Dbms1

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1. 为什么要学习数据库系统？
   • 数据库占有很重要的地位。数据库=技术+思维。实现信息的积累，需要管理/控制数据库。大数据是基于数据库的（farecast预测机票例子）。
2. 什么是数据库？
   • 数据库是电子化信息的集合。相互之间有关联关系的table的集合。
3. 什么是数据库系统？
   • DB，DBMS，DBAP，DBA，计算机基本系统，这5个组成的系统。
4. 什么是数据库管理系统？
   • 典型的DBMS有Oracle、DB2、MySQL等。
   • 
5. 学什么以及学到什么程度？
   • 基本概念
   • 关系模型与关系运算
   • 数据库语言。交互式SQL语言。语法及其交互式应用
   • 数据库应用程序开发。嵌入式的语法与训练。
   • 数据建模与数据库设计
   • 数据库设计理论
   • 数据库存储与索引技术
   • 数据库基本操作的实现方法
   • 数据库查询优化与查询实现
   • 数据库的事务管理

• 区分： 数据库、数据库系统、数据库清理系统
  • 数据库系统是包括上述几个东西的概念。
• “表”相关要素
  • 按行案列形式组织的信息即是table。要知道表里有什么，首先抽象。
  • 抽象：理解-区分-命名-表达
  • 表名、表标题、表内容、行、列、列名、列值、模式（=表名+表标题）、表（=模式+表内容）
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• 数据库系统的构成
  • DB、DBMS、DBAP（数据库应用）、DBA（管理员），计算机基本系统
• 数据库管理系统的功能：用户角度、系统角度
  • 用户角度
    • 数据库定义：dbms提供一套DDL（数据定义语言）给用户。
    • 数据库操纵：表的格式是数据库定义来做。而表的增删改查是数据库操纵来完成。DBMS提供DML（数据操纵语言）给用户。
    • 数据库控制：DCL（数据控制语言）。哪些用户可使用，哪些不可以。
    • 数据库维护
  • 数据库语言：DDL, DML, DCL。3个总称为SQL语言
  • 系统角度
    • 语言编译器
    • 查询优化与查询实现
    • 数据存取与索引
    • 通信控制
    • 事务管理
    • 故障恢复
    • 完全性/完整性控制
    • 。。。
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1. 数据库系统的标准结构
   • DBMS管理数据的3个层次：
     • external level=user level = 局部模式，
     • conceptual level = logical = 全局模式，
     • internal level = physical = 存储模式
   • 模式schema：数据的结构性的描述
   • 数据data/视图view：表现形式下表现出来的数据
2. 数据模型
   • 规定模式统一描述方式的模型，包括：数据结构、操作和约束
   • 关系模型：表
   • 层次模型：树
   • 网状模型：图
3. 数据库系统的演变与发展
   • 由文件系统到数据库。数据存取以记录为单位。

• 三级模式两层映像，物理独立性和逻辑独立性
  • 三级模式：模式是指概念模式
    • 外模式：用户能看到的局部的描述。局部模式
    • 概念模式：内在本质联系，全局性的。全局模式
    • 内模式：存储在介质上的数据的结构描述。物理模式，存储模式。
  • 两层映像
    • E-C Mapping：外模式映射为概念模式
    • C-I Mapping：概念模式映射为内模式
  • 数据独立：不会因为系统数据存储结构与数据逻辑结构的变化而影响应用程序
  • 逻辑数据独立性：外模式->概念模式
  • 物理数据独立性：概念模式->内模式
• 数据 -> 模式 -> 数据模型
  • 模式是对数据本身结构形式的抽象
  • 数据模型是对模式本身结构的抽象
  • 关系模型的例子
  • 一个数据库是由一系列模式及其数据构成的
• 网状/层次模型 -> 关系模型 -> OO数据模型
  • 第一代数据库系统：基于网状模型或层次模型的数据库系统
  • 第二代：基于关系模型的数据库系统
  • 数据库系统与文件系统差别：数据组织依赖于具体应用程序、数据存取记录为单位进行操作、不同文件/记录之间由联系、。。。
  • 关系数据库：消除指针，逐一记录操作改为记录集合，检索不依赖于路径信息，即非过程化操作

3 关系模型之基本概念

1. 关系模型概述
   • 关系模型是处理table的
   • 3个组成部分：table/relation，关系运算（5+3），完整性约束
2. 关系
   • 一个关系就是一个table。笛卡尔积中具有某一方面意义的那些元组叫关系
   • 属性不可再分
   • 关系是以内容(名字或值)来区分的
   • 关系的任意两行不能可完全相同，但关系的任意两列的值是可以完全相同的
   • 候选码/候选键：可由其值能惟一标识该关系中任何元组的一个或多个属性组成
3. 关系模型中的完整性约束
   • 实体完整性：关系的主码中的属性值 不能为空值
   • 参照完整性：如果R1的外码Fk与R2的主码Pk相对应，则R1中的每一个元组的Fk值或者等于R2中某个元组的Pk值，或者为空值 -意义：若R1的某个元组t1参照R2的某个元组t2，则t2必须存在
   • 用户自定义完整性：用户针对具体的应用环境定义的完整性约束条件

• 关系相关概念：域，笛卡尔积，关系，关系模式，关键字/键/码，外码/外键，主码/主键，主属性/非主属性
  • 域：domain，列的取值范围。域的元素为基数cardinality
  • 笛卡尔积：cartesian product，元组及所有可能组合成的元组，笛卡尔积的每个元素称作一个n元组
  • 关系：一组域的笛卡尔积的子集
  • R是关系的名字，$A_i$是属性，$D_i$是属性所对应的域，$n$是关系的度
  • 主码：当有多个候选码时，可选一个作为主码. 主键不允许空值
  • 主属性：包含在任何一个候选码中的属性被称作主属性
  • 非主属性
  • 外码/外键：其它关系的候选键，可以是R中的主属性或非主属性
• 3个完整性：实体完整性，参照完整性，用户自定义完整性

4 关系模型之关系代数

关系代数运算是一种抽象的语言，是学习SQL等数据库语言的基础。集合操作与纯关系操作

1. 基本操作
   • 需满足并相容性
   • 并：或者元组t属于R或者元组t属于S
   • 差：由出现在关系R中但不出现在关系S中的元组构成
   • 积：广义笛卡尔积
   • 选择：关系R同时给定选择的条件con，选择运算结果也是一个关系。
   • 投影：$\Pi$，从关系R中选出属性包含在A中的列构成
   • 投影 从列组成新的关系，而选择从行组成
2. 扩展操作
   • 交：R和S并相容，则R与S的叫运算结果，
   • $\theta$-链接
     • 等值连接
   • 自然连接：R与S的笛卡尔积中选取相同属性组B上值相等的元组所构成。是一种特殊的等值连接。R和S必须有相同的属性组B。R和S含有一个或多个共有的属性
     • 
   • $\theta$-链接的属性个数>自然连接
3. 组合与应用训练
4. 复杂扩展操作
   • 除：R$\div$S，R中除掉S中的属性
   • 外连接：左/右/全外连接

• 基本操作：并、差、积、选择、投影
• 扩展操作：交、$\theta$-链接、自然连接
• 复杂扩展操作：除、外连接

5 关系演算

以数理逻辑中的谓词演算为基础。按照谓词变量不同，分为 元组/域演算。

1. 关系元组演算

   • {t	P(t)}。公式P(t)，3种形式的公式

   • $t\in R$
   • $s[A]\theta c$
   • $s[A]\theta u[B]$
   • 全都学过：已知，Student(S#, Sname, Sage, Ssex, Sclass) Course(C#, Cname, Chours, Credit, Tnamee) SC(S#, C#, Score) \(\Pi_{Sname}(\Pi_{Sname, C\#}(Student\Join SC\Join Course)\div \Pi_C\#(\sigma_{Tname='李明'}(Course)))\)
   • 
   • 至少有一没学过：

   • $R U S = {t

     t\in R V t\in S}$

   • 差：${t

     t\in R\wedge \neg t\in S}$

   • 积：${xy

     x\in R \wedge y\in S}$

   • 优先级：$\wedge$ , $\vee$

2. 关系域演算

3. 安全性

1. 三种关系运算

• 递归定义

• 与、或、非、存在量词、全称量词

• QBE语言表达查询

6 概览SQL语言

Sequel->SQL, X/Open，标准主要用于衡量产品是否符合共同的约定。SQL语言是集DDL, DML, DCL与一体的数据库语言。

1. DDL：引导词为create，alter，drop
2. DML：引导词insert，delete，update，select

• DDL：CREATE DATABASE, CREATE TABLE
• DML: INSERT, DELETE, UPDATE, SELECT
• SELECT语句训练：正确表达查询要求

7 SQL语言之复杂查询与视图

1. 子查询
2. 结果计算与聚集函数
3. 分组查询与分组过滤
4. 利用SQL关系代数操作
5. 视图与应用
   • 

• SQL-SELECT

  • IN

    NOT IN , $\theta$ some, $theta$ all, Exists

    NOT Exists

  • 聚集函数, GROUP BY, HAVING

8 数据库完整性与安全性

1. 数据库完整性
2. 列约束/表约束 - 静态约束
3. 触发器 - 动态约束
4. 数据库安全性

• 完整性规则，静态约束/动态约束
• 安全性访问规则，权利，授权
• 在数据库的安全性控制中，授权的数据对象的范围越小，授权子系统就越灵活
• 关系模型中有三类基本的完整性约束，定义外部关键字实现的是参照完整性

9 嵌入式SQL语言（基本技巧）

1. 变量声明
   • 事务：一/多条SQL语句的一次执行是一个事务。begin/end transaction两行语句不需要，因为开始时有exec sql select等，结束时通过commit或rollback
2. 数据库连接
3. 数据集与游标
4. 可滚动游标
5. 数据库的增删改
6. 状态捕获
   • Whenever的作用范围：其后的所有Exec SQL语句直到程序中出现另一条相同条件的Whenever语句为止
   • DBMS记录状态信息有三种方法： (1)sqlcode；(2)sqlca.sqlcode；(3)sqlstate
7. 错误处理机制

• 数据库语言->高级语言 过程/思维
• 高级语言中处理数据库
  • 游标
• 错误捕获机制
  • 错误陷阱
  • SQLCA
• 事务
  • 保证数据正确性

10 嵌入式SQL（动态SQL）

1. 动态SQL
2. 动态构造
3. 动态SQL执行方式
4. 数据字典
5. SQLDA
   • SQLCA是SQL通讯区，记录着SQL语句被DBMS执行后返回的状态信息；SQLDA是SQL描述区，记录着数据库/表等对象的定义信息。
6. ODBC
7. JDBC
   • Java.sql 核心API –J2SE(Java2标准版)的一部分。使用java.sql.DriverManager类、java.sql.Driver和java.sql.Connection接口连接到数据库
   • 建立数据库 - 创建语句对象 - 用对象执行SQL - 返回结果对象 - 获取记录 - 提取属性值给高级语言变量 - 释放语句对象 - 断开数据库
   • 过程
     • 概念性：打开链接 - 创建 statement（语句） 对象 - 设置查询语句 - 使用 statement（语句） 对象执行查询 - 查询给数据库服务器 - 返回结果给应用程序 - 处理错误的例外机制
     • 具体过程
     1. 传递一个Driver给DriverManager，加载数据库驱动
     2. 通过URL得到一个Connection对象, 建立数据库连接
     3. 接着创建一个Statement对象，用来查询或者修改数据库
     4. 查询返回一个ResultSet
   • API
     • java.sql.Statement
       • 对特定的数据库执行SQL语句
     • java.sql.PreparedStatement
       • 用于执行预编译的SQL语句
     • java.sql.CallableStatement
       • 用于执行对数据库内嵌过程的调用
     • java.sql.ResultSet
       • 从当前执行的SQL语句中返回结果数据

• 动态构造技巧
• 数据字典使用技巧
• ODBC/JDBC工作原理

11 数据建模：思想与方法（数据库设计之抽象/表达方法）

1. 数据建模
2. 数据库设计
3. E-R模型
   1. chen方法
   2. crow’s foot 方法
4. 数据库设计中的抽象

• crow’s foot 方法

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13 数据库设计过程

1. 设计过程
   • 需求分析 （source） -> 概念设计 （ER图） -> 逻辑设计 （关系模式） -> 物理设计（具体的DBMS create table等）
2. 设计方法
3. ER图/IDEF1X->关系模式

14 函数依赖及其公理/定理

1. 函数依赖
2. 完全函数依赖
3. 传递函数依赖
4. 公理/定理
5. 最小覆盖

15 关系模式设计之规范形式

1. 第1NF
2. 第2NF
3. 第3NF

4. Boyce-Codd NF

5. 多值依赖

6. 公理/定理

7. 第4NF