數(shù)據(jù)的操縱和檢索——綜合數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

1、數(shù)據(jù)的操縱和檢索 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)到目前為止， 我們集中討論了傳統(tǒng)的文件處理。 此處， 文件是作為一個(gè)獨(dú)立的邏輯實(shí)體 來(lái)處理的， 而且通常與某個(gè)特定的業(yè)務(wù)領(lǐng)域相聯(lián)系。 為了把業(yè)務(wù)上相近的那些部門的文件綜 合在一起， 必須預(yù)先排序記錄和合并文件。 這樣做可能耗費(fèi)大量的時(shí)間， 有時(shí)甚至是不可能 實(shí)現(xiàn)的。通常， 文件是為了滿足特定業(yè)務(wù)領(lǐng)域某部門的專門需要而設(shè)計(jì)的，如果某部門想使用保存在一個(gè)文件上的部分?jǐn)?shù)據(jù)， 而該文件是另一部門為自己使用而設(shè)計(jì)的， 那么他們必須抽取 這些數(shù)據(jù)并重新整理后才能使用。 大多數(shù)部門總是寧愿建立和保持和一個(gè)類似 （而不同 ）的文 件以更好地滿足自己的使用要求， 而不愿兼顧其

2、他部門的業(yè)務(wù)需要。 這樣做的結(jié)果形成了大 量的帶有重復(fù)數(shù)據(jù)的文件。前面的例子中已經(jīng)提到，某所大學(xué)就保存了 75 個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī) 文件， 而每個(gè)文件中都包含有學(xué)生記錄。 每當(dāng)一個(gè)學(xué)生結(jié)婚了或者改換了住處時(shí)， 則必須修 改 75 個(gè)文件。數(shù)據(jù)的冗余會(huì)使成本提高， 而設(shè)計(jì)一個(gè)綜合的資源共享數(shù)據(jù)庫(kù)則可以把數(shù)據(jù)冗余度降低 到最小程度。 綜合的資源共享數(shù)據(jù)庫(kù)把公司看作一個(gè)整體來(lái)提供服務(wù)， 而不只是為公司某特 殊部門服務(wù)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS軟件就可能實(shí)現(xiàn)一個(gè)綜合的數(shù)據(jù)庫(kù)。早在70年代初期就出現(xiàn)了 DBMS技術(shù)，但是直到70年代末期仍未得到普遍的接受。早 期的DBMS'軟件包”效率不高，實(shí)際

3、上比傳統(tǒng)的文件處理的要求更高的硬件能力。目前DBMS對(duì)硬件的要求已經(jīng)降低了，甚至在小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上也能運(yùn)行DBMS件，造成推遲接受和實(shí)現(xiàn)DBMS技術(shù)的主要原因可能是信息服務(wù)人員缺乏專門的知識(shí)，而且用戶管理人員又不愿 合作和支持建立一個(gè)共享的數(shù)據(jù)庫(kù)。目前對(duì)于設(shè)計(jì)和運(yùn)行DBMS軟件已經(jīng)有了廣泛的了解，而且部分用戶管理人員已經(jīng)認(rèn)識(shí)到應(yīng)該把信息作為一個(gè)公司的資源來(lái)看待。數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境的好處1. 經(jīng)濟(jì)上的好處。通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)，DBMS提供了最小化數(shù)據(jù)冗余度的可能性。當(dāng)然，為了提高處理效率，即使有了DBMS幫助，有時(shí)還需要在共享的數(shù)據(jù)庫(kù)中保留一定的重復(fù)數(shù)據(jù)。 由于減少了數(shù)據(jù)的冗余度， 從而也簡(jiǎn)化了收集

4、和更新數(shù)據(jù)的過(guò)程。 就前面的例子 而言，只需要在一處 （數(shù)據(jù)庫(kù)中 ）更新學(xué)生地址就可以了。2. 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)也給信息服務(wù)專業(yè)人員帶來(lái)的好處。 綜合資源共享數(shù)據(jù)庫(kù)為系統(tǒng)分析員打開(kāi)了嶄新的大門。數(shù)據(jù)庫(kù)能向系統(tǒng)分析員提供傳統(tǒng)文件所不能提供的信息。由于有了DBM，S就更容易得到數(shù)據(jù)，因此使程序設(shè)計(jì)任務(wù)要比原先更為簡(jiǎn)單。此外，數(shù)據(jù)是獨(dú)立于程序的。 這意味著用戶管理人員可以增加數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)、修改庫(kù)中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)或者從庫(kù)中刪除數(shù) 據(jù)，這些并不影響現(xiàn)有的程序， 而在過(guò)去則需要測(cè)試和修改幾十個(gè) （有時(shí)幾百個(gè) ）程序。當(dāng)然， 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)還有其它重要的優(yōu)點(diǎn)，但是這些已超出本書的范圍。3. 信息方面的好處。 一個(gè)綜

5、合資源共享數(shù)據(jù)庫(kù)能以有序的方式提供一種滿足信息要求的結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，數(shù)據(jù)庫(kù)是能夠充分利用公司信息資源的唯一工具。由于數(shù)據(jù)庫(kù)和DBMSE產(chǎn)生報(bào)表方面提供了極大的靈活性，因此，也給決策過(guò)程帶來(lái)了同樣的靈活性。4. DBMS軟件在支持聯(lián)機(jī)系統(tǒng)方面是特別有價(jià)值的。共享數(shù)據(jù)庫(kù)不僅可供多個(gè)用戶存取 而且還特別能反映出數(shù)據(jù)的當(dāng)前狀態(tài)。對(duì)于許多查詢來(lái)說(shuō)，及時(shí)性是很關(guān)鍵的。例如，某個(gè)經(jīng)理由于設(shè)備故障不得不關(guān)閉某個(gè)工作站， 此時(shí)他有可能要查詢其它工作站的狀態(tài)， 并且利 用得到的信息來(lái)改變進(jìn)行中的工作路線。方法DBMS 克服了傳統(tǒng)文件處理的局限性。 它依靠靈活多變的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （將數(shù)據(jù)元及記錄彼此 聯(lián)系的方法）來(lái)做到這

6、一點(diǎn)?；诓煌瑪?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的DBMS間差別很大。有三種設(shè)計(jì) DBM漱件的方法1. 數(shù)據(jù)系統(tǒng)語(yǔ)言會(huì)議（CODASYL設(shè)計(jì)并發(fā)布的基于網(wǎng)絡(luò)或叢形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的DBMS指南。2.IBM 的信息管理系統(tǒng) （IBS） 使用的一種層次結(jié)構(gòu)。3. 某些最近設(shè)計(jì)的基于關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的DBMS。上述的每一種方法是基本概念和術(shù)語(yǔ)的差別都很大。因此，為了減少混淆和便于理解，以下的闡述和討論只使用網(wǎng)絡(luò)方法。庫(kù)設(shè)計(jì)1.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法我們通過(guò)下面的例子來(lái)說(shuō)明數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和一種數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法的原理。考察下述情況。某圖書館保存了一個(gè)文件，該文件每一個(gè)記錄都包含了下述數(shù)據(jù)元：書名作者出版社出版社地址類別出版年份圖書館館長(zhǎng)希望在獲得決策

7、信息方面有更多的靈活性。而現(xiàn)在文件不可能滿足其要求。 經(jīng)過(guò)與信息處理人員交換意見(jiàn)之后，他們決定實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于CODAS Y的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。檢查現(xiàn)有文件發(fā)現(xiàn)某些數(shù)據(jù)重復(fù)出現(xiàn)。每本書（每一書名）都分別有一個(gè)記錄。 于是，寫過(guò)幾本書的作者的名字在他寫的每本書的記錄中重復(fù)出現(xiàn)。在一個(gè)圖書館里可能有某出版社出版的數(shù)百本，甚至數(shù)千本書，但是在該文件的每本書的記錄中都重復(fù)地出現(xiàn)出版社名和出 版社地址。2. 設(shè)立數(shù)據(jù)庫(kù)的步驟設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法之一是使用主題詞一屬性矩陣作為識(shí)別記錄和這些記錄之間關(guān)系的 一個(gè)輔助工具。以下各步驟描述了這種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法。第一步，在的主題詞一屬性矩陣的左邊列出了邏輯主題詞。在本例中

8、，這些主題詞是： 書名、作者和出版社。在矩陣的頂端列出了所有可能的屬性。屬性是提供與主題詞有關(guān)的信息的任一數(shù)據(jù)元。第二步：在屬性與主題詞之間的關(guān)系有一對(duì)一的，一對(duì)多的或者不存在關(guān)系。例如，一特定書名只有一個(gè)出版社。 所以在書名與出版社之間存在一對(duì)一的關(guān)系。然而，一個(gè)書名可以有幾個(gè)作者。因而，在書名與作者之間存在一對(duì)多的關(guān)系。 用表示一對(duì)一關(guān)系，用M' 表示一對(duì)多關(guān)系，而且空白表示無(wú)關(guān)系存在。第三步：數(shù)據(jù)庫(kù)記錄類似于傳統(tǒng)文件的記錄，它是相關(guān)數(shù)據(jù)元的集合。 可以將記錄從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出來(lái)，也可以將記錄寫到數(shù)據(jù)庫(kù)中去。數(shù)據(jù)庫(kù)記錄也稱為節(jié)段。在這一步，用主題 詞一屬性矩陣來(lái)標(biāo)識(shí)記錄。這是通過(guò)列出與

9、每個(gè)主題詞一對(duì)一關(guān)系的屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通常， 對(duì)應(yīng)每個(gè)主題都有一個(gè)記錄，書名”記錄包含出版社、出版年份和類別，如下所示：類別出版年釦ft著岀版枕出版社堆如為丁樽敢據(jù)7L汆席池至峽小，在記St中將不包傳對(duì)事關(guān)來(lái)的肩性，而週誼數(shù)蘋購(gòu)曙 璟廚這些一對(duì)蚩的掘熱"住侍境的丈件対筑中廣件吿”敬據(jù)元起會(huì)-帕客”中己余中.如下聽(tīng) 廚：耳百類 刖扳走諭丫S肴1屆2 |作看3 |作若d第四步：數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程的下一步是建立記錄之間的關(guān)系。圖20611給出主題一屬性矩陣中指出的一對(duì)多的關(guān)系。 出版社與書名之間的一對(duì)多的關(guān)系是用兩個(gè)記錄之間的一條連 線來(lái)指出的，該連線有一箭頭指向出版社記錄。指向書名記錄的兩個(gè)箭

10、頭表示每個(gè)出版社可以有一個(gè)以上的書名。這種出版社一書名的組合稱之為一個(gè)系。其它的系是：書名 乍者、作者一出版社、作者一書名和出版社 乍者。多對(duì)多的關(guān)系（每一端都有兩個(gè)箭頭）在處理時(shí)可 能會(huì)引起混淆，因而是不允許的。圖20612個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)模型第五步：下一步消去冗余的屬性和系。記住，我們的目的是將作者、書名和出版社記錄輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)，然后經(jīng)由系建立的聯(lián)系從不同的記錄中檢索數(shù)據(jù)。因此，必須消去對(duì)此目的是冗余的那些系。在本例中，顯而易見(jiàn)作者一出版社系或作者 一書名系是冗余（重復(fù)）的，由于作者與書名相匹配的機(jī)會(huì)比它與出版社匹配的機(jī)會(huì)多，因此應(yīng)該消去作者一出版社系。圖給出了結(jié)果模式。該模式是數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)

11、的一種圖式表示?，F(xiàn)在圖書館館長(zhǎng)可以進(jìn)行如下的查詢： 列出某作者寫的所有書的書名； 按字母順序列出由 Pie ntice-Hall在1981年出版的那些書的書名； 列出1987年以來(lái)至少在三個(gè)出版社出版書的那些作者。該數(shù)據(jù)庫(kù)（正如所設(shè)計(jì)的那樣）很容易實(shí)現(xiàn)上述查詢及其它類似的查詢。對(duì)圖書館原有文件來(lái)說(shuō)，類似的查詢不僅要求處理整個(gè)文件，而且可能還要處理好幾遍。有時(shí)，還要求對(duì)文件進(jìn)行排序和合并。(P73)圈206 13數(shù)愣陣審構(gòu)的一牛值如果圖書館館長(zhǎng)在一年之后決定需要另一個(gè)記錄或?qū)傩?，那么，?shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）可以重新產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫(kù)，增加屬性，甚至增加系而不影響現(xiàn)在的程序。圖表示該模式，而圖表示數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)值。模式與值的關(guān)系類似于數(shù)據(jù)元與數(shù)據(jù)