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关系数据库回顾 ​

提纲要求：

1、数据模型和关系数据模型

2、SQL（了解即可，考试不考编写SQL）

3、三级模式结构与数据独立性

一、数据库系统体系结构 ​

ANSI/SPARC体系结构——三级模式结构+两级映像

模式：模式是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，它仅仅涉及类型的描述，不涉及具体的值

1.1 三级模式结构 ​

1. 概念模式（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
    • 数据记录由哪些数据项构成
    • 数据项的名字、类型、取值范围
    • 数据之间的联系、数据的完整性等
  • 不涉及数据物理存储的细节和硬件环境
  • 一个数据库只有一个概念模式？
  • 概念视图：概念模式的实例
  • 通过模式DDL进行定义

2. 内模式（存储模式）

  • 数据物理结构和存储方式的描述
    • 记录的存储方式：顺序存储、按B树组织还是散列存储？
    • 索引按什么方式组织：排序、散列？
    • 数据是否加密？是否压缩存储？
  • 不涉及物理块（或页）的大小，也不考虑具体设备 的柱面或磁道大小
  • 一个数据库只有一个内模式
  • 内部视图：内模式的实例
  • 通过内模式DDL定义

3. 外模式（子模式、用户模式）

  • 单个用户所看到的局部数据的逻辑结构和特 征的描述
  • 用户与数据库系统的数据接口，对于用户而 言，外模式就是数据库
  • 建立在概念模式之上，同一模式上可有多个 不同的外模式
  • 外部视图：外模式的实例
  • 通过子模式DDL进行定义

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1.2 二级映像和数据独立性 ​

二级映象实现三级模 式结构间的联系和转 换，使用户可以逻辑 地处理数据，不必关 系数据的底层表示方 式和存储方式。

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外模式/模式 映象 ​

定义了外模式与概念模式之间的对应关系

  • 属性名称可能不同
  • 外模式中的属性可能由模式中的多个属性运算而 得

数据的逻辑独立性：当概念模式发生改变时，只要修改外模式/模 式映象，可保持外模式不变，从而保持用户 应用程序不变，保证了数据与用户程序的逻 辑独立性。（理解一下，就是逻辑模式可以随便变化，而不影响外模式，此所谓独立）

模式/内模式 映象 ​

定义了概念模式与内模式之间的对应关系

  • 概念模式中的逻辑记录和字段在内部如何表示

数据的物理独立性：当数据库的内部存储结构发生改变时，只要修改模式/内模式映象，可保持概念模式不变，从而保持外模式以及用户程序的不变，保 证了数据与程序的物理独立性。

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SQL数据库的三级体系关系

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二、关系数据模型 ​

2.1 数据模型 ​

数据模型是对现实世界数据特征的抽象

数据模型的定义: 描述现实世界实体、实体间联系以及数据语义和一致性约束的模型

数据模型的要素:

  • 数据结构：现实世界实体及实体间联系的表示和实现
  • 数据操作：数据检索和更新的实现
  • 数据的完整性约束：数据及数据间联系应具有的制约和依赖规则（有点难理解）

数据模型的分类:（结构数据模型简称也叫做数据模型）

1. 概念数据模型（概念模型）

  • 按用户的观点对数据进行建模，强调语义表达功能
  • 独立于计算机系统和DBMS
  • 主要用于数据库的概念设计

2. 结构数据模型（数据模型）

  • 按计算机系统的观点对数据进行建模，直接面向数据库 的逻辑结构
  • 与计算机系统和DBMS相关（DBMS支持某种数据模型）
  • 有严格的形式化定义，以便于在计算机系统中实现

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2.2 关系模型 ​

2.2.1 关系模型的定义 ​

用规范化的二维表格结构表示实体集，外码表示实体 间联系，三类完整性表示数据约束的数据模型。

  • 实体 ==> 表、关系
  • 实体间联系 ==> 外码
  • 数据约束 ==> 三类完整性

数据模型 => 结构数据模型 => 关系模型，也就是说关系模型是结构数据模型的一类。

关系模型的形式化定义

  • 数据结构：关系，数据库中全部数据及数据间联系都以关系 来表示
  • 数据操作：关系运算，包括关系代数和关系演算（元组关系演算、域关系演算）
  • 数据的完整性约束：关系模型的三类完整性约束

2.2.2 三类码的定义 ​

（务必准确理解）

  • 超码（Super Key）
    • 在关系中能唯一标识一个元组的属性集称为关系模式的超码（只要能唯一标识，加多少个属性都行）
  • 候选码（Candidate Key）
    • 不含多余属性的超码
    • 包含在候选码中的属性称为主属性（Primary Attribute）（只要属性在某个候选码中，就是主属性）
    • 不包含在任何一个候选码中的属性称为非主属性（Nonprime Attribute）
  • 主码（Primary Key）
    • 用户选作元组标识的一个候选码称为主码，其余的候选码称为替换码 （Alternate Key）

2.2.3 关系模式与关系数据库 ​

关系模式（Relation Schema）

  • 关系的逻辑结构和特征的描述
  • 对应于二维表格的表头
  • 通常由属性集和各属性域表示，不关心域时可省略域

    • 举例：Student（Name, Age, Class）

      关系：关系模式的实例，即二维表（元组的集合），理解一下就是一个关系就是一张表

      关系数据库模式（Relational Database Schema）：关系模式的集合。注意区别关系模式和模式

      关系数据库：关系数据库模式的实例

2.2.4 关系模式的形式化定义 ​

关系模式可以形式化定义：

R(U，D，dom，F)

  • U ——属性集
  • D ——属性值所来自的域（就是数据类型和范围）
  • Dom ——属性和域之间的对应关系（属性到域的映射）
  • F ——属性之间的依赖关系（一般只考虑函数依赖）
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Student(U, D, dom, F)

U={sno, name, age}

D={CHAR, INT}

Dom={dom(sno)=dom(name)=CHAR, dom(age)=INT}

F={sno → name, sno → age}

2.2.5 函数依赖 ​

定义: 函数依赖(Functional Dependency, FD)是指一个 关系模式中一个属性集和另一个属性集间的多对一 关系

逻辑蕴含和闭包（通俗理解，函数依赖集的闭包就是全部的能推出来的函数依赖）

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Armstrong 公理

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属性集的闭包（感觉很偏）：某属性集能推出（决定）的所有属性的集合

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最小函数依赖集

当且仅当函数依赖集 F 满足下面条件时，F 是最小函 数依赖集：

  • F 的每个FD的右边只有一个属性
  • F 不可约：F中的每个X → Y，F－{X → Y}与 F 不等价（X → Y不可或缺）
  • F 的每个FD的左部不可约：删除左边的任何一个属性都会 使F转变为一个不等价于原来的F的集合

2.2.6 关系代数 ​

关系模型中数据操作都通过关系代数表达式来表示。

难理解的：笛卡尔积（全组合）、选择（挑出横的几排）、投影（垂直划分，挑几个属性列）

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三种联接

  • 自然联结：相当于在R×S中选取R和S的所有公共属性值都相等的元 组，并在结果中去掉重复属性
  • θ联接：注意是从笛卡尔积里挑出满足条件的记录

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  • 等值联接：θ联接中的条件为“=”号

删除、插入和修改

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2.2.7 三类完整性 ​

实体完整性（Entity Integrity）

  • 关系模式R的主码不可以为空值

参照完整性（Referential Integrity）

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  • 参照关系R的任意一个外码值要么为空，要么等于被参照关系S中所参照的候选码的某个值

用户自定义完整性（User-Defined Integrity）

  • 针对某一具体数据的约束条件，反映某一具 体应用所涉及的数据必须满足的特殊语义 ，由应用环境决定（比如成绩限定在0-100分）

三、SQL（不考写语句） ​

SQL是用户与数据库的唯一接口，即数据库语言

三类：DDL, DCL, DML

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