修的全部課程的學(xué)生學(xué)號 SELECT

30、DISTINCT XH FROM SC X WHERE NOT EXISTS ( SELECT * FROM SC Y WHERE Y.XH= ”95002 ”AND NOT EXISTS ( SELECT * FROM SC Z WHERE Z.XH=X.XHAND Z.CH=Y.CH) 四集合查詢 1并集 例 查詢計算機科學(xué)系及年齡不大于 19 歲的學(xué)生 SELECT * FROM STUDENT WHERE SDEPT= CS UNION SELECT * FROM STUDENT WHERE AGE=19 2交集 例 查詢計算機科學(xué)系及年齡不大于 19 歲的學(xué)生的交集 SELECT *

31、 FROM STUDENT WHERE SDEPT= CS AND AGE=19 查詢既選修了課程 1 又選修了課程 2 的學(xué)號 SELECT XH FROM SC WHERE CH= 1 AND XH IN （ SELECT XH FROM SC WHERE CH= 2） 3差集 例 ：查詢計算機科學(xué)系及年齡不大于 19 歲的學(xué)生的差集 SELECT * FROM STUDENT WHERE SDEPT= CS AND AGE19 3 4 數(shù)據(jù)更新 插入數(shù)據(jù) 1格式 INSERT INTO 表名（屬性1，屬性 2） VALUES （常量1, 常量2） 2插入單個元組 INSERT INTO

32、STUDENT VALUES ( 001 ，“ 張三”， F， IS ， 19) INSERT INTO SC(XH ，CH ) VALUES ( 001， 2) 3插入子查詢結(jié)果 INSERT INTO 表名 (屬性 1， 屬性2) 子查詢 例 INSERT INTO DEPTAGE (SDEPT ， AVAGE ) SELECT SDEPT ， AVG (AGE ) FROM STUDENT GROUP BY SDEPT 二修改數(shù)據(jù) 1格式 UPDATE 表名 SET 列名=表達式 ，列名=表達式 WHERE 條件 2修改某一個或多個元組的值 UPDATE STUDENT SET AGE=

33、AGE+1 3帶子查詢的修改語句 例 將計算機科學(xué)系全體學(xué)生的成績置零 UPDATE SC SET G=0 WHERE CS = (SELECTSDEPT FROM STUDENT WHERE STUDENT.XH=SC.XH ) 三刪除數(shù)據(jù) 1格式 DELETE FROM 表名 WHERE 條件 2刪除一個或多個元組 DELETE FROM STUDENT WHERE XH= 001 DELETE FROM SC 3帶子查詢的修改語句 例：查詢計算機科學(xué)系所有學(xué)生的選課記錄 DELETE FROM SC WHERE CS （SELECT SDEPT FROM STUDENT WHERE ST

34、UDENT.XH=SC.XH ） 3 5 視圖 定義視圖 1建立視圖 CREATE VIEW 視圖名 （列名 ，列名 AS 子查詢 WITH CHECK OPTION 例： CREATE VIEW ISVIEW （學(xué)號，姓名，年齡） AS SELECT XH ， XM ， AGE FROM STUDENT WHERE SDEPT= IS CREATE VIEW AS SELECT FROM AVGVIEW （ XH ， AVG ） XH ， AVG （ G） SC GROUP BY XH 2刪除視圖名 DROP VIEW 視圖名 3查詢視圖 4更新視圖 INSERT 、 UPDATE 、 DE

35、LETE 視圖的作用 1視圖能夠簡化用戶的操作 2視圖使用戶能以多種角度看待同一數(shù)據(jù) 3視圖對重夠數(shù)據(jù)庫提供了一定程度的邏輯獨立性 4視圖能夠?qū)C密數(shù)據(jù)提供安全保護 3 6 數(shù)據(jù)控制 授權(quán) GRANT 權(quán)限，權(quán)限 ON 對象類型對象名 TO 用戶 ，用戶 WITH GRANT OPTION 收回權(quán)限 REVOKE ，權(quán)限 ON 對象類型對象名 FROM 用戶 ，用戶 3 7 嵌入式 SQL 嵌入式的一般形式 EXEC SQL SQL 語句 EXEC SQL SQL 語句 END EXEC 基本術(shù)語 TABLE 、INDEX 、VIEW 、CURSOR TRIGGOR 、STORED PROCE

36、DURE 動態(tài) SQL 2 號課程的記錄為 50 個 SC 元組作連接，也只需讀一遍 第四章 關(guān)系系統(tǒng)及其查詢優(yōu)化(選學(xué)) 4 1 關(guān)系系統(tǒng) 一關(guān)系系統(tǒng)的定義 1支持關(guān)系數(shù)據(jù)庫(關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)) 2支持選擇、投影、連接對這些運算不必要定義任何物理存取路徑 二關(guān)系系統(tǒng)的分類 1表示系統(tǒng) 2最小關(guān)系系統(tǒng) 3關(guān)系完備的系統(tǒng) 4全關(guān)系系統(tǒng) 4 2 關(guān)系系統(tǒng)的查詢優(yōu)化 一關(guān)系系統(tǒng)及其查詢優(yōu)化 1優(yōu)化 2優(yōu)化步驟 (1) 將查詢轉(zhuǎn)換成某種內(nèi)部表示，通常是語法樹 (2) 根據(jù)一定的等價變換規(guī)則把語法樹轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)形式(優(yōu)化) (3) 選擇低層的算法 (4) 生成查詢計劃 二一個實例 例： 求選修了 2 號課程的

37、學(xué)生姓名 SELECT STUDENT. XM FROM STUDENT ， SC WHERE STUDENT.XH=SC.XH AND SC.CH= 2 假設(shè) STUDENT 中有 1000 個學(xué)生記錄， 10000 個選課記錄，其中選修 則有三種查詢方案： nXM(S STUDENT.XH=SC.XH ASC.XH= 2 (STUDENTS SC) nXM( S sc.ch= 2 (student gsc) nxm(student g S sc.ch= 2 (sc) 1第一種情況 ( 1 )先計算廣義的卡爾積 ( 2)做選擇操作 ( 3 )作投影 2第二種情況 ( 1 )計算自然連接 (

38、2)讀取中間文件塊，執(zhí)行選擇運算 ( 3 ) 把第 2 步結(jié)果投影輸出 3第三種情況 ( 1)先作選擇運算，只需一遍SC 表 ( 2)讀取 STUDENT 表，把讀入的 STUDENT 元組和內(nèi)存中的 STUDENT 表 ( 3 ) 把連接結(jié)果投影輸出 三查詢優(yōu)化的一般準(zhǔn)則 1選擇運算盡可能先做 2執(zhí)行連接前對關(guān)系適當(dāng)?shù)靥幚?3把選擇運算和投影運算同時進行 4把投影同其前或其后的雙目運算結(jié)合起來。 沒有必要為了去掉某些字段而掃描一遍關(guān)系 5把某些選擇同它在它前面要執(zhí)行笛卡兒積結(jié)合起來成為一個連接，連接特別是等值連接運算要比同樣關(guān) 系的笛卡兒積省很多時間 6找出公共子表達式 四關(guān)系代數(shù)的等價變換

39、規(guī)則 1連接、的卡爾積交換律 E1 X E2 三 E2 X E1 E1 g E2= E2g E1 E1 g E2= E2g E1 F F 2連接、笛卡兒積的結(jié)合律 E1 X E2X E3 三 E1 X( E2 X E3) E1 g E2g E3 = E1 g( E2 g E3) E1 g E2g E3 = E1 g( E2 g E3) F1 F2 F1 F2 3投影的串接定律 n A1, A2,，AN(n B1, B2,，BN ( E)三n A1, A2,，AN (E) 4 選擇的串接定律 S F1 ( S F2 (E)三 S F1 A F2 (E) 5 選擇與投影的交換律 S F (n A1

40、, A2,，AN ( E)三n A1, A2,，AN ( S F (E) 6 選擇與笛卡兒積的交換律 S F (E1 X E2)三S F (E1)X E2 F中只涉及 E1的屬性 如果F=F1 A F2中F1只涉及 E1中屬性，F(xiàn)2中只涉及 E2的屬性： S F (E1 X E2)三 S F1 (E1)X S F2 (E2) 如果F=F1 A F2, F1只涉及E1中屬性，F(xiàn)2中涉及E1和E2兩者的屬性： S F (E1X E2)三 S F2 ( S F1 (E1)X E2) 7選擇與并的交換 S F (E1U E2)三 S F (E1)U S F (E2) 8 選擇與差的交換 S F (E1

41、-E2 )三 S F (E1) - S F (E2) 9投影與笛卡兒積的交換 nA1, A2,，AN, B1, B2,，BM ( E1 X E2)三n A1, A2,AN ( E1)Xn B1, B2,BM ( E2) 10 投影與并的交換 nA1, A2,，AN ( E1U E2)三n A1, A2,AN ( E1)Un A1, A2,AN ( E1) 五關(guān)系代數(shù)表達式的優(yōu)化算法 1 關(guān)系代數(shù)的優(yōu)化 2表示成標(biāo)準(zhǔn)的語法樹 3算法 (1) 利用規(guī)則4把形如S F1 A F2- A Fn ( E)變換為： S F1 ( S F2 (S Fn ( E) ( 2 )對每一個選擇,利用規(guī)則 48 盡可

42、能把它移到樹的葉端 (3) 對每一個投影利用規(guī)則 3, 9, 10, 5 中的一般形式盡可能把它移到樹的葉端 ( 4)利用規(guī)則 35 把選擇和投影串接合成單個選擇、單個投影或一個選擇后跟一個投影。使多個選擇或 投影能同時執(zhí)行,或在一次掃描中全部完成,盡管這種變換似乎違背“投影盡可能早做”的 原則,但這樣做效率更強。 (5) 把上述得到的語法樹分組。每一個雙目運算( X , g , U ,- )和它所有的直接祖先為一組(這些直 接祖先是s ,n運算)，如果其后代直到葉子全是單目運算，則也將它們并入該組，但當(dāng)雙目運算是的卡爾積，而且其后的選擇不能與它結(jié)合為等值連接除外。把這些單目運算分為一組 (6

43、) 生成一個程序 六.優(yōu)化的一般步驟 1 查詢轉(zhuǎn)換成某種內(nèi)部表示(語法樹) 2 把語法樹轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)形式 3選擇低層的存取路徑 4. 生成查詢計劃，選擇代價最小的 七例 查詢001 學(xué)生選修的課程名和成績 SELECT CM , G FROM SC, C WHERE SC.XH= 001 AND SC.CH=C.CH (1) 關(guān)系代數(shù)式： n CM G ( S SC.XH= 001 A SC.CH=C.CH(SCX C) 查詢優(yōu)化： 1 .選擇與的卡爾積交換律 n CM G ( S SC.CH=C.CH( S SC.XH= 001 ( SC)X C) 2投影與選擇的交換律 nCM G ( S S

44、C.CH=C.CH(n G, SC.CH,C.CH,CM ( S SC.XH= 001 3 投影與的卡爾積交換律 ncm g ( s sc.cH=c.cH(nch (2)語法樹 G ( S SC.XH= 001( SO)xn SC.XH= n cm g 001 A SC.CH=C.CH (SC) x C) CM ,CH(C) SC 1 .選擇與的卡爾積交換律 SC 2投影與選擇的交換律 n cm G H,CM S SC.CH=C.CH n G, SC.CH,C.C S SC.XH= 001 SC 3 投影與的卡爾積交換律 n cm g S SC.CH=C.qH X n CM ,CH n CH,

45、 G S SC.XH= 001 SC 總結(jié)：先表示成關(guān)系代數(shù)式，然后利用按照投影、選擇、的卡爾積等運算規(guī)則，對代數(shù)式進行等價變換， 最后轉(zhuǎn)換成語法樹。 第五章關(guān)系數(shù)據(jù)理論 5. 1問題的提岀 一.關(guān)系模式 R ( U , D, DOM , F) R:關(guān)系名 U :屬性集 D :屬性組U中屬性所來自的域 D DOM :屬性到域的映射 F:屬性組U上的一組數(shù)據(jù)依賴 二數(shù)據(jù)依賴 函數(shù)依賴、多值依賴 三例 S (XH , SDEPT, MN , CM , G) XH :學(xué)號，SDEPT :系另 V, MN :系負責(zé)人， CM :課程名， G :成績 語義：一個系有若干學(xué)生，但一個學(xué)生只有一個系 一個系

46、只有一名正職負責(zé)人 一個學(xué)生可以選修多門課程，每門課程有若干學(xué)生選修 每個學(xué)生學(xué)習(xí)每一門課程有一個成績 1 插入異常 如果一個系剛成立尚無學(xué)生，或者雖然有了學(xué)生但尚未安排課程。那么就無法把這個系及其負責(zé)人的信 息存入數(shù)據(jù)庫。 2 刪除異常 如果某個系的學(xué)生全部畢業(yè)了，在刪除該系學(xué)生選修課程的同時，把這個系及其負責(zé)人的信息也丟了。 3. 冗余太大 比如，每一個系負責(zé)人的姓名要與該系每一個學(xué)生的每一門功課的成績岀現(xiàn)的次數(shù)一樣多。 4. 修改復(fù)雜 比如某系負責(zé)人更換后，就必須逐一修改有關(guān)的每一個元組 四問題解決 關(guān)系分解 分解后 S1 (XH , SDEPT), S2 ( XH , CM , G),

47、 S3 (SDEPT , MN )可以消除 52規(guī)范化 一.函數(shù)依賴 1 .定義 設(shè)R (U)是屬性集U上的關(guān)系模式。X , 丫是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 丫上的屬性值不等，則稱 X函數(shù)確定丫或丫函數(shù)依賴與X，記 作X 丫 2 .術(shù)語 非平凡函數(shù)依賴：X f，但丫不屬于X則稱X丫非平凡函數(shù)依賴 X*丫，但丫屬于X，則稱X 一 是平凡的函數(shù)依賴 若X 丫，則X叫做決定因素 若 X 丫, 丫 ，則 X y 若丫不函數(shù)依賴X，記作X /Y 2. 完全函數(shù)依賴 在R ( U )中，如果 X 一 并且對于 X的任何一個真

48、子集 X 都有X / F稱丫對X完全 函數(shù)依賴，記作：XF+ 丫 若X ，但丫不完全函數(shù)依賴于 X，則稱丫對X部分函數(shù)依賴， 記作X P一Y 3 .傳遞函數(shù)依賴 在R ( U)中，如果 X ( Y不屬于X ), Y /_X , Y 吃，則稱Z對X傳遞函數(shù)依賴。 二碼 1 定義 設(shè)K為R ( U , F)中的屬性或?qū)傩越M合，若K-F 則K為R的侯選碼。若侯選碼多余一 個，則選定其中一個為主碼。 主屬性：包含在任何一個侯選碼中的屬性 非主屬性：不包含在任何碼中的屬性稱為非主屬性 全碼：整個屬性組 2 .外碼 三范式 1 . 1NF 每一個分量都是不可再分的數(shù)據(jù)項 2. 2NF (1) 定義 若R屬

49、于1NF，且每一個非主屬性完全函數(shù)依賴與碼 (2) 例 SLC (XH，SDEPT, SLOC，CH，G) XH :學(xué)號，SDEPT :系別，SLOC :學(xué)生住處，CH :課程號，G :成績 碼：(XH，CH) 函數(shù)依賴有：(XH，CH ) 一 G (XH，CH) P P T 因為：XH EPT (XH，CH) -P C 因為：XHSLOC (3) 分解 S1( XH，CH，G )，S2 (XH，SDEPT，SLOC ) S1，S2 都為 2NF 3 . 3NF (1) 定義 關(guān)系模式R ( U，F(xiàn))中若不存在這樣的碼 X，屬性組丫及非主屬性Z (Z不屬于丫)使得X料, /丫 Z成立，則稱R

50、(U，F(xiàn))是3NF (2) 例 52 (XH，SDEPT，SLOC ) 由于：XH SDEPT，SDEPT H，SDEPT SLOC ，XH 傳遞 C，所以 S2 為 2NF (3) 分解 53 (XH，SDEPT )，S4 (SDEPT，SLOC )，S2，S3 者0屬于 3NF 4 . BCNF (1) 定義 關(guān)系模式R ( U，F(xiàn))屬于1NF。若X 十且丫不屬于X時X必含有碼，則 R ( U，F(xiàn))是BCNF (2) 例 51 ( S，J, P)，F(xiàn):( S，J)_* P;( J，P)kS 屬于 BCNF 52 ( S, T, J), F:( S,J)叮;(S,T LJ；T，由于：T J,

51、T 是決定因素，但T 不 是碼所以S2不是BCNF。 (3) 分解 S2分解成兩個關(guān)系： S3 (S, T), S4 (T, J): S3, S4都屬于BCNF 5. 多值依賴 1 .定義 設(shè)R (U )是屬性集 U上的一個關(guān)系模式。X , 丫, Z是U的子集，并且 Z=U-X-Y。關(guān)系模式 R ( U) 中多值依賴X丫成立，當(dāng)且僅當(dāng)對 R （ U）的任一關(guān)系r，給定的一對（X , Z）值，有 的值，這組值僅僅決定于 X值而與Z值無關(guān)。 2.例 TEACHING （ C，T，B）中：C 十令，與B值無關(guān) WSC （W，S，C）中：W S，與 C 值無關(guān) W C，與S值無關(guān) 6. 4NF （1）

52、定義 X都含 4NF 4NF 關(guān)系模式R （ U，F(xiàn)）屬于1NF，如果對于 R的每個非平凡多值依賴 X + 丫（丫不屬于X ）， 有碼，則稱R （ U，F(xiàn)）是4NF （2 ）例 TEACHING （ C，T，B ）中，C 十 C + 是非平凡的多值依賴，但 C不是碼所以不是 WSC （W，S，C）中，W + S，W -+ 0*是非平凡的多值依賴，但 W不是碼所以不是 （3）分解 TEACHING （ C，T，B ）: T1 （ C，T），T2 （ C，B） WSC （W，S，C）: W1 （ W，S），W2 （W，C） 第六章數(shù)據(jù)庫設(shè)計 . 1數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述 一.數(shù)據(jù)庫設(shè)計 數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于

53、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)，滿足用戶的應(yīng)用需求 二數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng) 三數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點 功能分析和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析的結(jié)合 四數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法概述 五數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟 1 需求分析 2.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計 5 數(shù)據(jù)庫實施 6 數(shù)據(jù)運行和維護 2需求分析 需求分析的任務(wù) 2. 處理要求 3. 安全性與完整性要求 二需求分析的方法 目的是畫岀數(shù)據(jù)流圖 三數(shù)據(jù)字典 1 數(shù)據(jù)項 2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 3 數(shù)據(jù)流 4 數(shù)據(jù)存儲 5 .處理 6 3 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計 一 概 念結(jié)構(gòu) 將需求分析得到的用戶需求抽象為信息結(jié)構(gòu)即概念模型的過程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計。 二概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法與步驟 1自頂向下 2自底向上 3逐步擴張 4混合策略 三數(shù)據(jù)抽象與局部視圖設(shè)計 分類、聚集和概括 1選擇局部應(yīng)用 2逐一設(shè)計分 E-R 圖 四視圖的集