第3章 数据库原理与联机事务分析

1、主讲：鲁明羽主讲：鲁明羽大连海事大学计算机科学与技术学院大连海事大学计算机科学与技术学院研究方向：智能数据分析与数据挖掘研究方向：智能数据分析与数据挖掘电电 话：话mail：n 第三章第三章 数据库原理与联机事务分析数据库原理与联机事务分析本章内容本章内容1.数据库基本概念数据库基本概念2.关系数据库系统关系数据库系统3.数据库操作特性与联机事务处理数据库操作特性与联机事务处理1、数据库基本概念、数据库基本概念1、数据及其特性、数据及其特性v数据数据：描述事物的符号记录 =有结构的符号串有结构的符号串v数据的相关特性数据的相关特性 （1）数据表现的多样性）数据表现的多

2、样性常见形式：数字型常见形式：数字型/字符型字符型/时间型时间型/布尔型布尔型/多媒体数据：图形多媒体数据：图形/图像图像/声音声音/视频视频抽象数据：表示知识、规则及推理等的数据。抽象数据：表示知识、规则及推理等的数据。1、数据库基本概念、数据库基本概念（2 2）数据的可构造性）数据的可构造性在数据库理论中，数据可按型（在数据库理论中，数据可按型（type）和和值（值（value）两方面进行构造。两方面进行构造。数据的型表示数据的逻辑结构，可理解为数据的型表示数据的逻辑结构，可理解为数据类型，也可引申为数据结构或数据模式数据类型，也可引申为数据结构或数据模式数据的值给出了符合数据型的数据取值

3、。数据的值给出了符合数据型的数据取值。1、数据库基本概念、数据库基本概念（3 3）数据的挥发性和持久性）数据的挥发性和持久性（4 4）数据的私有性与共享性）数据的私有性与共享性（5 5）数据的量：）数据的量：小量，大量，海量小量，大量，海量v 数据仓库所依托的数据库：数据仓库所依托的数据库： 海量、复杂结构、持久的、共享的数据库海量、复杂结构、持久的、共享的数据库1、数据库基本概念、数据库基本概念2 2、数据库、数据库 是是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数数据集合。据集合。3 3、数据库管理系统、数据库管理系统（DBMSDBMS） 是为数据库的建立

4、、使用和维护而配置的软件，是为数据库的建立、使用和维护而配置的软件，它建立在操作系统的基础上，对数据库进行统一管它建立在操作系统的基础上，对数据库进行统一管理和控制。它负责数据的组织、操纵及维护，并提理和控制。它负责数据的组织、操纵及维护，并提供数据库的安全性、完整性和数据服务机制，是数供数据库的安全性、完整性和数据服务机制，是数据库系统的核心。据库系统的核心。1、数据库基本概念、数据库基本概念4 4、数据库子语言、数据库子语言 是数据库管理系统的一部分，通常分为：是数据库管理系统的一部分，通常分为：（1）数据定义语言）数据定义语言DDL（2）数据操纵语言数据操纵语言DML（3）数据控制语言数

5、据控制语言DCL 以上三类语言都是非过程性的，可以作为交互式以上三类语言都是非过程性的，可以作为交互式命令语言运用，也可以将语句嵌入到某些宿主语言命令语言运用，也可以将语句嵌入到某些宿主语言（C、C+、Fortran等）中使用。等）中使用。1、数据库基本概念、数据库基本概念5 5、数据库系统、数据库系统 一般由以下5部分组成：（1）数据库）数据库（数据）（2）数据库管理系统数据库管理系统（DBMS软件）（3）数据库管理员数据库管理员（DBA）（4）系统硬件平台系统硬件平台（计算机，网络环境）（5）系统软件平台）系统软件平台（操作系统，开发工具，接口软件，中间件） 1、数据库基本概念、数据库基本

6、概念v 数据库系统的特点数据库系统的特点（1）数据集成性）数据集成性 二维表模型，三级数据模式，全局与局部的统一（2）数据的高共享性和低冗余性数据的高共享性和低冗余性 面向多个应用，多级数据范式（3）数据独立性数据独立性 逻辑独立性，物理独立性=两级映像机制（4）数据统一管理和控制数据统一管理和控制 操纵方式，完整性，安全性，并发控制，故障恢复1、数据库基本概念、数据库基本概念6 6、数据模型、数据模型 数据模型是数据特性的抽象表示数据模型是数据特性的抽象表示，主要描述数据的结构、定义在其上的操作以及约束条件，包括了系统的静态特性、动态行为和约束条件。按应用层次，可分为三种类型：（1）概念（数

7、据）模型概念（数据）模型 面向客观世界和用户，与具体的DBMS及计算机平台无关。（2）逻辑（数据）模型逻辑（数据）模型 面向数据库系统，着重于在逻辑级上描述数据特性。（3）物理（数据）模型物理（数据）模型 面向数据在计算机中的内部表示。1、数据库基本概念、数据库基本概念v 数据模型的四个世界数据模型的四个世界 数据模型可以将复杂的现实世界事物及其要求反数据模型可以将复杂的现实世界事物及其要求反映到计算机数据库种的物理世界，其反应过程分为映到计算机数据库种的物理世界，其反应过程分为四个阶段：四个阶段：（1 1）现实世界现实世界（2 2）概念世界概念世界（3 3）信息世界信息世界（4 4）计算机内

8、部世界）计算机内部世界2、关系数据库系统、关系数据库系统关系数据库系统是基于关系数据模型的数据库系统关系数据库系统是基于关系数据模型的数据库系统，也是目前最为常用、占主流地位的一种数据库系统，也是目前最为常用、占主流地位的一种数据库系统，与数据仓库、决策支持、数据挖掘等关系密切，在，与数据仓库、决策支持、数据挖掘等关系密切，在DSS中多以它为基础。中多以它为基础。1970年，年，E. F. Codd 发表多篇论文，系统地提出了发表多篇论文，系统地提出了严密的严密的关系模型理论关系模型理论。 20世纪70年代末，IBM 的San Jose实验室研制出研制出关系数据库实验模型System R。19

9、761976年后，相继出现了许多实验性和商品化的关系年后，相继出现了许多实验性和商品化的关系DBMSDBMS，例如例如OracleOracle、DB2DB2、SQL ServerSQL Server等等。等等。2、关系数据库系统、关系数据库系统1 1、关系数据库系统的优点、关系数据库系统的优点（1 1）理论严密、完善）理论严密、完善（2 2）数据结构简单）数据结构简单（3 3）功能强）功能强（4 4）数据独立性高）数据独立性高（5 5）用户使用方便）用户使用方便2、关系数据库系统、关系数据库系统2 2、关系数据库系统的衡量准则、关系数据库系统的衡量准则 关系模型的奠基人E. F. Codd分别

10、于1974年和1985年在Computer World等杂志上发表文章，具体给出了全关系型的关系系统应遵循的十二条基本准则十二条基本准则。 从理论意义理论意义上看，这十二条准则是对关系数据模型的具体而又深入的论述，是从理论和实际紧密结合的高度，对关系型DBMS的评述。 从实际意义实际意义上看，它可以作为评价或购买关系型产品的标准。2、关系数据库系统、关系数据库系统2 2、关系数据库系统的衡量准则、关系数据库系统的衡量准则1)1)准则准则0 0： 关系准则关系准则-一个关系型的DBMS必须能完全通过它的关系能力来管理数据库2)2)准则准则1 1：信息准则：信息准则-关系型DBMS的所有信息都应在

11、逻辑一级上用一种方法即表中的值显式地表示 3)3)准则准则2 2：保证访问准则保证访问准则-依靠表名、主码和列名的组合，保证能以逻辑方式访问关系数据库中的每个数据项。 4)4)准则准则3 3：空值的系统化处理空值的系统化处理-全关系型的DBMS应支持空值的概念，并用系统化的方式处理空值。 2、关系数据库系统、关系数据库系统5)5)准则准则4 4：基于关系模型的动态的联机数据字典基于关系模型的动态的联机数据字典-数据库的描述在逻辑级上应该和普通数据采用同样的表示方式，使得授权用户可以使用查询一般数据所用的关系语言来查询数据库的描述信息。6)6)准则准则5 5：统一的数据子语言准则统一的数据子语言

12、准则-一个关系系统可以具有几种语言和多种终端使用方式。但必须有一种语言，它的语句可以表示为具有严格语法规定的字符串，并能全面地支持：数据和视图定义、数据操作、完整性约束、授权、事务处理等功能。 7)7)准则准则6 6：视图更新原则视图更新原则-所有理论上可更新的视图，也应该允许由系统更新。2、关系数据库系统、关系数据库系统2 2、关系数据库系统的衡量准则、关系数据库系统的衡量准则8)8)准则准则7 7：高级的插入、修改和删除操作：高级的插入、修改和删除操作-关系系统的操作对象是单一的关系。9)9)准则准则8 8：数据物理独立性：数据物理独立性-无论数据库的数据在存储表示或存取方法上有任何变化，

13、应用程序和终端活动都保持逻辑上的不变性。 10)10) 准则准则9 9：数据逻辑独立性：数据逻辑独立性-当对基本关系进行理论上信息不受损害的任何改变时，应用程序和终端活动都保持逻辑上的不变性。 2、关系数据库系统、关系数据库系统2 2、关系数据库系统的衡量准则、关系数据库系统的衡量准则11)11) 准则准则10: 10: 数据完整性的独立性数据完整性的独立性-关系数据库的完整性约束条件必须是用数据库语言定义并存储在数据字典中的，而不是在应用程序中加以定义的。 12)12) 准则准则11:11:分布独立性分布独立性-关系型DBMS具有分布独立性。 13)13) 准则准则12:12:无破坏准则无破

14、坏准则-如果一个关系系统具有一个低级（指一次操作一个记录）语言，则这个低级语言不能违背或绕过完整性原则（准则10）。 图3.1 全关系系统的12条基本准则准则准则0： 一个关系型的DBMS必须能完全通过它的关系能力来管理数据库 准则准则1： 信息准则准则准则2： 保证访问准则准则准则3 ：空值的系统化处理准则准则4：基于关系模型的动态的联机数据字典准则准则5：统一的数据子语言准则准则准则6：视图更新原则准则7：高级的插入、修改和删除操作准则准则8：数据物理独立性准则准则9：数据逻辑独立性准则准则10: 数据完整性的独立性准则准则11:分布独立性准则准则12:无破坏准则n按照按照E E.F. C

15、odd的思想，可以把关系系统分类：的思想，可以把关系系统分类：3 33 3 1 1/ /3 3 % %3 33 3 1 1/ /3 3 % %3 33 3 1 1/ /3 3 % %ISM3 33 3 1 1/ /3 3 % %3 33 3 1 1/ /3 3 % %3 33 3 1 1/ /3 3 % %ISMM3 33 3 1 1/ /3 3 % %3 33 3 1 1/ /3 3 % %3 33 3 1 1/ /3 3 % %ISMISM(a)表式系统 （b）（最小）关系系统 （c）关系完备的 （d）全关系的S-结构(Structure) ； 圆-表示关系数据模型=S，I，MI-完整性(

16、Integrity) ； 阴影部分-表示各类系统支持M-数据操纵(Manipulation) 。 模型的程度 图图3.2 关系系统的分类关系系统的分类 (1) 表式系统表式系统：n仅支持关系数据结构，仅支持关系数据结构，n不支持集合级的操作。不支持集合级的操作。表式系统不能算是一个关系系统。表式系统不能算是一个关系系统。(2) 最小关系系统最小关系系统：支持关系数据结构支持关系数据结构支持选择、投影和连接三种关系操作。支持选择、投影和连接三种关系操作。许多微机关系数据库系统，如许多微机关系数据库系统，如Foxbase、FoxPro等属于这一类。等属于这一类。 (4) 全关系系统全关系系统：具备

17、关系模型的所有特征，具备关系模型的所有特征， 即不仅是关系上完备的，即不仅是关系上完备的， 而且支持数据结构中域的概念，而且支持数据结构中域的概念，支持实体完整性和参照完整性。支持实体完整性和参照完整性。(3) 关系完备系统关系完备系统：支持关系数据结构支持关系数据结构支持所有的关系操作。支持所有的关系操作。2、关系数据库系统、关系数据库系统3 3、关系模型、关系模型 关系模型包括关系数据结构、关系操作和关系中的数据约束三部分组成。（1 1）关系数据结构）关系数据结构 关系模型采用二维表结构，由表框架框架（frame）和表元组元组（tuple）组成。表框架中的每个属性称为数据项数据项，其取值范

18、围称为值域值域。 按关系模型组织的数据库，其中的每一行称为一个元组。元组中的每个数据项的值称为一个分量。2、关系数据库系统、关系数据库系统v 二维表满足下列性质：二维表满足下列性质： 元组个数是有限的元组个数是有限的 元组各不相同元组各不相同 元组次序无关元组次序无关 元组分量不可再分元组分量不可再分 - - 原子性原子性 属性名唯一属性名唯一 属性次序无关属性次序无关 属性列中的分量具有与该属性相同的值域属性列中的分量具有与该属性相同的值域2、关系数据库系统、关系数据库系统v 几个相关术语：几个相关术语： 关系关系 码码 候选码候选码 主码主码 外码外码 关系子模式关系子模式 - - 用户视图用户视图/ /外模式外模式2、关系数据库系统、关系数据库系统（2 2）关系操作）关系操作v 数据查询数据查询v 数据变更：添加数据变更：添加/ /删除删除/ /修改修改（3 3）关系中的数据约束）关系中的数据约束 实体完整性约束实体完整性约束 参照完整性约束参照完整性约束 用户自定义完整性约束用户自定义完整性约束（4 4）SQLSQL语言语言3、数据库操作特性与联机事务处理、数据库操作特性与联机事务处理1 1、数据库操作特性、数据库操作特性