第06章数据库理论基础ppt课件

1、第第6章章 数据库实际根底数据库实际根底 6.1 数据管理技术的开展及各阶段的特点 6.2 数据模型 6.3 关系数据库实际 6.4 数据库系统构造6.1 数据管理技术的开展及各阶段的特点人工管理阶段人工管理阶段文件管理阶段文件管理阶段数据库系统管理阶段数据库系统管理阶段运用目的运用目的科学计算科学计算科学计算和数据管理科学计算和数据管理大规模数据管理大规模数据管理计算机硬件条计算机硬件条件件纸带、磁带和卡片纸带、磁带和卡片磁盘和磁鼓磁盘和磁鼓大容量磁盘大容量磁盘计算机软件条计算机软件条件件无操作系统无操作系统具有文件系统和操作系具有文件系统和操作系统统具有操作系统和数据库管理系具有操作系统和

2、数据库管理系统统处置方式处置方式批处置批处置联机实时处置和批处置联机实时处置和批处置分布处置、联机实时处置和批分布处置、联机实时处置和批处置处置数据管理者数据管理者用户程序员用户程序员文件系统文件系统数据库管理系统数据库管理系统数据面向的对数据面向的对象象某一运用程序某一运用程序某一运用某一运用现实世界现实世界数据共享程度数据共享程度无共享，冗余度大无共享，冗余度大共享性差，冗余度大共享性差，冗余度大共享性好，冗余度小共享性好，冗余度小数据的独立性数据的独立性不独立，完全依赖于不独立，完全依赖于程序程序独立性差独立性差独立性好独立性好数据的构造化数据的构造化无构造无构造记录内有构造，整体无记录

3、内有构造，整体无构造构造整体构造化整体构造化数据控制才干数据控制才干由运用程序控制由运用程序控制主要由运用程序控制主要由运用程序控制由数据库管理系统控制由数据库管理系统控制人工管理、文件管理、数据库系统、分布式数据库、面向对象数据库人工管理、文件管理、数据库系统、分布式数据库、面向对象数据库n产生的时期n40年代中 - 50年代中n产生的背景n运用需求 科学计算n硬件程度 无直接存取存储设备n软件程度 没有操作系统n处置方式 批处置n特点n数据不保管n数据由运用程序管理n数据不具备独立性和共享性人工管理阶段运用程序运用程序数据集数据集运用程序运用程序数据集数据集运用程序运用程序数据集数据集n

4、n.n产生的时期n50年代末- 60年代中n产生的背景n运用需求科学计算、信息管理n硬件程度磁盘、磁鼓n软件程度高级言语和操作系统有文件系统n处置方式联机实时处置、批处置n特点n数据可以长期保管n数据由文件系统管理n数据独立性共享性差冗余度大容易产生数据不一致文件管理阶段运用程序运用程序文件文件运用程序运用程序文件文件2运用程序运用程序文件文件n存取存取方法方法. 对一切数据实行一致的、集中地、独立的管理，使数据存储独立于运用数据的程序，实现数据共享产生的时期20世纪60年代后期开场产生的背景运用背景大规模管理硬件背景大容量磁盘软件背景有数据库管理系统处置方式联机实时处置,分布处置,批处置特点

5、数据构造化数据由DBMS管理和控制数据共享性和独立性高数据库系统管理阶段运用程序运用程序1 1运用程序运用程序2 2. . . .运用程序运用程序n nDBMSDBMS数据库数据库Database Database Management SystemManagement System数据库管理系统数据库管理系统用户数据库运用程序DBMS数据库数据库运用的普通构造6.2 数据模型现实世界现实世界信息世界信息世界数据世界数据世界笼统化笼统化数据化数据化概念模型概念模型数据模型数据模型事物事物 数据库不仅要反映数据本身的内容，而且要反映数据之间的联数据库不仅要反映数据本身的内容，而且要反映数据之间的

6、联络。因此必需把详细事物转换为计算机能处置的数据方式，这个转络。因此必需把详细事物转换为计算机能处置的数据方式，这个转换过程就是建立模型的过程。数据库系统运用这些数据模型定义、换过程就是建立模型的过程。数据库系统运用这些数据模型定义、组织和支配数据库中的数据。组织和支配数据库中的数据。根据运用目的，模型分为两个层次：根据运用目的，模型分为两个层次：概念模型概念模型( (信息模型信息模型) )独立于计算机实现的，只用来描画和组织所关怀独立于计算机实现的，只用来描画和组织所关怀的信息构造的概念数据模型的信息构造的概念数据模型对应于信息世界对应于信息世界数据模型构造数据模型数据模型构造数据模型直接面

7、向计算机系统的，描画数据库中数据的逻直接面向计算机系统的，描画数据库中数据的逻辑构造的根本数据模型辑构造的根本数据模型对应于数据世界对应于数据世界数据模型的概念n信息世界中的根本概念n 1 实体Entity：客观存在且相互区别的事物n 2 实体集Entity Set：具有一样特征的实体的集合n 3 属性Attribute：实体所具有的特征等同于字段n 4 关键字Key：独一能标识实体的属性n 5 域Domain：属性的取值范围n 6 实体型Entity Type：用实体名及其属性名描画同一类实体概念模型概念模型n概念模型反映实体型及其联络的构造方式n联络(Relationship)：两类n实体

8、内部的联络：各属性之间的联络n实体之间的联络：不同实体集之间的联络n 建立概念模型的关键是分析实体间的相互联络n两个实体型之间的联络可分为三类： n1对1联络(1:1)n1对多联络(1:n)n多对多联络(m:n)概念模型概念模型定义：假设对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联络，反之亦然，那么称实体集A与实体集B具有一对一联络，记为1:1。实体型实体型A联络名联络名实体型实体型B11指点指点系主任系主任系系111对1联络定义：假设对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体(n0)与之联络，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只需一个实体与之联络，那么称实体

9、集A与实体集B具有一对多联络，记为1:n。实体型实体型A联络名联络名实体型实体型B1n包括包括班级班级学生学生1N1对多联络定义：假设对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体(n0)与之联络，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体(m0)与之联络，那么称实体集A与实体集B具有多对多联络，记为m:n。实体型实体型B实体型实体型A联络名联络名mn课程号课程号选课选课学生学生课程课程MN学号学号姓名姓名性别性别学分学分课程名课程名成果成果多对多联络n数据模型的三要素n数据构造(最重要)n数据操作n检索n更新(删除、插入、更改)n数据的完好性约束数据模型数据模型n当前流行的根

10、本数据模型有4类：n层次模型 (树)n网状模型 (图)n关系模型 (Relational Model) (表)n面向对象模型对象、类、封装、承继数据模型的分类数据模型数据模型 最早运用的一种模型；数据构造是一棵有向树ABA_CC层次模型系号 系名 担任人专业代号专业名教师编号姓名职务学号 姓名 性别课号 课程名学时 数据构造是一个有向图；能表示实体之间的多种复杂联络。缺陷: 编写运用程序比较复杂,需熟习数据库的逻辑构造AA_BB_CBC网状模型n数据的逻辑构造是二维表n1970年IBM初次提出，80年代以来推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型，是最广泛的一种数据模型。n市场上典型的关系DBM

11、S产品: DB2,ORACLE,SYBASE,SQL Server,Informix等n微机型产品: Foxpro,Access等关系模型n(1)字段field 标志实体属性的命名单位称为字段，或数据项。n(2)记录record 字段的有序集合称为记录n(3)文件file 同一类记录的集合称为文件n(4)关键码key 能独一标识文件中每个记录的字段或字段集，称为记录的关键码简称为键数据模型中根本术语u关系的定义u关系模型的常用术语u关系代数u关系的完好性6.3 关系数据库实际根底n1域Domainn2笛卡尔积Cartesian Productn3关系 Relation关系模型是由关系数据构造、

12、关系操作与关系完好性组成。关系模型是由关系数据构造、关系操作与关系完好性组成。 根本概念：根本概念：关系的定义n域是一组具有一样数据类型的值的集合。n例如：n整数、实数、字符串、大于0且小于500的整数n“男，“女 域Domainn给定一组域D1，D2，Dn，那么D1，D2，Dn的笛卡尔积表示为：n D1D2Dn=(d1,d2, ,dn)|diDi, i=1,2, ,nn 其中每一个(d1,d2, ,dn)叫作一个n元组或简称元组，元组中的每一个值di叫作一个分量n笛卡尔积可以表示为一张二维表n表中每一行即对应一个元组n表中的每一列对应一个域笛卡尔积Cartesian ProductD1=男人

13、集合Man=王兵，李军，张伟D2=女人集合Woman=丁梅，吴芳D3=孩子集合Children=王一，李一，李二D1D2D3=王兵，丁梅，王一，王兵，丁梅，李一，王兵，丁梅，李二，王兵，吴芳，王一，王兵，吴芳，李一，王兵，吴芳，李二，李军，丁梅，王一，李军，丁梅，李一，李军，丁梅，李二，李军，吴芳，王一，李军，吴芳，李一，李军，吴芳，李二，张伟，丁梅，王一，张伟，丁梅，李一，张伟，丁梅，李二，张伟，吴芳，王一，张伟，吴芳，李一，张伟，吴芳，李二 3X2X3 =18个元组 就是一张二维表例如：给出三个域：该D1，D2，D3的笛卡尔积的基数=323=18，即有18个元组，这18个元组可以组成一张二

14、维表。ManWomanChildren王兵王兵丁梅丁梅王一王一王兵王兵丁梅丁梅李一李一王兵王兵丁梅丁梅李二李二王兵王兵吴芳吴芳王一王一王兵王兵吴芳吴芳李一李一王兵王兵吴芳吴芳李二李二李军李军丁梅丁梅王一王一李军李军丁梅丁梅李一李一李军李军丁梅丁梅李二李二李军李军吴芳吴芳王一王一李军李军吴芳吴芳李一李一李军李军吴芳吴芳李二李二张伟张伟丁梅丁梅王一王一张伟张伟丁梅丁梅李一李一张伟张伟丁梅丁梅李二李二张伟张伟吴芳吴芳王一王一张伟张伟吴芳吴芳李一李一张伟张伟吴芳吴芳李二李二nD1D2Dn的子集叫作在域D1，D2，Dn上的关系，表示为：RD1，D2，Dn。其中R表示关系名，n是关系的度。n关系是笛卡尔积

15、的有限子集，所以关系也是一张二维表。表中的每列对应一个域，表中的每行对应一个元组。由于域可以一样，为了加以区分，必需给每列起一个名字，称为属性。关系 Relationn例如针对Man、Woman、Children集合，存在这样现实：王兵与丁梅是一对夫妻，拥有子女王一；李军和吴芳是一对夫妻，拥有李一和李二两个子女，那么从原笛卡尔积中可以得到一个子集R：nR=王兵，丁梅，王一，李军，吴芳，李一，李军，吴芳，李二 nR即称为一个关系，假设将该关系命名为Family，可得到二维表6-3。子集R的例子：ManWomanChildren王兵丁梅王一李军吴芳李一李军吴芳李二 关系Family1关系中每一列的

16、值都是同一类型的数据，来自同一个域。2关系中不同的列可以对应同一个域，但必需给予不同的属性名。3关系中恣意两个元组不能完全一样。4关系中元组的次序可以随意交换。5关系中列的次序可以恣意交换。6关系中每一个分量必需是不可分的数据项。关系具有以下性质高雪部门编号部门编号部门部门系主任系主任0101根底部庞新0202自动化系胡敏0301计算机系0302信息工程系韩克0303管理系任强高雪高雪关系模型的常用术语 关系：即二维表格。 元组：表中的一行。 属性：表中的一列，通常每列有一个列名，即属性名，例如三个属性：部门编号、部门和系主任。 主键：表中可以独一确定一个元组的属性组，如表中部门编号，只需给定

17、一个确定的部门编号，就可以确定该部门的部门称号及等其它属性值。留意：主键可以是一个属性，也能够由几个属性构成。 域：属性的取值范围。例如：属性“性别的域是“男、“女 关系方式：对关系的描画，其表示方式为： 关系名属性1，属性2，属性n 例如表的关系可描画为： 系部一览部门编号、部门、系主任关系方式是型；关系方式是型；而关系是值而关系是值n 关系代数是由一组以关系作为运算对象的特定运算组成关系代数是由一组以关系作为运算对象的特定运算组成的。是关系数据支配言语的一种传统表达方式，关系代数的的。是关系数据支配言语的一种传统表达方式，关系代数的运算对象是关系，运算结果也为关系。运算对象是关系，运算结果

18、也为关系。n1传统的集合运算传统的集合运算n知集合知集合R、Sn并并R S：同属于：同属于R、S的元组的集合的元组的集合n差差R-S ：属于：属于R 而不属于而不属于S 的一切元组组成的集合的一切元组组成的集合n交交R S ：同时属于：同时属于R、S 的元组组成的集合的元组组成的集合n笛卡尔积笛卡尔积R S：关系中的元组为每一个：关系中的元组为每一个R中的元组与中的元组与一切的一切的Sn 中的元组的组合中的元组的组合关系的操作常用：代数方式或逻辑方式关系的操作常用：代数方式或逻辑方式 关系代数关系代数 关系演算关系演算关系代数关系的操作例： 知关系R、S和T如表6-7、6-8及6-9所示， 求

19、出RS、RS、R-S和RT。ABCDA1B1C1D1A1B2C2D2A2B2C1D3表表6-7 6-7 关系关系R R 表6-9 关系TBEB1E1B2E2ABCDA1B2C2D1A1B3C2D2A2B2C1D3表6-8 关系SABCDA1B1C1D1A1B2C2D2A2B2C1D3表表6-7 6-7 关系关系R R ABCDA1B2C2D1A1B3C2D2A2B2C1D3表表6-8 6-8 关系关系S SABCDA1B1C1D1A1B2C2D2A2B2C1D3A1B2C2D1A1B3C2D2并并R SR S例： 知关系R、S和T如表6-7、6-8及6-9所示， 求出RS、RS、R-S和RT。

20、ABCDA1B1C1D1A1B2C2D2A2B2C1D3关系关系R R ABCDA1B2C2D1A1B3C2D2A2B2C1D3关系关系S SABCDA2B2C1D3交R S例： 知关系R、S和T如表6-7、6-8及6-9所示， 求出RS、RS、R-S和RT。ABCDA1B1C1D1A1B2C2D2差差R-SR-SABCDA1B1C1D1A1B2C2D2A2B2C1D3关系关系R R ABCDA1B2C2D1A1B3C2D2A2B2C1D3关系关系S S例： 知关系R、S和T如表6-7、6-8及6-9所示， 求出RS、RS、R-S和RT。ABCDA1B1C1D1A1B2C2D2A2B2C1D3

21、关系关系R R R.AR.BR.CR.DT.BT.EA1B1C1D1B1E1A1B1C1D1B2E2A1B2C2D2B1E1A1B2C2D2B2E2A2B2C1D3B1E1A2B2C1D3B2E2笛卡尔积R S12x4=9X4= 36关系关系T TBEB1E1B2E2例： 知关系R、S和T如表6-7、6-8及6-9所示， 求出RS、RS、R-S和RT。2专门的关系运算4种n投影投影 ：投影可看作是对一个表的垂直分割，提供了交：投影可看作是对一个表的垂直分割，提供了交换列的次序和构造新的关系的方法。换列的次序和构造新的关系的方法。n选择：从关系选择：从关系R R中选取使逻辑表达式中选取使逻辑表达

22、式F F为真的元组，它为真的元组，它是对关系的程度分割。是对关系的程度分割。n衔接衔接 ：衔接是从两个笛卡尔积中选取属性间满足一定：衔接是从两个笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组。等值衔接、自然衔接条件的元组。等值衔接、自然衔接n除运算：由属于除运算：由属于R R但不属于但不属于S S的一切属性组成，且的一切属性组成，且P P的恣的恣意元组与关系意元组与关系S S组合后成为组合后成为R R中原有的一个元组。中原有的一个元组。关系代数关系的操作 关系R上的投影是从R中选择假设干属性列组成新的关系，记作： AR= tA | tR 其中A为R中的属性列 投影可看作是对一个表的垂直分割投影表6-8

23、 关系SABCDA1B2C2D1A1B3C2D2A2B2C1D3ACA1C2A2C1表表6-14 6-14 关系关系AA，c cS S例：知关系S如表6-8所示，计算出A，CS。留意：关系中恣意两个元组留意：关系中恣意两个元组不能完全一样，因此进展投不能完全一样，因此进展投影运算后得到的关系应消去影运算后得到的关系应消去反复元组。反复元组。 选择是在关系选择是在关系R R中选择满足给定条件的元组，记作：中选择满足给定条件的元组，记作： F FR R= t | t = t | t R F R Ft t= =真真 其中其中F F表示选择条件，它是一个逻辑表达式，取表示选择条件，它是一个逻辑表达式，

24、取逻辑值逻辑值“真或真或“假。假。F F是由比较运算符或逻辑运是由比较运算符或逻辑运算符衔接组成的表达式，运算对象可以是常量、算符衔接组成的表达式，运算对象可以是常量、变量属性名或简单函数，属性名也可以用其变量属性名或简单函数，属性名也可以用其序号来替代。序号来替代。 选择运算实践上就是从关系选择运算实践上就是从关系R R中选取使逻辑表达中选取使逻辑表达式式F F为真的元组，它是对关系的程度分割。为真的元组，它是对关系的程度分割。选择表表6-15 6-15 关系关系A=A=A1A1S SABCDA1B2C2D1A1B3C2D2表表6-8 6-8 关系关系S SABCDA1B2C2D1A1B3C

25、2D2A2B2C1D3例：知关系S如表6-8所示，计算出A=A1S。 衔接是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组，记作： 其中A和B分别是R和S上的属性组，在A和B中包含的属性数一样且可比。为比较运算符。 等值衔接时， 为“=。 自然衔接是一种特殊的等值衔接，要求两个关系中进展等值比较的分量必需是一样的属性组，并且在结果中去掉反复的属性列。衔接等值衔接、自然衔接表6-16 关系RABC123456789CD326385表6-17 关系SABCD12324563表表6-18 6-18 关系关系R R S S例：知关系R 关系S如表6-16和表6-17所示，计算出R S 。n设关系R

26、X，Y和SY，Z，其中X，Y，Z为属性组。R中的Y与S中的Y为对应的属性，可以有不同的属性名，但必需出自一样的域集。那么R与S的除运算得到一个新的关系PX，记作：n n RS的属性由属于R但不属于S的一切属性组成，且RS的任一元组与关系S组合后都成为R中原有的一个元组。除ABCa1Aa2Ba3Cb2Cb3Ac1Cd3Be2B表表6-19 6-19 关系关系R RB3表表6-20 6-20 关系关系S1S1ACaC b AdB表表6-22 6-22 关系关系R RS1S1例：知关系R、S1和S2如表6-19、表6-20和表6-21所示，计算出RS1及R S2。表表6-23 6-23 关系关系R

27、R S2 S2Aae表表6-21 6-21 关系关系S2S2BC2BABCa1Aa2Ba3Cb2Cb3Ac1Cd3Be2B表表6-19 6-19 关系关系R R例：知关系R、S1和S2如表6-19、表6-20和表6-21所示，计算出RS1及R S2。n实体完好性n 主键的属性的值不能为空值n参照完好性n 是多个关系间属性援用的一种限制。保证了两个关系间的正确联络。n用户自定义完好性n 根据数据库系统运用环境需求而构成的一些特殊约束条件。如预订同一班航班人数不得超越飞机定员数。关系的完好性参照完好性例子n数据库系统的三级方式数据笼统的三个级别n外方式用户方式n 数据库运用者能看见和运用的数据的部分逻辑构造和特性的描画n方式逻辑方式概念方式n 数据库中全体数据的全局逻辑构造和特性的描画n内方式存储方式n 数据在数据库系统中的内部表示，即数据的物理