第1章关系数据库基本原理

第一章数据库概论1.人工管理阶段,文件系统阶段,数据库阶段,高级数据库阶段(对象数据库技术,分布式数据库系统,开放数据库互连技术,xml数据库技术,现代信息集成技术)2.数据描述:概念设计中:实体,实体集,属性,实体标识符;逻辑设计中:字段,记录,文件,关键码;物理设计中:位,字节,字,块,桶,卷;3.概念模型,逻辑模型(层次,网状,关系,对象),外部模型,内部模型;4.三层模式(外模式,逻辑模式,内模式),两级映像(外模式/逻辑模式映像，逻辑模式/内模式映像)5.数据库系统：数据库，硬件，软件，数据库管理员第二章关系模型和关系运算理论1.超键：能唯一标识元组的属性或属性集。

候选键：不含有多余属性的超键主键：用户选作元祖标识的候选键。

外键：是其他模式的主键。

实体完整性规则，参照完整性规则，用户定义的完整性规则关系模式的三层体系结构：关系模式，子模式，存储模式2.关系代数的5个基本操作：并，差，笛卡尔积，投影，选择；关系代数的4个组合操作：交，连接，自然连接，除法。

关系代数的7个扩充操作：改名，广义投影，赋值，外连接，外部并，半连接，聚集操作3.关系代数表达式的启发式优化算法：尽可能早的执行选择操作；尽可能早的执行投影操作；避免直接做笛卡尔积第三章关系数据库语言SQL1.SQL的组成：数据定义语言，数据操纵语言，嵌入式，数据控制语言2.数据定义：数据类型ok，数据库，数据表，索引的创建等ok。

3.数据查询，数据更新ok。

4，视图，嵌入式，动态SQL语句，存储过程。

第四章关系数据库的规范化设计1.定义1：函数依赖：设有关系模式R（U），U为属性集，x、y为U的子集，函数依赖（FD）是形为X→Y的一个命题，只要r是R的当前关系，对r中任意两个元组t和s,都有t[X]=s[X]蕴涵t[Y]=s[Y],那么称FDX→Y在关系模式R(U)中成立。

定义2：如果X→Y和Y→X同时成立，则可记为X←→Y。

定义3：设F是在关系模式R上成立的函数依赖的集合，X→Y 是一个函数依赖。

第一章数据库系统概述本章学习重点：1.数据库系统的三级模式结构2.数据模型中概念层模型（E-R）模型域逻辑层模型（关系模型）第一节数据库基本概念一、数据（Data）：是描述事物的符号记录，是指用物理符号记录下来的、可以鉴别的信息包括数字、字母、文字、特殊字符组成的文本数据，也可以是图形、图像、动画、影像、声音、语言等多媒体数据。

例如，日常生活和工作中使用的客户档案记录、商品销售记录等都是数据二、数据库（Database,简称DB）1.定义：是长期储存在计算机中的有组织的、可共享的（大量）数据集合2.数据库中存储的数据具有永久存储、有组织和可共享三个基本特点三、数据库管理系统（Data Management System,简称DBMS）数据库管理系统产生的时期是20世纪60年代后期DBMS必须具有将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态的功能，这就是数据库的故障恢复1.定义：是位于应用程序（用户）与操作系统之间的一层数据管理软件2.主要功能（1）数据定义功能：提供数据定义语言（DDL）定义数据库中的数据对象例如：表、视图、存储过程、触发器等（2）数据操纵功能：提供数据操纵语言（DML）操纵数据实现对数据库的基本操作例如：查询、插入、删除和修改（3）数据库的运行管理：保证数据的安全性（用户只能使用视图定义中的数据，而不能使用视图定义外的其它数据）、完整性（数据的正确性、有效性和相容性，防止错误的数据进入数据库）、多用户对数据的并发使用以及发生故障后的系统恢复（4）数据库的建立和维护功能：创建数据库及对数据库空间的维护、数据库的备份与恢复功能、数据库的重组织功能和性能监视、分析等数据库恢复采用的方法：建立检查点、建立副本、建立日志文件（5）数据组织、存储和管理功能例如：索引查找、顺序查找（6）其他功能：主要包括与其他软件的网络通信功能、不同数据库管理系统之间的数据传输以及相互访问功能等四、数据库系统（Database System,DBS）：是指在计算机中引入数据库技术之后的系统1.通常一个完整的数据库系统包括数据库、数据库管理系统及相关实用工具、应用程序、数据库管理员和用户2.数据库管理员（Database Administrator,DBA）：专门负责对数据库进行维护，并保证数据库正常、高效运行第二节数据管理技术的发展一、人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）特点：1.数据不保存2.应用程序管理数据3.数据面向应用注意：记录内无结构，整体无结构二、文件系统阶段（20世纪50年代后期到60年代中期）缺陷：数据冗余、数据不一致、数据联系弱特点：1．数据的管理者：文件系统，数据可长期保存2．数据面向的对象：某一应用程序3．数据的共享程度：共享性差、冗余度大4．数据的结构化：记录内有结构，整体无结构5．数据的独立性：独立性差，数据的逻辑结构改变必须修改应用程序6．数据控制能力：应用程序自己控制三、数据库系统阶段（20世纪60年代后期以来）特点：1.数据集成2.数据共享性高3.数据冗余度小4.数据一致性5.数据独立性高6.实施统一管理与控制7.减少应用程序开发与维护的工作量第三节数据库系统的结构一、数据库系统的三级模式结构1.模式：也称为概念模式或逻辑模式，它是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图2.外模式：也称为子模式（Subschema）或用户模式，它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述DBMS提供子模式描述语言（Subschema DDL）来严格地定义子模式3.内模式：也称为存储模式（Storage Schema），它是对数据库中数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示形式4.三级模式结构的两层映像与数据独立性（1）外模式/模式映像（逻辑独立性）（2）模式/内模式映像（物理独立性）数据独立性：不会因为系统数据库存储（物理）结构与数据逻辑结构的变化而影响应用程序二、数据库系统的运行与应用结构1.客户/服务器（Client/Server,C/S）模式（需要下载）例如：QQ、桌面客户端游戏2.浏览器/服务器（Browser/Server,B/S）模式例如：网站、在线web游戏第四节数据模型一、数据特征与数据模型组成要素1.数据结构：描述的是系统的静态特性及数据对象的数据类型、内容、属性以及数据对象之间的联系2.数据操作：描述的是系统的动态特性，是对各种对象的实例允许执行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则3.数据约束：描述数据结构中数据间的语法和语义关联，包括相互制约与依存关系以及数据动态变化规则，以保证数据的正确性，有效性与相容性二、数据模型的分类1.概念层数据模型（1）信息世界中的基本概念A．实体（Entity）: 客观存在并可相互区别的事物称为实体，可以是具体的人、事、物或抽象的概念，B．属性（Attribute）：实体所具有的某种特性称为实体的属性，一个实体可以由多个属性来描述C．码或键（Key）：唯一标识实体的属性集称为码D．域（Domain）：属性的取值范围称为该属性的域E．实体型（Entity Type）：用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型F．实体集（Entity Set）：同型实体的集合称为实体集G．联系（Relationship）：现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系实体型间联系：★一对多1：N★一对一1：1★多对多N：M（2）概念模型的表示方法概念模型：用来描述现实世界的事物，与具体的计算机系统无关表达用户需求观点的数据全局逻辑结构的模型最典型的概念模型是实体联系（E-R）2.逻辑层数据模型（1）层次模型（2）网状模型（3）关系模型（4）面向对象模型在面向对象技术中，相同元素的有序集合，并且允许有重复的元素的复合数据类型是列表类型3.物理层数据模型：也称为数据的物理模型（Physical Model），其描述数据在存储介质上的组织结构，是逻辑模型的物理实现，即每一种逻辑模型在实现时都有与其相对应的物理模型逻辑模型是从数据库实现的观点出发，对数据建模第二章关系数据库本章学习重点：1.关系数据库的相关概念2.关系规范化理论，各个范式之间的转化关系第一节关系数据库概述系统而严格地提出关系模型的是美国IBM公司的E.F.Codd1.1970年提出关系数据模型2. E.F.Codd在1970年发表了论文《Communication of the ACM》3.之后，提出了关系代数和关系演算的概念4.1972年提出了关系的第一、第二、第三范式5.1974年提出了关系的BC范式关系数据库应用数学方法来处理数据库中的数据80年代后，关系数据库系统成为最重要、最流行的数据库系统典型实验系统：System R、University INGRES典型商用系统：ORACLE（占有率最高）、SYBASE、INFORMIX、IBM DB2课程中使用的是MySQL第二节关系数据模型一、关系数据结构关系模型的数据结构非常简单，只包含单一的数据结构，即关系基本术语：1.表（Table）：表，也称为关系，是一个二维的数据结构，它由表名构成表的各个列（如学号、姓名等）及若干行数据（各个学生的具体信息）组成。

关系型数据库工作原理
关系型数据库工作原理是通过使用关系型数据模型来存储和管理数据的。

关系型数据模型是基于关系的概念，将数据组织成表格形式，每个表格由行和列组成。

行代表一个数据实例，列代表数据实例的属性。

关系型数据库使用结构化查询语言（SQL）作为数据操作语言，通过SQL语句实现数据的增删改查。

当用户发送一个SQL查
询请求时，数据库管理系统（DBMS）会根据SQL语句解析
用户请求，执行相应的操作。

关系型数据库使用基于磁盘的存储结构来存储数据。

数据被存储在硬盘上的文件中，每个表格对应一个文件。

DBMS利用
索引来提高数据的查询效率，索引是一种有序的数据结构，可以帮助DBMS快速定位数据。

当内存中没有足够的空间来执行所有操作时，关系型数据库使用磁盘作为辅助存储。

数据库会将部分数据读取到内存中进行操作，并在需要时将更改的数据写回到磁盘上的文件中。

关系型数据库还支持事务的概念，事务是一组数据库操作的逻辑单元，它要么全部执行成功，要么全部回滚到初始状态。

事务通过保证数据库的一致性和隔离性来提供数据的完整性和并发控制。

总的来说，关系型数据库工作原理是基于关系型数据模型，使用SQL语句对数据进行操作，并使用磁盘和内存进行存储和
访问。

它提供了高效的查询和事务支持，适用于处理结构化数据的场景。

《数据库原理》第一章、绪论1.四个基本概念的掌握：数据——描述事物的符号记录数据库——长期存储在计算机内的有组织,可共享的数据集合。

例如：SQLServer2000中默认的数据库master。

DBMS——位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。

例如：SQLServer2000,Access,Orecal 等。

数据库系统——数据库、DBMS、应用程序等有关软件、硬件及各类人员（数据库管理员和用户）。

例如：学生个人信息管理系统。

数据库系统的核心是数据库管理系统。

2.四者的关系，核心，理解P6图1.13.数据管理的三个阶段——人工管理、文件系统、数据库系统，了解每个阶段的特点4.数据库系统的特点——数据整体结构化；数据冗余度低，共享性高，易扩充；数据的物理独立性与逻辑独立性强（物理、逻辑独立性的概念，体现在那些地方）；由DBMS统一管理控制的四个功能（P11四点）5.数据模型的组成要素——数据结构、数据操作、数据的完整性约束6.概念模型——实际上是现实世界到机器世界的一个中间层次（第一层抽象），表示方法——E－R图（能熟练掌握绘制方法）。

7.概念模型中的基本概念——实体、属性、码、域、实体型、实体集、联系（事物内部的联系、两个事物之间的联系【1：1，1：n，n：m】、多个事物之间的联系）P158.数据模型——层次、网状、关系（主流）9.关系模型中的概念——关系，元组，属性，码，域，分量，关系模式P2910.模式，外模式，内模式定义，有哪两种模式映像及其作用P31-P34书上习题回顾—— p.19-20 1.6.2和1.6.3（1、2题）第二章关系数据库1.关系模型的组成要素——关系数据结构（关系）、关系操作集合（选择、投影、连接、除、并、交、差等查询操作和增加、删除、修改操作，特别是某些关系操作的表达式）、关系完整性约束（后面具体介绍）2.基本概念——笛卡尔积、关系候选码、主码、主属性、非码属性、全码3.基本关系的性质——P45六点4.关系的完整性：实体完整性——规定关系中的所有主属性不能为空，而不仅是整体不能为空NULL的含义（不知道或者无意义的值）。

《数据库原理与应用》课程教学大纲一、课程基本信息（一）课程代码：（二）课程中文名称：数据库原理与应用（三）课程英文名称：Principle and Application of Database（四）课程性质：专业基础课程（五）适用专业：计算机科学与技术、软件工程、大数据与人工智能（六）开课单位：（七）教学时间安排：第 3学期（八）先修课程：计算机基础、高级语言程序设计（九）后续课程：网络程序开发、大数据技术原理及应用（十）学时、学分：32学时、2学分二、课程目标《数据库原理与应用》是计算机类各专业的必修课，是一门重要的专业基础课。

原理部分以数据库技术的实际应用为目标，重点讲述数据库的基础知识、基本原理和基本技术；应用部分以数据库应用开发为主，介绍数据库应用系统的设计方法、步骤和范例。

通过本课程学习，使学生在掌握数据库系统基本概念、原理的基础上，能熟练使用SQL语言在某一个具体的数据库管理系统上进行应用操作；掌握数据库原理、方法及步骤，具有数据库设计以及应用数据库管理系统的基本能力。

达成支撑专业学习成果相应的指标点。

课程目标对学生能力要求如下：课程目标1. 逐步掌握科学的学习方法，阅读并理解数据库相关教材、参考书和科技文献，不断地扩展知识面，增强独立思考的能力，更新知识结构。

课程目标2. 掌握关系代数语言的使用；能够熟练使用SQL语句进行数据操纵和数据定义。

课程目标3. 了解关系模型的基本概念；掌握关系数据库规范化理论，能够利用分解算法将关系模式进行合理的分解；掌握数据库设计方法和数据库系统维护的相关概念和应用。

课程目标4. 能够在MySQL平台环境和开发工具下使用SQL语句进行数据操纵和数据定义。

课程目标5. 具备良好的沟通、表达和团队协作能力。

三、教学内容与课程目标的关系第1章数据库系统的基本原理1.章节学时：1学时2.教学内容：（1）数据库系统概述（数据库系统概念；数据管理技术的产生和发展；数据库系统组成）。

数据库系统原理课后答案第⼀章1.1 名词解释(1) DB：即数据库（Database),是统⼀管理的相关数据的集合。

DB能为各种⽤户共享，具有最⼩冗余度，数据间联系密切，⽽⼜有较⾼的数据独⽴性。

(2) DBMS：即数据库管理系统（Database Management System)，是位于⽤户与操作系统之间的⼀层数据管理软件，为⽤户或应⽤程序提供访问DB的⽅法，包括DB的建⽴、查询、更新及各种数据控制。

DBMS总是基于某种数据模型，可以分为层次型、⽹状型、关系型、⾯向对象型DBMS。

(3) DBS：即数据库系统（Database System),是实现有组织地、动态地存储⼤量关联数据，⽅便多⽤户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的系统，即采⽤了数据库技术的计算机系统。

(4) 1：1联系：如果实体集E1中的每个实体最多只能和实体集E2中的⼀个实体有联系，反之亦然，那么实体集E1对E2的联系称为“⼀对⼀联系”，记为“1：1”。

(5) 1：N联系：如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，⽽E2中每个实体⾄多和E1中的⼀个实体有联系，那么E1对E2的联系是“⼀对多联系”，记为“1：N”。

(6) M：N联系：如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，反之亦然，那么E1对E2的联系是“多对多联系”，记为“M：N”。

(7) 数据模型：模型是对现实世界的抽象。

在数据库技术中，表⽰实体类型及实体类型间联系的模型称为“数据模型”。

它可分为两种类型：概念数据模型和结构数据模型。

(6) 概念数据模型：是独门于计算机系统的模型，完全不涉及信息在系统中的表⽰，只是⽤来描述某个特定组织所关⼼的信息结构。

(9) 结构数据模型：是直接⾯向数据库的逻辑结构，是现实世界的第⼆层抽象。

这类模型涉及到计算机系统和数据库管理系统，所以称为“结构数据模型”。

结构数据模型应包含：数据结构、数据操作、数据完整性约束三部分。