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数据库原理

2022-03-04
8分钟阅读时长

绪论

graph LR A[现实世界]-->|抽象|B[信息世界 E-R图] B-->|设计|C[计算机世界 关系模式]

  1. 请解释数据库的四个基本概念

    1. 数据

      数据(Data)是描述事物的符号记录，是数据库中存储的基本对象。

    2. 数据库

      数据库(Data Base DB)是长期存储在计算机内，有组织的，可共享的大量数据的集合。

    3. 数据库管理系统

      数据库管理系统(Data Base Management System DBMS)位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件；是基础软件，是一个大型复杂的软件系统。

    4. 数据库系统

      数据库系统(Data Base System)是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。

      包括：DB 数据库、DBMS 数据库管理系统、APP 应用程序、DBA 数据库管理员、用户

  2. 数据管理发展阶段有哪些？

    1. 人工发展阶段
    2. 文件系统阶段
    3. 数据库系统阶段

  3. 数据库系统阶段的优点

    数据高度化集成，数据共享性好，数据冗余少、易扩充，数据和程序独立性高

    独立性包括：

    1. 物理独立性
    2. 逻辑独立性

  4. 数据模型是什么？分为哪些？

    数据模型是对现实世界数据特征的抽象。

    1. 概念模型
    2. 逻辑模型和物理模型

  5. 信息世界中的基本概念有哪些？

    1. 实体：客观存在并可相互区别的事物，如学生
    2. 属性：实体具有的属性，用于区分实体，如学号，姓名，性别等
    3. 码：唯一标识实体的属性集合，用于更好的区分实体，如学号是学生的码
    4. 实体型：用实体名和属性名集合来抽象、刻画。如学生（学号，姓名，性别，……）
    5. 实体集：同型实体叫实体集，如全体学生
    6. 实体联系：有一对一，一对多，多对多等
    7. 概念模型的表示方法：实体-联系方法

  6. 数据模型的组成要素是什么？

    1. 数据结构（静态）

      描述系统的静态特性，它是刻画数据模型性质的重要方面

    2. 数据操作（增删改查）

    3. 数据完整性约束条件

      是一组完整性规则，描述数据及其联系所具有的制约和依存关系

  7. 常用的逻辑数据模型有哪些？

    1. 层次模型（树形）

    2. 网状模型（网状）

    3. 关系模型

    4. 其他模型

      包括面向对象模型、对象关系数据模型、半结构化数据模型

  8. 关系模型的数据结构是怎样的？

    1. 关系：表
    2. 元组：表中的一行为一个元组
    3. 属性：表张的一列为一个属性
    4. 码：唯一确定一个元组
    5. 域：一组具有相同数据类型的值的集合，如年龄在0-120岁之间、性别在男女之间
    6. 分量：元组中的一个属性值（单元格）
    7. 关系模式：关系名（属性1，属性2，……）

  9. 试描述数据库的三级模式结构

    1. 模式与实例

      1. 模式：对数据库逻辑结构和特征的描述，是型的描述（模式是相对稳定的）
      2. 实例：数据库某一时刻的状态，模式的具体值，同一个模式可以有很多实例

    2. 三级模式结构

      1. 外模式（用户模式、子模式）

        与某一应用有关的数据的逻辑表示，如视图

      2. 模式（逻辑模式）

        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

      3. 内模式（存储模式）

        是数据物理结构和存储方式的描述，如聚簇和索引

    3. 二级映像

      1. 外模式-模式映像：保证数据与程序的逻辑独立性
      2. 模式-内模式映像：保证数据与程序的物理独立性

    4. 数据与程序的逻辑独立性与物理独立性

      1. 逻辑独立性：模式改变，外模式和应用程序不变
      2. 物理独立性：数据存储结构改变，模式、外模式、应用程序不变

  10. 数据库系统的组成

    包括硬件平台及数据库、软件、人员

  11. 数据库管理员的职责

    1. 决定数据库中的信息内容与结构（决定存什么）
    2. 决定数据库的存储结构、存取策略（决定怎么存）
    3. 定义数据的安全性要求、完整性约束条件（保证数据的安全与完整）
    4. 监控数据库的使用和运行（管理）
    5. 数据库的改进、重组和重构（维护）

关系数据库

关系模型的三个组成部分？

  1. 关系数据结构
  2. 关系操作集合
  3. 关系完整性约束

关系数据结构

  1. 域：一组具有相同数据类型的值的集合（可能取多个列）；

    域的基数：一个域中允许的不同取值的个数称为这个域的基数；

  2. 笛卡尔积：给定一组域$D_1,D_2,…,D_n$，允许其中某些域相同，它们的笛卡尔积为：

    $$D_1×D_2×…×D_n=\{ (d_1,d_2,…,d_n)|d_i\in D_i,i=1,2,…,n \}$$

    简而言之，笛卡尔积是各域中元素的全部排列组合。

    把笛卡尔积看作域，则它的基数是各子域的基数的积，即$D_1×D_2×…×D_n$的基数$$ M=\prod_{i=0}^{m}m_i$$

    其中每个元素$(d_1,…,d_n)$叫一个n元组，简称元组（对应行），其中的每个值称为分量（对应单元格）。

  3. 关系：$D_1×D_2×…×D_n$的子集叫做在域$D_1,D_2,…,D_n$上的关系，表示为$R(D_1,D_2,…,D_n)$，其中R是关系的名字，n是关系的目或度。

    关系是笛卡尔积的有限子集。

    候选码：关系中的某一属性值能唯一的标识一个元组，而其子集不能，则称该属性组位候选码。

    主码：从候选码中选定一个作为主码。

    非主属性/非码属性：不包含在任何候选码中的属性。

    全码：关系模式的所有属性都是这个关系模式的候选码。

  4. 关系的三种类型

    1. 基本表/基本关系

      是实际存在的表，实际存储数据的逻辑表示

    2. 查询表

      查询结果对应的表

    3. 视图表

      由基本表或其他视图表导出的表，是虚表，不对应实际存储的数据

  5. 基本关系的6条性质

    1. 列同质（每一列中的分量都是同一类型的数据，来自同一个域）；

    2. 不同的列可以出自同一个域，每一个列称为一个属性，不同的属性要给予不同的属性名。

      例如域名为：人名，那么选课表中至少需要定义导师属性名、学生属性名两种属性名。

    3. 列的顺序无所谓；

    4. 候选码是区分元组（行）的，因此不能相同；

    5. 行的顺序无所谓；

    6. 分量（单元格）必须取原子值，是不可再分的数据项。

  6. 关系模式是四元组$R(U,D,DOM,F)$，其中：

    1. R是关系名；
    2. U为组成该关系的属性名集合（各个列）；
    3. D为U中属性所来自的域（取值范围）；
    4. DOM为属性向域的映像集合（某些属性属于同一个域）；
    5. F为属性间数据的依赖关系集合（属性间的关系）；

  7. 关系数据库的型与值

    1. 型：关系数据库模式，是对关系数据库的描述，是静态的，稳定的；
    2. 值：关系模式在某一时刻对应的关系的集合，是动态的，随时间变化的；

关系操作集合

  1. 关系模型中常有的查询操作有哪些？

    1. 选择：筛选满足条件的元组（行）
    2. 投影：筛选去除不需要的属性（列）
    3. 连接：根据查询需要，将多个表连接到一起
    4. 除：同时从行和列的角度进行运算
    5. 并：求合并的元组
    6. 差：求在A表而不在B表中的元组
    7. 交：求共同的元组
    8. 笛卡尔积：略

    其中基本操作是选择、投影、并、差、笛卡尔积。

  2. 关系运算记号

    1. 设关系模式$R(A_1,A_2,…,A_n)$，它的某关系设为$R$，$t\in R$表示$t$是$R$的一个元组，$t[A_i]$表示元组$t$中相应于属性$A_i$的一个分量。
    2. $A=\{ A_{i1},A_{i2},…,A_{ik} \}$，其中$\{A_{i1},A_{i2},…,A_{ik}\}$是$\{A_{1},A_{2},…,A_{n}\}$中的一部分，则$A$称为属性列或属性组。$t[A]=(t[A_{i1}],t[A_{i2}],…,t[A_{ik}])$表示元组$t$中属性列$A$上诸分量的集合，$\bar{A}$表示$\{A_{1},A_{2},…,A_{n}\}$去掉$\{A_{i1},A_{i2},…,A_{ik}\}$后剩余的属性组。
    3. $R$是n目关系，$S$是m目关系，$t_r\in R,t_s\in S$，$\mathop{t_rt_s}\limits^{\frown}$称为元组的连接或串接。
    4. 给定一个关系$R(X,Z)$，$X,Z$为属性组，当$t\left [X \right]=x$时，$x$在$R$中的象集定义为$Z_x={t\left [Z\right ]|t\in R,t\left [X\right ]=x}$

  3. 除运算

    设关系R除以关系S的结果为关系T，则T包含所有在R但不在S中的属性及其值，且T的元组与S的元组的所有组合都在R中。

    给定关系$R(X,Y)$和$S(Y,Z)$，其中$X,Y,Z$为属性组，$R.Y$和$S.Y$可以有不同的属性名，但必须出自相同的域集。

    则$R\div S={t_r[X]|t_r\in R\wedge\sqcap_Y(S)\subseteq Y_x}$

    即结果P是R中满足条件的元组在X属性列上的投影，条件是：元组在X上的分量值x的象集包含S在Y上投影的集合。

关系完整性约束

关系完整性约束包括了实体完整性，参照完整性，用户自定义完整性。

  1. 实体完整性：主属性不可以取空值；
  2. 参照完整性：外码要么取空值要么取参照关系中某个元组定义的主码值
  3. 用户自定义的完整性

关系数据库标准语言

SQL概述

SQL是什么？主要特点是什么？

SQL for Structured Query Language，是结构化查询语言；

SQL的主要特点如下：

  1. 综合统一

    SQL集数据定义、数据操纵、数据查询、数据控制于一体；

  2. 高度非过程化

    提出做什么而不必关心怎么做

  3. 面向集合

  4. 以同一种语法提供多种操作方式

    独立用于联机交互或嵌入到高级语言之中；

  5. 简洁

    使用9个动词完成SQL的全部操作

    SQL功能 动词
    数据查询 SELECT
    数据定义 CREATE，DROP，ALTER
    数据操纵 INSERT，UPDATE，DELETE
    数据控制 GRANT，REVOKE

数据定义

  1. 数据库对象的层次结构

    graph LR A[数据库管理系统]-->|多个|B[数据库] B-->|多个|C[模式] C-->|多个|D[表] C-->|多个|E[视图] C-->|多个|F[索引]

    模式实质上是命名空间。

  2. 模式定义

  3. 模式删除

  4. 基本表定义

  5. 基本表数据类型

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坐忘道琼峰 Sitting Oblivion Tao EndlessPeak

 瞽者无以与乎文章之观,聋者无以与乎钟鼓之声。岂唯形骸有聋盲哉?
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