数据库系统基础教程复习

第1章 数据库系统世界

数据库（DB）：

• 从本质上讲数据库就是信息的集合。
• 一般来说，数据库是指数据库管理系统（DBMS）管理的数据集合。

数据库管理系统（DBMS）：

• 数据定义语言（DDL）
• 数据查询和操纵语言（DML）
• 支持大容量数据的长期存储
• 具有持久性
• 支持数据共享

数据库系统（DMS）：

数据库系统通常由软件、数据库和数据管理员组成。

• 数据库（DB）
• 数据库管理系统（DBMS）
• 数据库管理员（DBA）
• 数据库应用程序（APP）

数据库设计步骤：

• 需求收集和分析
• 概念结构设计
• 逻辑结构设计
• 物理结构设计
• 物理实现
• 数据库运行和维护

第2章 关系数据模型

关系模型基础

数据模型：

• 数据结构
• 数据操作
• 数据上的约束

常用的数据模型：层次模型、网状模型、关系模型。

关系：数据以一张二维表格描述。

属性：关系的列，是关系特征的描述。

模式：关系名和其属性的集合。例如movies(title, year, length, genre)。

元组：除属性行外，关系的每一行对应一个元组。例如(红海行动, 2018, 138, 动作)。

域：属性的数据类型即取值范围。

关系的性质：

• 不能出现相同的行
• 不能出现相同的列名
• 列是不可分割的最小数据项
• 可以交换任意两行的顺序
• 可以交换任意两列的顺序
• 每一列的数据类型、取值范围必须一致

关系的操作：

• 关系代数的操作对象是关系
• 关系代数的操作
  • 并、交、差
  • 选择、投影
  • 乘
  • 重命名

$$\begin{gathered} R\cup S:属于R或属于S的所有元组构成的新关系。 \\ R\cap S:属于R也属于S的所有元组构成的新关系。 \\ R-S:属于R且不属于S的所有元组构成的新关系。 \end{gathered}$$

投影运算：
$$\begin{gathered} {\pi }_{A_1{A}_2...A_n}(R)：从关系R中取出A_1{A}_2...A_n列生成一个新的关系。 \\ 例：{\pi }_{title,year,studioName}(Movies1) \end{gathered}$$
选择运算：
$$\begin{gathered} {\sigma }_c(R)：从关系R中取出满足条件c的元组生成一个新的关系。 \\ 例：{\sigma }_{length>100}(Movies1) \\ {\sigma }_c(R)中表达式c可以使用的运算符： \\ 比较运算符：<,\le ,>,\ge ,=,\ne 逻辑运算符：!,or,and(非、或、与) \end{gathered}$$
选择和投影的组合运算：

例：查询2019年以前拍的动作片的片名和年份。
$${\pi }_{title,year}({\sigma }_{year<2019andgenre{=}^{\prime }动{作}^{\prime }}(Movies1))$$

关系的重命名：
$$\begin{gathered} {\rho }_s(R)：命名后的关系S与R有完全相同的元组，属性名也相同，只是关系的名称变为S。 \\ {\rho }_s(A1,A2,...An)(R):命名后的关系S与R有完全相同的元组，不仅关系的名称变为S，关系R中的属性在S中也依次改名为A_1,A_2,...,A_n。 \end{gathered}$$

第3章 关系数据库设计理论

BC范式

关系R是BCNF的充要条件：每个非平凡FD的左边必定是超键。

任意一个二元关系是BCNF。

分解BCNF的方法：

1. 找到R中任意一个BCNF违例FD

   A -> B

   设A = {A₁A₂…A_n}

   B = {B₁B₂…B_n}

   C = {C₁C₂…C_n}

   计算违例左边属性集的闭包：{A}⁺ = {A, B, C}，其中C是推导出的属性集。

2. 将关系R分解成两个关系：

   R₁(A, B, C)，即A闭包中的所有属性

   R₂(A, R中除A, B, C之外的所有属性)

3. 对R₁和R₂重复(1)、(2)的步骤，直到分解出来的所有关系均没有违例。

例：关系R(A, B, C, D, E)，含有FD：AB -> C，DE -> C 和 B->D。

判断关系R是否BCNF，如果不是，请分解成一系列BCNF关系集合。

从违例AB -> C开始分析：

1. 确定键，通过求元素的闭包，得到键{ABE}

2. 找出一个违例 AB -> C，计算{AB}⁺ = {ABCD}

3. 将关系R分解为R₁ (A,B,C,D) 和 R₂ (A,B,E)

4. 对R₁和R₂重复上述步骤

   R₁的键是{AB}，存在违例B -> D，将关系R₁分解成R₁₁(B, D)，R₁₂(B,A,C)，R₁₁和R₁₂都是BCNF。

   R₂的键是{ABE}，R₂是BCNF。

   所以，可以将关系R分解为R₁₁(B,D)，R₁₂(B,A,C)和R₂(A,B,E)三个关系。

从违例DE->C开始分析：

1. 确定键，通过求元素的闭包，得到键{ABE}

2. 分析违例DE -> C，计算{DE}⁺ = {DEC}

3. 将关系R分解为R₁(D,E,C)和R₂(D,E,A,B)

4. 对R₁和R₂重复上述步骤

   R₁(D,E,C)的键是{DE}，不存在违例，R₁是BCNF。

   R₂(D,E,A,B)，{ABE}是键，B->D是违例，将R₂分解为R₂₁(B,D)、R₂₂(B,A,E)，{BAE}是键，R₂₂是BCNF。

   所以，可以将关系R分解为R₂₁(B,D)，R₂₂(B,A,E)和R₁(D,E,C)三个关系。

3NF

条件：对于关系R上的任一非平凡FD：A -> B。满足A是超键或B由主属性组成（候选键中的属性统称为主属性），称关系R满足第三范式。

3NF与BCNF：

• 关系R若满足BCNF也一定满足3NF
• 关系R若满足3NF不一定满足BCNF
• BCNF是基于函数依赖的最高范式，但不是数据库模式设计的最高范式

第4章 高级数据库模型

E/R模型

三要素：

• 实体集
• 属性
• 联系

第5章 代数和逻辑查询语言

第6章 数据库语言SQL

在SQL中定义关系模式

使用CREATE TABLE定义关系模式

数据类型	长度	取值范围
NCHAR(n)	定长字符串，字符串长度规定为n	最多4000字符，个数由n决定
NVARCHAR(n)	由字符串实际长度决定最多不超过n个字符	最多4000字符，个数由n决定
NTEXT	存放文本，长度由字符实际个数决定	最多230-1个字符
INT	4字节	-230~231-1
SMALLINT	2字节	-215~215-1
BIT	1字节	1或0
DATETIME	8字节	1753-01-01~9999-12-31
SMALLDATETIME	4字节	1900-01-01~2079-06-06
FLOAT	8字节	表示近似的浮点数值
DECIMAL(n,m)	允许n位十进制数，小数部分占m位	表示精确的浮点数值
NUMERIC(n,m)	同上	同上

CREATE TABLE Movies (
    id INT IDENTITY(1,1)
	title NCHAR(50),
    year INT,
    length INT,
    genre NCHAR(10),
    studioName NVARCHAR(30),
    producerC# INT
);

CREATE TABLE Movies_1 (
	title NCHAR(50),
    date DATETIME,
    bookOffice DECIMAL(6,2),
    length INT,
    genre NCHAR(10),
    studioName NVARCHAR(30),
    producerC# INT
);

定义主键约束

• 有多个主键时

CREATE TABLE Movies (
    title NCHAR(50),
    year INT,
    length INT,
    genre NCHAR(10),
    studioName NVARCHAR(30),
    producerC# INT,
    PRIMARY KEY(title, year)
);

• 只有一个主键时

CREATE TABLE MovieStars (
	name NCHAR(30) PRIMARY KEY,
    address NVARCHAR(255),
    gender CHAR(1),
    birthdate DATETIME
);

定义唯一值约束

CREATE TABLE MovieStars(
	name NCHAR(30) PRIMARY KEY,
    address NVARCHAR(255) UNIQUE,
    gender CHAR(1),
    birthdate DATETIME
);

UNIQUE约束：在该列的取值必须唯一，但可以取空值。

PRIMARY KEY约束：在该列的取值必须唯一，不能取空值。

定义空值约束NULL

CREATE TABLE MovieStars(
	name NCHAR(30) PRIMARY KEY,
    address NVARCHAR(255) UNIQUE NOT NULL,
    gender CHAR(1),
    birthdate DATETIME
);

NULL约束：除了主键外，默认都是可以取空值的。

NOT NULL约束：表示该列不能取空值。

基于属性的CHECK约束

CREATE TABLE MovieStar(
	name NCHAR(30) PRIMARY KEY,
    address NVARCHAR(255) UNIQUE NOT NULL,
    gender CHAR(1) CHECK(gender in ('F', 'M')),
    birthdate DATETIME
);

CREATE TABLE MovieStars(
	name NCHAR(30) PRIMARY KEY,
	address NVARCHAR(255) UNIQUE NOT NULL,
	gender CHAR(1),
	birthdate DATETIME,
	CONSTRAINT gender_ck CHACK(gender in ('F', 'M'))
);

基于元组的CHECK约束

CREATE TABLE MovieStars(
	name NCHAR(30) PRIMARY KEY,
    address NVARCHAR(255),
    gender CHAR(1),
    birthdate DATETIME,
    CONSTRAINT gender_ck CHECK(gender='F' OR address IS NOT NULL)
);

设置默认值

CREATE TABLE MovieStars(
	name NCHAR(30) PRIMARY KEY,
    address NVARCHAR(255),
    gender CHAR(1) DEFAULT 'M',
    birthdate DATETIME DEFAULT '0000-00-00'
);

修改关系模式

DROP TABLE MovieStars
ALTER TABLE MovieStars ADD mobile NCHAR(11) DEFAULT 'unlisted';
ALTER TABLE MovieStars DROP mobile;

SQL中的简单查询

SELECT…FROM…WHERE

SELECT *
FROM Movies
WHERE studioName='Disney' AND year=2019

SQL中的投影

SELECT title, length
FROM Movies
WHERE studioName='Disney' AND year=2019

投影同时更改属性名

SELECT title AS name, length duration
FROM Movies
WHERE studioName='Disney' AND year=2019

用表达式取代属性

SELECT title name, length/60 lengthInHoues
FROM Movies
WHERE studioName='Disney' AND year=2019

用常量表达式取代属性

SELECT title name, length/60.0 lengthInHoues, 'hrs' inHours
FROM Movies
WHERE studioName='Disney' AND year=2019

查询1980年到1990年间出生的男演员。

SELECT name
FROM MovieStars
WHERE gender = 'M' AND birthdate BETWEEN '1980-01-01' AND '1990-12-31'

拷贝表 SELECT INTO 和 INSERT INTO SELECT的区别

第7章 约束与触发器

第8章 视图与索引

第9章 服务器环境下的SQL

附录 中英文词汇对照

中文	英文
键	key
超键	candidate key
主键	primary key
超键	superkeys
外键	foreign key
违例	violation
约束	constraint

第10章 关系数据库的新课题

第11章 半结构化数据模型

第12章 XML程序设计语言