数据库系统概论 第四版 知识点整理

第一章：绪论1、数据库系统相关概念1、数据：描述事物的符号记录，包括数据的表现形式和数据解释两个部分。如数字、音频、图形、文本、图像、语言、视频等多种表现形式。经过数字化处理后存入计算机。数据是信息的符号表示或载体。信息是数据的内涵是对数据的语义解释。2、数据库（DB）：长期存储在计算机内、有组织、可共享的大量数据的集合。数据库中的数据按照一定的数据模型组织、描述和存储，具有娇小的冗余度、交稿的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。3、数据库管理系统（DBMS）：位于用户和操作系统间的数据管理系统的一层数据管理软件。用途：科学地组织和存储数据，高效地获取和维护数据。包括数据定义功能，数据组织、存储和管理，数据库的事物管理和运行管理，数据库的建立和维护功能，其他功能。4、数据库系统（DBS）：在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库。数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员构成。目的：存储信息并支持用户检索和更新所需的信息。2、数据模型概念，作用及其3要素模型：对现实世界中某个对象特征的模拟和抽象。数据模型：是数据库中用来对现实世界数据特征的抽象的工具，是数据库中用于提供信息表示和操作手段的形式架构。三要素：（1）数据结构：是所研究的对象类型的集合，是对系统静态特性的描述。（2）数据操作：对数据库中各种对象（型）的实例（值）所允许进行的操作的集合，包括操作及有关的操作规则，是对系统动态特性的描述。（3）数据的约束条件：是完整性规则的集合。完整性规则是给订的数据库模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用一限定符合数据模型的数据库状态及其变化，以保证数据库的正确、有效、相容。3、概念模型的作用？概念模型实际上是显示世界到机器世界的一个中间层次。概念模型用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是数据库设计人进行数据库设计的有力工具，也是数据库设计人员和用户之间进行交流所试用的语言。4、概念模型中ER图的设计E-R图（实体—联系方法）提供了表示实体型、属性和联系的方法：实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体型连接起来。5、数据库系统三级模式结构和二级映像功能，这种结构的优点？三级模式结构：（1）模式：（逻辑模式）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。一个数据库只有一个模式。模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层，与数据的物理存储细节和硬件环境无关，与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关。模式定义的内容：数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等），数据之间的联系，数据有关的安全性、完整性要求（2）外模式：（子模式/用户模式）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库和逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的系统的逻辑表示。一个数据库可以有多个外模式。外模式的地位：介于模式与应用之间模式与外模式的关系：一对多。外模式通常是模式的子集。一个数据库可以有多个外模式。反映了不同的用户的应用需求、看待数据的方式、对数据保密的要求。对模式中同一数据，在外模式中的结构、类型、长度、保密级别等都可以不同。外模式与应用的关系：一对多。同一外模式也可以为某一用户的多个应用系统所使用但一个应用程序只能使用一个外模式（3）内模式：存储模式或内视图）是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部实际存储的表示方式：记录的存储方式（顺序，B树，hash方法存储），索引的组织方式，数据是否压缩存储，数据是否加密。数据存储记录结构的规定，一个数据库只有一个内模式三级模式的优点：（1）保证数据的独立性（内模式与模式分开物理独立；外模式与模式分开逻辑独立）（2）简化用户窗口（3）有利于数据共享（4）利于数据的安全保密（5）数据存储由DBMS管理（用户不用考虑存取路径等细节）二级映像功能：（1）外模式/模式映像（应用可扩充性）定义外模式(局部逻辑结构)与模式(全局逻辑结构)之间的对应关系，映象定义通常包含在各自外模式的描述中，每一个外模式，数据库系统都有一个外模式／模式映象。用途：保证数据的逻辑独立性当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式／模式映象，使外模式保持不变应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。（2）模式/内模式映像（空间利用率，存取效率）模式/内模式映像是唯一的，它定义了数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关。数据库中模式／内模式映象是唯一的。该映象定义通常包含在模式描述中。用途：保证数据的物理独立性当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变。应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。优点：（1）保证了数据库外模式的稳定性。（2）从底层保证了应用程序的稳定性，除非应用需求本身发生变化，否则应用程序一般不需要修改。（3）数据与程序之间的独立性，使得数据的定义和描述可以从应用程序中分离出去。6、什么叫数据与程序的物理独立性？什么叫数据与程序的逻辑独立性？为什么数据库系统具有数据与程序的独立性？1、数据与程序的逻辑独立性：当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式／模式映象，使外模式保持不变。从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。2、数据与程序的物理独立性：当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式／内模式映象，使模式保持不变。应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。数据库管理系统在三级模式之间错提供的二层影响保证了数据系统中的数据具有较高的逻辑独立性和物理独立性。第二章：关系数据库1、关系模型的3个组成部分及各部分所包括的主要内容。1、关系数据结构：描述现实世界的实体以及实体间的各种联系。只包含单一的数据结构—关系。2、关系操作查询操作：选择、投影、连接、除、并、差、交、笛卡尔积等。插入、删除、修改操作。3、关系的完整性约束实体完整性和参照完整性：关系模型必须满足的完整性约束条件称为关系的两个不变性，应该由关系系统自动支持。用户定义的完整性：应用领域需要遵循的约束条件，体现了具体领域中的语义约束。2、关系数据结构的形式化定义（各术语）域：一组具有想通数据类型的值的集合。（用D表示）域中所包含的值的个数称为域的基数（用m表示）。例:整数、实数等。笛卡尔积：域上面的一个集合运算。给定一组域D1，D2…Dn(可以是相同的域)D1，D2…Dn的笛卡尔积为：D1×D2×…×Dn＝｛（d1，d2…dn）｜，i＝1，2，…，n｝所有域的所有取值（n元有序组）的一个组合。有序组的取值不能完全重复。元组（Tuple）：笛卡尔积中每一个元素（d1，d2，…，dn）叫作一个n元组（n-tuple）或简称元组(Tuple)(张清玫，计算机专业，李勇)、(张清玫，计算机专业，刘晨)等都是元组。分量（Component）：笛卡尔积元素（d1，d2，…，dn）中的每一个值di叫作一个分量。张清玫、计算机专业、李勇、刘晨等都是分量。基数（Cardinalnumber）：若Di（i＝1，2，…，n）为有限集，Di中的集合元素个数称为Di的基数，用mi（i＝1，2，…，n）表示，则D1×D2×…×Dn的基数M（即元素d1,d2,……dn的个数）为为所有域的基数的累乘之积。例：A={a,b}B={1,2,0}A与B的笛卡尔积={a,0,a,1,a,2,b,0,b,1,b,2}B与A的笛卡尔积=｛0,a,0,b,1,a,1,b,2,a,2,b｝期中0,a等都是元祖，a、b、0、1、2都是分量，基数M=2*3=6，一共有六个元组。关系：是笛卡尔积的有限子集，无限关系在数据库系统中是无意义的。D1×D2×…×Dn的子集叫作在域D1，D2，…，Dn上的n元关系，表示为R（D1，D2，…，Dn）R：关系名n：关系的目或度（Degree）（1）元组：关系中的每个元素是关系中的元组，通常用t表示。（2）单元关系与二元关系：当n=1时，称该关系为单元关系（Unaryrelation）或一元关系；当n=2时，称该关系为二元关系（Binaryrelation）（3）关系的表示：关系也是二维表，表的每行对应一个元组，表的每列对应一个域。（4）属性：由于笛卡尔积不满足交换律，即(d1，d2，…，dn)≠(d2，d1，…，dn)但关系满足交换律，即(d1，d2，…，di，dj，…，dn）=（d1，d2，…，dj，di，…，dn）（i，j=1，2，…，n）解决方法：为关系的每个列附加一个属性名以取消关系元组的有序性；关系中不同列可以对应相同的域；为了加以区分，必须对每列起一个名字，称为属性（Attribute）；n目关系必有n个属性。（5）码：候选码：若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码。主属性：候选码的诸属性称为主属性，不包含在任何侯选码中的属性称为非主属性或非码属性。超码：关系中能唯一标识元组的属性集，超码的任意超级仍是超码候选码：任意真子集都不能成为超码的“最小”超码，即在候选码中，若要再删除属性，就不是超码了。3、外码，主码，候选码的概念候选码：若关系中的某一属性组的职能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码。主码：若一个关系有多个候选码，则选定期中一个为主码。外部码：设F是基本关系R的一个或一组属性。但不是关系R的码，如果F与基本关系S的主码K想对应，则称F是基本关系R的外部码，简称外码。4、关系的3类完整性约束概念实体完整性：若属性（指一个或一组属性）A是基本关系R的主属性，A不能取空值。参照完整性：若属性（或属性组）F是基本关系R的外码，它是基本关系S的主码K相对应（基本关系R和S不一定是不同的关系），则对于R中每个元组在F上的值必须为：或者取空值（F的每个属性值均为空值）；或者等于S中某个元组的主码值。用户定义的完整性：针对某一具体关系数据库的约束条件。反映某一具体应用所设计的数据必须满足的语义要求。5、关系操作的特点，关系代数中的各种运算关系操作的特点是集合操作方式，即操作的对象和结果是集合。关系代数：1、并（R∪S）仍为n目关系，由属于R或属于S的元组组成。R∪∨2、差（R–S）仍为n目关系，由属于R而不属于S的所有元组组成。R-∧3、交（R∩S）仍为n目关系，由既属于R又属于S的元组组成。R∩∧R∩S=R–(R-S）4、笛卡尔积R:n目关系，k1个元组；S:m目关系，k2个元组；R×S。5、R，tR，t[Ai]设关系模式为R(A1，A2，…，An)，它的一个关系设为R，tR表示t是R的一个元组，t[Ai]则表示元组t中相应于属性Ai的一个分量。6、A，t[A]，A若A={Ai1，Ai2，…，Aik}，其中Ai1，Ai2，…，Aik是A1，A2，…，An中的一部分，则A称为属性列或属性组；t[A]=(t[Ai1]，t[Ai2]，…，t[Aik])表示元组t在属性列A上诸分量的集合；A则表示{A1，A2，…，An}中去掉{Ai1，Ai2，…，Aik}后剩余的属性组。7、trtsR为n目关系，S为m目关系。trR，tsS，trts称为元组的连接。trts是一个n+m列的元组，前n个分量为R中的一个n元组，后m个分量为S中的一个m元组。8、象集Zx给定一个关系R（X，Z），X和Z为属性组。当t[X]=x时，x在R中的象集（ImagesSet）为：，t[X]=x}。它表示R中属性组X上的分量值为x的诸元组在Z上分量的集合9、选择：选择又称为限制（Restriction）σ:对元组按照条件进行筛选。在关系R中选择满足给定条件的诸元组σF(R)={t|tR∧F(t)='真'}。10、投影：投影运算符π的含义：从R中选择出若干属性列组成新的关系πA(R)={t[A]A：R中的属