《認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)》課件

認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是現(xiàn)代信息系統(tǒng)的核心組件，它負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、管理和檢索大量數(shù)據(jù)。從簡(jiǎn)單的個(gè)人記事本到復(fù)雜的企業(yè)級(jí)應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)無(wú)處不在，為各種應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、管理和檢索大量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)組織和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)模型來(lái)組織數(shù)據(jù)，并提供高效的訪問方式。用戶訪問和操作數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為用戶提供接口，方便他們查詢、更新和維護(hù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)一致性確保數(shù)據(jù)的一致性和完整性，避免冗余和矛盾數(shù)據(jù)的存在。數(shù)據(jù)共享多個(gè)用戶可以同時(shí)訪問和共享數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)利用率。數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序分離，更改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不會(huì)影響應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)安全通過(guò)訪問控制、數(shù)據(jù)加密等手段保護(hù)數(shù)據(jù)安全，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由多個(gè)組件組成，協(xié)同工作以管理數(shù)據(jù)。主要組件包括：數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS):負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、訪問、更新和管理數(shù)據(jù)庫(kù):存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)際集合，包括表、視圖、存儲(chǔ)過(guò)程等數(shù)據(jù)庫(kù)模式:定義數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用:用于訪問和操作數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序用戶:使用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問和操作的用戶數(shù)據(jù)模型概述11.數(shù)據(jù)模型定義數(shù)據(jù)模型是一種描述現(xiàn)實(shí)世界中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義的方法，它定義了數(shù)據(jù)的類型、關(guān)系和約束。22.數(shù)據(jù)模型作用數(shù)據(jù)模型為數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)提供藍(lán)圖，確保數(shù)據(jù)的一致性和完整性，并便于理解和使用。33.數(shù)據(jù)模型種類常見數(shù)據(jù)模型包括層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ秃桶虢Y(jié)構(gòu)化模型等。常見數(shù)據(jù)模型層次模型樹形結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)以層次方式組織。節(jié)點(diǎn)可以有父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中不常用。網(wǎng)狀模型更靈活，允許節(jié)點(diǎn)有多個(gè)父節(jié)點(diǎn)。復(fù)雜性高，維護(hù)困難。早期數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)常用。關(guān)系模型數(shù)據(jù)以表格形式組織，用二維表表示實(shí)體和實(shí)體之間的關(guān)系。最常用的一種模型。面向?qū)ο竽Ｐ突趯?duì)象的概念，將數(shù)據(jù)和操作封裝在一起，更適合復(fù)雜數(shù)據(jù)類型和繼承關(guān)系。關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)模型之一。它是以關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算為理論基礎(chǔ)，以二維表格形式來(lái)表示數(shù)據(jù)。關(guān)系模型優(yōu)點(diǎn)概念簡(jiǎn)單易于理解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)清晰數(shù)據(jù)獨(dú)立性強(qiáng)易于進(jìn)行數(shù)據(jù)操作關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算1關(guān)系代數(shù)一種以集合論為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)語(yǔ)言，用于描述對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢和操作。通過(guò)各種運(yùn)算符，例如選擇、投影、連接等，進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。2關(guān)系演算使用邏輯表達(dá)式來(lái)表達(dá)對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢和操作。它基于謂詞邏輯，通過(guò)量詞和邏輯連接符等來(lái)描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。3區(qū)別關(guān)系代數(shù)更強(qiáng)調(diào)運(yùn)算過(guò)程，關(guān)系演算則更加強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)關(guān)系的描述。它們本質(zhì)上是等價(jià)的，都可以用來(lái)表達(dá)相同類型的數(shù)據(jù)庫(kù)操作。SQL語(yǔ)言概述結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言SQL是一種專門用于數(shù)據(jù)庫(kù)操作的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言，用于創(chuàng)建、修改和查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。SQL語(yǔ)言具有高可讀性和易用性，非常適合各種規(guī)模的數(shù)據(jù)庫(kù)管理。廣泛應(yīng)用SQL已成為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(RDBMS)的標(biāo)準(zhǔn)查詢語(yǔ)言，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括商業(yè)、科學(xué)和教育。許多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，如MySQL、Oracle和SQLServer，都支持SQL語(yǔ)言。SQL語(yǔ)句類型1數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言(DDL)創(chuàng)建、修改和刪除數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象，如表、視圖、索引等。2數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言(DML)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行插入、刪除、更新等操作。3數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言(DQL)從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索數(shù)據(jù)，包括簡(jiǎn)單查詢、復(fù)雜查詢等。4數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言(DCL)控制數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問權(quán)限和安全性，包括授權(quán)、撤銷等。數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言(DDL)創(chuàng)建表創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)表，定義表結(jié)構(gòu)，包括字段類型、約束等。修改表修改表結(jié)構(gòu)，例如添加、刪除或修改字段，修改數(shù)據(jù)類型和約束等。刪除表從數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除表，但不會(huì)刪除表中的數(shù)據(jù)。創(chuàng)建索引創(chuàng)建索引以提高數(shù)據(jù)查詢速度，加速檢索。數(shù)據(jù)操縱語(yǔ)言(DML)插入數(shù)據(jù)將新數(shù)據(jù)行添加到數(shù)據(jù)庫(kù)表中。更新數(shù)據(jù)修改現(xiàn)有數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)。刪除數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)表中刪除數(shù)據(jù)行。數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言(DQL)查詢語(yǔ)句查詢數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)表從指定數(shù)據(jù)表中檢索數(shù)據(jù)條件篩選使用WHERE子句篩選數(shù)據(jù)排序排列使用ORDERBY子句排序查詢結(jié)果數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言(DCL)用戶權(quán)限管理DCL用于控制對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的訪問權(quán)限，包括用戶創(chuàng)建、刪除、修改、授權(quán)等。數(shù)據(jù)安全策略DCL可以定義數(shù)據(jù)安全策略，例如數(shù)據(jù)加密、訪問控制、審計(jì)跟蹤等，以確保數(shù)據(jù)安全。備份與恢復(fù)DCL可以用來(lái)管理數(shù)據(jù)庫(kù)備份和恢復(fù)操作，確保數(shù)據(jù)完整性和一致性。事務(wù)處理概述事務(wù)處理是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的重要概念，它將一組相關(guān)操作視為一個(gè)不可分割的整體。如果事務(wù)中的所有操作都成功執(zhí)行，則事務(wù)成功提交；如果任何操作執(zhí)行失敗，則事務(wù)回滾，使數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)恢復(fù)到事務(wù)開始之前的狀態(tài)。1原子性要么全部執(zhí)行，要么全部不執(zhí)行2一致性事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)的一致性3隔離性多個(gè)事務(wù)之間相互獨(dú)立，不會(huì)互相影響4持久性事務(wù)提交后，數(shù)據(jù)修改永久保存事務(wù)屬性(ACID)原子性(Atomicity)事務(wù)是一個(gè)不可分割的最小工作單元。事務(wù)中的所有操作要么全部成功，要么全部失敗。一致性(Consistency)事務(wù)必須確保數(shù)據(jù)庫(kù)從一個(gè)一致狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)一致狀態(tài)。隔離性(Isolation)多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)，每個(gè)事務(wù)都應(yīng)該獨(dú)立于其他事務(wù)，互不干擾。持久性(Durability)事務(wù)一旦提交，其對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改就應(yīng)該是永久性的，即使系統(tǒng)發(fā)生故障也不會(huì)丟失。并發(fā)控制概述并發(fā)訪問多個(gè)用戶同時(shí)訪問同一數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作。并發(fā)控制是保證數(shù)據(jù)一致性和完整性的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)沖突當(dāng)多個(gè)事務(wù)同時(shí)訪問同一數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。并發(fā)控制目標(biāo)保證事務(wù)的原子性、一致性、隔離性和持久性，防止數(shù)據(jù)沖突，確保數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性。鎖機(jī)制11.樂觀鎖樂觀鎖假設(shè)數(shù)據(jù)一般不會(huì)沖突，讀取時(shí)不加鎖，更新時(shí)判斷數(shù)據(jù)是否被修改。樂觀鎖實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，適用于讀多寫少的場(chǎng)景。22.悲觀鎖悲觀鎖假設(shè)數(shù)據(jù)容易沖突，讀取時(shí)就加鎖，避免數(shù)據(jù)被修改。悲觀鎖實(shí)現(xiàn)方式復(fù)雜，適用于寫多讀少的場(chǎng)景。33.行級(jí)鎖行級(jí)鎖只鎖定需要修改的數(shù)據(jù)行，降低并發(fā)沖突概率，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，可能影響性能。44.表級(jí)鎖表級(jí)鎖鎖定整個(gè)表，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但并發(fā)度低，容易造成性能瓶頸。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)安全性安全威脅數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)面臨著各種安全威脅，包括數(shù)據(jù)泄露、非法訪問、惡意攻擊等。例如，黑客可能會(huì)試圖竊取敏感數(shù)據(jù)，或更改數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，從而造成經(jīng)濟(jì)損失或名譽(yù)損害。安全措施為了保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，需要采取一系列的安全措施，例如訪問控制、數(shù)據(jù)加密、安全審計(jì)等。例如，可以使用用戶身份驗(yàn)證和授權(quán)機(jī)制來(lái)控制用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問權(quán)限，并使用加密技術(shù)來(lái)保護(hù)敏感數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)備份與恢復(fù)備份備份是將數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)文件復(fù)制到其他存儲(chǔ)設(shè)備，以防止數(shù)據(jù)丟失。完整備份增量備份差異備份恢復(fù)恢復(fù)是指從備份中還原數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，以恢復(fù)數(shù)據(jù)丟失的情況。完整恢復(fù)增量恢復(fù)差異恢復(fù)策略備份和恢復(fù)策略取決于數(shù)據(jù)庫(kù)大小、重要程度和恢復(fù)要求。定期備份可以防止數(shù)據(jù)丟失，定期測(cè)試恢復(fù)可以驗(yàn)證策略有效性。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)概述數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的定義數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)面向主題的、集成的、非易失性的、隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)集合，用于支持管理決策。它收集和存儲(chǔ)來(lái)自多個(gè)來(lái)源的數(shù)據(jù)，并將其組織成可分析的格式。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的特點(diǎn)1面向主題數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)圍繞特定主題組織，例如客戶、產(chǎn)品、銷售等。2集成數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)整合來(lái)自多個(gè)來(lái)源的數(shù)據(jù)，提供全面的視圖。3時(shí)變數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)包含歷史數(shù)據(jù)，用于分析趨勢(shì)和模式。4非易失性數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)據(jù)通常不進(jìn)行更新或刪除，以保留歷史信息。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)通常采用分層結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)按照不同的粒度和目的進(jìn)行組織。常見的分層結(jié)構(gòu)包括：數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)層、數(shù)據(jù)集市層。數(shù)據(jù)源層負(fù)責(zé)收集和整合來(lái)自各種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)層存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)清洗和轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，用于分析和決策支持；數(shù)據(jù)集市層針對(duì)特定業(yè)務(wù)需求，提供定制化的數(shù)據(jù)視圖。數(shù)據(jù)挖掘概述定義數(shù)據(jù)挖掘從大量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有用的信息，為決策提供支持。它涉及各種技術(shù)，從簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析到復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。目標(biāo)從數(shù)據(jù)中提取知識(shí)、模式和趨勢(shì)，幫助理解數(shù)據(jù)背后的含義，并預(yù)測(cè)未來(lái)的趨勢(shì)。應(yīng)用場(chǎng)景數(shù)據(jù)挖掘廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，包括金融、醫(yī)療、電商、制造等。數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)清洗、預(yù)處理2數(shù)據(jù)探索模式發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)可視化3模型構(gòu)建選擇算法、訓(xùn)練模型4模型評(píng)估評(píng)估模型性能5模型部署應(yīng)用模型、預(yù)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)挖掘是一個(gè)迭代過(guò)程，需要不斷調(diào)整模型、優(yōu)化結(jié)果。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)算法機(jī)器學(xué)習(xí)算法在數(shù)據(jù)挖掘中發(fā)揮著核心作用，用于識(shí)別模式、預(yù)測(cè)趨勢(shì)和建立模型。數(shù)據(jù)可視化將挖掘結(jié)果以圖表、圖形等形式呈現(xiàn)，使之易于理解和分析。人工智能技術(shù)人工智能技術(shù)，如深度學(xué)習(xí)和自然語(yǔ)言處理，可以提高數(shù)據(jù)挖掘的效率和準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)提供一個(gè)集中存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的平臺(tái)，為數(shù)據(jù)挖掘提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)概述龐大數(shù)據(jù)量大數(shù)據(jù)是指規(guī)模巨大、類型多樣、處理速度快的數(shù)據(jù)集合。高速產(chǎn)生大數(shù)據(jù)通常以高速率生成，需要實(shí)時(shí)處理。數(shù)據(jù)多樣大數(shù)據(jù)包含結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，來(lái)自多種來(lái)源。潛在價(jià)值大數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏著巨大的價(jià)值，需要使用合適的技術(shù)來(lái)挖掘。大數(shù)據(jù)特點(diǎn)11.數(shù)據(jù)量大大數(shù)據(jù)通常指規(guī)模龐大、難以用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)集，通常以TB、PB甚至ZB為單位。22.數(shù)據(jù)種類多大數(shù)據(jù)包含各種類型的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，例如文本、圖像、視頻、音頻等。33.數(shù)據(jù)速度快大數(shù)據(jù)通常以高速率生成和收集，需要實(shí)時(shí)處理以提取有價(jià)值的信息。44.數(shù)據(jù)價(jià)值高盡管處理大數(shù)據(jù)有挑戰(zhàn)，但它蘊(yùn)藏著巨大的價(jià)值，可以用于商業(yè)決策、科學(xué)研究和社會(huì)發(fā)展。大數(shù)據(jù)技術(shù)HadoopHadoop是一個(gè)開源的分布式文件系統(tǒng)和計(jì)算框架，它允許在大型集群上存儲(chǔ)和處理海量數(shù)據(jù)。它使用MapReduce編程模型，將數(shù)據(jù)處理任務(wù)分解成多個(gè)獨(dú)立的步驟。SparkSpark是一個(gè)快速、通用、基于內(nèi)存的分布式數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，比Hadoop更快、更高效。它支持多種數(shù)據(jù)處理方式，包括批處理、流處理、SQL查詢、機(jī)器學(xué)習(xí)等。NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)是用于存