SQL数据库重点知识汇总

2.系统没有专用的软件对i2.系统没有专用的软件对i数据进行管理绪论:数据库原理与应用经历了三代演变：层次/网状系统、关系系统、新一代数据库系统家族造就了三位图灵奖turingaward得主：C.W.Bachman、E.F.Codd和JamesGray发展了一门计算机基础学科：以数据模型和DBMS核心技术为主，内容丰富、领域宽广形成了一个巨大的软件产业：DBMS及其相关工具产品、应用解决方案当前，在大、中、小、微型计算机上都有数据库系统在运行。信息资源已成为各部门的重要财富和资源，各行各业均需应用信息系统，而数据库是信息系统的核心。数据库是其它很多系统的核心或重要组成部分，如：MIS(ManagementInformationSystem)管理信息系统DSS(DecisionSupportSystem)决策支持系统，知识库，规则库，专家系统，智能数据库计算机辅助设计与制造工程数据库计算机集成制造数据库技术与其他学科相结合，涌现出各种新型的数据库系统，如:分布式数据库系统并行数据库系统面向对象数据库系统知识库系统多媒体数据库系统模糊数据库系统网络数据库系统第一章：数据库系统概述信息(Information)信息的定义：信息是关于现实世界事物的存在方式或运动状态的反映的综合，具体说是一种被加工为特定形式的数据，但这种数据形式对接收者来说是有意义的，而且对当前和将来的决策具有明显的或实际的价值。信息的特征信息源于物质和能量，它不可能脱离物质而存在，信息的传递需要物质载体，信息的获取和传递要消耗能量。信息是可以感知的，不同的信息源有不同的感知形式。信息是可存储、加工、传递和再生的。数据(Data)数据的定义：数据是用来记录信息的可识别的符号，是信息的具体表现形式。数据的表现形式：a。可用多种不同的数据形式表示同一信息，而信息不随数据形式的不同而改变。b。数据的概念在数据处理领域中已大大地拓宽了，其表现形式不仅包括数字和文字，还包括图形、图象、声音等。这些数据可以记录在纸上，也可记录在各种存储器中。LLL3数据与信息的联系：数据是信息的符号表示或载体，信息则是数据的内涵，是对数据的语义解释。LL2数据处理：将数据转换成信息的过程，包括对数据的收集、存储、加工、检索、传输等一系列活动。其目的是从大量的原始数据中抽取和推导出有价值的信息，作为决策的依据。信息数据与数据处理的关系：信息=数据+数据处理。数据是原料，是输入，而信息是产出，是输出结果。"信息处理”的真正含义应该是为了产生信息而处理数据。1.2.1数据库技术的产生与发展数据处理的中心问题是数据管理。数据管理是指对数据的组织、分类、*编码、存储、检索和维护。随着计算机硬件和软件的发展，数据管理经历了人工管理、文件系统和数据库系统三个发展阶段。1.2.1.1人工管理阶段(50年代中期以前)这一阶段计算机主要用于科学计算。硬件中的外存只有卡片、纸带、磁带，没有磁盘等直接存取设备。软件只有汇编语言，没有操作系统和管理数据的软件。> 数据处理的方式基本上是批处理。人工管理阶段的特点如下:数据不保存> 因为当时计算机主要用于科学计算，对于数据保存的需求尚不迫切。每个应用程序都要包括数据的存储结构、存取方法、输入方式等，程序员编写应用程序时，还要安排数据的物理存储，因此程序员负担很重。数据不共享数据是面向程序的，一组数据只能对应一个程序。多个应用程序涉及某些相同的数据时，也必须各自定义，因此程序之间有大量的冗余数据。数据不具有独立性程序依赖于数据，如果数据的类型、格式、或输入输出方式等逻辑结构或物理结构发生变化，必须对应用程序做出相应的修改。1.2.1.2文件系统阶段(50年代后期至60年代中期)这一阶段，计算机不仅用于科学计算，还大量用于信息管理。大量的数据存储、检索和维护成为紧迫的需求。

硬件有了磁盘、磁鼓等直接存储设备。在软件方面，出现了高级语言和操作系统。操作系统中有了专门管理数据的软件，一般称为文件系统。> 处理方式有批处理，也有联机处理。文件管理数据的特点如下：数据库系统管理数据的特点如下:这是数据库系统阶段的最大改进，数据不再面向某个应用程序而是面向整个系统，当前所有用户可同时存取库中的数据。这样便减少了不必要的数据冗余，节约存储空间，同时也避免了数据之间的不相容性与不一致性。1.据以文件形式可长期保存下来2.独立性低3.一致性差2.独立性低3.一致性差> 用户可随时对文件进行查询、修改和增删等处理。文件系统可对数据的存取晰管理> 程序员只与文件名打交道，不必明确数据的物理存储，大大减轻了程序员的负担。文件形式多样化> 有顺序文件、倒排文件、索引文件等，因而对文件的记录可顺序访问，也可随机访问，更便于存储和查找数据。有一定独立性>由专门的软件即文件系统进行数据管理，程序和数据间由软件提供的存取方法进行转换，数据存储发生变化不一定影响程序的运行。与人工管理阶段相比，文件系统阶段对数据的管理有了很大的进步，但一些根本性问题仍没有彻底解决，主要表现在以下三方面：数据冗余度大> 各数据文件之间没有有机的联系，一个文件基本上对应于一个应用程序，数据不能共享。> 数据和程序相互依赖，一旦改变数据的逻辑结构，必须修改相应的应用程序。> 而应用程序发生变化，如改用另一种程序设计语言来编写程序，也需修改数据结构。> 由于相同数据的重复存储、各自管理，在进行更新操作时，容易造成数据的不一致性。1.2.1.3数据库系统阶段（60年代末开始）60年代后期，计算机应用于管理的规模更加庞大，数据量急剧增加；硬件方面出现了大容量磁盘，使计算机联机存取大量数据成为可能；系统的的需要。为解决多用户、多个应用程序共享数据的需求，出现了统一管理数据的专门软件系统，即数据库硬件价格下降，而软件价格上升，使开发和维护系统软件的成本增加。文件系统的数据管理方法已无法适应开发应用管理系统。按照某种数据模型，将全组织的各种数据组织到一个结构化的数据库中，整个组织的数据不是一盘散沙，可表示出数据之间的有机关联。数据独立性高数据的独立性是指逻辑独立性和物理独立性。数据的逻辑独立性是指当数据的总体逻辑结构改变时，数据的局部逻辑结构不变，由于应用程序是依据数据的局部逻辑结构编写的，所以应用程序不必须修改，从而保证了数据与程序间的逻辑独立性。数据的物理独立性是指当数据的存储结构改变时，数据的逻辑结构不变，从而应用程序也不必改变。有统一的数据控制功能数据库为多个用户和应用程序所共享，对数据存取往往是并发的，即多个用户可以同时存取数据库中的数据，甚至可以同时存取数据库中的同一个数据，为确保数据库数据的正确有效和数据库系统有效运行，提供下述四方面的数据控制功能。（1） 数据安全性（security）控制:防止不合法使用数据造成数据泄露和破坏，保证数据安全和机密；（2） 数据完整性（integrity）控制：系统通过设置一些完整性规则以确保数据的正确性、有效性和相容性。正确性是指数据的合法性，如年龄属于数值型数据，只能含0,1,...9，不能含字母或特殊符号；有效性是指数据是否在其定义的有效范围，如月份只能用1~12之间的正整数表示；相容性是指表示同一事实的两个数据应相同，否则就不相容，如一个人不能有两个性别。（3） 并发（concurrency）控制：多用户同时存取或修改数据库时，防止相互干扰而提供给用户不正确的数据，并使数据库受到破坏。（4） 数据恢^（recovery）:当数据库被破坏或数据不可靠时，系统有能力将数据库从错误状态恢复到最近某一时刻的正确状态。从文件系统管理发展到数据库系统管理是信息处理领域的一个重大变化。在文件系统阶段，人们关注的是系统功能的设计.因I比程序设计外于主导地位，数据服从干程序设计：而在数据库系统阶段，数据的结构设计成为信息系统首先关心

的问题。1.2.2数据库技术的研究领域数据库管理系统软件的研制DBMS是数据库系统的基础。DBMS的研制包括研制DBMS本身及以DBMS为核心的一组相互联系的软件系统，包括工具软件和中间件。研制的目标是提高系统的性能和提高用户的生产率。数据库设计数据库设计的研究范围包括：数据库的设计方法、设计工具和设计理论的研究，数据模型和数据建模的研究，计算机辅助数据库设计及其软件系统的研究，数据库设计规范和标准的研究等。数据库理论数据库理论的研究主要集中于关系规范化理论、关系数据理论等。1.3.1数据库系统的组成：数据库系统通常是指数据库和相应的软硬件系统。主要由数据（库）用户、软件和硬件四部分组成。1.3.1.1数据（库）数据库是长期存储在计算机内有组织的共享的数据的集合。它可以供用户共享，具有尽可能小的冗余度和较高的数据独立性，使得数据存储最优，数据最容易操作，并且具有完善的自我保护能力和数据恢复能力。数据库特点：①集成性：把某特定应用环境中的各种应用相关的数据及其数据之间的联系全部地集中地并按照一定的结构形式进行存储，或者说，把数据库看成为若干个单个性质不同的数据文件的联合和统一的数据整体。②共享性：数据库中的一块块数据可为多个不同的用户所共享，即多个不同的用户，使用多种不同的语言，为了不同的应用目的，而同时存取数据库，甚至同时存取同一块数据，即多用户系统。用户用户是指使用数据库的人，即对数据库的存储、维护和检索等操作。用户分为三类：①终端用户（EndUser）主要是使用数据库的各级管理人员、工程技术人员、科研人员，一般为非计算机专业人员；②应用程序员（ApplicationProgrammer）负责为终端用户设计和编制应用程序，以便终端用户对数据库进行存取操作。③数据库管理员（DadabaseAdministrator，简称DBA）DBA是指全面负责数据库系统的"管理、维护和正常使用的”人员，其职责如下：（1）参与数据库设计的全过程，决定数据库的结构和内容；（2）定义数据的安全性和完整性，负责分配用户对数据库的使用权限和口令管理；（3）监督控制数据库的使用和运行，改进和重新构造数据库系统。当数据库受到破坏时，应负责恢复数据库；当数据库的结构需要改变时，完成对数据结构的修改。> DBA不仅要有较高的技术专长和较深的资历，并应具有了解和阐明管理要求的能力。特别对于大型数据库系统，DBA极为重要。对于常见的微机数据库系统，通常只有一个用户，常常不设DBA，DBA的职责由应用程序员或终端用户代替。1.3.1.3软件（Software）①负责数据库存取、维护和管理的软件系统，即数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）,②数据库系统的各类人员对数据库的各种操作请求都由DBMS完成③DBMS是数据库系统的核心软件。1.3.1.4硬件（Hardware）存储和运行数据库系统的硬件设备。包括CPU、内存、大容量的存储设备、夕卜部设备■同】目娠云1.3.2数据库系统的结构：①从数据库管理系统的角度看，数据库系统通常采用三级模式结构，这是数据库系统内部的体系结构；②从数据库最终用户的角度看，数据库系统的结构分为集中式结构、分布式结构和客户/服务器结构，这是数据库系统外部的体系结构。1.3.2.1数据库系统的三级模式结构模式>模式（Schema）1.3.2.1数据库系统的三级模式结构模式在数据库系统中，对于同一意义下的数据，从计算机中处理的二进制表示到用户处理的数据之间，存在着许多抽象和转换。通常DBMS把数据库从逻辑上分为三级，即外模式、模式和内模式，它们分别反映了看待数据库的三个角度。三级模式结构如图1.5所示。1.模式模式（Schema）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，又称概念模式或概念视图。视图可理解为一组记录的值，用户或程序员看到和使用的数据库的内容。模式处于三级结构的中间层，它是整个数据库实际存储的抽象表示，也是对现实世界的一个抽象，是现实世界某应用环境（企业或单位）的所有信息内容集合的表示，

也是所有个别用户视图综合起来的结果，所以又称用户共同视图。它表示了数据库的整体数据。由多个"概念记录”组成，包含数据库的所有信息，也称"概念数据库”、"DBA视图”。DBMS提供模式描述语言(模式DDL)来定义模式。外模式又称子模式或用户模式或外视图，是三级结构的最外层，个别用户只对整个数据库的一部分感兴趣，所以外视图是个别用户看到和使用的数据库内容，因此也常把夕卜视图称为用户数据库。它由多种外记录值构成，这些记录值是概念视图的某一部分的抽象表示。即个别用户看到和使用的数据库内容，也称"用户DB”。由多个"外记录值”组成，是概念视图的某一部分的抽象表示。从逻辑关系上看，夕卜模式包含于概念模式。DBMS提供子模式描述语言(子模式DDL)来定义子模式。内模式又称存储模式或内视图，是三级结构中的最内层，也是靠近物理存储的一层，即与实际存储数据方式有关的一层，由多个存储记录组成，但并非物理层，不必关心具体的存储位置。DBMS提供内模式描述语言(内模式DDL)来定义内模式。在数据库系统中，夕卜模式可有多个，而概念模式、内模式只能各有一个。内模式是整个数据库实际存储的表示，而概念模式是整个数据库实际存储的抽象表示，外模式是概念模式的某一部分的抽象表示。三级结构的优点保证数据的独立性。将模式和内模式分开，保证了数据物理独立性；将外模式和模式分开，保证了数据逻辑独立性。(2)简化了用户接口。按照外模式编写应用程序或敲入命令，而不需了解数据库内部的存储结构，方便用户使用系统。(3)有利于数据共享。在不同的外模式下可有多个用户共享系统中数据，减少了数据冗余。(4)利于数据的安全保密。在外模式下根据要求进行操作，不能对限定的数据操作，保证了其他数据的安全。1.3.2.2数据库系统的二级映象：数据库系统的三级模式是对数据的三个抽象级别，它使用户能逻辑地抽象地处理数据，而不必关心数据在计算机内部的存储方式，把数据的具体组织交给DBMS管理。为了能够在内部实现这三个抽象层次的联系和转换，DBMS在三级模式之间提供了二级映象功能。模式/内模式映象数据库中的模式和内模式都只有一个，所以模式/内模式映象是唯一的。它确定了数据的全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系。外模式/模式映象① 数据库中的同一模式可以有任意多个外模式，对于每一个外模式，都存在一个外模式/模式映象。② 它确定了数据的局部逻辑结构与全局逻辑结构之间的对应关系。1.4数据库管理系统(DBMS)> 数据库管理系统是对数据进行管理的大型系统软件，它是数据库系统的核心组成部分。> 用户在数据库系统中的一切操作，包括数据定义、查询、更新及各种控制，都是通过DBMS进行的。>DBMS就是实现把用户意义下的抽象的逻辑数据处理转换成计算机中的具体的物理数据的处理软件，这给用户带来很大的方便。DBMS的主要功能：M数据定义:DBMS的主要功能：M数据定义:DBMS提供数据定义语式和内模式三级模式结构，定义模式/内模式和外模式/模式二级映象，定义有关的约束条件，2JK据操纵：DBMS提供数据操纵语言DML(DataManipulationLanguage)实现对数据库的基本操作，包括检索、插入、修改、删除等。SQL语言就是DML的一种。3.库运行管理:DBMS对数据库的控制主要通过四个方面实现：a数据的安全性控制b数据的完整性控制c多用户环境下的并发控制d数据库的恢复4.数据库的建立和维护功能:包括数据库的初始数据的装入，数据库的转储、恢复、重组织，系统性能监视、分析等功能。口语言就是DML的一种。3.库运行管理:DBMS对数据DBMS的组成DBMS是许多"系统程序”所组成的一个集合。每个程序都有自己的功能，共同完成DBMS的一件或几件工作。语言编译处理程序:(1)数据定义语言DDL及其编译程序：它把用DDL编写的各级源模式编译成各级目标模式，这些目标模式是对数据库结构信息的描述，而不是数据本身，它们被保存在数据字典中，供以后数据操纵或数据控制时使用。(2)数据操纵语言DMLSM编译程序，实现对数据库的基本操作。DML有两类：一类是宿主型，嵌入在高级语言中，不能单独使用；另一类是自主型或自含型，可独立地交互使用。2.系统运行控制程序，主要包括以下六部分：①系统总控程度：是DBMS运行程序的核心，用于控制和协调各程序的活动；②安全性控制程度：防止未被授权的用户存取数据库中的数据；③完整性控制程度：检查完整性约束条件，确保进入数据库中的数据的正确性、有效性和相容性；④并程序:协调多用户、多任务环境下各应用程序对数据库的并以操作，保证数据的一致性；⑤数据存取和更新程序：实施对数据库数据的检索、插入、修改、删除等操作；⑥通信控制程序：实现用户程序与DBMS间的通信。3.系统建立、维护程序：主要包括以下三部分：装配程序：完成初始数据库的数据装入；重组程序：当数据库系统性能变坏时（如查询速度变慢），需要重新组织数据库，重新装入数据；系统恢复程度：当数据库系统受到破坏时，将数据库系统恢复到以前某个正确的状态。4.数据字典（DataDictionary，简称DD）:用来描述数据库中有关信息的数据目录；包括数据库的三级模式、数据类型、用户名、用户权限等有关数据库系统的信息；起着系统状态的目录表的作用；帮助用户、DBA、DBMS本身使用和管理数据库。1.4.3DBMS的数据存取的过程：在数据库系统中，DBMS与操作系统、应用程序、硬件等协同工作，共同完成数据各种存取操作，其中DBMS起着关键的作用。1.5DBMS对数据的存取通常需要以下四步：1.用户使用某种特定数据操作语言向DBMS发出存取请求；2.DBMS接受请求并解释；3.DBMS依次检查夕卜模式、外模式/模式映象、模式、模式/内模式映象及存储结构定义；4.DBMS对存储数据库执行必要的存取操作.上述存取过程中还包括安全性控制、完整性控制，以确保数据的正确性、有效性和一致性。1.5.1数据模型的组成要素数据模型是模型一种，是现实世界数据特征的抽象。数据模型通常由数据结构、数据操作和数据的约束条件三个要素组成。数据结构数据结构用于描述系统的静态特性。数据结构是所研究的对象类型的集合，它是刻画一个数据模型性质最重要的方面。在数据库系统中，人们通常按照其数据结构的类型来命名数据模型。数据结构有层次结构、网状结构和关系结构三种类型，按照这三种结构命名的数据模型分别称为层次模型、网状模型和关系模型。数据操作数据操作用于描述系统的动态特性。数据操作是对数据库中各种数据操作的集合，包括操作及相应的操作规则。❖ 如数据的检索、插入、删除和修改等。数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作规则以及实现操作的语言数据的约束条件数据的约束条件是一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。数据模型还应该提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。1.5.2数据之间的联系1三个世界的划分由于计算机不能直接处理现实世界中的具体事物，所以人们必须将具体事物转换成计算机能够处理的数据。在数据库中用数据模型来抽象、表示和处理现实世界中的数据。数据库即是模拟现实世界中某应用环境（一个企业、单位或部门）所涉及的数据的集合，它不仅要反映数据本身的内容，而且要反映数据之间的联系。这个集合或者包含了信息的一部分（用用户视图模拟），或者包含了信息的全部（用概念视图模拟），而这种模拟是通过数据模型来进行的。为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型，在实际的数据处理过程中，首先将现实世界的事物及联系抽象成信息世界的信息模型，然后再抽象成计算机世界的数据模型。信息模型并不依赖于具体的计算机系统，不是某一个DBMS所支持的数据模型，它是计算机内部数据的抽象表示，是概念模型；概念模型经过抽象，转换成计算机上某一DBMS支持的数据模型。所以说，数据模型是现实世界的两级抽象的结果。在数据处理中，数据加工经历了现实世界、信息世界和计算机世界三个不同的世界，经历了两级抽象和转换。现实世界T认识抽象T信息世界T计算机世界2 基本概念——宏观：①实体（Entity） 客观存在

并且可以相互区别的"事物”称为实体实体可以是可触及的对象.②属性（Attributes）实体的某一特性称为属性。属性有"型”和"值”之分，”型”即为属性名，值”即为属性的具体内容.③实体型（EntityType）若干个属性型组成的集合可以表示一个实体的类型，简称实体型。④实体集（EntitySetL同型实体的集合称为实体集。⑤键（Key）能唯一标识一个实体的属性或属性集称为实体的键。⑥域（Domain）属性值的取值范围称为该属性的域。⑦联系（Relationship）在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这些联系同样也要抽象和反映到信息世界中来；在信息世界中将被抽象为实体型内部的联系和实体型之间的联系；实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系；实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系；反映实体型及其联系的结构形式称为实体模型，也称作信息模型，它是现实世界及其联系的抽象表示。2.1两个实体型之间的联系有如下三种类型：1）一对一联系（1:1）实体集A中的一个实体至多与实体集B中的一个实体相对应，反之亦然，则称实体集A与实体集B为一对一的联系。记作1:1。2）一对多联系（1:n）实体集A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，反之，实体集B中的一个实体至多与实体集A中的一个实体相对应。记作1:n。3）多对多（m:n）实体集A中的一个实体与实体集B中的多个实体相对应，反之，实体集B中的一个实体与实体集A中的多个实体相对应。记作（m:n）。E-R图：零件供应系统选课管理系统选课管理系统3、数据库系统描述基本概念一微观：①字段（Field）对应于属性的数据称为字段，也称为数据项。字段的命名往往和属性名相同。②记录（Record）对应于每个实体的数据称为记录。③文件（File）对应于实体集的数据称为文件。三个世界中各术语的对应关系：现实世界【事物总体，事物个体，特征，事物间关系】一信息世界［实体集，实体，属选课管理系统选课管理系统性，实体模型］—计算机世界【文件，记录，字段，数据模型】1.5.4数据模型的分类数据模型好坏，直接影响数据库的性能。数据模型选择，是设计数据库一项首要任务。目前最常用数据模型有层次模型（HierarchicalModel）、网状模型（NetworkModel）和关系模型（RelationalModel）o这三种数据模型的根区别在于数据结构不同，即数据之间联系的表示方式不同。层次模型用”树结构”来表示数据之间的联系；网状模型是用”图结构”来表示数据之间的联系；关系模型是用”二维表”来表示数据之其中层次模型和网状模型是早期的数据模型，统称为非关系模型。20世纪70年代至80年代初，非关系模型的数据库系统在数据库系统产品中占主导地位，现在已逐渐被关系模型的数据库系统取代，目前层次数据库或网状数据库的系统仍很多。20世纪80年代以来，面向对象的方法和技术在计算机各个领域，出现了一种新的数据模型——面向对象的数据模型1.5.4.1层次模型> 层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型，采用层次模型的典型代表是IBM公司的IMS数据库管理系统，> 现实世界中，许多实体之间的联系都表现出一种很自然的层次关系。在树中，每个结点表示一个记录类型，结点间的连线（或边）表示记录类型间的关系，每个记录类型可包含若干个字段，记录类型描述的是实体，字段描述实体的属性，各个记录类型及其字段都必须命名。如果要存取某一记录型的记录，可以从根结点起，按照有向树层次向下查找。层次模型的特征（1） 有且仅有一个结点没有双亲，该结点就是根结点；（2） 根以外的其他结点有且仅有一个双亲结点，这就使得层次数据库系统只能直接处理一对多的实体关系；（3） 任何一个给定的记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义，没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在。层次模型的数据操纵与数据完整性约束层次模型的数据操纵主要有查询、插入、删除和修改，进行插入、删除和修改操作时要满足层次模型的完整性约束条件。进行插入操作时，如果没有相应的双亲结点值就不能插入子女结点值；进行删除操作时，如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除；修改操作时，应修改所有相应记录，以保证数据的一致性。层次模型的优缺点：优点：（1）比较简单，只需很少几条命令就能操纵数据库，比较容易使用。（2）结构清晰，结点间联系简单，只要知道每个结点的双亲结点，就可知道整个模型结构。现实世界中许多实体间的联系本来就呈现出一种很自然的层次关系,（3）它提供了良好的数据完整性支持。缺点：（1）不能直接表示两个以上的实体型间的复杂的联系和实体型间的多对多联系，只能通过引入冗余数据或创建虚拟结点的方法来解决，易产生不一致性。（2）对数据的插入和删除的操作限制太多。（3）查询子女结点必须通过双亲结点。1.5.4.2网状模型网状模型克服了不直观的弊病，可以清晰的表示非层次关系。网状模型取消了层次模型的两个限制，两个或两个以上的结点都可以有多个双亲结点，则此时有向树变成了有向图，该有向图描述了网状模型。网状模型的特征：（1）有一个以上的结点没有双亲；（2）至少有一个结点可以有多于一个双亲。即允许两个或两个以上的结点没有双亲结点，允许某个结点有多个双亲结点，则此时有向树变成了有向图，该有向图描述了网状模型。>网状模型中每个结点表示一个记录型（实体），每个记录型可包含若干个字段（实体的属性），结点间的连线表示记录类型（实体）间的父子关系。碱模型的数据操纵与完整性约束> 碱模型的数据操纵主要包括查询、插入、删除和修改❖插入数据时，允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值，如可增加一名尚未分配到某个教研室的新教师，也可增加一些刚来报到，还未分配宿舍的学生。❖删除数据时，允许只删除双亲结点值，如可删除一个教研室，而该教研室所有教师的信息仍保留在数据库中。❖ 修改数据时，可直接表示非树形结构，而无需像层次模型那样增加冗余结点，因此，修改操作时只需更新指定记录即可。它没有像层次数据库那样有严格的完整性约束条件，只提供一定的完整性约束。3.网状模型的优缺点：优点:（1）能更为直接地描述客观世界，可表示实体间的多种复杂联系。（2）具有良好的性能和存储效率。缺点_：（1）结构复杂，其DDL语言极其复杂；（2） 数据独立性差，由于实体间的联系本质上是通过存取路径表示的，因此应用程序在访问数据时要指定存取路径。1-5-4-3关系模型： 目前应用最广泛的数据库系统，如现在广泛使用的小型数据库系统Foxpro、Acess，大型数据库系统Oracle、Informix、Sybase、SQLServer等都是关系数据库系统。关系模型的基本概念关系模型的数据结构是一个"二维表框架”组成的集合，每个二维表又可称为关系，所以关系模型是"关系框架”的集合。关系模型与层次模型、网状模型不同，它是建立在严格的数学概念之上的。（1）关系（Relation）一个关系对应一张二维表。（2）元组（Tuple）表格中的一行。（3） 属性（Attribute）表格中的一列，相当于记录中的一个字段。（4）关键字（Key） 可唯一标识元组的属性或属性集，也称为关系键或主码。（5） 域（Domain）属性的取值范围。（6） 分量每一行对应的列的属性值，即元组中的一个属性值。（7）关系模式 对关系的描述，一般表示为：关系名（属性1，属性2，......属性n）。在关系模型中，实体是用关系来表示的，实体间的关系也是用关系来表示的。关系模型的数据操纵与完整性约束数据操纵主要包括查询、插入、删除和修改数据，这些操作必须满足关系的完整性约束条件，即实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。在非关系模型中，操作对象是单个记录，而关系模型中的数据操作是集合操作，操作对象和操作结果都是关系，即若干元组的集合；用户只要指出"干什么”，而不必详细说明"怎么干”，从而大大地提高了数据的独立性，提高了用户的生产率。关系模型的优缺点；优点：（1）与非关系模型不同，它有较强的数学理论根据。（2）数据结构简单、清晰，用户易懂易用，不仅用关系描述实体，而且用关系描述实体间的联系。（3）关系模型的存取路径对用户透明，从而具有更高的数据独立性、更好的安全保密性，也简化了程序员的工作和数据库建立和开发的工作。—缺点：由于存取路径对用户透明，查询效率往往不如非关系模型，因此，为了提高性能，必须对用户的查询表示进行优化，增加了开发数据库管理系统的负担。第二章关系模型2.1关系模型关系模型就是用二维表格结构来表示实体及实体之间联系的模型。关系模型是各关系的框架的集合，即关系模型是一些表格的格式，其中包括关系名、属性名、关键字等。从各关系框架中易看出两关系间的联系。在一个关系中可以存放两类信息：一类是描述实体本身的信息，一类是描述实体（关系）之间的联系的信息在层次模型和网状模型中，把有联系的实体（元组）用指针链接起来，实体之间的联系是通过指针来实现的。而关系模型则采用不同的思想，即用二维表来表示实体与实体之间的联系，这就是关系模型的本质所在。所以，在建立关系模型时，只要把的所有的实体及其属性用关系框架来表示，同时把实体之间的关系也用关系框架来表示，就可以得到一个关系模型。2.2关系的定义：在关系模型中，数据是以二维表的形式存在的，这个二维表就叫做关系。关系理论是以集合代数理论为基础的，因此，我们可以用集合代数给出二维表的"关系”定义。域（Domain）域是一组具有相同数据类型的值的集合，又称为值域。（用D表示）域中所包含的值的个数称为域的基数（用m表示）。关系中用域表示属性的取值范围。域名无排列次序。笛卡尔积（CartesianProduct）给定一组域D1，D2，…，Dn（它们可以包含相同的元素，即可以完全不同，也可以部分或全部相同）。D1，D2，…，Dn的笛卡尔积为D1xD2x......xDn=（（d1，d2，...，dn）|dieDi，i=1，2，...，n｝。其中：1.元素中的每一个di叫做一个分量（Component），来自相应的域（diuDi）每一个元素（d1，d2，d3，…，dn）叫做一个n元组（n-tuple）,简称元组（Tuple）。但元组不是di的集合，元组的每个分量（di）是按序排列的。若Di（i=1，2，......n）为有限集，Di中的集合元素个数称为Di的基数，用mi（i=1，2，......n）表示，则笛卡尔积D1xD2x......xDn的基数M（即元素（d1,d2.......dn）的个数）为所有域的基数的累乘之积。2.2.3关系（Relation）笛卡尔积D1xD2x...xDn的任一子集称为定义在域D1，D2，...Dn上的n元关系（Relation）,可用R（D1，D2......Dn）表示。（1.R为关系名，n称为关系的目或度（Degree）当n=1时，称为单元关系。当n=2时，称为二元关系。当n=n时，称为n元关系。）2，元组用r表示，关系中元组个数是关系的基数。如果一个关系的元组个数是无限的，则称为无限关系；如果一个关系的元组个数是有限的，则称为有限关系。由于计算机存储系统的限制，我们一般不去处理无限关系，而只考虑有限关系。同样可以把关系看成一个二维表，其中，（1）表的框架由域Di（i=1，2，......n）构成；2）表的任意一行对应一个元组；（3）表的每一列来自同一域；4）域可以相同，为了加以区别，每列起一个名字，称为属性，n目关系有n个属性，属性的名字唯一，属性的取值范围Di（i=1，2，…，n）称为值域5）具有相同关系框架的关系成为同类关系。4.数学上关系是笛卡尔积的任意子集，但在实际应用中关系是笛卡尔积中所取的有意义的子集。）在关系模型中，关系可进一步定义为:定义在域D1，D2，......Dn（不要求完全相异）上的关系由关系头（Heading）和关系体（Body）组成。关系头：由属性名A1，A2，…，An的集合组成，每个属性Ai正好对应一个域Di（i=1，2，…，n），关系头，也称关系框架，相对固定，是关系的数据结构的描述。 关系体：是指关系结构中的内容或者数据，并非固定不变，它随元组的建立、删除或修改而变化。2.3关系的性质:1.关系中不允许出现相同的元组。因为数学上集合中没有相同的元素，而关系是元组的集合，所以作为集合元素的元组应该是唯一的。2.关系中元组的顺序（即行序）是无关紧要的，在一个关系中可以任意交换两行的次序。因为集合中的元素是无序的，所以作为集合元素的元组也是无序的。根据关系的这个性质，可以改变元组的顺序使其具有某种排序，然后按照顺序查询数据，可以提高查询速度。3.关系中属性的顺序是无关紧要的，即列的顺序可以任意交换。交换时，应连同属性名一起交换，否则将得到不同的关系。4.同一属性名下的各个属性值必须来自同一个域，是同一类型的数据。5.关系中各个属性必须有不同的名字，不同的属性可来自同一个域，即它们的分量可以取自同一个域。6.关系中每一分量必须是不可分的数据项，或者

说所有属性值都是原子的，即是一个确定的值，而不是值的集合。属性值可以为空值，表示"未知”或"不可使用”，即不可"表中有表”。满足此条件的关系称为规范化关系，否则称为非规范化关系。2.4关系的键2.4.1候选键与关系键：能唯一标识关系中元组的属性或属性集，则称该属性或属性集为候选键CandidateKey),也称候选关键字或候选码。候选键的形式化定义：设关系R有属性A1，A2，......An，其属性集K=(Ai，Aj，......Ak)，当且仅当满足下列条件时，K被称为候选键：1.唯一性(Uniqueness):关系R的任意两个不同元组，其属性集K的值是不同；2.最小性(Minimally):组成关系键的属性集(Ai，Aj，......Ak)中，任一属性都不能从属性集K中删掉，否则将破坏唯一性的性质如果一个关系中有多个候选键，可以从中选择一个作为查询、插入或删除元组的操作变量，被选用的候选键称为主关系键(PrimaryKey)，或简称为主键、主码、关系键、关键字。主关系键是关系模型中的一个重要概念。每个关系必需选择一个主关系键，选定以后，不能随意改变。每个关系必定有且仅有一个主关系键，因为关系的元组无重复，至少关系的所有属性的组合可作为主关系键，通常用较小的属性组合作为主关系键。2.4.2主属性与非码属性主属性(PrimeAttribute):包含在主码中的的各属性称为主属性。非QM性(Non-PrimeAttribute):不包含在任何候选码中的属性称为非码属性。在最简单的情况下，一个候选码只包含一个属性，在最极终端的情况下，所有属性的组合是关系的候选码，这时称为全码(all-key)。2.4.3外部关系键如果关系R2的一个或一组属性X不是R2的主码，而是另一关系R1的主码，则该属性或属性组X称为关系R2的外部关系键或外码(Foreignkey)，并称关系R2为参照关系(referencingrelation)，关系R1为被参照关系。被参照关系的主码和参照关系的外码必须定义在同一个域上。2.4.4关系模型的完整性为了维护数据库中数据与现实世界的一致性，对关系数据库的插入、删除和修改操作必须有一定的约束条件，这就是关系模型的三类完整性：实体完整性参照完整性用户定义的完整性

实体完整性(EntityIntegrity)> 实体完整性是指主关系键的值不能为空或部分为空。关系模型中的一个元组对应一个实体，一个关系则对应一个实体集。现实世界中的实体是可区分的，即它们具有某种唯一性标识。与此相对应，关系模型中以主关系键来唯一标识元组。如果主关系键中的值为空或部分为空，即主属性为空，则不符合关系键的定义条件，不能唯一标识元组及与其相对应的实体。这就说明存在不可区分的实体，从而与现实世界中的实体是可以区分的事实相矛盾。因此主关系键的值不能为空或部分为空。参照完整性(Referentialintegrity)如果关系R2的外部关系键X与关系R1的主关系键相符，则X的每个值或者等于R1中主关系键的某一个值，或者取空值。实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，被称作关系的两个不变性。任何关系数据库系统都应该支持这两类完整性。不同的关系数据库系统由于应用环境的不同，往

往还需要一些特殊的约束条件，这就是用户定义完整性。用户定义完整性(User-definedIntegrity)用户定义完整性是针对某一具体关系数据库的约束条件。> 它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。2.5关系数据库模式与关系数据库2.5.1关系模式和关系数据库模式：关系模式：一个关系的属性名的集合R(A1,A2......An)。其中：R为关系名，A1，A2，…，An为属性名(i=1,2.......n)。关系模式是关系的框架，或者称为表框架，指出了关系由哪些属性构成，是对关系结构的描述。关系座模式：一组关系模式的集合。关系数据库模式是对关系数据库结构的描述，或者说是对关系数据库框架的描述，也就是前面所讲过的关系头，可以看作是关系的型。与关系数据库模式对应的数据库中的当前值就是关系数据库的内容，称为关系数据库的实例，即前面所讲过的关系体，可以看作是关系的值。构的描述。关系座模式：一组关系模式的集合。2.5.2关系数据库：是"一组随时间变化，具有各种度的规范化关系的集合”。因为关系是由关系头和关系体组成的，所以关系数据库也可以看作是一组关系头和关系体的集合。关系数据库也有型和值的概念，其型就是关系数据库模式，相对固定；其值就是关系数据库内容，代表现实世界中的实体，而实体是随着时间不断变化的，所以其值在不同的时刻会有所变化。不同的时刻会有所变化。2.6关系代数成一个新关系，其结果仍为n目关系。记作：RUS=（t|teRvteS}> 关系模型与其他模型相比，最有特色的是它的数据库语言。这种语言灵活方便、表达能力和功能都很强。目前关系数据库所使用的语言一般都具有定义、查询、更新和控制一体化的特点，而查询是最主要的部分。关系数据库的核心是查询，故又称为查询语言，而查询的条件要使用关系运算表达式来表示。关系运算是设计关系数据语言的基础。按表达查询的方法不同，关系运算可分为关系代数和关系演算两大类。2.6.1关系代数的分类及其运算符关系代数是对关系进行集合代数运算，是基于关系代数的操作语言，称为关系代数语言，简称关系代数。关系代数的运算对象是关系，运算结果也是关系，关系代数用到的运算符主要包括四类：集合运算符：u（并），-（差），n（交）,x（广义笛卡尔积）；专门的关系运算符侦选择），n（投影）,8（连接），*（自然连接）,-（除）；算术比较运算符：〉（大于），z（大于等于），<（小于），W（小于等于），=（等于），圣（不等于）；逻辑运算符：号与）,v（或）,1（非）关系代数的运算按运算符的不同主要分为两类：传统的集合运算：把关系看成元组的集合，以元组作为集合中元素来进行运算，其运算是从关系的"水平”方向即行的角度进行的。包括并、差、交和笛卡尔积等运算。专门的关系运算：不仅涉及行运算，也涉及列运算，这种运算是为数据库的应用而引进的特殊运算。包括选取、投影、连接和除法等运算。2.6.2传统的集合运算对两个关系的集合运算传统的集合运算是二目运算，是在两个关系中进行的。但是并不是任意的两个关系都能进行这种集合运算，而是要在两个满足一定条件的关系中进行运算。那么，对关系有什么要求呢？下面先看一个定义。定义2.9设给定两个关系R、S，若满足:（1）具有相同的度n;（2）R中第i个属性和S中第i个属性必须来自同一个域。则说关系R、S是相容的。除笛卡尔积外，要求参加运算的关系必须满足上述的相容性定义。并（Union）关系R和关系S的并由属于R或属于S的元组组成，即R和S的所有元组合并，删去重复元组，组对于关系数据库，记录的插入和添加可通过并运算实现。差（Difference）关系R与关系S的差由属于R而不属于S的所有元组组成，即R中删去与S中相同的元组，组成一个新关系，其结果仍为n目关系。记作：R-S={t|tuRsteS}通过差运算，可实现关系数据库记录的删除。交（Intersection）关系R与关系S的交由既属于R又属于S的元组组成，即R与S中相同的元组，组成一个新关系，其结果仍为n目关系。记作：RnS={t|teRteS}如果两个关系没有相同的元组，那么它们的交为空。两个关系的并和差运算为基本运算（即不能用其他运算表达的运算），而交运算为非基本运算，交运算可以用差运算来表示：RnS=R-（R-S）广义笛卡尔积（ExtendedCartesianProduct）两个分别为n目和m目关系R和S的广义笛卡尔积是一个（n+m）列的元组的集合，元组的前n列是关系R的一个元组，后m列是关系S的一个元组。若R有k1个元组，S有k2个元组，则关系R和关系S的广义笛卡尔积有k1*k2个元组，记作RxS={tr^ts|treR/tseS}关系的广义笛卡尔积可用于两关系的连接操作2.6.3专门的关系运算由于传统的集合运算，只是从行的角度进行，而要灵活地实现关系数据库多样的查询操作，必须引入专门的关系运算。（1） 设关系模式为R（A1,A2.......An），它的一个关系为R，teR表示t是R的一个元组，t[Ai]则表示元组t中相应于属性Ai的一个分量。（2） 若A={Ai1,Ai2,......，Aik}，其中Ai1,Ai2,......,Aik是A1,A2 An中的一部分，则A称为属性列或域列，A则表示{A1,A2 An}中去掉{Ai1,Ai2 Aik}后剩余的属性组。t[A]={t[Ai1],t[Ai2],......,t[Aik]}表示元组t在属性列A上诸分量的集合。（3） R为n目关系，，为m目关系，treR,tseS,trts称为元组的连接（concatenation），它是一个n+m列的元组，前n个分量为R的一个n元组，后m个分量为S中的一个m元组。

(4)给定一个关系R(X,Z),X和Z为属性组，定义当t[X]=x时，x在R中的象集(imageset)，为Zx={t[Z]|tuR,t[X]=x},它表示R中的属性组X上值为x的诸元组在Z上分量的集合。选取(Selection)选取运算是单目运算，是根据一定的条件在给定的关系R中选取若干个元组，组成一个新关系，记作：oF(R)={t|tGRAF(t)为真}其中，。为选取运算符，F为选取的条件，它由运算对象(属性名、常数、简单函数)算术比较运算符(>，>，<，<，=，/)和逻辑运算符(VA[)连接起来的逻辑表达式，结果为逻辑值"真”或"假”。选取运算实际上是从关系R中选取使逻辑表达式为真的元组，是从行的角度进行的运算。投影(Projection)投影运算也是单目运算，关系R上的投影是从R中选择出若干属性列，组成新的关系，即对关系在垂直方向进行的运算，从左到右按照指定的若干属性及顺序取出相应列，删去重复元组。记作：□A(R)={t[A]|tGR}其中A为R中的属性列，门为投影运算符。从其定义可看出，投影运算是从列的角度进行的运算，这正是选取运算和投影运算的区别所在。选取运算是从关系的水平方向上进行运算的，而投影运算则是从关系的垂直方向上进行的。投影运算可以改变关系的属性次序。投影后取消了某些属性列后，就可能出现重复行，应该取消这些完全相同的行。所以投影之后，不但减少了属性，元组也可能减少，新关系与原关系不相容。^接(Join)连接运算是二目运算，是从两个关系的笛卡尔积中选取满足连接条件的元组，组成新的关系。设关系R(A1,A2.......An)及S(B1,B2.......Bm),连接属性集X包含于{A1,A2.......An}，及Y包含于{B1,B2.......Bm}，X与Y中属性列数目相等，且相对应属性有共同的域。[若Z={A1,A2......An}/X(/X:去掉X之外的属性)及W={B1,B2......Bm}/Y,则R及S可表示为R(Z,X)，S(W，Y)]关系R和S在连接属性X和Y上的连接，就是以RxS笛卡尔积中，选取X属性列上的分量与Y属性列上的分量满足给定。比较条件的那些元组，也就是在RxS上选取在连接属性X,Y上满足。条件的子集组成新的关系。新关系的度为n+m。记作：R^S={tr^ts|treRAtseSAtr[X]0ts[Y]为真}X0Y其中，8是连接运算符，。为算术比较运算符，也称e连接；e为"=”时，称为等值连接；e为"<”时，称为小于连接；e为"〉”时，称为大于连接。连接运算为非基本运算，可以用选取运算和广义笛卡尔积运算来表示：RwS=oxey(RxS)在连接运算中，一种最常用的连接是自然连接。所谓自然连接就是在等值连接的情况下，当连接属性X与Y具有相同属性组时，把在连接结果中重复的属性列去掉。即如果R与S具有相同的属性组Y，则自然连接可记作：R*S={tr^ts|treRAtseSAtr[Y]=ts[Y]}自然连接是在广义笛卡尔积RxS中选出同名属性上符合相等条件元组，再进行投影，去掉重复的同名属性，组成新的关系。等值连接与自然连接的区别：1.等值连接中不要求相等属性值的属性名相同，而自然连接要求相等属性值的属性名必须相同，即两关系只有在同名属性才能进行自然连接。如上例R中的C列和S中的D列可进行等值连接，但因为属性名不同，不能进行自然连接。2.等值连接不将重复属性去掉，而自然连接去掉重复属性，也可以说，自然连接是去掉重复列的等值连接。如上例R中的B列和S中的B列进行等值连接时，结果有两个重复的属性列B,而进行自然连接时，结果只有一个属性列B。除法(Division)除法运算是二目运算，设有关系R(X，Y)与关系S(Y，Z),其中X，Y，Z为属性集合，R中的Y与S中的Y可以有不同的属性名，但对应属性必须出自相同的域。关系R除以关系S所得的商是一个新关系P(X),P是R中满足下列条件的元组在X上的投影：元组在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。记作：R^S={tr[X]|treRARy(S)Yx}其中，Yx为x在R中的象集，x=tr[X]。除法运算为非基本运算可以表示为：R：S=nx(R)-nx(nx(R)xS-R)除法运算同时从行和列的角度进行运算，适合于包含"全部”之类的短语的查询。2.7关系演算关系演算是以数理逻辑中的谓词演算为基础的，通过谓词形式来表示查询表达式。根据谓词变元的不同，可将关系演算分为元组关系演算和域关系演算。XeY为连接条件；元组关系演算是以元组变量作为谓词变元的基本2.7.1XeY为连接条件；元组关系演算是以元组变量作为谓词变元的基本对象。元组关系演算语言的典型代表是E.F.Codd提出的ALPHA语言，这种语言虽然没有实际实现，但较有名气，INGRES关系数据库上使用的QUEL语言，就是在ALPHA语言的基础上研制的。这里主要介绍ALPHA语言和QUEL语言2.7.1.1ALPHA语言ALPHA语言是以谓词公式来定义查询要求的。在谓词公式中存在客体变元，这里称为元组变量。元组变量是一个变量，其变化范围为某一个命名的关系。ALPHA语言的基本格式是：〈操作符〉<工作空间名〉(〈目标表>)[:<操作条件〉]操作符有GET，PUT，HOLD，UPDATE，DELETE，DROP等到种。工作空间是指内存空间，可以用一个字母表示，通常用W表示，也可以用别的字母表示。工作空间是用户与系统的通信区。>目标表用于指定操作(如查询、更新等)出来的结果，它可以是关系名或属性名，一答操作语句可以同时对多个关系或多个属性进行操作。>操作条件是用谓词公式表示的逻辑表达式，只有满足此条件的元组才能进行操作，这是一个可选项，缺省时表示无条件执行操作符规定的操作。除此之外，还可以在基本格式上加上排序要求，定额要求等。下面以教学数据库(图1.12)为例，说明ALPHA语言的使用。简单查询GETW(S)>GET语句的作用是把数据库中的数据读入内存空间W，目标表代表查询出来的结果。冒号后面的操作条件缺省，表示无条件查询。查询结果自动消去重复行。(2)条件查询由冒号后面的逻辑表达式给出查询条件，在表达式中可以使用如下三类运算符：①比较运算符：〉，2，<，<，=等于，儿②逻辑运算符：号与)*(或)门(非)③表示执行次序的括号：()其中，比较运算符的优先级高于逻辑运算符，可以使用()改变它们的优先级。排序查询DOWN表示降序，后面紧跟排序的属性名。升序排列时使用UP。定额查询所谓的定额查询就是通过在W后面的括号中加上定额数量，限定查询出元组的个数。排序和定额查询可以一起使用。带元组变量的查询所谓的元组关系演算就是以元组变量作为谓词变元的基本对象，在关系演算的查询操作时，可以在相应的关系上定义元组变量。元组变量代表关系中的元组，其取值是在所定义的关系范围内变