《计算机科学导论》第6章 程序设计与算法分析
计算机科学导论第6章程序设计与算法分析
计算机科学导论
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• ①顺序结构 把所有元素存放在一片连续的存储单元中， 逻辑上相邻的元素存储在物理位置相邻的存储 单元中，由此得到的存储表示称为顺序存储结 构。 顺序存储结构常借助于程序设计语言中的 数组来实现。优点是使用方法简单，缺点是必 须预先分析出所需定义数组的大小。
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• ②链表结构 对逻辑上相邻的元素不要求其物理位置相 邻，元素间的逻辑关系通过附设的指针域来实 现，由此得到的存储表示称为链式存储结构。 链式存储结构通常借助于程序设计语言中 的指针来实现。
初步了解程序设计的基础知识掌握结构化程序设计和面向对象程序设计的基本方法掌握数据结构中的基本数据类型及其实现掌握程序设计算法的基本思想及几种经典的算程序就是能够实现特定功能的一组指令序列的集合
第六章 程序设计与 算法分析
计算机科学导论
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本章要点
◆初步了解程序设计的基础知识 ◆掌握结构化程序设计和面向对象程序设计的基 本方法 ◆掌握数据结构中的基本数据类型及其实现 ◆掌握程序设计算法的基本思想及几种经典的算 法
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高级语言的常见类型
• • • • • • • • (1) BASIC语言 (2) FORTRAN语言 (3) COBOL语言 (4) PASCAL语言 (5) C语言 (6) C++语言 (7) 其他高级语言 基于视窗类操作系统的，如Visual Basic、Visual C++、 Delphi、Power Builder、Java等等。
第二个含义称为信息隐蔽，即尽可能隐蔽 对象的内部细节。
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5．继承性
• 继承性 是父类和子类之间共享数据和方法的机 制。 原有的类称为基类或父类，产生的新类 称为派生类。
程序设计与算法分析
程序设计与算法分析随着计算机技术的不断发展，程序设计与算法分析成为计算机领域中关键的技能之一。
程序设计是指根据特定的需求设计并实现计算机程序的过程，算法分析则是对程序中算法的效率和复杂度进行评估和优化的过程。
本文将从程序设计和算法分析两个方面进行探讨。
一、程序设计程序设计是计算机科学的核心内容之一，它涉及到对问题的分析、算法的设计和编程语言的使用。
程序设计的目标是解决实际问题，因此在设计程序时，需要根据问题的特点选择合适的算法，并合理地组织程序的结构和数据的存储。
以下是程序设计的一般步骤：1. 问题分析：对待解决的问题进行深入的分析，了解问题的特点、需求和限制条件等。
2. 算法设计：根据问题的特点选择合适的算法，并将其转化为具体的程序。
3. 编程语言选择：根据问题的需求和算法的复杂度选择合适的编程语言，并熟悉其语法和特点。
4. 程序实现：按照算法设计的要求，使用选定的编程语言将程序实现出来。
5. 调试与测试：对实现的程序进行调试和测试，确保程序的正确性和稳定性。
二、算法分析算法是程序设计的核心，它是解决问题的一种方法或步骤的描述。
算法的好坏直接影响到程序的效率和性能，因此算法分析是不可忽视的一环。
算法分析的主要目的是评估算法的时间复杂度和空间复杂度，并对其进行优化。
以下是常用的算法分析方法：1. 时间复杂度：时间复杂度用来评估算法执行所需的时间，通常用大O符号表示。
常见的时间复杂度有常数阶O(1)、线性阶O(n)、对数阶O(logn)、平方阶O(n^2)等。
2. 空间复杂度：空间复杂度用来评估算法执行所需的存储空间，也用大O符号表示。
常见的空间复杂度有常数阶O(1)、线性阶O(n)、对数阶O(logn)、平方阶O(n^2)等。
3. 算法优化：通过对算法的改进和优化，可以提高程序的执行效率。
常用的算法优化方法有分治法、动态规划、贪心算法等。
三、实践案例为了更好地理解程序设计与算法分析的重要性，我们以排序算法为例进行实践。
计算机科学导论(第4版)习题答案-第5、6章
第5章算法与复杂性习题一、选择题1. B2. D3. C4. A5. B6. B7. D8.B9.C 10.A11.A 12.C 13.A 14.A二、简答题1．什么是算法，算法的特性有哪些？答：“算法(Algorithm)是一组明确的、可以执行的步骤的有序集合，它在有限的时间内终止并产生结果”。
算法的特性有：(1) 有穷性(可终止性)：一个算法必须在有限个操作步骤内以及合理的有限时间内执行完成。
(2) 确定性：算法中的每一个操作步骤都必须有明确的含义，不允许存在二义性。
(3) 有效性(可执行性)：算法中描述的操作步骤都是可执行的，并能最终得到确定的结果。
(4) 输入及输出：一个算法应该有零个或多个输入数据、有1个或多个输出数据。
2．什么是算法的时间复杂度和空间复杂度，如何表示？答：时间复杂度是与求解问题规模、算法输入相关的函数，该函数表示算法运行所花费的时间。
记为，T(n)，其中，n代表求解问题的规模。
算法的空间复杂度(Space complexity)度量算法的空间复杂性、即执行算法的程序在计算机中运行所占用空间的大小。
简单讲，空间复杂度也是与求解问题规模、算法输入相关的函数。
记为，S(n)，其中，n代表求解问题的规模。
时间复杂度和空间复杂度同样，引入符号“O”来表示T(n)、S(n)与求解问题规模n之间的数量级关系。
3．用图示法表示语言处理的过程。
答：语言处理的过程如图所示：4．简述算法设计的策略。
答：作为实现计算机程序实现时解决问题的方法，算法研究的内容是解决问题的方法，而不是计算机程序的本身。
一个优秀的算法可以运行在比较慢的计算机上，但一个劣质的算法在一台性能很强的计算机上也不一定能满足应用的需要，因此，在计算机程序设计中，算法设计往往处于核心地位。
要想充分理解算法并有效地应用于实际问题，关键是对算法的分析。
通常可以利用实验对比分析、数学方法来分析算法。
实验对比分析很简单，两个算法相互比较，它们都能解决同一问题，在相同环境下，一般就会认为哪个算法的速度快这个算法性能更好。
《大学计算机基础》第6章-程序设计基础课件
《大学计算机基础》第6章-程序设计基础(2012)【OK】
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计算机开发问题求解的软件——4个阶段
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计算机软件问题求解的一般过程
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计算机开发问题求解的软件——4个阶段（续）
1. 问题求解的计划与需求分析阶段 明确问题解决要达到的目标，当问题求解能够达到共识，要综合用户需求，制
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6.1 问题求解与程序设计方法
6.1.1 问题求解 6.1.2 算法的定义与特征 6.1.3 算法的描述方法 6.1.4 程序设计方法与步骤
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6.1.1 问题求解
主持年终总结会的流程问题
4. 运行、评价与维护阶段 将软件、硬件及其他相关设备集成在一起进行系统测试，主要测试系统的安
全性、容错性，给出评价并进入系统运行与维护阶段。
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6.1.2 算法的定义与特征
算法的定义——一个可终止过程的一组有序的、无歧义的、 可执行的步骤的集合。
用自然语言编写算法
【例6.4】编写a与 b的整型数值交换问题的算法。 ① 输入a、b两个整数。 ② 若有资源c，则c=a，a=b，b=c；
否则，a=a+b，b=a-b，a=a-b。 ③ 输出a、b交换后的结果，且算法到此结束。
结论：从第①步到第③步的顺序结构叙述中，有头有尾满足了可执行。在第② 步中是有条件的选择结构（也称分支结构）中内嵌了顺序结构，也满足可执行， 符合算法的特征，可以称为两整数交换算法。
大学计算机科学教案：算法设计与分析
大学计算机科学教案：算法设计与分析1. 算法概述1.1 算法的定义和作用在计算机科学中，算法是解决问题或执行任务的有序步骤。
它们是计算机程序的基本构建模块，能够完成各种操作，从简单的排序和搜索到复杂的图像处理和人工智能。
1.2 算法设计过程•定义问题：明确需要解决的问题。
•分析问题：理解问题背后的规则和约束。
•设计解决方案：找到一个有效且高效的方法来解决问题。
•实现算法：将设计好的算法转化为可执行的计算机代码。
•测试和评估：验证算法是否正确并确定其性能。
2. 常见算法设计技巧2.1 分治策略将一个大问题划分为多个小问题，分别求解，然后将结果组合得到最终答案。
经典应用包括归并排序和快速排序。
2.2 动态规划通过将一个大问题分解成一系列重叠子问题，并通过保存子问题的结果来节省重复计算。
经典应用包括背包问题和最短路径问题。
2.3 贪心算法每一步都选择当前看起来最优的解决方案，而不考虑之后可能产生的影响。
经典应用包括霍夫曼编码和最小生成树问题。
2.4 回溯算法通过在解空间中搜索所有可能的解，并逐步构建可行解。
当发现不能满足约束条件时，回溯并尝试其他选择。
经典应用包括八皇后问题和旅行推销员问题。
2.5 图算法用于解决与图相关的问题，如最短路径问题、最小生成树和网络流问题等。
3. 算法分析和性能评估3.1 时间复杂度描述随着问题规模增长，算法所需时间的增长率。
常见的表示方法有大O记号。
3.2 空间复杂度描述算法所需的额外空间随着问题规模增长的情况。
常见表示方法有大O记号。
3.3 最坏情况与平均情况分析针对不同输入数据情况下，对算法性能进行评估。
结论本教案提供了关于算法设计与分析的基本概念、常见技巧以及性能评估方法。
通过深入学习和理解这些内容，学生将能够设计和分析各种算法，并在实际问题中应用它们。
《计算机算法设计与分析基础》
《计算机算法设计与分析基础》计算机算法设计与分析基础近年来，随着计算机技术的飞速发展，算法已成为计算机领域中的一个重要分支。
在这个以信息为重的时代里，数据挖掘、机器学习、自然语言处理等技术的不断涌现，更加需要高效、准确的算法来支持和驱动。
因此，掌握计算机算法设计与分析技术已成为计算机科学专业学生必须掌握的知识之一。
一、算法概述算法是指一种有限的、明确的、无歧义的操作序列，用于解决某一问题或完成某一任务。
一个算法必须满足以下要求：1.有限性：算法必须在有限的步骤内完成。
2.确定性：算法中每一步的计算过程必须明确而无歧义。
3.可行性：算法必须是可实现的，能够在计算机上编写程序来实现。
4.正确性：算法必须能够在所有输入数据上正确解决问题，并给出正确的输出。
在计算机领域中，算法的重要性不言而喻。
计算机程序就是一系列指令的集合，执行的效率和准确性取决于所使用的算法。
二、算法设计算法设计就是指在解决一个问题时，需要设计一种操作序列，这个序列需要满足上述算法的要求。
1.贪心算法贪心算法是一种贪心思想的应用，它根据当前状态选择当前最优解，而不考虑未来可能出现的情况。
贪心算法通常用于求解一些最优化问题，例如：-活动选择问题-背包问题-最小生成树问题2.分治算法分治算法是一种把问题分解成多个子问题进行处理的算法。
适用于以下问题：-排序问题-矩阵乘法问题-快速排序问题3.动态规划算法动态规划算法是一种基于分治思想和递归思想的算法，它主要用于刻画一个问题的最优解，适用于以下问题：-最长公共子序列问题-背包问题三、算法分析算法分析是指在设计算法之后，需要进行对算法运行时间和空间需求的评估，这可以帮助我们选择最优算法，从而提高程序的执行效率。
1.时间复杂度时间复杂度是指算法在处理规模为n的问题时，所需要的时间的增长速度。
常见的时间复杂度有：-常数复杂度O(1)-线性复杂度O(n)-对数复杂度O(logn)-平方复杂度O(n^2)-指数复杂度O(2^n)2.空间复杂度空间复杂度是指算法在执行过程中需要占用的空间大小。
计算机算法设计与分析(第3版) 第6章
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6.3 装载问题
4. 构造最优解
找到最优值后，可以根据parent回溯到根节点，找到最优解。
// 构造当前最优解 for (int j = n - 1; j > 0; j--) { bestx[j] = bestE->LChild; bestE = bestE->parent; }
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6.3 装载问题
2. 队列式分支限界法
while (true) { // 检查左儿子结点 if (Ew + w[i] <= c) // x[i] = 1 EnQueue(Q, Ew + w[i], bestw, i, n); // 右儿子结点总是可行的 EnQueue(Q, Ew, bestw, i, n); // x[i] = 0 Q.Delete(Ew); // 取下一扩展结点 if (Ew == -1) { // 同层结点尾部 if (Q.IsEmpty()) return bestw; Q.Add(-1); // 同层结点尾部标志 Q.Delete(Ew); // 取下一扩展结点 i++;} // 进入下一层 } }
找到目标位置后，可以通过回溯方法找到这条最短路径。
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6.5
算法的思想
0-1背包问题
首先，要对输入数据进行预处理，将各物品依其单位 重量价值从大到小进行排列。 在下面描述的优先队列分支限界法中，节点的优先级 由已装袋的物品价值加上剩下的最大单位重量价值的物品 装满剩余容量的价值和。 算法首先检查当前扩展结点的左儿子结点的可行性。 如果该左儿子结点是可行结点，则将它加入到子集树和活 结点优先队列中。当前扩展结点的右儿子结点一定是可行 结点，仅当右儿子结点满足上界约束时才将它加入子集树 和活结点优先队列。当扩展到叶节点时为问题的最优值。
计算机科学导论学习课件教学课件PPT
-6-
1、数据处理器
在讨论图灵模型之前，将计算机定义为数据处理器
计算机是一个接收输入数据、处理数据并产生输出数据 的黑盒
该模型过于宽泛，按照该模型定义，计算器也可以算做 一种计算机
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2、可编程数据处理器
图灵模型是一种适用于通用计算机的模型
该模型增加了额外的元素：程序 程序是用来告诉计算机对数据进行处理的指令集合 输出数据依赖于两方面因素，即输入数据和程序
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6、操作系统
在程序设计过程中，有一些指令序列对所有程序都 是公用的、通用的。
早期的操作系统是为程序访问计算机部件提供方便 的一种通用管理程序。
现代操作系统已经成为管理计算机软硬件及资源的 系统软件。(第7章讨论)
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本章内容安排
图灵模型 冯.诺伊曼模型 计算机组成 历史 社会问题和道德问题 计算机科学
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2、存储程序的概念
冯.诺依曼模型要求程序必须存储在存储器中，早 期的计算机只将数据存储在存储器中，执行程序通 过操作开关或改变配线完成。
现代计算机的存储器主要用来存储程序和数据。程 序和数据都以二进制(0和1的序列)模式存储在存储 器中。
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3、指令的顺序执行
冯.诺依曼模型中的一段程序是由一组数量有限的 指令组成
控制单元从内存中提取指令、解释指令、执行指令；指 令按照顺序执行
一条指令可能会请求跳转到前面或后面的某个地方去执 行，跳转后仍然会顺序执行。
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本章内容安排
图灵模型 冯.诺伊曼模型 计算机组成 历史 社会问题和道德问题 计算机科学
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计算机组成
计算机系统由3大部分构成
计算机硬件 数据 计算机软件
《计算机科学导论》大纲
《计算机科学导论》大纲第一章介绍
1.1什么是计算机科学？
1.2计算机科学历史回顾
1.3当今的计算机科学
第二章编程规范和语言
2.1编程规范
2.2程序设计语言
2.3编程语言的分类
第三章操作系统
3.1定义操作系统
3.2操作系统的组成部分
3.3操作系统的功能
第四章算法
4.1算法的概念
4.2分析算法
4.3算法设计
第五章数据结构
5.1数据结构的定义
5.2数据结构的种类
5.3数据结构的实现方式第六章网络
6.1网络的概念
6.2网络分类
6.3网络协议
第七章存储器
7.1存储器的概念
7.2存储器的类型
7.3存储器管理
第八章数据库
8.1数据库的概念
8.2数据库的特性
8.3数据库技术
第九章计算机系统安全
9.1计算机系统安全的概念9.2计算机系统安全的分类9.3计算机系统安全的保护第十章编程环境
10.1编程环境的定义
10.2编程环境的类型
10.3编程环境的开发
第十一章调试
11.1调试的概念
11.2调试的类型
11.3调试技术
第十二章系统分析与设计12.1系统分析与设计的概念12.2系统分析与设计的过程12.3系统分析与设计的工具。
《计算机科学导论》中的编程思维与算法设计教学计划
计算机科学导论中的编程思维与算法设计教学计划第一部分：导引1.1 引言•介绍计算机科学导论的重要性和目标•引出编程思维和算法设计在计算机科学中的关键作用1.2 课程背景•概述计算机科学导论课程的背景和意义•探讨计划中将涵盖的主题内容1.3 教学方法•讨论采用何种教学方法达到最佳效果•强调实践与理论相结合的重要性第二部分：编程思维入门2.1 什么是编程思维？•解释编程思维的概念与特点•描述它对问题解决能力和创造力的影响2.2 编程思维在日常生活中的应用•提供实际生活中使用编程思维解决问题的例子•强调培养学生在不同领域运用编程思维的能力2.3 编程思维的基本原则•探讨抽象化、模块化、循环等基本原则•提供示例来说明这些原则的应用第三部分：算法设计与分析3.1 算法概述•定义算法和算法设计的关系•强调算法在解决问题中的重要性3.2 常见算法范式•探讨常见的算法设计范例，如递归、贪婪法、动态规划等•描述每种范例的特点和适用场景，并给出相应案例说明3.3 算法复杂度分析•解释时间复杂度和空间复杂度的概念•提供不同算法复杂度之间的比较和实际案例分析第四部分：教学计划与课程安排4.1 整体教学计划•制定课程目标和学习结果要求•设计包含不同模块以及实践项目的课程结构4.2 单元教学内容与活动指导•细分各个单元所需掌握的知识点和技能•提供相关阅读材料、示例代码以及练习题目4.3 实践项目设计与评估方法•设计符合课程目标的实践项目，鼓励学生将所学知识应用于实际情境中•提供相应的评估方法和标准，确保学生掌握所需的编程思维和算法设计能力第五部分：总结与展望5.1 课程回顾•总结学生在整个课程中所学到的核心概念与技能•强调编程思维和算法设计在计算机科学领域的重要性5.2 展望未来发展方向•探讨如何进一步拓展计算机科学导论中的编程思维与算法设计教育内容•引入新兴技术和研究领域，以及相关职业发展方向的介绍以上是《计算机科学导论》中的编程思维与算法设计教学计划的大致内容。
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7.3 关系数据库
2.关系模型与关系模式 2.关系模型与关系模式
• 关系模型 (1) 关系数据结构 关系模型中， 关系模型中，关系数据结构就是表 。 (2) 关系操作 选择、投影、连接、 选择、投影、连接、除、并、交、差、查 插入、删除、 询、插入、删除、修改等 。 (3) 关系的数据约束 三种完整性约束条件：实体完整性、 三种完整性约束条件：实体完整性、参照 完整性、用户自定义的完整性。 完整性、用户自定义的完整性。
7.2 数据库系统概述
• 数据库的三级模式结构
用户视图1 用户视图2 用户视图n 外 模 式2
外 模 式1
外 模 式n
模
式
内模式
数据库
7.2 数据库系统概述
• 数据独立性 (1) 外模式 模式映像 外模式/模式映像 当模式被改变时，可以由DBA改变各个外模式 改变各个外模式/ 当模式被改变时，可以由 改变各个外模式 模式映像，以保证外模式不发生变化， 模式映像，以保证外模式不发生变化，从而使根据外 模式编写的应用程序也无需变化， 模式编写的应用程序也无需变化，这样就保证了数据 与程序的逻辑独立性。 与程序的逻辑独立性。 (2) 模式 内模式映像 模式/内模式映像 当数据的物理存储即内模式变化了， 当数据的物理存储即内模式变化了，也可以由 DBA来修改模式 内模式的映像，使得模式能够保持 来修改模式/内模式的映像 来修改模式 内模式的映像， 不变，外模式也不会变化，当然，应用程序也无需变 不变，外模式也不会变化，当然， 从而保证了数据库中数据与程序的物理独立性。 动，从而保证了数据库中数据与程序的物理独立性。
7.2 数据库系统概述
3.数据模型 3.数据模型
• 概念模型 ：也称信息模型，是按照用户的观点对数据 也称信息模型， 和信息建模，与计算机系统无关，是概念级的模型， 和信息建模，与计算机系统无关，是概念级的模型， 通常用于数据库的设计，它是数据库设计人员和用户 通常用于数据库的设计， 之间进行交互的一种形式化描述。 之间进行交互的一种形式化描述。
• 属性：关系中的每一列称为属性。 属性：关系中的每一列称为属性。 • 属性：关系中的行称为元组。 属性：关系中的行称为元组。 • 候选码：关系中能够惟一地标识一个元组的某个属性或属性组 。 • 主码：一个关系中选定的一个候选码作为关系的主码。 主码：一个关系中选定的一个属性称为主属性。 主属性：主码的各个属性称为主属性。 • 外码：在关系数据库中，为了实现表与表之间的联系，将一个表的主码 外码：在关系数据库中，为了实现表与表之间的联系，
7.2 数据库系统概述
• 数据库管理系统 ：是对数据库进行管理的软件系统， 是对数据库进行管理的软件系统， 是数据库系统的核心。 是数据库系统的核心。它位于计算机系统中操作系统 与用户或应用程序之间，主要功能包括：数据定义、 与用户或应用程序之间，主要功能包括：数据定义、 数据操纵、数据组织、存储和管理、 数据操纵、数据组织、存储和管理、数据库的建立和 维护、数据通信接口。 维护、数据通信接口。 • 数据库管理员：专门对数据库进行规划、设计、管理、 数据库管理员：专门对数据库进行规划、设计、管理、 协调和维护的工作人员。 协调和维护的工作人员。
7.2 数据库系统概述
1.基本概念 1.基本概念
• 数据 ：数据 数据(data)描述事物的符号记录称为数据。数 描述事物的符号记录称为数据。 描述事物的符号记录称为数据 据是数据库中存储的基本对象。数据的种类很多， 据是数据库中存储的基本对象。数据的种类很多，可 以包括文字、数字、声音、图形、图象等。 以包括文字、数字、声音、图形、图象等。 • 数据库：以一定的组织方式存储的相互关联的数据的 数据库： 集合，就是数据库。这些数据能够长期存储、 集合，就是数据库。这些数据能够长期存储、统一管 理和控制，且能够被不同用户所共享， 理和控制，且能够被不同用户所共享，具有数据独立 性及最小冗余度。 性及最小冗余度。
7.2 数据库系统概述
• 数据库的系统结构 (1) 模式 模式也称逻辑模式， 模式也称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻 辑结构和特征的描述， 辑结构和特征的描述，是面向全体用户的基本数据视 图。 (2) 外模式 外模式也称子模式或用户模式， 外模式也称子模式或用户模式，是数据库用户 可见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述， 可见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是 数据库用户的数据视图。 数据库用户的数据视图。 (3) 内模式 内模式是数据物理结构和存储结构的描述， 内模式是数据物理结构和存储结构的描述，是数 据在数据库内部的表示 。
(1) 层次模型
有且只有一个节点没有双亲，该节点为根节点；根以外的 有且只有一个节点没有双亲，该节点为根节点； 其他节点有且只有一个双亲节点。 其他节点有且只有一个双亲节点。
(2) 网状模型
在层次模型的基础上，允许节点无父节点， 在层次模型的基础上，允许节点无父节点，或者有多个父 节点 。
(3) 网状模型
7.3 关系数据库
• 关系模式
关系的描述称为关系模式， 关系的描述称为关系模式，一个完整的关系模式 通常需要描述出一个关系的属性的集合、 通常需要描述出一个关系的属性的集合、属性所取值 的域的集合、属性向域的映像的集合、属性间数据依 的域的集合、属性向域的映像的集合、 赖关系的集合。通常，使用关系模式的简单描述： 赖关系的集合。通常，使用关系模式的简单描述： R(A1,A2,…,An) 其中， 为关系名 为关系名， ， ， ， 为属性名 为属性名。 其中，R为关系名，A1，A2，…，An为属性名。 域名和属性向域的映像直接说明为属性的类型和长度。 域名和属性向域的映像直接说明为属性的类型和长度。
7.2 数据库系统概述
(1) 概念模型的表示
用矩形表示实体型；用椭圆表示属性； 用矩形表示实体型；用椭圆表示属性；用菱形表 示联系， 示联系，并标示出联系的类型
学 号 年 龄 性 别 学生 姓 名 m 选修 成 绩 n 课程号
课程
学 分
系 别
课程名
7.2 数据库系统概述
• 数据模型 ：也称信息模型，是按照用户的观点对数据和信息 也称信息模型， 建模，与计算机系统无关，是概念级的模型， 建模，与计算机系统无关，是概念级的模型，通常用于数据库 的设计， 的设计，它是数据库设计人员和用户之间进行交互的一种形式 化描述。 化描述。
7.3 关系数据库
• 关系运算 (1) 传统的关系运算
(a)关系R；(b)关系S；(c)关系的并运算(d)关系的交运算(e)关系的差运算
7.2 数据库系统概述
• 数据库管理系统 ：是对数据库进行管理的软件系统， 是对数据库进行管理的软件系统， 是数据库系统的核心。 是数据库系统的核心。它位于计算机系统中操作系统 与用户或应用程序之间，主要功能包括：数据定义、 与用户或应用程序之间，主要功能包括：数据定义、 数据操纵、数据组织、存储和管理、 数据操纵、数据组织、存储和管理、数据库的建立和 维护、数据通信接口。 维护、数据通信接口。 • 数据库管理员：专门对数据库进行规划、设计、管理、 数据库管理员：专门对数据库进行规划、设计、管理、 协调和维护的工作人员。 协调和维护的工作人员。
7.1 信息系统概述
2.信息系统 2.信息系统
信息系统是一个由人员、活动、数据、 “信息系统是一个由人员、活动、数据、网络和 技术等要素组成的集合， 技术等要素组成的集合，主要目的是对组织的业务数 据进行采集、存储、处理和交换，以支持和改善组织 据进行采集、存储、处理和交换， 的日常业务运作， 的日常业务运作，满足管理人员解决问题和制定决策 以及对信息的各种需求” 以及对信息的各种需求”。
7.2 数据库系统概述
• 数据库系统 ：数据库系统 数据库系统(DataBase System：DBS)是DB、 ： 是 、
DBMS、DBA、用户和计算机系统 、 、用户和计算机系统CS(Computer System)的总 的总 和。
7.2 数据库系统概述
2.数据库管理技术的发展 2.数据库管理技术的发展
7.3 关系数据库
1.基本概念 1.基本概念
• 关系 ：可以看作是一个行与列交叉的二维表，每一个交叉点都必须是单 可以看作是一个行与列交叉的二维表，
值的，每一列的所有数据都是同一类型的，每一列都有惟一的列名， 值的，每一列的所有数据都是同一类型的，每一列都有惟一的列名，行和 列在表中的顺序都无关紧要；表中任意两行不能相同。 列在表中的顺序都无关紧要；表中任意两行不能相同。
• 人工管理阶段 ：数据不长期保存 ，应用程序管理数 据 ，数据不能共享 ，数据不具有独立性 。 • 文件系统阶段：数据可以长期保存 ，文件系统管理数 文件系统阶段： 数据共享性差， 据 ，数据共享性差，冗余度大 ，数据独立性差 。 • 数据库系统阶段：数据结构化 ，数据共享性高、冗余 数据库系统阶段： 数据共享性高、 度低、 度低、易扩充 ，数据独立性高 ，有专门的数据库管 理系统 。
7.2 数据库系统概述
⑦联系 不同实体集之间的联系， 不同实体集之间的联系，实体间联系通 常有一对一、一对多、多对多三种。 常有一对一、一对多、多对多三种。 一对一联系：记为“ ： 。 一对一联系：记为“1：1”。 一对多联系：记为“ ： 。 一对多联系：记为“1：M”。 多对多联系：记为“ ： 。 多对多联系：记为“M：N”。
以关系代数为基础，实体间通过公共属性实现联系， 以关系代数为基础，实体间通过公共属性实现联系，与数 据的物理结构无关。 据的物理结构无关。
7.2 数据库系统概述
• 数据模型的三要素 (1) 数据结构 数据结构是指所研究的数据库组成成分的类型 的集合。用于描述系统的静态特征。 的集合。用于描述系统的静态特征。 (2) 数据操作 指对数据库中数据允许执行的操作的集合， 指对数据库中数据允许执行的操作的集合，用 于描述系统的动态特征。 于描述系统的动态特征。数据模型中必须定义操作 (如检索、更新 的确切含义、操作符号、操作规则以 如检索、 的确切含义、 如检索 更新)的确切含义 操作符号、 及实现操作的规则。 及实现操作的规则。 (3) 数据的约束条件 是数据完整性规则的集合， 是数据完整性规则的集合，指对给定的数据模 型中数据及其联系所具有的制约和依存规则。 型中数据及其联系所具有的制约和依存规则。