第1講-初步認識數據庫系統

什么是數據庫

• 關系中的概念 ：
  表 / 關系
  表名 / 表標題（格式） / 表內容（值）
  列 / 字段 / 屬性 / 數據項
  行 / 元組 / 記錄

• 而 數據庫（Database）就是 相互有關聯關系的若干Table的 集合

什么是數據庫系統

數據庫系統（工作環境）：
數據庫DataBase（DB）
數據庫管理系統DBMS
數據庫應用DBAP
數據庫管理員DBA
計算機基本系統

• 區別 ：
• 數據庫系統是一個這樣的大的環境
• 而 數據庫管理系統 只是一個管理數據庫的一個軟件

什么是數據庫管理系統（用戶角度）

用戶角度看數據庫管理系統的功能

• 數據庫定義 ：數據定義語言DDL；定義數據庫中Table的名稱、標題
• 數據庫操作 ：數據操縱語言DML；向數據庫的Table中增、刪、改、查
• 數據庫控制 ：數據控制語言DCL；控制數據庫中數據的使用-哪些用戶可以使用，哪些不可以
• 數據庫維護 ：一系列程序（實用程序/例行程序）；轉儲/恢復/重組/性能檢測/分析

數據庫語言

• 使用者通過數據庫語言利用DBMS操作數據庫
• SQL語言 ：結構化的數據庫語言
• SQL語言 分為 DDL、DML、DCL
• 一條數據庫語言語句相當于高級語言的一個或多個循環程序
• 數據庫語言可以嵌入到高級語言（宿主語言）中使用 -> 嵌入式數據庫語言

什么是數據庫管理系統（系統角度）

從系統實現角度看DBMS的功能

• DBMS為完成DB管理，在后臺運行著一系列程序
• DBMS系統可越過 操作系統 直接管理

第2講-數據庫系統的結構抽象與演變

數據庫系統的標準結構

數據 與 數據的結構-模式

• 模式Schema ：數據的結構
  對數據庫中數據所進行的一種結構性的描述
  所觀察到數據的結構信息
• 視圖View/數據Data ：展現的數據
  某一種表現形式下表現出來的數據庫中的數據

三級模式兩層映像
兩層映像 ：

• E-C Mapping ：將外模式映射為概念模式；從而支持實現 數據概念視圖 向 外部視圖 的轉換；便于 用戶觀察和使用
• C-I Mapping ：將概念模式映射為內模式；從而支持實現 數據概念視圖 向 內部視圖 的轉換；便于 計算機進行存儲和處理

兩個獨立性

• 邏輯數據獨立性 ：當概念模式變化時，可以不改變外部模式（只需改變E-C Mapping），從而無需改變應用程序
• 物理數據獨立性 ：當內部模式變化時，可以不改變概念模式（只需改變C-I Mapping），從而無需改變外部模式

什么是數據模型

三大經典數據模型

• 關系模型 ： 表 的形式組織數據
• 層次模型 ： 樹 的形式組織數據
• 網狀模型 ： 圖 的形式組織數據

關系模型

層次模型

網狀模型

數據庫系統的演變與發展

• 由 層次模型數據庫、網狀模型數據庫 到 關系數據庫
  層次模型與網狀模型數據庫 ：數據之間的關聯關系由復雜的指針系統來維系
  關系數據庫 ： 數據之間的關聯關系由Table中屬性的值來表征，結構描述簡單
• 由 關系數據庫 到 對象關系數據庫、面向對象數據庫
  關系數據庫 ：按行按列形式組織數據 ：關系的第1范式；數據項的不可再分；關系運算 ：關系代數、元組演算、域演算 -> 標準SQL
  面向對象數據庫 ：O-O 與 SQL 的結合；支持復雜的數據類型（行對象、列對象、結構對象、聚集對象），數據封裝與抽象數據結構；類、繼承、封裝、多態
  XML數據庫 ：半結構化數據庫 ；數據交換；數據 與 數據的語義

第3講-關系模型之基本概念

什么是關系模型

• 關系模型的三個要素 ：基本結構、基本操作、完整性約束
• 關系運算 ：關系代數和關系演算
• 關系演算 ：元組演算 和 域演算
• 關系代數 ：基于集合的運算，即，操作的對象及結果都是集合
• 元組演算 ：基于邏輯的運算
• 域演算 ：基于示例的運算

什么是關系

• “列”的取值范圍“域” ：一組值的集合，這組值具有相同的數據類型；集合中元素的個數稱為 域的基數
• “元組”及所有可能組合成的元組 ：笛卡爾積；笛卡爾積是由n個域形成的所有可能的n-元組集合；若$D_i$的基數為$m_i$，則笛卡爾積的基數，即元組個數為$m_1?m_2?$
• 由于笛卡爾積中的所有元組并不都是有意義的，因此：關系 ：一組域的笛卡爾積的子集

關系有什么特性

• 列是同質
• 理論上， 關系 的任意兩個元組不能完全相同；現實應用中， 表Table 可能并不完全遵守
• 屬性不可再分特性 ：又被稱為 關系第一范式（前面有舉例（不能是 聚集對象 之類的））

候選碼與外碼

• 候選碼/候選鍵 ：關系中的一個 屬性組 ，其值能唯一標識一個元組；若從該屬性組中去掉任何一個屬性，它就不具有這一性質了；有時，關系中有很多組候選碼
• 主碼/主鍵 ：當有多個候選碼（也就是說有很多組）時，可以選定一個作為主碼；DBMS以主碼為主要線索管理關系中的各個元組
• 主屬性 ：包含在 任何一個 候選碼中的屬性；而其他屬性被稱作 非主屬性；最極端的，所有屬性構成這個關系的候選碼，稱為 全碼（例如，關系“教師授課”）
• 外碼/外鍵 ：不是本關系的候選碼，但它與另一個關系的候選碼相對應；兩個關系通常是靠外碼連接起來的（例如，關系”合同“中的客戶號）

關系模型的完整性

• 空值 ：不知道、不存在或無意義的值
• 參照完整性 ：如果關系R1的外碼Fk與關系R2的主碼Pk相對應，則R1中的每一個元組的Fk值或者等于R2中某個元組的Pk值，或者為空值
• 用戶自定義完整性 ：用戶針對具體的應用環境定義的完整性約束條件

第4講-關系模型之關系代數

什么是關系代數

• 基于集合
• 基本操作（并、差、笛卡爾積（廣義積）、選擇、投影和更名）；擴展操作（交、連接、關系除）

并相容性的概念

• 某些關系代數操作，需滿足“并相容性”
• 關系R與關系S存在相容性 當且僅當 ：
  1）屬性數目相同
  2）關系R的第i個屬性的域必須和關系S的第i個屬性的域相同

并操作

• R U S
• 滿足并相容
• 在合并時去掉重復的元組
• “或者。。或者。。” 通常意義是 并運算 的要求

差操作

• R - S
• 滿足并相容
• 出現在R中 但不出現在S中
• “是。。但不含。。” 通常意義是 差運算 的要求

廣義笛卡爾積操作

• R X S
• 關系R與關系S的（ 廣義笛卡爾積 廣義積 積 笛卡爾積） 也是一個關系
• 由關系R中的元組 與 S的元組 進行所有可能的拼接構成

選擇操作

• 關系R，同時給一個選擇的條件，選擇運算結果也是一個關系
• 從關系R中選擇出滿足給定條件的 元組 構成
• 條件書寫很重要，注意運算符的優先次序，從高到低為 括弧；比較；非；交；并

投影操作

• 關系R，投影運算結果也是一個關系
• 從關系R中選出屬性包含在條件A中的 列 構成

交操作

• R ^ S
• 滿足并相容
• 交運算可以通過差運算來實現 ：R^S=R-(R-S)
• “既。。又。。” 通常意義是 并運算 的要求

theta-連接操作

• 投影和選擇操作只是對單個關系（表）進行操作，對多個表之間操作就需要theta-連接操作
• 關系R和關系S的theta-連接 由 關系R和S的 笛卡爾積 中，選取 R中屬性A 與 S中屬性B 之間滿足theta條件的 元組構成

等值連接

• 由關系R和關系S的笛卡爾積中選取R中屬性A與S中屬性B上 值相等 的元組構成
• 當theta-連接中運算符為“=”時，就是等值連接

自然連接操作

• 由關系R和關系S的笛卡爾積中選取 相同屬性組B上值相等 的元組構成
• 自然連接是一種特殊的 等值連接
• 要求R和S必須由相同的屬性組，值也必須相等 才可以連接
• 連接后去除重復的列

應用關系代數操作訓練

• 第二個方案中，做了自然連接以后，還是原先三個屬性，因此，仍然是不行的

除操作

外連接操作

總結

以上是生活随笔為你收集整理的哈尔滨工业大学-数据库系统（基本知识与关系模型1）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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