数据库01-02(第一部分理论知识).ppt

数据库原理与应用 授课教师：张艳梅 中央财经大学信息学院Email：,第1章数据库系统概述,什么是数据库（What）？为什么需要数据库（Why）？怎样使用数据库(How)？,1.1 引言,三个问题,产品型号：9种本地销售商：各种类型、3000多个代理商：全国各地问题：如果你是这家公司的主管，你需要什么信息？,1.1 引言,案例一：某销售公司,各代理商和零售商的进、销、存情况；各种销售渠道的销售情况；不同型号产品在不同地域的销售情况；另外，需要对客户关系进行维护和管理，对市场部门的业绩进行考核等。,1.1 引言,需要信息,如何抽象现实世界中的对象，如何表达数据以及数据之间的联系；如何方便、有效地维护和利用数据。,1.2 数据库系统,数据库技术所要解决的基本问题是什么？,1.2 数据库系统,1.2.1 数据库系统构成 p3,1.2.1 数据库系统构成,数据(data):是对客观事物的抽象描述。数据的形式/载体：数值、文字、图形、图像、声音等数据的涵义：即数据的语义或数据解释。例如（983501011，张捷，女，1970，北京，信息系）,1.数据,1.2.1 数据库系统构成,数据信息（经加工和处理）。数据处理通常包括：数据采集、数据存储、数据加工、数据检索和数据传输（输出）等环节。数据与信息的联系：数据是信息的载体，信息是有用的数据。,1.数据,数据库系统构成,数据处理 p3例如：一个人的出生日期是有生以来不可改变的基本特征之一，属于原始数据,1.2.1 数据库系统构成,数据库（DataBase）是存储数据的容器。逻辑相关的数据的集合长期积累保存下来的数据信息知识智慧,2.数据库,1.2.1 数据库系统构成,数据库管理系统（DBMS）一种系统软件，功能有：1）提供数据定义语言，建立新的数据库；2）提供数据查询语言；3）提供数据操纵语言；4）支持大量数据存储；5）控制并发访问；,3.数据库管理系统,1.2.1 数据库系统构成,数据库系统（DBS）由保存数据的数据库、数据库管理系统、用户应用程序和用户组成。DBMS是数据库系统的核心书p13（广义涵义）,4.数据库系统,1.2.2 数据库系统特点,1.数据整体结构化2.数据高度共享、低冗余度3.很高的数据独立性4.完备的控制功能1）数据的安全性（Security）2）数据完整性（Integrity）3）并发控制（Concurrency）4）数据库恢复（Recovery）,数据库发展过程,1.数据文件2.应用数据库 3.主题数据库4.数据仓库,数据的三个范畴,1.2.3 数据描述（补充）,转换,数据的转换过程,现实世界,信息世界,抽象,现实世界,信息世界,计算机世界,数据模型,概念模型,1.3数据库设计的基本步骤 p5,1.需 求 分 析,2.概念设计-建立E-R模型,3.逻辑设计建立关系模型,4.数据库实现在DBMS中建立数据库,两种策略自下向上自上向下,数据库设计的基本步骤,1.需 求 分 析,事务业务流程数据从业务流程入手；反映实际问题对数据处理的需求，是动态需求；,需求分析,自下向上,事务报表、信息数据从各种报表和经常查询的信息入手；反映实际问题对信息和数据结构的需求，是静态需求；,需求分析,自上向下,数据库设计的基本步骤,1.需 求 分 析,2.概念设计-建立E-R模型,1.4 实体联系模型（E-R Model）,用于概念设计以图形表示模型中各元素以及它们之间的联系，又称E-R图,E-R Model,1.4.1 实体联系模型中的基本概念,1实体（entity）2属性（attribute）、属性的域 3实体集（entity set/entity class）4键（又称为码）（key）5实体型（entity type）6联系（relationship）（11）、（1n）、（mn）,1.4.1 实体联系模型中的基本概念,学生实体图形表示,1.4.2 实体集之间的联系形式,1.一对一联系（11）,图1.4 班实体集与班长实体集,例1.1 考虑学校里的班级和班长之间的联系问题。每个班只有一位班长，每位班长只在一个班里任职。班长实体集与班实体集之间的联系是一对一联系。,1.4.2 实体集之间的联系形式,1.一对一联系（11）,例1.2 某经济技术开发区需要对入驻其中的公司及其总经理信息进行管理。如果给定的需求分析如下：每个公司有一名总经理，每位总经理只在一个公司任职；需要存储和管理的公司数据是：公司名称，地址，电话；需要存储和管理的总经理数据是：姓名，性别，民族，出生日期。要求：建立此问题的概念模型。,1.4.2 实体集之间的联系形式,1.一对一联系（11）,2）E-R模型 实体型公司（公司编号，公司名称，地址，电话）总经理（经理编号，姓名，性别，出生日期，民族）注意：但两个实体集中没有适合作为键的属性，因此在两个实体集中增加“编号”属性作为实体的键。,1.4.2 实体集之间的联系形式,1.一对一联系（11）,E-R图如下：,1.4.2 实体集之间的联系形式,2一对多联系（1n）,例1.3 考虑学生与班之间的联系问题。一个班有多名学生，而每个学生只属于一个班。因此，班实体集与学生实体集之间的联系是一对多联系。,1.4.2 实体集之间的联系形式,例1.4 一家企业需要用计算机来管理它分布在全国各地的仓库和员工信息。如果给定的需求信息如下：某公司有数个仓库分布在全国各地，每个仓库中有若干位员工，每位员工只在一个仓库中工作。需要管理的仓库信息包括：仓库名称、仓库地点、仓库面积。需要管理的仓库中员工信息包括：姓名、性别、出生日期和工资。要求：建立此问题的概念模型。,2一对多联系（1n）,1.4.2 实体集之间的联系形式,2）E-R模型 实体型仓库（仓库号，仓库名，地点，面积）员工（员工号，姓名，性别，出生日期，工资）注意：但两个实体集中没有适合作为键的属性，因此在两个实体集中增加“编号”属性作为实体的键。,2一对多联系（1n）,1.4.2 实体集之间的联系形式,E-R图如下：,2一对多联系（1n）,1.4.2 实体集之间的联系形式,例1.5 考虑学校中的学生与各类学生社团之间的情况。,3.多对多联系（mn）,1.4.2 实体集之间的联系形式,例1.6 考虑学生与课程之间的情况。学校需要对学生及其选课的信息进行管理。要求：需求分析,并建立此问题的概念模型。,3.多对多联系（mn）,1.4.2 实体集之间的联系形式,1）需求分析 一位学生选修多门课程，每门课程也会有多个学生选择。学生实体集与课程实体集之间的联系是多对多的联系。需要为课程编号，用“课程号”惟一地标识每一门课程并作为课程实体集的键。学生实体集的键是属性学号。,3.多对多联系（mn）,1.4.2 实体集之间的联系形式,2）E-R模型 实体型 学生（学号，姓名，性别，出生日期，院系）课程（课程号，课程名，开课单位，学时数，学分）,3.多对多联系（mn）,1.4.2 实体集之间的联系形式,E-R图如下：,3.多对多联系（mn）,注意：联系可以拥有属性,1.4.2 实体集之间的联系形式,例1.7 某公司有分布在全国各地的多个仓库。每个仓库中有多名员工。每张订单一定是与一名员工签订的。每张订单上的商品由一名供应商供货。,4.多元联系,1.4.2 实体集之间的联系形式,例1.7 某公司有分布在全国各地的多个仓库。每个仓库中有多名员工。每张订单一定是与一名员工签订的。每张订单上的商品由一名供应商供货。,4.多元联系,1.4.2 实体集之间的联系形式,例1.8 某公司有分布在全国各地的数个仓库。每个仓库存放多种零件，同时一种零件也会存放在不同的仓库中；全部零件由多个供应商提供；每个供应商提供多种零件。仓库实体集与零件实体集之间的联系是多对多联系，零件实体集与供应商实体集之间的联系也是多对多联系。,4.多元联系,1.4.2 实体集之间的联系形式,例1.8 某公司有分布在全国各地的数个仓库。每个仓库存放多种零件，同时一种零件也会存放在不同的仓库中；全部零件由多个供应商提供；每个供应商提供多种零件。仓库实体集与零件实体集之间的联系是多对多联系，零件实体集与供应商实体集之间的联系也是多对多联系。,4.多元联系,数据库概念设计,1）确定实体；2）确定实体的属性；避免重复属性使用原始属性、原子属性3）确定实体集的键；不具有可以作为键的属性，这是就要设立一个“编号”或“代码”之类的属性作为键属性 在建立数据库前为实体集中所有实体编码。4）确定实体集之间的联系类型。5）用E-R图和实体型表达概念模型设计结果。,过程归纳,关系数据库设计的基本步骤,1.需 求 分 析,2.概念设计-建立E-R模型,3.逻辑设计建立关系模型,第2章 关系模型和关系数据库,1 层次模型 层次模型（Hierarchical Model）是数据库系统中最早采用的数据模型，它是通过从属关系结构表示数据间的联系，层次模型是有向“树”结构。其主要特征如下：（1）有且仅有一个无父结点的根结点。（2）根结点以外的子结点，向上有且仅有一个父结点，向下可有若干子结点。,2.1 数据模型,2 网状模型 网状模型（Network Model）是层次模型的扩展，它表示多个从属关系的层次结构，呈现一种交叉关系的网络结构，网状模型是有向“图”结构。其主要特征如下：（1）允许一个以上的结点无父结点。（2）一个结点可以有多于一个的父结点。,2.1 数据模型,3 关系模型（P9）关系模型（Relational Model）的所谓“关系”是有特定含义的。关系模型的所谓“关系”虽然也适用于这种一般的理解，但同时又特指那种虽具有相关性而非从属性的，按照某种平行序列排列的数据集合关系。关系模型是用“二维表”表示事物间的联系。,某超级市场员工分布情况表,2.1 数据模型,2.1 关系模型的数据结构 p15,二维表格：行唯一；列唯一；,基本特点,表2.1“仓库”关系,2.2 关系模型的数据结构,1关系（relation）：一个二维表格。2属性（attribute）：每一列3元组（tuple）：每一行 4域（domain）：每一属性的取值范围,基本概念,2.2 关系模型的数据结构,5关键字（key）：又称主属性 候选关键字（candidate key）惟一地标识一个元组的一个属性或多个属性的组合。一个关系中可以有多个候选关键字。例如，“学号”，“身份证号”都可以作“学生”的候选关键字。主关键字（primary key）把关系中的一个候选关键字定义为主关键字。一个关系中只能有一个主关键字，用以惟一地标识元组，简称为主键。,基本概念,2.2 关系模型的数据结构,6外部键（foreign key）如果某个关系中的一个属性或属性组合不是所在关系的主关键字或候选关键字，但却是其他关系的主关键字，对这个关系而言，称其为外部关键字，简称外键。,基本概念,2.2 关系模型的数据结构,7关系模式（relational schema）关系模式是对关系数据结构的描述。简记为：关系名（属性1，属性2，属性3，属性n）。,基本概念,基本概念的比较,2.3 关系数据库和关系数据库规范化,以关系模型为基础的数据库，利用关系描述现实世界中的对象。一个关系既可用来描述一个实体及其属性，也可用来描述实体间的联系。,1 关系数据库,2.3 关系数据库和关系数据库规范化,关系数据库是由一组关系组成的。针对一个具体问题：应该构造几个关系？每个关系由那些属性组成？这就是关系数据库逻辑设计要研究的问题。,1 关系数据库,2.3.2 关系数据库规范化（补充）,1函数依赖 函数依赖是属性之间的一种联系，普遍存在于现实生活中。非关键字属性函数依赖关键字属性。例如：STUDENT1(学号，姓名，性别，出生日期，专业)记作：学号姓名，学号专业；,表2.3 STUDENT1 关系,2.3.2 关系数据库规范化,2.完全依赖：例如：学习成绩（学号，课程号，成绩）单个属性做关键字必完全依赖。,表2.3 STUDENT1 关系,2.3.2 关系数据库规范化,3.传递依赖例如：STUDENT2(学号，姓名，性别，出生日期，专业，学院，院长)。函数依赖关系是：学号学院、学院院长。学号院长称为传递依赖。传递依赖带来的问题：数据冗余太大，以及更新、插入和删除操作的异常,表2.4 STUDENT2 关系,2.3.2 关系数据库规范化,太多的信息放在一个关系里时，出现“异常”。,关系数据库规范化,1.范式2.完整性规则,常用方法,3NF,2NF,1.范式简介,1NF,三个范式的关系,1.范式简介,1）1NF：符合关系定义的二维表格（关系）都满足第一范式。判断依据：列的取值只能是原子数据；,1.范式简介,2）2NF：第二范式要求每个关系只包含一个实体的信息，所有非关键字属性完全依赖关键字属性。判断依据：每个以单个属性作为主键。,1.范式简介,3）3NF：关系的所有非关键字属性相互独立，任何属性其属性值的改变不应影响其他属性，则该关系满足第三范式。判断依据：没有传递依赖。,范式应用示例（补充内容）,要求：根据范式来规范化学生选课表。通过分析可以看出，该表不符合第一范式。,学生选课表,范式应用示例（补充内容）,第一步：经过第一范式：每个属性都是原子数据，则规范为学生选课表1。,学生选课表1,范式应用示例（补充内容）,考虑学生选课表1属性间的函数依赖关系如下：,存在不完全依赖,范式应用示例（补充内容）,第二步：根据第二范式：在第一范式基础上，每个关系只包含一个实体，且每一个非关键字属性完全依赖于关键字属性，,学生选课表1,范式应用示例（补充内容）,根据第二范式将一个表为以下三个表：,学生表,课程表,学生选课表,范式应用示例（补充内容）,对于学生表，函数依赖关系如下：,学生表,范式应用示例（补充内容）,第三步：由第三范式：在第二范式基础上，消除传递依赖。学生表可划分为两个表：,学生表,学生表,城市区号表,范式应用示例小结,通过应用范式，最后将1个表规范为4个表。,2 完整性规则,完整性规则包括：实体完整性规则是指保证关系中元组惟一的特性。通过关系的主关键字和候选关键字实现。域完整性规则是指保证关系中属性取值正确、有效的特性。例如，定义属性的数据类型、设置属性的有效性规则。参照完整性与关系之间的联系有关，包括插入规则、删除规则和更新规则。用户自定义完整性规则是指为满足用户特定需要而设定的规则。,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，被称为是关系的两个不变性。,2.4 E-R模型向关系模型的转换,两个方面的内容：,一是实体如何转换？二是实体之间的联系如何处理？,E-R模型：概念设计，面向用户关系模型：逻辑设计，面向计算机E-R模型关系模型：数据库的逻辑设计,2.4 E-R模型向关系模型的转换,三条转换规则：实体关系实体的属性关系的属性实体的键关系的关键字,实体的转换,2.4 E-R模型向关系模型的转换,分三种情况：一对一联系（1：1）一对多联系（1：n）多对多联系（m：n）,联系的转换,2.4 E-R模型向关系模型的转换,每个实体用一个关系表示；然后将其中一个关系的关键字置于另一个关系中，成为另一个关系的外部关键字。,一对一联系的转换规则,2.4 E-R模型向关系模型的转换,实体的转换,例2.1 公司（公司编号，公司名称，地址，电话）总经理（经理编号，姓名，性别，出生日期，民族）,2.4 E-R模型向关系模型的转换,联系的处理,关系模式一：公司（公司编号，公司名称，地址，电话）总经理（经理编号，姓名，性别，出生日期，民族，公司编号）关系模式二：公司（公司编号，公司名称，地址，电话，经理编号）总经理（经理编号，姓名，性别，出生日期，民族）注：其中斜体为外部关键字,2.4 E-R模型向关系模型的转换,一个实体用一个关系表示，然后把父实体关系中的关键字置于子实体关系中，使其成为子实体关系中的外部关键字。,一对多联系的转换规则,2.4 E-R模型向关系模型的转换,实体的转换,例2.3教师（教师号，姓名，院系，电话）学生（学号，姓名，性别，出生日期，所属院系）,2.4 E-R模型向关系模型的转换,一对多联系的处理,教师（教师号，姓名，院系，电话）学生（学号，姓名，性别，出生日期，所属院系，教师号）,2.4 E-R模型向关系模型的转换,原来的两个多对多实体分别对应两个父关系，新建立第三个关系，作为两个父关系的子关系，子关系中的属性包括两个父关系的关键字和联系的属性。两个父关系的关键字组合作为子关系的关键字。,多对多联系的转换规则,2.4 E-R模型向关系模型的转换,实体的转换,学生（学号，姓名，性别，出生日期，院系）课程（课程号，课程名，开课单位，学时数，学分）,2.4 E-R模型向关系模型的转换,联系的处理,学生（学号，姓名，性别，出生日期，院系）课程（课程号，课程名，开课单位，学时数，学分）学生成绩（学号，课程号，成绩）,2.4 E-R模型向关系模型的转换,联系的转换规则小结,2.4 E-R模型向关系模型的转换,多元联系E-R模型转换为关系模型,步骤：1）首先为每个实体建立与之相对应的关系2）分别处理每两个关系之间的联系,2.4 E-R模型向关系模型的转换,多元联系E-R模型转换为关系模型,仓库（仓库号，仓库名，地点，面积）员工（员工号，姓名，性别，出生日期，婚否，工资）订单（订购单号，订购日期，金额，）供应商（供应商号，供应商名，地址）,例2.6,2.4 E-R模型向关系模型的转换,多元联系E-R模型转换为关系模型,仓库（仓库号，仓库名，地点，面积）员工（员工号，姓名，性别，出生日期，婚否，工资，仓库号）订单（订购单号，订购日期，金额，员工号，供应商号）供应商（供应商号，供应商名，地址）,仓库（仓库号，仓库名，地点，面积）员工（员工号，姓名，性别，出生日期，婚否，工资）订单（订购单号，订购日期，金额）供应商（供应商号，供应商名，地址）,2.5 关系数据操作基础,1 集合运算,2 关系运算,1.并2.差3.交4.积,1.投影2.选择3.连接4.除法,作业,需求分析：1)某教学管理系统中包含三个实体：教师、学生和课程。2)需要管理的教师的信息有姓名，性别，职称；3)需要管理学生信息有学号，姓名，性别，出生日期；4)需要管理的课程信息有课程名，学时数，学分，开课院系。,作业,5)这些实体间的联系如下：一个教师只讲授一门课程，一门课程可由多个教师讲授；一个学生学习多门课程，每门课程有多个学生学习。学生学习课程有成绩情况，教师授课要有地点信息。要求：1)概念设计：建立E-R模型。2)逻辑设计：请将该E-R模型转换为关系数据模型。,谢谢！,