数据库理论基础

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第6章 数据库理论基础,6.1 数据管理技术的发展及各阶段的特点,6.2 数据模型,6.3 关系数据库理论,6.4 数据库系统结构,10/8/2024,1,6.1,数据管理技术的发展及各阶段的特点,人工管理阶段,文件管理阶段,数据库系统管理阶段,应用目的,科学计算,科学计算和数据管理,大规模数据管理,计算机硬件条件,纸带、磁带和卡片,磁盘和磁鼓,大容量磁盘,计算机软件条件,无操作系统,具有文件系统和操作系统,具有操作系统和数据库管理系统,处理方式,批处理,联机实时处理和批处理,分布处理、联机实时处理和批处理,数据管理者,用户（程序员）,文件系统,数据库管理系统,数据面向的对象,某一应用程序,某一应用,现实世界,数据共享程度,无共享，冗余度大,共享性差，冗余度大,共享性好，冗余度小,数据的独立性,不独立，完全依赖于程序,独立性差,独立性好,数据的结构化,无结构,记录内有结构，整体无结构,整体结构化,数据控制能力,由应用程序控制,主要由应用程序控制,由数据库管理系统控制,人工管理、文件管理、数据库系统、分布式数据库、面向对象数据库,10/8/2024,2,产生的时期,40年代中-50年代中,产生的背景,应用需求 科学计算,硬件水平 无直接存取存储设备,软件水平 没有操作系统,处理方式 批处理,特点,数据不保存,数据由应用程序管理,数据不具备独立性和共享性,人工管理阶段,应用程序,数据集,应用程序,数据集,应用程序,数据集n,.,.,10/8/2024,3,产生的时期,50年代末-60年代中,产生的背景,应用需求科学计算、信息管理,硬件水平磁盘、磁鼓,软件水平高级语言和操作系统（有文件系统）,处理方式联机实时处理、批处理,特点,数据可以长期保存,数据由文件系统管理,数据独立性共享性差冗余度大容易产生数据不一致,文件管理阶段,应用程序,文件,应用程序,文件2,应用程序,文件n,存取方法,.,.,10/8/2024,4,对所有数据实行统一的、集中地、独立的管理，使数据存储独立于使用数据的程序，实现数据共享,产生的时期,20世纪60年代后期开始,产生的背景,应用背景大规模管理,硬件背景大容量磁盘,软件背景有数据库管理系统,处理方式联机实时处理,分布处理,批处理,特点,数据结构化,数据由DBMS管理和控制,数据共享性和独立性高,数据库系统管理阶段,应用程序1,应用程序2,.,.,.,应用程序n,DBMS,数据库,Database Management System,数据库管理系统,10/8/2024,5,用户,数据库,应用程序,DBMS,数据库,数据库应用,的一般结构,10/8/2024,6,6.2,数据模型,现实世界,信息世界,数据世界,抽象化,数据化,（概念模型）,（数据模型）,（事物）,数据库不仅要反映数据本身的内容，而且要反映数据之间的联系。因此必须把具体事物转换为计算机能处理的数据形式，这个转换过程就是建立模型的过程。数据库系统使用这些数据模型定义、组织和操纵数据库中的数据。,10/8/2024,7,根据应用目的，模型分为两个层次,：,概念模型(信息模型),独立于计算机,实现的，只用来描述和组织所关心的信息结构的概念数据模型,对应于信息世界,数据模型（结构数据模型）,直接面向,计算机系统,的，描述数据库中数据的逻辑结构的基本数据模型,对应于数据世界,数据模型的概念,10/8/2024,8,信息世界中的基本概念,（1）,实体（Entity）：客观存在且相互区别的事物,（2）,实体集（Entity Set）：具有相同特征的实体的集合,（3）,属性（Attribute）：实体所具有的特征（等同于字段）,（4）,关键字（Key）：唯一能标识实体的属性,（5）,域（Domain）：属性的取值范围,（6）,实体型（Entity Type）：用实体名及其属性名描述同一类实体,概念模型,10/8/2024,9,概念模型反映,实体型及其联系,的结构形式,联系(Relationship)：两类,实体内部的联系：各属性之间的联系,实体之间的联系：不同实体集之间的联系,建立概念模型的关键是分析实体间的相互联系,两个,实体型之间,的联系可分为三类：,1对1联系(1:1),1对多联系(1:n),多对多联系(m:n),概念模型,10/8/2024,10,定义：,若对于实体集A中的每一个实体，实体集,B中,至多,有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集,A与实体集B具有一对一联系，记为1:1。,实体型A,联系名,实体型B,1,1,领导,系主任,系,1,1,1对1联系,10/8/2024,11,定义：,若对于实体集A中的每一个实体，实体集,B中有n个实体(n0)与之联系，反之，对于实体集B,中的每一个实体，实体集A中,至多,只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B具有一对多联系，记为1:n。,实体型A,联系名,实体型B,1,n,包括,班级,学生,1,N,1对多联系,10/8/2024,12,定义,：,若对于实体集A中的每一个实体，实体集,B中有n个实体(n0)与之联系，反之，对于实体集B,中的每一个实体，实体集A中也有,m个实体(m0)与之联系，则称实体集A与实体集B具有多对多联系，记为m:n。,实体型B,实体型A,联系名,m,n,课程号,选课,学生,课程,M,N,学号,姓名,性别,学分,课程名,成绩,多对多联系,10/8/2024,13,数据模型的三要素,数据结构,(最重要),数据操作,检索,更新(删除、插入、更改),数据的完整性约束,数据模型,10/8/2024,14,当前流行的基本数据模型有4类：,层次模型,(树),网状模型,(图),关系模型(Relational Model),(表),面向对象模型（对象、类、封装、继承）,数据模型的分类,数据模型,10/8/2024,15,最早使用的一种模型；数据结构是一棵有向树,A,B,A_C,C,层次模型,系号,系名,负责人,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,10/8/2024,16,数据结构是一个有向图；能表示实体之间的多种复杂联系。缺点:编写应用程序比较复杂,需熟悉数据库的逻辑结构,A,A_B,B_C,B,C,网状模型,10/8/2024,17,数据的逻辑结构是,二维表,1970年IBM首次提出，80年代以来推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型，是最广泛的一种数据模型。,市场上典型的关系DBMS产品:DB2,ORACLE,SYBASE,SQL Server,Informix等,微机型产品:Foxpro,Access等,关系模型,10/8/2024,18,(1),字段（field）,标记实体属性的命名单位称为字段，或数据项。,(2),记录（record）,字段的有序集合称为记录,(3),文件（file）,同一类记录的集合称为文件,(4),关键码（key）,能惟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（简称为键）,数据模型中基本术语,10/8/2024,19,关系的定义,关系模型的常用术语,关系代数,关系的完整性,6.3 关系数据库理论基础,10/8/2024,20,1域（Domain）,2笛卡尔积（Cartesian Product）,3关系 （Relation）,关系模型是由,关系数据结构,、,关系操作,与,关系完整性,组成。,基本概念：,关系的定义,10/8/2024,21,域是一组具有相同数据类型的值的集合。,例如：,整数、实数、字符串、大于0且小于500的整数,“男”，“女”,域（Domain）,10/8/2024,22,给定一组域D,1,，D,2,，D,n,，则D,1,，D,2,，D,n,的笛卡尔积表示为：,D,1,D,2,D,n,=(d,1,d,2,d,n,)|d,i,D,i,i=1,2,n,其中每一个(d,1,d,2,d,n,)叫作一个n元组或简称元组，元组中的每一个值d,i,叫作一个分量,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,表中的每一列对应一个,域,笛卡尔积（Cartesian Product）,10/8/2024,23,D,1,=男人集合Man=王兵，李军，张伟D,2,=女人集合Woman=丁梅，吴芳D,3,=孩子集合Children=王一，李一，李二,D,1,D,2,D,3,=（王兵，丁梅，王一），（王兵，丁梅，李一），（王兵，丁梅，李二），（王兵，吴芳，王一），（王兵，吴芳，李一），（王兵，吴芳，李二），（李军，丁梅，王一），（李军，丁梅，李一），（李军，丁梅，李二），（李军，吴芳，王一），（李军，吴芳，李一），（李军，吴芳，李二），（张伟，丁梅，王一），（张伟，丁梅，李一），（张伟，丁梅，李二），（张伟，吴芳，王一），（张伟，吴芳，李一），（张伟，吴芳，李二）,3X2X3 =18个元组 就是一张二维表,例如：给出三个域：,10/8/2024,24,该,D,1,，D,2,，D,3,的笛卡尔积,的基数=323=18，即有18个元组，这18个元组可以组成一张二维表。,Man,Woman,Children,王兵,丁梅,王一,王兵,丁梅,李一,王兵,丁梅,李二,王兵,吴芳,王一,王兵,吴芳,李一,王兵,吴芳,李二,李军,丁梅,王一,李军,丁梅,李一,李军,丁梅,李二,李军,吴芳,王一,李军,吴芳,李一,李军,吴芳,李二,张伟,丁梅,王一,张伟,丁梅,李一,张伟,丁梅,李二,张伟,吴芳,王一,张伟,吴芳,李一,张伟,吴芳,李二,10/8/2024,25,D,1,D,2,D,n,的子集叫作在域D,1,，D,2,，D,n,上的,关系,，表示为：,R（D,1,，D,2,，D,n,）,。其中,R,表示,关系名,，,n,是关系的,度,。,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，表中的每行对应一个元组。,由于域可以相同，为了加以区分，必须给每列起一个名字，称为,属性,。,关系 Relation,10/8/2024,26,例如针对Man、Woman、Children集合，存在这样事实：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，拥有李一和李二两个子女，则从原笛卡尔积中可以得到一个子集R：,R=（王兵，丁梅，王一），（李军，吴芳，李一），（李军，吴芳，李二）,R即称为一个关系，若将该关系命名为Family，可得到二维表6-3。,子集R的例子：,10/8/2024,27,Man,Woman,Children,王兵,丁梅,王一,李军,吴芳,李一,李军,吴芳,李二,关系Family,10/8/2024,28,（1）关系中每一列的值都是同一类型的数据，来自同一个域。,（2）关系中不同的列可以对应同一个域，但必须给予不同的属性名。,（3）关系中任意两个元组不能完全相同。,（4）关系中元组的次序可以随意交换。,（5）关系中列的次序可以任意交换。,（6）关系中每一个分量必须是不可分的数据项。,关系具有以下性质,10/8/2024,29,高雪,部门编号,部门,系主任,0101,基础部,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,关系模型的常用术语,10/8/2024,30,关系：,即二维表格。,元组：,表中的一行。,属性：,表中的一列，通常每列有一个列名，即属性名，例如三个属性：部门编号、部门和系主任。,主键：,表中可以惟一确定一个元组的属性组，如表中部门编号，只要给定一个确定的部门编号，就可以确定该部门的部门名称及电话等其它属性值。,注意：主键可以是一个属性，也可能由几个属性构成。,域：,属性的取值范围。例如：属性“性别”的域是“男”、“女”,关系模式：,对关系的描述，其表示形式为：,关系名（属性1，属性2，属性n）,例如表的关系可描述为：,系部一览（部门编号、部门、系主任）,关系模式是型；而关系是值,10/8/2024,3