[TOC]

graph LR
A[数据库]-->B[CH2:概念模型_ER]
B-->C[基本]
B-->D[扩展]
A-->E[CH3:关系数据模型]
E-->F[数据模型]
E-->G[基本概念]
E-->H[集合关系运算]
E-->I[完整性约束]
A-->J[CH4:E-R到关系模型的转换]
J-->K[基本 E-R 模型的转换]
J-->L[扩展的 E-R 模型的转换]
A-->M[CH5:SQL]

ER模型

• 实体
• 属性（实体的属性）
• 域（属性的取值范围）
• 候选码(唯一标识实体的属性或最小属性组)必须选一个做主码

基本E-R模型

扩展E-R模型

• 参加约束
  • 实体参与联系的最小最大次数
  • 全参与约束：实体集的每一个元素都参加联系
• 弱实体
  • 强实体和弱实体必须一对多
  • 弱实体必须全参与
• 类层次ISA（泛化）
• 聚合
  • 联系描述的是实体与实体之间的关联
  • 如果联系参与联系
  • 把联系看作联系和实体的组合
  • 联系和实体的组合当作一个实体就叫做聚合

关系数据模型

数据模型

数据模型三要素：

• 数据结构
  • 所研究对象类型的集合
• 数据操作
  • 检索、更新
• 数据约束条件
  • 完整性规则的集合

关系数据库发展

模型划分

1. 网状、层次发展模型
2. 关系数据库
3. 面向对象数据模型为特征

产品划分

1. 对关系模型的支持
2. 运行环境
3. RDBMS系统构成
4. 对应用的支持

基本概念

• 基本概念
  • 域（类型相同元素集合）
  • 笛卡儿积（ × ）
  • 元组：一组元素
  • 分量：元组中的一个值
  • 基数：元素个数
• 关系: D1XD2X…Dn的子集叫做在域D1, D2, …, Dn上的关系
  • 表示为R(D1, D2, …, Dn)
  • 关系的目或度：n
  • 单元关系： n=1
  • 二元关系： n=2
  • 关系是一个二维表（子集）
• 候选码：能够唯一标识一个元组的最小属性组
• 主码：指定一个候选码作为主码
• 主属性：候选码中的属性
• 非码属性：不包含在任何候选码中的属性
• 关系的性质
  • 不同的列可以出自同一个域
• 关系模式：关系的描述
  • 形式化表示：R(U, D, dom, F)，简记为R(U)或R (A1, A2, …, An)
  • 关系模式是型，关系是值

集合关系运算

集合运算

• 并∪
• 交∩
• 差 -
• 广义笛卡尔积：两个分别为n和m目的关系R和S的广义笛卡尔积是一个n+m列的元组的集合。若R有k1个元组，S有k2个元组，则广义笛卡尔积有k1×k2个元组

专门的关系运算

• 选择运算：在关系R中选择满足给定条件的元组，记作：σF(R)={ t | t∈R  F (t)=真 }
• 投影运算：是从关系R中选出若干属性列组成新的关系，记作： πA(R)={ t[A] | tR}
• 连接运算：是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组，称为连接
• 连接 = 选择运算 + 迪卡尔积运算
• 当A、B为相同的属性组时，为自然连接
• 象集
• 除：

  • 给定关系R(X, Y)和S(Y,Z)，其中X，Y，Z为属性组。R中的Y和S中的Y可以有不同的名字，但必须取自同一个域。

  • R与S除得到一个新关系P(X),P是R中满足下列条件的元组在X属性列上的投影

  • 元组在X分量值x的象集Yx==包含==S在Y上投影的集合

  • 参照柳婼的解释

换名操作

ρ(R(F), E)

• E:关系表达式
• F拔是E中重复的元素名字被重命名
• R:新关系

小结

5种基本关系运算

• ∩ 连接 ÷ 这三个可由其他五个表示
• 自然连接是可结合的
• 关系运算的结果是关系

完整性约束

• 实体完整性：主码中的属性不可取空值
• 参照完整性：
  • 外码：设F是关系R的一个或一组属性，如果F与关系S的主码Ks相对应，则称F为关系R的外码(外键)
  • 参照关系R(F,..,...)，被参照关系S。
  • F的取值必须为：
    • 或者取空值
    • 或者等于S中某个元组的主码值
• 参照完整性的特点：
  • 在被参照关系中关键字的值在参照关系中不一定出现
  • 但在参照关系中出现的关键字值在被参照关系中必须要出现
  • 值得注意的是外键可能来自于同一关系,也就是被参照关系就是参照关系

E-R模型到关系模型的转换

基本 E-R 模型的转换

• 实体集到关系的转换 --关系表
  • 属性     --关系表中的属性
  • 主关键词   --关系表中的主关键字
  • 属性域    --关系表中的属性的域
• 联系到关系的转换

  • 多对多

    • 每个参加联系的实体集的主关键字属性，作为外键存在
    • 所有外键构成该实体集的主关键字
    • 联系集本身的属性 -- 一般属性

  • 一对多

    1. 将一对多联系转换为一个独立的关系表【缺点1】多一个表【缺点2】连接麻烦
    2. 将联系和多的那个实体集转换为一个关系表【缺点】浪费空间

  • 一对一关系怎么转换？

扩展的 E-R 模型的转换

• 具有参加约束的联系集的转换
• 弱实体集
  • 一个弱实体集总是参与一个二元一对多联系
  • 所以用上面的方法二。浪费空间的缺点不再存在
• 类层次

  1. 三个实体集转换成三个关系表

     • 超类删除时子类也要同时被删除
     • 在子类的关系表中不需要父类的非主属性（体现继承性）
     • 【特点】
     • 当查询涉及到父类的属性和其它一些细节属性时需要连接操作
     • 当查询仅涉及到父类的属性时则在父类关系上进行即可
     • 另一个优点是可以存储非子类的实体

  2. 三个实体集转换成两个关系表

     • 仅生成两个关系:他们都包含超类Employees的属性,除了主关键字约束以外,不需要定义任何约束
     • overlap约束只能用通用约束机制来实现
     • 【特点】
     • 主要缺点是无法存储非子类的实体
     • 优点是仅涉及子类的查询仅在一个关系上进行即可,不需要额外的连接操作
     • 但涉及到所有子类的查询则需要在两个关系上进行;

关系数据库标准语言SQL

概述

SQL语言的组成部分

• 数据定义语言（DDL : Data Definition Language）
  • 负责数据结构定义与数据库对象定义的语言
  • CREATE
  • ALTER
  • DROP
  • 操作的对象包括关系表、视图、索引等。
• 数据操纵语言（DML : Data Manipulation Language）
  • SELECT
  • INSERT
  • UPDATE
  • DELETE。
  • 它们分别用于查询、添加、修改和删除表中的行
• 数据控制语言（DCL : Data Control Language）
  • 在SQL语言中，是一种可对数据访问权进行控制的指令，
  • 由 GRANT 和 REVOKE 两个指令组成。
• 事务处理语言（TPL: Transaction Processing Language ）
  • 它的语句能确保被DML语句影响的表的所有行及时得以更新。包括BEGIN TRANSACTION，COMMIT和ROLLBACK。

数据库三级模式

• SQL语言也支持关系数据库三级模式体系结构
  • 内模式：存储文件(逻辑结构）
  • 模式：基本表
  • 外模式：视图+一些基本表

数据定义基本功能

模式定义

• SQL提供了三级模式结构的定义功能，相关的定义语句如下：

• 创建模式基本语句
  • CREATE SCHEMA <模式名> AUTHORIZATION <用户名>
  • CREATE SCHEMA <模式名>AUTHORIZATION<用户名>[<表定义子句>|<视图定义子句>|<授权定义子句>]
  • DROP SCHEMA <模式名> <==CASCADE|RESTRICT==>

基本表定义

• SQL基本建表语句
  • CREATE TABLE表名
  • (<列名1> 数据类型 [列级约束],
  • [<列名2> 数据类型 [列级约束],]
  • ……,
  • [表级约束])。
• 约束举例
  • primary key
  • foreign key
  • references

Foreign Key （Cpno） REFERENCES Courses (Cno)

 数据类型
     char(n) ：固定长度为n的字符串
     varchar(n)： 可变长度为n的字符串
     smallint： 短整数
     int： 长整数
     numeric(p,s) ：定点数。由p位数字组成，包括s 位小数 
     float(n)： 精度至少为n位数字的浮点数
     real：取决于机器精度的浮点数
     double precision：取决于机器精度的双精度浮点数
     date： 日期，格式为年、月、日,YYYY-MM-DD 
     time： 时间，格式为时、分、秒, HH:MM:SS 

• 修改表

  • 添加列|完整性约束：

    • ALTER TABLE <表名>** ADD** <列名> <数据类型> [完整性约束]
      • 修改表：在学生表中添加字段Sclass，字符类型，长度20
      • Alter table Students add Sclass char(20)
      • 增加课程名称必须取唯一值的约束条件
      • Alter table Courses add unique (Cname)

  • 删除列|完整性约束：

    • ALTER TABLE <表名> DROP <列名> <数据类型> [完整性约束]

  • 修改列：

    • ALTER TABLE <表名>ALTER COLUMN<列名> <数据类型>
      • 将年龄的数字类型由字符型改为整型
      • Alter table Students alter column Sage int
• 删除表
  • Drop table <表名> [restrict|cascsde]
  • Restrict: 表删除有限制条件，不能被其他表的约束所引用，不能有视图、触发器、存储过程或函数
  • Cascade:把一个基本表的定义连同表上的所有记录、索引以及由此基本表导出的所有视图都删除，并释放相应的存储空间

SQL查询语句基本结构

• SQL查询语句的基本结构
  • ==SELECT== [DISTINCT] <目标列> [,<目标列>]
  • ==FROM== <基本表 (视图)> [,<基本表 (视图)>]
  • [==WHERE== <条件表达式>]
  • [==Group by== <列名1> [==having== <分组表达式>] ]
  • [==Order By== <列名2>[ ==asc | desc== ]];

SQL单关系查询

属性查询

• 指定列顺序无关
• 用*表示所有属性
• 列可以包含运算符
• 用户可以指定别名

元组查询

• 使用==distinct==关键字消除重复行（SQL语句中select默认不消除重复）
• 查询满足条件的元组：

• 字符匹配查询
  • 通配符
    • %：任意长度的字符串。
    • 例如：a%b == acb, addgb,ab…
    • _：任意单个字符
    • 例如：a_b == acb, adb…

SQL多关系查询

集合操作

• 参加集合操作的各查询结果的列数必须相同，对应项的数据类型也必须相同
• 集合操作主要有: 并union、交intersect和差except
• 在union, intersect, except中缺省情况下：消除重复元组
  • 在后加上all，保留重复元组

多关系连接操作

• 等值连接

  • 比较运算符
  • between ... and ...
  • 自然连接
    • 在等值连接中把目标列中的重复属性列去掉

• 自身连接

• 外连接

  • 在一般连接中,只有满足条件的元组才可以作为结果输出,外连接则不同(左、右外连接)，把舍弃的元组保留在结果关系中，而在其他属性上填空值。
    • 左外连接
      • From子句的写法：Students LEFT OUTER JOIN Employee
    • 右
      • From子句的写法：Students RIGHT OUTER JOIN Employee
    • 全
      • From子句的写法：Students FULL OUTER JOIN Employee

• 复合条件连接

  • and , or

SQL嵌套查询

子查询不可以使用order by，只有最终结果可以

• 不相关子查询求解方法由里向外（in, 比较符）
• 相关子查询求解方法由外向里（[not] exists）子查询需要用到父查询的列
  • SQL中没有全称量词,但是 All x(P) = ！( ョx (！P) )

SQL分组聚集查询

SQL数据操纵功能

SQL视图

SQL索引

SQL的完整性实现

数据库安全

查询处理与查询优化

查询处理

查询优化

• 写出查询树（笛卡儿积、投影、选择）
• 选择下移
• 投影下移（有特殊情况需要加条件）
• 笛卡儿积变自然连接

并发控制

并发和并行

并发的问题：

1. 丢失修改
2. 不可重复读
3. 脏读

并发控制的主要方法：

1. 基于封锁机制的并发控制
2. 基于时标的并发控制

封锁

• 基本锁：
  • 排它锁（X锁eXclusive）写锁
  • 共享锁（S锁Share）读锁
• 锁升级--可能导致死锁问题（读锁升写锁）
• 封锁粒度选择
  • 数据库、关系、元组三级
  • 封锁粒度越大
  • 并发度越小
  • 系统开销越小
• 多粒度封锁
• 封锁协议
  1. 修改前加X锁
     • 不保证可重复读
     • 读脏数据
  2. 1级情况下。读前加S锁
     • 不读脏数据
     • 不可重复读
  3. 1级情况下。读前加S锁直到事物结束释放
     • 三个问题均满足

封锁-饥饿、活锁和死锁

• 死锁产生
  • 调度的随机性
  • 两个事物相互需要资源
• 死锁预防
  • 思想：破坏产生死锁条件
  • 常用方法：
    • 一次封锁法
      • 容易活锁（永远等待）
    • 顺序封锁法
      • 不可行
    • 基于时标的方法
      • 等待-死亡
      • 受伤-等待
• 基于时标的方法
• 死锁的检测/诊断与恢复
  • 检测
    • 超时法
    • 事物等待图法
      • 有回路-死锁
  • 恢复
    • rollback

可串行化调度

• 历程等价的判别方法
  • 每一对冲突操作不变
• 确保并发事务执行可串行化的方法：2PL，时间戳
• 两阶段封锁协议（2PL）
  • 使用数据先申请
  • 释放第一个封锁后事务不再申请和获得其他封锁
    • 加锁阶段
    • 处理
    • 释放阶段
  • 并发执行所有事务遵循两段协议是正确的
    • 可以避免丢失修改、不可重复读、避免读脏数据
    • 不能避免死锁
• 基于时标
  • TS（TimeStamp）
  • 时标大的先
    • 写后读写申请均不行 -- 回滚
    • 读后写不行 == 回滚
    • 读后读可以 == 修改ts时间戳

数据恢复

• 正常操作时的事务回滚
• 系统崩溃后的恢复
  • 重做
  • 反做
    • 设置检查点。崩溃后恢复直接从检查点开始做
• 缓冲区管理
  • 活动事务修改的块先不写磁盘
  • 允许活动事务修改的块写磁盘
• 介质故障的恢复
  • 数据转储

关系数据理论

问题的提出

• 问题
  • 插入异常
  • 删除异常
  • 数据冗余
  • 更新复杂
• 解决方法：模式分解
• 一个好的关系模式应该具备以下四个条件
  • 尽可能少的数据冗余
  • 没有插入异常
  • 没有删除异常
  • 没有更新异常

数据依赖

• 函数依赖：最重要

  • 类似于变量之间的单值函数关系。设单值函数Y=F(X)，自变量X的值可以决定一个唯一的函数值Y。

• 多值依赖

  • 设R<U>是属性集U上的关系模式,X,Y是U的子集,若对于R<U>的任意一个可能的关系r, r中不可能存在两个元组在X上的属性值相等,而在Y上的属性值不等,则称“X函数确定Y”或“Y函数依赖于X”, 记作X→Y
  • 非平凡函数依赖: 若X→Y, 但Y不包含于X, 则称X→Y是非平凡的函数依赖
  • 平凡函数依赖: 若X→Y, 但Y包含于X, 则称X→Y是平凡的函数依赖
  • 完全函数依赖
  • 部分函数依赖
  • 函数传递依赖

• 连接依赖

规范化

• 一范式(1NF)：如果一个关系中的所有属性值均是原子的，则称该关系满足1NF。关系模型中的关系必须满足1NF

• 二范式(2NF): 若R∈1NF, 且每一个非主属性完全函数依赖于码, 则称R∈2NF （即消除非主属性对码的部分依赖）

• 三范式(3NF): 关系模式R<U, F>中若不存在这样的码X, 属性组Y以及非主属性组Z (Z Y), 使得XY 、 YZ和Y  X 成立，则称R<U, F>3NF。
  （即消除非主属性对码的传递依赖）

  • 如果关系模式R<U, F>∈2NF，且每一个非主属性不传递依赖于任一候选关键字，则称R<U, F>→NF

• BCNF(Boyce Codd Normal Form): 关系模式R<U, F> 1NF, 若XY且Y X时, X必含有码, 则R BCNF

• 数据依赖的公理系统

• 关系模式的分解

期末考试：

• [ ] 1. 填空（10'）
• [ ] 2. 选择（10'）
• [ ] 3. ER->关系模型（8'）
• [ ] 4. SQL+关系代数（12'）
• [ ] 5. 查询优化（6'-8'）
• [ ] 6. 并发（8'）
• [ ] 7. 故障恢复（8'）
• [ ] 8. 关系理论（6'）

我的话

最后说两句。。匆匆整理的东西就这些，SQL实在是多。所以懒得打了，大家应该自己也能看好。谁知道考试居然出了一分的考题考使用Students表创建视图IS_Students(信息学院学生信息的视图)的时候，添加什么语句使当更新IS_Students的时候，自动添加系属性为'IS'。。。刚刚在网上查了半天也没查到。希望有大牛看到的话知道可以告诉我~

最后一章关系数据实在看得我恶心。。而且符号也不好打。。很多直接从ppt上粘的公式显示不了，大家将就着看吧。。