数据库理论基础ppt课件

1、数据库实际根底数据库实际根底第六章第六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数据管理技术的开展及各阶段的特点 6.2 数据模型数据模型 6.3 关系数据库实际根底关系数据库实际根底 6.4 数据库系统构造数据库系统构造61 数据管理技术的开展及各阶段的特点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

2、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

3、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6.1.1 6.1.1 人工管理阶段人工管理阶段 产生的时期产生的时期 40年代中年代中 - 50年代中年代中 产生的背景产生的背景 运用需求运用需求科学计算科学计算 硬件程度硬件程度无直接存取存储设备无直接存取存储设备 软件程度软件程度没有操作系统没有操作系统 处置方式处置方式批处置批处置人

4、工管理阶段二人工管理阶段二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.二者一一对应二者一一对应不具有数据独立性不具有数据独立性运用程序与数据间的关系运用程序与数据间的关系人工管理阶段三人工管理阶段三 数据的管理者：运用程序，数据不保管数据的管理者：运用程序，数据不保管 数据面向的对象：某一运用程序数据面向的对象：某一运用程序 数据的共享程度：无共享、冗余度极大数据的共享程度：无共享、冗余度极大 数据的独立性：不独立，完全依赖于程序数据的独立性：不独立，完全依赖于程序 数据的构造化：无构造数据的构造化：无构造 数据控制才干：运用程序控制数据控制才干：运

5、用程序控制人工管理阶段的特点是什么？人工管理阶段的特点是什么？6.1.2 6.1.2 文件管理阶段文件管理阶段 产生的时期产生的时期 50年代末年代末- 60年代中年代中 产生的背景产生的背景 运用需求运用需求科学计算、信息管理科学计算、信息管理 硬件程度硬件程度磁盘、磁鼓磁盘、磁鼓 软件程度软件程度高级言语和操作系统高级言语和操作系统有文件系统有文件系统 处置方式处置方式联机实时处置、批处置联机实时处置、批处置文件管理阶段二文件管理阶段二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.运用程序与数据间的关系运用程序与数据间的关系文件管理阶段三文件

6、管理阶段三文件系统阶段的数据管理有以下特点文件系统阶段的数据管理有以下特点数据的管理者：文件系统，数据可长期保管数据的管理者：文件系统，数据可长期保管数据面向的对象：某一运用程序数据面向的对象：某一运用程序 数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的共享程度：共享性差、冗余度大数据的构造化：记录内有构造数据的构造化：记录内有构造,整体无构造整体无构造数据的独立性：独立性差，假设数据的逻辑构造改动那么数据的独立性：独立性差，假设数据的逻辑构造改动那么必需修正运用程序必需修正运用程序数据控制才干：主要由运用程序控制数据控制才干：主要由运用程序控制随着数据管理规模的扩展，数据量急剧添加，文件系统显随着

7、数据管理规模的扩展，数据量急剧添加，文件系统显显露三个缺陷显露三个缺陷数据冗余数据冗余redundancy数据不一致数据不一致inconsistency数据联络弱数据联络弱poor data relationship6.1.3 6.1.3 数据库系统管理阶段数据库系统管理阶段 数据管理技术进入数据库阶段的标志是数据管理技术进入数据库阶段的标志是20世纪世纪60年代末的三件大事年代末的三件大事 1968年美国年美国IBM公司推出层次模型的公司推出层次模型的IMS系统系统 1969年美国年美国CODASYL组织发布了组织发布了DBTG报告，报告，总结了当时各式各样的数据库，提出网状模型总结了当时各

8、式各样的数据库，提出网状模型 1970年美国年美国IBM公司的公司的E.F.Codd 延续发表论文，延续发表论文，提出关系模型，奠定了关系数据库的实际根底提出关系模型，奠定了关系数据库的实际根底 产生的背景产生的背景 运用背景运用背景大规模管理大规模管理 硬件背景硬件背景大容量磁盘大容量磁盘 软件背景软件背景有数据库管理系统有数据库管理系统 处置方式处置方式联机实时处置联机实时处置,分布处置分布处置,批处置批处置数据库管理阶段二 程序和数据间的联络 运用程序1运用程序2. . . .运用程序nDBMSDBMS数据库数据库Database Management System数据库管理系统数据库管

9、理系统数据库管理阶段三数据库管理阶段三数据库阶段的数据管理具有以下特点数据库阶段的数据管理具有以下特点数据的管理者：数据的管理者：DBMS数据面向的对象：现实世界数据面向的对象：现实世界数据的共享程度：共享性高数据的共享程度：共享性高数据的独立性：高度的物理独立性和数据的独立性：高度的物理独立性和一定的逻辑独立性一定的逻辑独立性数据的构造化：采用数据模型表示复数据的构造化：采用数据模型表示复杂的数据构造，整体构造化杂的数据构造，整体构造化数据控制才干：由数据控制才干：由DBMS一致管理和一致管理和控制，提供数据库的并发控制，数据控制，提供数据库的并发控制，数据库的恢复，数据的完好性和数据平安库

10、的恢复，数据的完好性和数据平安性等功能性等功能数据库系统为用户提供了方便的用户数据库系统为用户提供了方便的用户接口。接口。数据库管理阶段四数据库管理阶段四 数据库运用的普通构造数据库运用的普通构造用户数据库运用DBMS数据库6.2 数据模型数据模型 6.2.1 6.2.1 概念模型概念模型 6.2.2 6.2.2 数据模型数据模型事物概念模型和数据模型的关系事物概念模型和数据模型的关系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模型的概念数据模型的概念根据运用目的，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

11、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所关怀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数据模型直接面向计算机系统的，描画数据库中数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据的逻辑构造的根本数据模型对应于数据世界对应于数据世界6.2.1 6.2.1 概念模型概念模型 信息世界中的根本概念信息世界中的根本概念 1 实体实体Entity 2 实体集实体集Entity Set 3 属性属性Attribute 4 关键字关键字Key 5 域域Domain 6 实体型

12、实体型Entity Type概念模型二概念模型二 概念模型反映实体型及其联络的构造方式概念模型反映实体型及其联络的构造方式 联络联络(Relationship)：两类：两类 实体内部的联络实体内部的联络 实体之间的联络实体之间的联络 两个实体型之间的联络可分为三类：两个实体型之间的联络可分为三类： 1对对1联络联络(1:1) 1对多联络对多联络(1:n) 多对多联络多对多联络(m:n)概念模型概念模型实体联络模型实体联络模型 1对对1联络联络 定义：假设对于实体定义：假设对于实体集集A中的每一个实体，中的每一个实体，实体集实体集B中至多有一个中至多有一个实体与之联络，反之实体与之联络，反之亦然

13、，那么称实体集亦然，那么称实体集A与实体集与实体集B具有一对一具有一对一联络，记为联络，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11概念模型概念模型实体联络模型实体联络模型 1对多联络对多联络 定义：假设对于实体集定义：假设对于实体集A中的每一个实体，实体中的每一个实体，实体集集B中有中有n个实体个实体(n0)与与之联络，反之，对于实之联络，反之，对于实体集体集B中的每一个实体，中的每一个实体，实体集实体集A中至多只需一个中至多只需一个实体与之联络，那么称实体与之联络，那么称实体集实体集A与实体集与实体集B具有具有一对多联络，记为一对多联络，记为1:n。

14、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1N概念模型概念模型实体联络模型实体联络模型 多对多联络多对多联络 定义：假设对于实体定义：假设对于实体集集A中的每一个实体，中的每一个实体，实体集实体集B中有中有n个实体个实体(n0)与之联络，反之，与之联络，反之，对于实体集对于实体集B中的每中的每一个实体，实体集一个实体，实体集A中也有中也有m个实体个实体(m0)与之联络，那么称实与之联络，那么称实体集体集A与实体集与实体集B具有具有多对多联络，记为多对多联络，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

15、性别性别学分学分课程名课程名成果成果6.2.2 6.2.2 数据模型数据模型 数据模型的三要素数据模型的三要素 数据构造数据构造(最重要最重要) 数据操作数据操作 检索检索 更新更新(删除、插入、更改删除、插入、更改) 数据的完好性约束数据的完好性约束数据模型的分类数据模型的分类 当前流行的根本数据模型有当前流行的根本数据模型有4类：类： 层次模型层次模型 (树树) 网状模型网状模型 (图图) 关系模型关系模型 (Relational Model) (表表) 面向对象模型面向对象模型层次模型层次模型 最早运用的一种模型最早运用的一种模型 数据构造是一棵有向树数据构造是一棵有向树 特点：特点：A

16、BA_CC层次模型举例层次模型举例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网状模型网状模型 数据构造是一个有向图数据构造是一个有向图 特点：特点：能表示实体之间的多种复杂联络能表示实体之间的多种复杂联络 缺陷缺陷: 编写运用程序比较复杂编写运用程序比较复杂,需熟习数据库的逻需熟习数据库的逻辑构造辑构造AA_BB_CBC关系模型关系模型 数据的逻辑构造是二维表数据的逻辑构造是二维表 有严厉的数学根底及关系数据实际有严厉的数学根底及关系数据实际 由假设干个关系方式组成由假设干个关系方式组成 市场上典型的关系市场上典型的关系DBMSDBMS产品产品: : DB2,ORA

17、CLE,SYBASE,SQL Server,InformixDB2,ORACLE,SYBASE,SQL Server,Informix等等微机型产品微机型产品: Foxpro,Access,: Foxpro,Access, Paradox Paradox等等数据模型中根本术语数据模型中根本术语(1)(1)字段字段fieldfield 标志实体属性的命名单位标志实体属性的命名单位称为字段，或数据项。称为字段，或数据项。(2)(2)记录记录recordrecord 字段的有序集合称为记录字段的有序集合称为记录(3)(3)文件文件filefile 同一类记录的集合称为文件同一类记录的集合称为文件(4

18、)(4)关键码关键码keykey 能独一标识文件中每个记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录的字段或字段集，称为记录的关键码简称为键为键6.3 关系数据库实际根底关系数据库实际根底6.3.1 关系的定义关系的定义6.3.2 关系模型的常用术语关系模型的常用术语6.3.3 关系代数关系代数6.3.4 关系的完好性关系的完好性6.3.1 关系的定义关系的定义 1域域Domain 2笛卡尔积笛卡尔积Cartesian Product 3关系关系域域Domain 域是一组具有一样数据类型的值的集合域是一组具有一样数据类型的值的集合 例如例如 整数、实数、字符串、大于整数、实数

19、、字符串、大于0且小于且小于500的整数的整数 “男，男，“女女 笛卡尔积笛卡尔积Cartesian Product 给定一组域给定一组域D1，D2，Dn，那么，那么D1，D2，Dn的笛卡尔积表示为：的笛卡尔积表示为： D1D2Dn=(d1,d2, ,dn) |diDi, i=1,2, ,n 其中每一个其中每一个(d1,d2, ,dn)叫作一个叫作一个n元组或元组或简称元组，元组中的每一个值简称元组，元组中的每一个值di叫作一个分量叫作一个分量 笛卡尔积可以表示为一张二维表笛卡尔积可以表示为一张二维表 表中每一行即对应一个元组表中每一行即对应一个元组 表中的每一列对应一个域表中的每一列对应一个

20、域D1=男人集合男人集合Man=王兵，李军，张伟王兵，李军，张伟D2=女人集合女人集合Woman=丁梅，吴芳丁梅，吴芳D3=孩子集合孩子集合Children=王一，李一，李二王一，李一，李二D1D2D3=王兵，丁梅，王一，王兵，王兵，丁梅，王一，王兵，丁梅，李一，王兵，丁梅，李二，王丁梅，李一，王兵，丁梅，李二，王兵，吴芳，王一，王兵，吴芳，李一，兵，吴芳，王一，王兵，吴芳，李一，王兵，吴芳，李二，李军，丁梅，王王兵，吴芳，李二，李军，丁梅，王一，李军，丁梅，李一，李军，丁梅，一，李军，丁梅，李一，李军，丁梅，李二，李军，吴芳，王一，李军，吴李二，李军，吴芳，王一，李军，吴芳，李一，李军，吴芳

21、，李二，张伟，芳，李一，李军，吴芳，李二，张伟，丁梅，王一，张伟，丁梅，李一，张丁梅，王一，张伟，丁梅，李一，张伟，丁梅，李二，张伟，吴芳，王一，伟，丁梅，李二，张伟，吴芳，王一，张伟，吴芳，李一，张伟，吴芳，李张伟，吴芳，李一，张伟，吴芳，李二二该该D1，D2，D3的笛卡尔积的基数的笛卡尔积的基数=323=18，即有，即有18个个元组，这元组，这18个元组可以组成一张二维表。个元组可以组成一张二维表。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

22、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关系关系 D1D2Dn的子集叫作在域的子集叫作在域D1，D2，Dn上的关系，表示为：上的关系，表示为：RD1，D2，Dn。其中。其中R表示关系名，表示关系名，n是关系的度。是关系的度。 关系是笛卡尔积的有限子集，所以关系也是一关系是笛卡尔积的有限子集，所以关系也是一张二维表。表中的每列对应一个域，表中的每张二维表。表中的每列对应

23、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。区分，必需给每列起一个名字，称为属性。 例如针对例如针对Man、Woman、Children集合，存在集合，存在这样现实：王兵与丁梅是一对夫妻，拥有子女这样现实：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一二两个子女，那么从原笛卡尔积中可以得到一个子集个子集R： R=王兵，丁梅，王一，李军，吴芳，王兵，丁梅，王一，李军，吴芳，李一，李军，吴芳，李二李一，李军

24、，吴芳，李二 R即称为一个关系，假设将该关系命名为即称为一个关系，假设将该关系命名为Family，可得到二维表，可得到二维表6-3。ManWomanChildren王兵丁梅王一李军吴芳李一李军吴芳李二 关系关系Family关系具有以下性质关系具有以下性质1关系中每一列的值都是同一类型的数据，关系中每一列的值都是同一类型的数据，来自同一个域。来自同一个域。2关系中不同的列可以对应同一个域，但必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。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。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。关系中元组的次序可以随意交换。5

25、关系中列的次序可以恣意交换。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。关系中每一个分量必需是不可分的数据项。6.3.2 6.3.2 关系模型的常用术语关系模型的常用术语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表表6-5 系部一览系部一览1关系：即二维表格，如表关系：即二维表格，如表6-5。2元组：表中的一行。元组：表中的一行。3属性：表中的一列，通常每列有一个列名，即属性名，属性：表中的一列，通常每列有一个列名，即属性名，如表如表6-5对应三个属性：部门编号、部门和系

26、主任。对应三个属性：部门编号、部门和系主任。4主键：表中可以独一确定一个元组的属性组，如表主键：表中可以独一确定一个元组的属性组，如表6-5中中部门编号，只需给定一个确定的部门编号，就可以确定该部门编号，只需给定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。属性，也能够由几个属性构成。5域：属性的取值范围。域：属性的取值范围。6关系方式：对关系的描画，其表示方式为：关系方式：对关系的描画，其表示方式为： 关系名属性关系名属性1，属性，属性2，属性，属性n 例如表例如表6-5的关系可

27、描画为：的关系可描画为： 系部一览部门编号、部门、系主任系部一览部门编号、部门、系主任6.3.3 6.3.3 关系代数关系代数 关系代数是由一组以关系作为运算对象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的特定运算组成的 传统的集合运算传统的集合运算 知集合知集合R、S 并并R S：同属于：同属于R、S的元组的集的元组的集合合 差差R-S ：属于：属于R 而不属于而不属于S 的一切元的一切元组组成的集合组组成的集合 交交R S ：同时属于：同时属于R、S 的元组组的元组组成的集合成的集合 笛卡尔积笛卡尔积R S：关系中的元组为每：关系中的元组为每一个一个R中的元组与一切的中的元组与一切

28、的S 中的元组的组中的元组的组合合例例6-1 知关系知关系R、S和和T如表如表6-7、6-8及及6-9所所示，求出示，求出RS、RS、R-S和和RT。ABCDA1B1C1D1A1B2C2D2A2B2C1D3表表6-7 6-7 关系关系R R ABCDA1B2C2D1A1B3C2D2A2B2C1D3表6-9 关系TBEB1E1B2E2表6-8 关系S表表6-10 RS ABCDA1B1C1D1A1B2C2D2A2B2C1D3A1B2C2D1A1B3C2D2表6-11 关系RSABCDA2B2C1D3表6-12 关系R-SABCDA1B1C1D1A1B2C2D2表表6-13 6-13 关系关系R

29、RT T R.AR.BR.CR.DT.BT.EA1B1C1D1B1E1A1B1C1D1B2E2A1B2C2D2B1E1A1B2C2D2B2E2A2B2C1D3B1E1A2B2C1D3B2E2专门的关系运算专门的关系运算投影投影关系关系R上的投影是从上的投影是从R中选择假设干属性列中选择假设干属性列组成新的关系，记作：组成新的关系，记作： AR= tA | tR 其中其中A为为R中的属性列中的属性列例例6-2 知关系知关系S如表如表6-8所示，计所示，计算出算出A，CS。表6-8 关系SABCDA1B2C2D1A1B3C2D2A2B2C1D3ACA1C2A2C1表表6-14 关系关系A，cS留意

30、：关系中恣意两个留意：关系中恣意两个元组不能完全一样，因元组不能完全一样，因此进展投影运算后得到此进展投影运算后得到的关系应消去反复元组。的关系应消去反复元组。 专门的关系运算专门的关系运算选择选择选择是在关系选择是在关系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： R= t | tR Ft=真真 其中其中F表示选择条件，它是一个逻辑表达式，取逻表示选择条件，它是一个逻辑表达式，取逻辑值辑值“真或真或“假。假。F是由比较运算符或逻辑运算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、变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

31、以用其序量属性名或简单函数，属性名也可以用其序号来替代。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中选取使逻辑表达式中选取使逻辑表达式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。例6-3 知关系S如表6-8所示，计算出A=A1R。表表6-15 关系关系A=A1RABCDA1B1C1D1A1B2C2D2表表6-8 关系关系SABCDA1B2C2D1A1B3C2D2A2B2C1D3专门的关系运算专门的关系运算衔接衔接 衔接是从两个关系的笛卡尔积中选取属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：性间满足一定条件的元组，记作：例6-4 知关系R和S如表6-16和6-17所示，计算出R S。表6-16 关系RABC123456789ECD232563985表6-17 关系SABCD12324563表表6-18 关系关系R S专门的关系运算专门的关系运算除除 设关系设关系RX，Y和和SY，Z，其中，其中X，Y，Z为属性组。为属性组。R中的中的Y与与S中的中的Y为对应的属性，可以有不同的属性名，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。那么但必需出自一样的域集。那么R与与S的