第一章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)

第一章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)1.1數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識1.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫教學(xué)要求：通過本章的學(xué)習(xí)，要求了解數(shù)據(jù)、信息和數(shù)據(jù)處理概念，理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念和數(shù)據(jù)模型，掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫的相關(guān)術(shù)語和關(guān)系的特點、設(shè)計與運算。1.1數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識一、數(shù)據(jù)、信息和數(shù)據(jù)處理1、數(shù)據(jù)（Data）：在數(shù)據(jù)庫中，把計算機能識別并能處理的一切符號，都稱為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)有數(shù)字、文字、圖形、圖象、聲音等多種表現(xiàn)形式；在數(shù)據(jù)庫中，把計算機能識別并能處理的一切符號都稱為數(shù)據(jù)。如：某學(xué)生的姓名、性別、出生日期、入學(xué)成績。2、信息（Information）：信息是客觀事物屬性的反映，是經(jīng)過加工并對人類社會實踐和生產(chǎn)經(jīng)營活動產(chǎn)生影響的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式。如：根據(jù)某學(xué)生各門成績計算出最后的平均成績：85數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系：數(shù)據(jù)是信息的載體，它表示了信息；信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，是數(shù)據(jù)的語義解釋信息=數(shù)據(jù)+處理3、數(shù)據(jù)處理（DataProcess）：數(shù)據(jù)處理又稱為信息處理，即利用計算機對各種類型的數(shù)據(jù)進行處理，包括對數(shù)據(jù)的采集、存儲、整理、分類、排序、統(tǒng)計、加工、檢索、維護和傳輸?shù)纫幌盗胁僮鬟^程。1、數(shù)據(jù)庫（DataBase，簡稱DB）數(shù)據(jù)庫就是長期儲存在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。（以一定的組織方式將關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)組織在一起存放在計算機存儲器上形成的、能為多個用戶共享的、與應(yīng)用程序彼此獨立的一組相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。）數(shù)據(jù)庫不僅包括描述事物的數(shù)據(jù)，而且反映了相關(guān)事物之間的聯(lián)系。保存方法有很多種：人工保存、存放在文件里、存放在數(shù)據(jù)庫里。二、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)圖1-1卡片方式存放應(yīng)用程序計算機數(shù)據(jù)管理的發(fā)展：人工管理、文件系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個階段。人工處理階段程序和數(shù)據(jù)編寫在一起程序間數(shù)據(jù)不能共享圖1-2文件系統(tǒng)中程序與數(shù)據(jù)的關(guān)系文件系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)以文件的形式存儲在外存儲器上，由操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理，程序和數(shù)據(jù)分離，這樣，程序與數(shù)據(jù)就有了一定的獨立性。表1-1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與文件系統(tǒng)性能對照表各文件的數(shù)據(jù)相互聯(lián)系，從總體看是“有結(jié)構(gòu)”的各數(shù)據(jù)文件彼此獨立，從整體看為“無結(jié)構(gòu)”的4數(shù)據(jù)獨立于程序，強調(diào)數(shù)據(jù)的獨立性數(shù)據(jù)從屬于程序，兩者互相依賴3原則上可消除重復(fù)。為方便查詢允許少量重復(fù)存儲，但冗余度可以控制每個用戶擁有自己的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)重復(fù)存儲2庫內(nèi)數(shù)據(jù)由多個用戶共享文件中的數(shù)據(jù)由特定的用戶專用1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)文件系統(tǒng)序號數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的發(fā)展：第一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：20世紀70年代研制的層次和網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：最主要的數(shù)據(jù)庫類型是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)（ObjectOrientedDataBaseSystem，簡稱OODBS）。有的書中也把面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)分為計算機數(shù)據(jù)管理的發(fā)展的第四階段2、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem簡稱DBMS）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，從軟件分類的角度看，它屬于系統(tǒng)軟件。對數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一進行管理和控制，以保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性，它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心軟件。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能包括以下幾個方面：數(shù)據(jù)定義功能數(shù)據(jù)操縱功能數(shù)據(jù)庫的運行管理功能數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能3、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem簡稱DBS）定義：引進了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計算機系統(tǒng)組成：（見教材P4）數(shù)據(jù)庫、計算機硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員、用戶及軟件(如數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和開發(fā)工具等)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)硬件軟件數(shù)據(jù)人員計算機硬件系統(tǒng)：CPU、內(nèi)存、外存及輸入輸出設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具軟件數(shù)據(jù)庫……信息源數(shù)據(jù)庫管理員系統(tǒng)分析員、程序員用戶總：DBS=DB+DBMS+DBADBMS是DBS的核心。

DBMS是對DB進行管理的軟件是用戶與DB之間的接口。

DBMS提供用戶對DB進行操作的各種命令：

（DB的建立、記錄的輸入、修改、檢索、顯示、刪除和統(tǒng)計等）常見的DBMS有：DB2、Informix、Oracle、Sybase、VFP、Access、PowerBuilder等DataBase

Administrator如圖：應(yīng)用程序硬件語言編譯DBMSOS最終用戶開發(fā)人員數(shù)據(jù)庫管理人員三、數(shù)據(jù)模型1、概念數(shù)據(jù)模型（DataModel）是現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象，用于描述一組數(shù)據(jù)的概念和定義。是數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的存儲方式。

實體：客觀存在的并且可以相互區(qū)別的事物，有形或無形；同類型實體的結(jié)合構(gòu)成實體集

屬性：實體的特性

聯(lián)系：實體之間的對應(yīng)關(guān)系，分為實體內(nèi)部各屬性之間的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系（一對一、一對多、多對多）2、常用邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)約束三部分組成。常用的邏輯數(shù)據(jù)模型有四種類型：層次模型網(wǎng)狀模型面向?qū)ο箢愋完P(guān)系模型（在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中詳細講解）層次模型（樹狀）滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合稱為層次模型：①有且只有一個結(jié)點沒有雙親結(jié)點，這個結(jié)點稱為根結(jié)點；②根以外的其他結(jié)點有且只有一個雙親結(jié)點。1：n網(wǎng)狀模型滿足以下兩個條件的基本層次聯(lián)系集合稱為網(wǎng)狀模型：①允許一個以上的結(jié)點無雙親；②一個結(jié)點可以有多于一個的雙親。m：n面向?qū)ο竽Ｐ屠妹嫦驅(qū)ο罄碚摻⑵饋淼臄?shù)據(jù)模型稱為面向?qū)ο竽Ｐ?，它是面向?qū)ο蟮母拍钆c數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)能支持傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，也能支持包括計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造、辦公自動化以及多媒體領(lǐng)域在內(nèi)的非傳統(tǒng)應(yīng)用。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)仍處于發(fā)展中，并和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相互融合。1.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫如：VFP、Oracle、DB2、SyBase、SQLSever、Access等關(guān)系數(shù)據(jù)庫是一種在表中存儲信息的數(shù)據(jù)庫，是建立在關(guān)系數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)庫，它是若干個關(guān)系的集合，使用兩個表中的匹配值將一個表中的數(shù)據(jù)與另一個表中的數(shù)據(jù)相關(guān)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)表是基本文件，每個數(shù)據(jù)表之間具有獨立性，而且若干個數(shù)據(jù)表間又具有相關(guān)性。其特點見教材P7關(guān)系模型：利用二維表結(jié)構(gòu)表示實體及其之間聯(lián)系的模型學(xué)號姓名性別班級名系別代號籍貫出生日期是否團員備注011110李建國男計012101湖北武漢1984-9-28是

011103李寧女電013402江西九江1985-5-6否

011202趙娜女英011203廣西南寧1984-2-21否

021204孫亮男電013402湖南長沙1986-9-8是

011111趙琳女計012101江蘇南京1985-11-18是

021405羅宇波男英011203江蘇南通1985-12-12否

學(xué)號姓名出生日期性別民族專業(yè)身高A01001吳曉林1988-1-2男漢族農(nóng)學(xué)170A01002張國平1989-3-2男漢族農(nóng)學(xué)171A01003江文信1987-5-3男回族草業(yè)科學(xué)173A02001方文文1988-2-1女漢族金融學(xué)169A02002王克宏1987-9-30女漢族金融學(xué)168A02003李曉陽1987-10-20女滿族會計學(xué)166A07001侯若平1989-1-12男漢族計算機科學(xué)180A07002林健1989-9-2男蒙古族計算機科學(xué)179A07003于惠莉1988-11-21女漢族工業(yè)自動化162A07030孫雯燕1988-11-20女漢族工業(yè)自動化170表1-2“學(xué)生”關(guān)系課程號課程名課程類型學(xué)分學(xué)時07001計算機基礎(chǔ)公共課33207002機械設(shè)計基礎(chǔ)專業(yè)基礎(chǔ)課33007003編譯原理專業(yè)課23020001高等數(shù)學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課310020002離散數(shù)學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課26020003物理化學(xué)專業(yè)課26001001大學(xué)英語公共課310001002大學(xué)語文公共課230表1-3“課程”關(guān)系課程號學(xué)號分數(shù)考試時間考試地點及格否07001A01001802008-7-1教學(xué)樓301TRUE01001A01001882008-7-1教學(xué)樓301TRUE01002A01001862008-7-1教學(xué)樓301TRUE20001A01001702008-7-1教學(xué)樓301TRUE20003A01001772008-7-1教學(xué)樓301TRUE07001A01002892008-7-1教學(xué)樓301TRUE01001A01002822008-7-1教學(xué)樓301TRUE07001A02001702008-7-1教學(xué)樓301TRUE20001A02001702008-7-1教學(xué)樓301TRUE01001A02001502008-7-1教學(xué)樓301FALSE01002A02001602008-7-1教學(xué)樓301TRUE07003A07001902008-7-1教學(xué)樓301TRUE20001A07001402008-7-1教學(xué)樓301FALSE01001A07001692008-7-1教學(xué)樓301TRUE07001A07003912008-7-1教學(xué)樓301TRUE07002A07003922008-7-1教學(xué)樓301TRUE20001A07003842008-7-1教學(xué)樓301TRUE07001A07030602008-7-1教學(xué)樓301TRUE07002A070301002008-7-1教學(xué)樓301TRUE20001A07030902008-7-1教學(xué)樓301TRUE表1-4“成績”關(guān)系一、關(guān)系術(shù)語一個二維表即一個關(guān)系，每個關(guān)系有關(guān)系名，在VFP中，一個關(guān)系存儲為一個擴展名.dbf，即表。

記錄（元組）：每一行（除第1行）稱為一條記錄

字段（屬性）：每一列稱為一個字段字段名：第一行中每一列字段值：一條記錄中各字段的具體內(nèi)容

域：屬性的取值范圍關(guān)鍵字（key）：唯一標(biāo)識一條記錄的字段，主關(guān)鍵字(一個)和侯選關(guān)鍵字(多個)外部關(guān)鍵字：如果表中一個字段不是本表的主關(guān)鍵字或侯選關(guān)鍵字，而是另一個表的主關(guān)鍵字或侯選關(guān)鍵字，則此字段為外部關(guān)鍵字。

關(guān)系模式：對關(guān)系的描述，格式為關(guān)系名（屬性名1，屬性名2，…，屬性名n）在VFP中，關(guān)系模式表示為表結(jié)構(gòu)：表名（字段名1，字段名2，…，字段名n）二、關(guān)系的特點：每一個字段均不可再分，即表中不能再包含表同一關(guān)系中不能有相同的字段名同一個關(guān)系中不能有內(nèi)容完全一樣的記錄任意兩行或任意兩列互換位置，不影響數(shù)據(jù)的實際含義思考下列表是否是二維表職工號姓名應(yīng)發(fā)部分扣除部分實發(fā)金額工資津貼獎金水電費公積金121張麗麗80030020080601160122李飛飛900400200901001310123王東東10005004001002001600職工號姓名工資津貼獎金水電費公積金實發(fā)金額121張麗麗80030020080601160122李飛飛900400200901001310123王東東10005004001002001600三、關(guān)系設(shè)計：對描述客觀事物的數(shù)據(jù)進行分析、歸納，設(shè)計出符合上述基本特點的二維表。如何設(shè)計出適用的關(guān)系？分析下表，有何問題？學(xué)號姓名性別出生日期課程號課程名學(xué)分學(xué)時數(shù)成績0100111LIMING男02/26/85103VFP360880100111LIMING男02/26/85101高等數(shù)學(xué)472700100362MAHONG女12/15/83102英語242810100083WANGHAI男03/31/83102英語242900100083WANGHAI男03/31/83105英語精讀35685數(shù)據(jù)冗余如何解決？見下頁分析：詳細分為學(xué)生基本情況表，學(xué)習(xí)情況和課程情況學(xué)號姓名性別出生日期0100111LIMING男02/26/850100362MAHONG女12/15/830100083WANGHAI男03/31/83課程號課程名學(xué)分學(xué)時數(shù)103VFP360101高等數(shù)學(xué)472102英語242105英語精讀356學(xué)號姓名課程號成績0100111LIMING103880100111LIMING101700100362MAHONG102810100083WANGHAI102900100083WANGHAI10585總：設(shè)計出高水平的關(guān)系，必須：符合關(guān)系的基本特點；把不同范圍的數(shù)據(jù)放在不同的關(guān)系中。四、關(guān)系運算：關(guān)系運算運算方式具有運算對象、運算符和運算結(jié)果三大要素。關(guān)系的基本運算有兩類：傳統(tǒng)的集合運算，主要包括并、差、交等運算；見例1-1ABCABCA1B2C2A1B1C1A1B3C2A1B2C2A2B2C1A2B2C1ABCABCABCA1B2C2A1B2C2A1B3C2A1B3C2A2B2C1

A2B2C1

A1B1C1

【例1-1】設(shè)有兩個關(guān)系R（如表1-6所示）和S（如表1-7所示），則表1-8為關(guān)系R與S的并運算結(jié)果；表1-9為關(guān)系R與S的交運算結(jié)果；表1-10為關(guān)系R與S的差運算結(jié)果。表1-6關(guān)系R表1-7關(guān)系S表1-8R∪S表1-9R∩S表1-10R－S專門的關(guān)系運算：選擇，投影和聯(lián)接1.選擇：從關(guān)系中找出滿足給定條件的那些元組稱為選擇，從行的角度進行，選出滿足條件的記錄構(gòu)成原關(guān)系的一個子集。其中的條件是以邏輯表達式給出的，值為真的元組將被選取。這種運算是從水平方向抽取元組。一般記作σ<條件表達式>（R）。見例1-2最后結(jié)果都是關(guān)系【例1-2】對表1-2所示“學(xué)生”關(guān)系進行選擇運算，從關(guān)系中選出所有男生的記錄，其選擇運算可寫成σ性別=男（學(xué)生），運算結(jié)果如表1-11所示。

學(xué)號姓名出生日期性別民族專業(yè)身高A01001吳曉林1988-1-2男漢族農(nóng)學(xué)170A01002張國平1989-3-2男漢族農(nóng)學(xué)171A01003江文信1987-5-3男回族草業(yè)科學(xué)173A07001侯若平1989-1-12男漢族計算機科學(xué)180A07002林健1989-9-2男蒙古族計算機科學(xué)179表1-11σ性別=男（學(xué)生）專門的關(guān)系運算：選擇，投影和聯(lián)接2.投影：從關(guān)系模式中挑選若干屬性組成新的關(guān)系稱為投影。這是從列的角度進行的運算，相當(dāng)于對關(guān)系進行垂直分解。記作∏A（R）,其中R為被操作的關(guān)系，A為字段名列表。見例1-3最后結(jié)果都是關(guān)系【例1-3】對表1-2所示“學(xué)生”關(guān)系進行投影運算，從關(guān)系中選出所有記錄的學(xué)號、姓名、性別、民族屬性，其投影運算可寫成∏學(xué)號，姓名，性別，民族屬性(學(xué)生)，運算結(jié)果如表1-12所示。學(xué)號姓名性別民族A01001吳曉林男漢族A01002張國平男漢族A01003江文信男回族A02001方文文女漢族A02002王克宏女漢族A02003李曉陽女滿族A07001侯若平男漢族A07002林健男蒙古族A07003于惠莉女漢族A07030孫雯燕女漢族表1-12∏學(xué)號，姓名，性別，民族屬性(學(xué)生)專門的關(guān)系運算：選擇，投影和聯(lián)接3.聯(lián)接：把兩個關(guān)系中的記錄按一定條件橫向拼接，生成一個新的關(guān)系，等值連接和自然連接。等值聯(lián)接：按照字段值對應(yīng)相等為條件進行連接自然聯(lián)接：一種特殊的等值連接，要求連接的屬性名相同并在結(jié)果中去掉重復(fù)的屬性列。最后結(jié)果都是關(guān)系見例1-4課程號課程名學(xué)分學(xué)時數(shù)103