第三章数据库PPT课件

1 数据库基本概念 2 目录 1 数据 信息和数据处理2 数据库系统概述3 关系型数据库的三种操作4 布尔逻辑运算 集合运算 5 三种字段类型 3 引入 在日常的生活当中 我们经常要接触到各种各样的信息 而这些信息在电脑当中是以数据的形式表现出来 有文字数据 有声音数据 有图像数据等 学习这一章节 首选要了解三个主要的名词概念 数据 数据库和数据库管理系统 4 一 概念 信息 是客观世界的事物在人脑中的反映 是对客观事物状态 特性 特征的描述 数字 文字 图形 声音 图像是信息的不同表示形式 都是信息的载体 数据 是载荷信息的物理符号 同一信息可以有不同的数据表示方式 数据处理 是对数据进行收集 整理 存储 检索 统计 维护和传输等一系列活动的总称 其目的是为了从大量的 繁杂的 不易理解的数据中抽取 获得对某些方面有价值 有意义的数据 为进一步的生产与社会活动提供决策的依据 5 数据库 DataBase 是按照一定的规则相互关联数据的集合 它是用来反映各类实物的属性的数据 数据库管理系统 DBMS DataBaseManagementSystem 是能够用来建立数据库 完成数据库的维护 管理等操作 并能够帮助用户方便地使用数据库的软件 6 数据库技术的应用范围是相当广泛的 如 学生的学籍数据库和图书馆的图书数据库 这其中都包含了一些相关的数据信息 可以很方便进行检索和充分 有效地使用这些数据资源 7 二 数据库的分类 按数据的组织与管理方式来分常见的数据模型有三种 关系模型 层次模型和网络模型 根据这三种数据模型建立的数据库分别为关系型数据库 层次型数据库和网络型数据库 8 关系模型是目前最为流行的一种数据模型 用二维表格结构表示实体集 关键码 关键字段 表示实体间的联系 所有的数据都是这张二维表中的元素 如 位于第二行第五列的是张斌的高考成绩 关系型数据库管理系统有很多种 Sybase Oracle SQLserver等 9 三 数据库的特点 数据结构化 适于表示相互间的多种联系 数据独立性 可以独立于程序 数据共享 减少冗余 提高信息的利用率 10 四 数据处理的三个发展阶段 1 程序管理方式特点 数据包含在程序中 2 文件系统方式特点 数据由程序建立 可以独立成为文件 3 数据库管理方式特点 数据可以建立成独立的数据文件 11 1 数据 信息和数据处理 1 1 三个世界按照数据库理论 有现实世界 信息世界 计算机世界等三个世界 现实世界的 客观事物 事实 事件 在信息世界中抽象为 实体 并定义了各种 属性 来描述 实体 实体 在计算机世界被描述成一条 记录 客观事物 实体 记录 12 1 2 数据 data 是一些符号 用来描述客观事物的特征 这些符号可以是数字形式 文字形式 以及图形 图像和声音等 例如学生成绩 性能测试 测量温度 反应时间 CPRS中的 发明人姓名 发明名称 文摘 优先权项 文献号 申请号 分类号 申请日 公开日等 13 1 3 信息 information 信息是经过加工 记载 分类 组织 关联 解释 提炼 消化理解 而具有使用价值的数据 信息 数据 数据处理 有的信息由一个数据构成 比如分类号 有的信息由几个数据构成 比如优先权项 CPRS中的一条记录 数据和信息在形式上往往并无区别 尤其是那些由一个数据构成的信息 例如分类号 14 1 4 数据和信息的关系 信息是数据的内涵 二者是形与质的关系 数据是信息的载体 信息的表现形式仍是数据 信息是经过加工而具有使用价值的数据 信息 数据 数据处理 数据只是把客观事物记录下来 并没有特定目的 而信息是有针对性的 某一问题 某一论点 某一特定目的 来收集 处理数据 用来作为决策或参考的依据 所以两者的差别在于是否存在某一特定目的 15 1 5 数据处理数据处理是指对各种类型的数据进行加工 收集 存储 分类 计算 检索 传输 的过程 数据处理的目的使之成为信息 数据处理通常也称为信息处理 16 2 数据库系统概述 2 1 数据库 Datebase DB 长期存放在外部存储设备 外存储器 外存介质 上 可以以各种方式进行组织 可以共享的数据 包括这些数据之间的联系 集合 这些数据与应用程序 例如VB 相互独立 17 2 2 数据库系统 DatabaseSystem DBS 数据库不能独立存在 是数据库系统的一部分 在实际应用中 人们所面对的其实是数据库系统 数据库系统具有管理和控制数据库的能力 输入 输出 组织数据 18 数据库系统包括 硬件 计算机 数据库 DB 数据库管理系统 DBMS 常用的数据库管理系统有FoxPro Oracle SYBASE INFORMIX等 用来建立 管理 控制数据库 数据库管理员用户和应用程序 19 2 3 信息世界的术语实体 Entity 对应于现实世界中的 客观事物 实体可以指代具体事物 如一个学生 一本书 一件专利文献 也可以指代抽象事件 如一场足球比赛 20 属性 attribute 属性用来描述实体的特性 如学生实体可以用若干属性 学号 姓名 年龄 性别 出生日期 班级 来描述 属性的具体值称为属性值 如CN2745142Y 授权 公告号 马林 申请 专利权 人 2004年9月16日 2004 9 16 申请日 是属性值 21 第一节数据库的一般概念 1 数据库 数据库管理系统和数据库应用系统2 数据库的主要特征3 数据库的系统结构4 空间数据库的数据模型 22 1 数据库 数据库管理系统和数据库应用系统 1 1数据库 DataBase 数据库 按照一定结构组织的相关数据的集合 是在计算机存储设备上合理存放的相互关联的数据集空间数据库 存储空间数据的集合土地数据库 属空间数据库 存储相关土地空间数据的集合 23 数据库的发展历程 从文件管理到数据库管理 数据库是数据管理的高级阶段 是从文件管理系统发展而来的文件管理 20世纪50年代 访问方式 一次最多存取一个记录数据结构 不同文件之间缺乏相互联系的结构数据库管理 20世纪60年代末 诞生了第一个商品化的数据库系统 美国IBM公司的IMS系统 InformationManagementSystem 文件管理 数据库管理 24 1 2数据库管理系统 数据库管理系统 DataBaseManagementSystem DBMS 提供数据库建立 使用和管理工具的软件系统 25 1 2 1数据库管理系统的功能 一般地 数据库管理系统应该具有下列3项功能 1 数据定义功能 DBMS能向用户提供 数据定义语言 DataDefinitionLanguage 简称DDL 用于描述数据库的结构 2 数据操作功能 对数据进行检索和查询 是数据库的主要应用 为此 DBMS向用户提供 数据操作语言 DataManipulationLanguage 简称DML 支持用户对数据库中的数据进行查询 更新 包括增加 删除 修改 等操作 26 3 控制和管理功能 除DDL和DML两类语句外 DBMS还具有必要的控制和管理功能 其中包括 在多用户使用时对数据进行的 并发控制 对用户权限实施监督的 安全性检查 数据的备份 恢复和转储功能 对数据库运行情况的监控和报告等 通常数据库系统的规模越大 这类功能也越强 所以大型机DBMS的管理功能一般比PC机DBMS更强 27 1 2 2空间数据库管理系统 空间数据库管理系统 建立在常规数据库管理系统之上 除了完成常规数据库管理系统所必备的功能之外 还能够对地理空间数据进行管理 LIS的数据库管理系统属空间数据库管理系统 28 1 2 3空间数据库管理系统的实现方法 两种方法 一是直接对常规数据库管理系统进行功能扩展 加入一定数量的空间数据存储与管理功能 运用这一种方法比较有代表性的是Oracle等系统 另一种方法是在常规数据库管理系统之上添加一层空间数据库引擎 以获得常规数据库管理系统功能之外的空间数据存储和管理的能力 代表性的系统是ESRI的SDE SpatialDatabaseEngine 等 29 1 3数据库应用系统 数据库应用系统 DataBaseApplicationSystems 简称DBAS 指基于数据库的应用系统 空间数据库的数据库应用系统 由空间分析模型和应用模型所组成的软件 通过它不但可以全面地管理空间数据 还可以运用空间数据进行分析与决策 30 二 数据库的主要特征 数据库一般具有如下的主要特征 能够减少空间数据存储的冗余量 提供稳定的空间数据结构 满足用户对空间数据及时访问的需求 在数据元素间维持复杂的联系 以反映空间数据的复杂性 支持多种多样的决策需要 具有较强的应用适应性 应用程序对数据资源的共享 服务于一个或多个应用程序 数据独立性 数据的存放尽可能地独立于使用它的应用程序 统一管理 例如对数据的维护 更新 增删和检索等一系列操作 31 三 数据库的系统结构 概念模式 是数据库的总框架 是对数据库中关于目标存储的逻辑结构和特性 基本操作 目标以及目标与操作的关系和依赖的描述 2 外模式亦称子模式 用户级 是数据库用户的数据视图 不同用户可以有自己的视图3 内模式亦称存储模式 物理级 是对数据库在物理存储器上具体实现的描述 数据库系统的结构 一般分为三个层次 它们是概念模式 外模式和内模式 32 中间存在两次映像 一次是外模式与概念模式间的映像定义了用户和逻辑结构之间的对应关系 保证了数据的逻辑独立性 另一次是概念模式与内模式之间的映像 定义了逻辑结构和物理结构之间的对应关系 使逻辑数据独立于物理数据 外模式 内模式 概念模式 数据库 映像 映像 33 四 空间数据库的数据模型 数据模型 以抽象的形式描述和反映一个部门和系统的业务活动和信息流程 选择和建立数据模型的目的是用最佳的方式反映本部门的业务对象及信息流程和以最佳的方式为用户提供访问数据库的逻辑接口 数据结构 数据操作和数据的约束条件是数据模型的三要素 数据模型在数据库系统中的作用 现实世界中的事物及联系是用数据模型来描述的 数据库中各种操作功能的实现是基于不同的数据模型的 因而数据库的核心问题是模型问题 空间数据库的设计最终可以归结为空间数据模型的设计 空间数据模型是衡量土地信息系统功能强弱与优劣的主要因素之一 34 数据模型中常用概念 实体 实体是可以相互区别而又可以被人识别的事 物 概念的统称 有具体的 也有抽象的 有物理上存在的 也有概念性的 具有共性的一类实体可以划分为实体集 属性 实体的属性是指描述实体的若干特征 例如 宗地有地号 坐落 四至 面积等属性 联系 实体与实体之间会有各种关系 例如建设用地管理处与用地申请者有审批的关系等 这种实体与实体之间的关系抽象为联系 联系也可以有自己的属性 如建设用地管理处与用地申请者之间的审批联系有审批号 审批意见 审批日期 审批人等属性 码 惟一标识实体的属性集 域 属性的取值范围 35 实体间的逻辑关系 在现实世界中 实体间之间是彼此联系的 实体之间关系的种类繁多 例如拥有 属于关系 集 子集关系 父 子关系 实体的组成关系 空间拓扑关系等 如果仅考虑实体间的逻辑关系 则只有一对一 一对多 多对多三种关系类型 36 1 一对一的联系 1 1 这种联系是指对实体集A中的一个实体ai 在实体集B中有时有一个实体bj与之对应 反之亦然 在1 1的联系中 一个实体集中的实体可以标志另一个实体集中的实体 即ai bj 反之bj ai 例如 在地下水灌区内 每眼机井负责灌溉一块农田 机井与农田地块之间的关系就是一种一对一的联系 见图5 1 a 37 2 一对多的联系 1 N 现实世界存在较多的是一对多的联系 这种联系可以表达为 对实体集A中一个实体ai 在实体集B中存在一个子集Bi bi1 bi2 bin 与之联系 河流与跨河桥梁之间就具有一对多的联系 一条河流上有多座桥梁 见图5 1 b 38 3 多对多的联系 M N 这是现实世界中最复杂的联系 即对于实体集A中的一个元素ai 在集合B中存在一个实体子集Bi bi1 bi2 bin 与之相联系 反之亦然 地理实体中的多对多联系是很多的 例如 泵站与河流之间有多对多联系 一个泵站可以属于不同的河流 一条河流又有多个泵站 地理环境与种植的作物之间有多对多联系 同一种地理环境可以生长不同的作物 同一种作物又可生长在不同地理环境中 见图5 1 c 39 2 数据库系统概述 2 4 计算机世界的术语记录 record 元组对应于信息世界的 实体 二维表中的一行 字段 field 对应于信息世界的 属性 二维表中的一列 每个字段有字段名 标头 例如 发明人 申请号 等等 字段值 value 数据项对应于信息世界的 属性值 二维表中的一格 关系 relation 数据库文件 40 2 数据库系统概述 一个关系就是一个二维表 每个关系有一个关系名 一个关系可以存储为一个数据库文件 例如某专利文献数据库可以有专利号的表 发明名称的表 专利权人的表等 下面是一个模拟数据库 该表是由一个以上的表 关系 通过 关联 而成 41 模拟数据库 不是真的 一列表示一个属性 2 数据库系统概述 42 2 数据库系统概述 2 5 关系的三种类型一对一的关系 例如一个学生只有一个学号 再例如一件专利只有一个申请号 一对多的关系 例如某班主任老师可以有多个学生 再例如一个发明人可以有多件专利 多对多的关系 例如一个学生可以选修多门课 一门课可以供多名学生选修 再例如一个分类号之下可以有多件专利文献 一件专利也可以有多个分类号 43 2 数据库系统概述 2 6 数据库的三种类型数据模型是数据库结构的组织形式 目前数据库系统中常用的数据模型有三种 层次模型 HierarchicalModel 用树形结构表示数据及其联系的数据模型 树形结构只能表示一对多联系 44 2 数据库系统概述 45 2 数据库系统概述 网状模型 NetworkModel 用网络结构表示数据及其联系的数据模型 网状模型可以直接表示多对多联系 但其中的结点间连线或指针更加复杂 因而数据结构更加复杂 46 2 数据库系统概述 47 2 数据库系统概述 关系模型 RelationalModel 用关系表示的数据模型 关系是指由行与列构成的二维表 关系不但可以表示实体间一对多的联系 通过关系间的连接 也可以表示多对多的联系 见连接 48 微机871班学生表 A 2 数据库系统概述 49 选修表 B 2 数据库系统概述 50 课程表 C 2 数据库系统概述 51 3 关系型数据库的三种操作 3 1 选择 从关系中找出满足给定条件的记录 元组 即在二维表中选行 例 例如 对表A中李峰的选择 3 2 投影 从关系中找出若干字段 属性 组成新的关系 即在二维表中选列 例如 对表B课程编号的投影 3 3 连接 将两个关系按某种条件提取部分 或全部 记录及部分 或全部 字段组合成新的关系 例如 表B 表C按照课程编号 关键字 连接 52 连接而成的新表 D 3 关系型数据库的三种操作 53 4 布尔逻辑运算 集合运算 4 1 并 或 or A B A集合和B集合所有元组合并 再删去重复的元组 这种运算称为 并 或 所组成新的C集合 称为A B的并集4 2 差 非 not A B A集合中删去 A集合中 与B集合相同 重复 的元组 这种运算称为 差 非 所组成新的C集合称为A B的差集4 3 交 与 and A B 既属于A集合又属于B集合的元组 这种运算称为 交 与 所组成新的C集合 称为A B的交集 54 交 与 and 属于集合A且属于集合B的元素组成的集合C 叫做A B的交集 属于A又属于B的元素组成的集合 AandB C 例 A 汽车 B 发动机 C 即有 汽车 也有 发动机 的记录集caps中两词间空格 and 集合B 集合A 集合C 55 并 或 or 属于集合A或属于集合B的元素组成的集合C 叫做A B的并集 A B所有元素合并 删除重复元素组成的集合 AorB C 例 A 汽车 B 发动机 C 仅有 汽车 的记录集 仅有 发动机 的记录集 即有 汽车 也有 发动机 的记录集 caps中用 or 集合A 集合B 集合C 56 差 非 NOT 与非 ANDNOT 属于集合A而不属于集合B的元素组成的集合C 叫做A B的差集 在A中排除属于B的元素后组成的集合 AnotB C 例 A 汽车 B 发动机 C 从所有含 汽车 的记录集中去掉含 发动机 的记录集caps中用 without not 集合A 集合B 集合C 57 4 布尔逻辑运算 集合运算 4 4 差并 ornot 或非 从总集合排除B 再与A集合合并 三种情况4 4 1 A集合的所有元素都是B集合的元素时 还要考虑A集合与B集合哪个更大 4 4 1 1 如果A集合更大 或非结果 总集合 4 4 1 2 如果B集合更大 总集合被挖去部分 B 只填入了局部 有 空区 58 4 布尔逻辑运算 集合运算 4 4 2 A集合的所有元素都不是B集合的元素 或非结果 总集合notB4 4 3 A集合的部分元素是B集合的元素 总集合被挖去部分 B 只填入局部 有 空区 59 或非 4 1 1 1 A所有元素都是B的元素 且A B 60 总 或非 4 1 1 1 A所有元素都是B的元素 且A B 61 或非 4 1 1 2 A所有元素都是B的元素 且A B 62 或非 4 1 1 2 A所有元素都是B的元素 且A B 63 或非 4 1 2 A所有元素都不是B的元素 64 或非 4 1 2 A所有元素都不是B的元素 65 或非 4 1 3 A部分元素是B的元素 66 或非 4 1 3 A部分元素是B的元素 67 4 布尔逻辑运算 集合运算 4 5 举例在检索时 可能会对这样的情形感到困惑 为什么当我们将两个检索结果进行集合运算时 或 与 非 却常常会得到我们所意想不到的结果 比如3 2 3 这是因为集合运算所强调的是 集合中的 元素的种类 68 3 2 3 A B C 或的讨论1 1 B集中所有元素都属于A集 69 3 2 3 或的讨论1 2 B集中所有元素都属于A集 70 3 2 3 A C 或的讨论1 3 B集中所有元素都属于A集 71 B A C 3 2 3 或的讨论1 4 B集中所有元素都属于A集 72 3 2 5 A B C 或的讨论2 1 B集中所有元素都不属于A集 73 3 2 5 或的讨论2 2 B集中所有元素都不属于A集 74 B C A 3 2 5 或的讨论2 3 B集中所有元素都不属于A集 75 3 2 5 C 或的讨论2 4 B集中所有元素都不属于A集 76 3 2 4 A B C 或的讨论3 1 B集中部分元素属于A集 77 3 2 4 或的讨论3 2 B集中部分元素属于A集 78 3 2 4 A C 或的讨论3 3 B集中部分元素属于A集 79 3 2 4 C 或的讨论3 4 B集中部分元素属于A集 80 非的讨论1 1 A集有几个B集没有的元素 B集中所有元素都属于A集 3 2 1 A B C 81 非的讨论1 2 A集有几个B集没有的元素 B集中所有元素都属于A集 3 2 1 82 非的讨论1 3 A集比B集多几个元素 B集中所有元素都属于A集 3 2 1 B A C 83 非的讨论1 4 A集比B集多几个元素 B集中所有元素都属于A集 3 2 1 B 84 非的讨论2 1 A集有几个B集没有的元素 B集中所有元素都不属于A集 3 2 3 A B C 85 非的讨论2 2 A集有几个B集没有的元素 B集中所有元素都不属于A集 3 2 3 86 非的讨论2 3 A集有几个B集没有的元素 B集中所有元素都不属于A集 3 2 3 87 非的讨论2 4 A集有几个B集没有的元素 B集中所有元素都不属于A集 3 2 3 C 88 非的讨论3 1 A集有几个B集没有的元素 B集中部分元素属于A集 3 2 2 A B C 89 非的讨论3 2 A集有几个B集没有的元素 B集中部分元素属于A集 3 2 2 90 非的讨论3 3 A集有几个B集没有的元素 B集中部分元素属于A集 3 2 2 B A C 91 非的讨论3 4 A集有几个B集没有的元素 B集中部分元素属于A集 3 2 2 C 92 A B C 与的讨论1 B集中所有元素都属于A集 3 2 2 93 3 2 0 A B 与的讨论2 B集中所有元素都不属于A集 94 A B C 3 2 1 与的讨论3 B集中部分元素属于A集 95 5 三种字段类型 5 1 文本型 人名 地址 发明名称 文摘 5 1 1 注意词组和人名 公司名 的输入方式 核心问题是词之间如何连接 carbody airconditioner methyltert butylether甲基叔丁基醚 中文不必考虑 96 5 三种字段类型 5 1 2 操作符的使用5 1 2 1 截词符 截断符 通配符 模糊符 前方一致 白搭 wildcards truncationsymbol righttruncation 1 第一种截词符表示任意字符 2 第二种截词符表示0 1个字符 或1个字符 97 5 三种字段类型 5 1 2 2 布尔算符 booleanoperator and spacebar or not without 情形1 国知局网站 中国专利检索 and or not 98 5 三种字段类型 5 1 2 3 邻近算符 proximityoperator 和同在算符 Co occurrenceoperator 情形1 epoque用w代表两词前后位置固定 d代表两词前后位置不固定 CAPS用adj near 例如 airconditioner car