数据库系统概论第七章
数据库系统原理第七章答案
例如，关系模式STJ(S，T，J)中，S表示学生，T表示教师，
J表示课程。语义为：每一教师只能讲授一门课程，每门课
程由若干教师讲授；每个学生选修某门课程就对应一个固
定的教师。由语义可以得到STJ模式的函数依赖为：
F={(S，J)→T，T→J} 显然：(S，J)和(T，S)都是关系的码；关系的主属性集为 {S，T，J}，非主属性为（空集）。 由于STJ模式中无非主属性，所以它属于3NF；但因为存 在T→J，由于T不是码，故STJBCNF。
第十六页，编辑于星期五：九点 九分。
7.2 关系模式的分解算法
7.2.1 关系模式分解的算法基础
1. 函数依赖的逻辑蕴含
设F是R〈U〉函数依赖集，X和Y是属性集U的子集。 如果从F中的函数依赖能推出X→Y，则称F逻辑蕴含 X→Y，或称X→Y是F的逻辑蕴含。
第十七页，编辑于星期五：九点 九分。
2. Armstrong公理系统
(1) Armstrong公理系统:设U为属性集，F是U上的函数依赖集，于是 有关系模式R〈U，F〉。 1) 自反律：若YXU，则X→Y为F所蕴含。 2) 增广律：若X→Y为F所蕴含，且ZU，则XZ→YZ为F所蕴含。 3) 传递律：若X→Y及Y→Z为F所蕴含，则X→Z为F所蕴含。
(2) Armstrong公理的三个推理
第二十三页，编辑于星期五：九点 九分。
【例】设F={A→BC，B→AC，C→A}，对F进行极小化处理。
解：1) 把F中的函数依赖转换成右部都是单属性的函数依赖，分解后的 函数依赖集仍用F表示。 F={A→B，A→C，B→A，B→C，C→A} 2) 去掉F中冗余的函数依赖。 判断A→B。设：G1={ A→C，B→A，B→C，C→A}， 得：AG1+=AC ∵ BAG1+ ∴ A→B不冗余 判断A→C。设：G2={ A→B，B→A，B→C，C→A}， 得：AG2+=ABC ∵ CAG2+ ∴ A→C冗余 判断B→A。设：G3={ A→B，B→C，C→A}， 得：BG3+=BCA ∵ ABG3+ ∴ B→A冗余 判断B→C。设：G4={ A→B，C→A}， 得：BG4+=B ∵ CBG4+ ∴ B→C不冗余 判断C→A。设：G5={ A→B，B→C }， 得：CG5+=C ∵ ACG5+ ∴ C→A不冗余 Fm={ A→B，B→C，C→A}
数据库系统概论第七章
7.3 概念结构设计
1、概念结构
(1) 能真实、充分地反映现实世界，包括事物和事物之间 的联系，能满足用户对数据的处理要求。是对现实世 界的一个真实模型。
(2) 易于理解。 (3) 易于更改和扩充。 (4) 易于向关系、网状、层次等各种数据模型转换。
数据库设计的关键：形成独立于具体DBMS的概念模型 描述概念模型的有力工具是E-R模型
逻辑阶段可采用的有效方法
ODL（Object Definition Language）方法
面向对象的数据库设计方法
7.1 数据库设计概述（续）
3、数据库设计的基本步骤
需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 物理结构设计 数据库实施 数据库运行和维护
7.2 需求分析
1、需求分析的任务
多元联系
三个或三个以上实体间的一个多元联系可以转换为一个关 系模式，与该多元联系相连的各实体间的码以及联系本身 的属性均转换为关系的属性，而关系的码为各实体码的组 合。
E1( k，a ) E2( h，b ) E3( i，c ) R( k，h，i，s )
7.4 逻辑结构设计（续）
具有相同的码的关系模式可合并。
7.3 概念结构设计（续）
3、数据抽象与局部视图设计
数据抽象
1）分类（classificatin） 2）聚集（Aggregation） 3）概括（Generalization)
定义某一类型概的念之组作间成为的成现一分实种。 世 它 子界 抽 集中 象 联一了系组对。对象它象内抽的部象类了型类，和型 这 成 之些 分 间对 之 的象间“具的is 有“su某ibss些peat共rot同fo”的f的” 特 的 语性 语 义和 义 。行。为
数据库系统概论教案
数据库系统概论教案第一章：数据库基础知识1.1 数据库概念介绍数据库的定义、发展历程和分类解释数据、信息、知识与数据之间的关系1.2 数据模型介绍实体-联系模型、关系模型、层次模型和网状模型等解释数据模型的概念和作用1.3 数据库系统的结构介绍数据库系统的三级模式结构：外模式、模式和内模式解释数据库管理系统(DBMS)的概念和功能第二章：关系数据库理论2.1 关系模型介绍关系模型的基本概念：关系、属性、元组和域解释关系代数和元组关系演算的概念2.2 关系的完整性约束介绍实体完整性、参照完整性和用户定义完整性解释完整性约束的作用和意义2.3 数据库设计介绍需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计等阶段解释数据库设计的方法和步骤第三章：SQL语言3.1 SQL概述介绍SQL语言的概念、特点和应用范围解释SQL语言的基本语法和操作3.2 数据定义语言介绍创建表、修改表和删除表的SQL语句解释数据类型、主键、外键和索引的概念3.3 数据操纵语言介绍插入、删除、更新和查询数据的SQL语句解释聚合函数、分组和排序等概念第四章：数据库查询优化4.1 查询优化概述介绍查询优化的目的和重要性解释查询优化的方法和策略4.2 查询优化技术介绍基于规则的优化和基于成本的优化等方法解释查询优化中的代价估算和执行计划等概念4.3 索引和查询优化介绍索引的概念、分类和作用解释索引的创建、维护和优化策略第五章：事务管理5.1 事务概念介绍事务的定义、属性（ACID）和类型解释事务的作用和意义5.2 事务管理机制介绍并发控制和一致性维护的机制解释锁定、死锁和事务隔离级别等概念5.3 事务编程介绍使用编程语言实现事务的方法解释事务的提交、回滚和恢复等操作第六章：数据库安全与保护6.1 数据库安全概述介绍数据库安全的重要性解释数据库安全策略和威胁类型6.2 访问控制介绍自主访问控制（DAC）和强制访问控制（MAC）解释角色Based 访问控制（RBAC）和属性基访问控制（ABAC）6.3 加密技术介绍对称加密和非对称加密的概念解释哈希函数和数字签名在数据库安全中的应用第七章：数据库备份与恢复7.1 备份策略介绍完全备份、差异备份和增量备份等备份策略解释备份的频率和时间点选择7.2 恢复机制介绍恢复基点和恢复策略解释使用备份文件进行数据恢复的步骤和注意事项7.3 灾难恢复介绍灾难恢复计划和数据中心的地理位置选择解释镜像站点和负载均衡在灾难恢复中的应用第八章：数据库性能调优8.1 性能调优概述介绍性能调优的目标和重要性解释性能调优的方法和策略8.2 查询优化介绍查询优化的方法和工具解释如何使用查询分析器分析查询执行计划8.3 系统参数调优介绍数据库系统参数的概念和作用解释如何调整系统参数以提高数据库性能第九章：分布式数据库系统9.1 分布式数据库概念介绍分布式数据库的定义和特点解释分布式数据库系统的架构和组件9.2 数据分布策略介绍垂直分区和水平分区的概念解释数据本地化和数据复制在分布式数据库中的应用9.3 分布式查询处理介绍分布式查询处理的挑战和解决方案解释分布式查询优化和数据一致性维护的策略第十章：数据库新技术与发展趋势10.1 云计算与数据库介绍云计算的概念和数据库在云计算中的应用解释云数据库服务的特点和优势10.2 大数据与数据库介绍大数据的概念和数据库在大数据处理中的应用解释NoSQL数据库和NewSQL数据库的特点和优势10.3 与数据库介绍的概念和数据库在中的应用解释数据库智能化和自动化查询推荐的概念重点和难点解析重点环节一：关系模型的基本概念和关系代数、元组关系演算补充和说明：关系模型是数据库理论的核心，掌握关系模型的基本概念是理解数据库操作的基础。
数据库系统概论-第七章
7.1.3 数据库设计的基本步骤
一、数据库设计的准备工作
参加数据库设计的人员：
1) 数据库分析设计人员 ，其水平决定了数据库系统的质量 (1) 数据库设计的核心人员 (2) 自始至终参与数据库的设计
2) 管理员和用户 (1) 参与需求分析 (2) 参与数据库的运行维护
3) 程序员和操作员 ，在系统实施阶段参与进来 (1) 负责编制程序 (2) 准备软硬件环境
(E-R)1 (E-R)2
(E-
(E-
R)12
R)3
初步E-R
基本E-R 逐步集成
视图集成的步骤
1. 合并分E-R图，解决冲突，生成初步E-R图
(1) 属性冲突——讨论、协商等解决 1) 属性域冲突：(1) 属性值的类型； (2) 取值范围 2) 属性取值单位冲突
(2) 命名冲突——讨论、协商等解决 1) 同名异义；2) 异名同义
课程管理局部应用的E-R图
教室编号 地址
容量
课程名
学分
课程号
所在系
年级 平均成绩
姓名 学号 性别 年龄
教室
1 开设 1
1
m
课班程级
1
讲授
选修
成绩 n
n 学生
m
教学 n
教科书
教师
书号 书名 价钱
职工号 姓名 性别 职称
7.3.4 视图的集成
(E-R)1 (E-R)2
(ER)n
初步ER
基本E-R
一次集成
描述概念模型的工具： E-R模型
7.3.2 概念结构设计的方法与步骤
设计概念结构的四类方法：
♦ 自顶向下 ♦ 自底向上 ♦ 逐步扩张 ♦ 混合策略
常用策略：自底向上
数据库系统概论知识点
第一章：绪论数据库（DB）：长期存储在计算机内、有组织、可共享的大量数据的集合。
数据库中的数据按照一定的数据模型组织、描述和存储，具有娇小的冗余度、交稿的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。
数据库管理系统（DBMS）：位于用户和操作系统间的数据管理系统的一层数据管理软件。
用途：科学地组织和存储数据，高效地获取和维护数据。
包括数据定义功能，数据组织、存储和管理，数据操纵功能，数据库的事物管理和运行管理，数据库的建立和维护功能，其他功能。
数据库系统（DBS）：在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库。
数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员构成。
目的：存储信息并支持用户检索和更新所需的信息。
数据库系统的特点：数据结构化；数据的共享性高，冗余度低，易扩充；数据独立性高；数据由DBMS统一管理和控制。
概念模型实体，客观存在并可相互区别的事物称为实体。
属性，实体所具有的某一特性称为属性。
码，唯一标识实体的属性集称为码。
域，是一组具有相同数据类型的值的集合。
实体型，具有相同属性的实体必然具有的共同的特征和性质。
实体集，同一类型实体的集合称为实体集。
联系两个实体型之间的联系一对一联系；一对多联系；多对多联系关系模型关系，元组，属性，码，域，分量，关系模型关系数据模型的操纵与完整性约束关系数据模型的操作主要包括查询，插入，删除和更新数据。
这些操作必须满足关系完整性约束条件。
关系的完整性约束条件包括三大类：实体完整性，参照完整性和用户定义的完整性。
数据库系统三级模式结构外模式，模式，内模式模式：（逻辑模式）数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。
一个数据库只有一个模式。
模式的地位：是数据库系统模式结构的中间层，与数据的物理存储细节和硬件环境无关，与具体的应用程序、开发工具及高级程序设计语言无关。
模式定义的内容：数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等），数据之间的联系，数据有关的安全性、完整性要求外模式：（子模式/用户模式）数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据库和逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的系统的逻辑表示。
数据库系统概论第五版PDF
数据库系统概论第五版PDF简介《数据库系统概论第五版PDF》是一本介绍数据库系统的入门教材，旨在帮助读者理解数据库系统的基本概念、原理和应用。
本书由柯里斯·李(Morris R. Li)和布鲁斯·斯图尔特(Bruce G. Lindsay)合著，是数据库领域的经典教材之一。
内容概述本书共分为八个章节，每章介绍了数据库系统的不同方面。
下面是各章节的简要概述。
第一章：引论该章节介绍了数据库的基本概念和发展历程。
通过对数据库系统的定义和优势的解释，给读者提供了对数据库系统的初步了解。
第二章：关系数据模型该章节介绍了关系数据模型，包括关系模型的构成要素、关系数据库设计和关系代数。
通过对关系数据模型的详细介绍，读者可以理解关系数据库的基本原理和数据组织方式。
第三章：SQL语言该章节介绍了SQL语言，包括SQL的基本语法、数据的查询和修改操作。
通过对SQL语言的学习和实践，读者可以掌握数据库操作的基本技巧。
第四章：数据库设计该章节介绍了数据库设计的基本原理和方法。
包括数据模型的设计、关系模式的规范化和数据库的物理组织方式。
通过对数据库设计的学习，读者可以理解如何设计一个高效稳定的数据库系统。
第五章：数据库编程该章节介绍了数据库编程的基本概念和技术。
包括存储过程、触发器和函数的编写，以及数据库事务的管理。
通过对数据库编程的学习，读者可以掌握如何编写高效的数据库应用程序。
第六章：关系数据库标准化及数据完整性该章节介绍了关系数据库的标准化和数据完整性保证。
包括关系数据模式的规范化、实体完整性和参照完整性的实现。
通过对数据库标准化和数据完整性的学习，读者可以设计出符合标准和完整性要求的数据库系统。
第七章：物理数据库设计和调优该章节介绍了物理数据库设计和调优的基本原理和方法。
包括数据库索引的设计、查询优化和数据存储方式的选择。
通过对物理数据库设计和调优的学习，读者可以设计出高效的数据库系统和查询方案。
数据库系统概论第五版第七章的习题解答和解析.doc
第七章习题解答和解析1. 试述数据库设计过程。
答：这里只概要列出数据库设计过程的六个阶段:(1) 需求分析;(2) 概念结构设计;(3) 逻辑结构设计;(4) 数据库物理设计;(5) 数据库实施;(6) 数据库运行和维护。
这是一个完整的实际数据库及其应用系统的设计过程。
不仅包括设计数据库本身,还包括数据库的实施、运行和维护。
设计一个完善的数据库应用系统往往是上述六个阶段的不断反复。
解析：希望读者能够认真阅读《概论》7.1 的内容,了解并掌握数据库设计过程。
2.试述数据库设计过程中结构设计部分形成的数据库模式。
答：数据库结构设计的不同阶段形成数据库的各级模式,即:(1) 在概念设计阶段形成独立于机器特点,独立于各个DB MS 产品的概念模式,在本篇中就是E-R 图;(2) 在逻辑设计阶段将E-R 图转换成具体的数据库产品支持的数据模型,如关系模型,形成数据库逻辑模式,然后在基本表的基础上再建立必要的视图(View),形成数据的外模式;(3) 在物理设计阶段,根据DB MS 特点和处理的需要,进行物理存储安排,建立索引,形成数据库内模式。
读者可以参考《概论》上图7.4。
图中概念模式是面向用户和设计人员的,属于概念模型的层次;逻辑模式、外模式、内模式是DBMS 支持的模式,属于数据模型的层次,可以在DBMS 中加以描述和存储。
3.需求分析阶段的设计目标是什么? 调查的内容是什么?答需求分析阶段的设计目标是通过详细调查现实世界要处理的对象(组织、部门、企业等),充分了解原系统(手工系统或计算机系统)工作概况,明确用户的各种需求,然后在此基础上确定新系统的功能。
调查的内容是“数据”和“处理”,即获得用户对数据库的如下要求:(1) 信息要求,指用户需要从数据库中获得信息的内容与性质,由信息要求可以导出数据要求,即在数据库中需要存储哪些数据;(2) 处理要求,指用户要完成什么处理功能,对处理的响应时间有什么要求,处理方式是批处理还是联机处理;(3) 安全性与完整性要求。
物理结构设计
• 查询中很少使用或者参考的列不应该 创建索引。
• 只有很少数据值的列不应该创建索引。 • 定义为text、image和bit数据类型的列
不应该创建索引。
• 当修改性能远远大于检索性能时，不 应该创建索引。
7.5.2 索引存取方法
聚集索引
索引的分类
非聚集索引
数据表的物理顺序与索引顺序 相同的索引，称为聚集索引
索引中的数据排列的顺序与物理 数据页中记录的排列顺序不一致
一个表只能有 一个聚集索引
创建任何非聚 集索引前创建
聚集索引
非聚集索引与 与书中的目录
类似
数据与索引存 储在不同的地
方
7.5.2 索引存取方法 例 了解聚集索引和非聚集索引的区别
员工信息表
员工号 25 24 2 20 13 10 18
员工姓名 郭静 张丽
• 增加存储空间
7.5.2 索引存取方法
创建索引的原则
某些列不创建索引的原则
• 可以在经常需要查询的列上创建索引； • 可以在主键上创建索引； • 可在经常用于连接操作的列上创建索引，
这样会使连接更有效率。 • 可在经常需要根据范围进行搜索的列上
创建索引。 • 可以在经常需要排序的列上创建索引。 • 可以在经常出现在查询条件的列上创建
索引存取方法
索引存取方法是指对关系：
• 哪些列建立索引 • 哪些列建立组合索引 • 哪些列建立主索引、次索引 • 哪些索引要设计为唯一索引 • 哪些索引要设计成聚集索引
7.5.2 索引存取方法
数据库系统是多用户共享的系统，对同一个关系要建立 多条存取路径才能满足多用户的多种应用要求。
物理设计的第一个任务就是要确定选择哪些存取方 法， 即建立哪些存取路径。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
事务是数据库的逻辑工作单位，事务中包括的 诸操作要么全做，要么全不做。 一致性(Consistency) 事务执行的结果应当使数据库从一个一致性状 态转变为另一个一致性状态。
事务的特性（ACID）
隔离性(Isolation)
一个事务的执行不能被其它事务干扰。即 一个事务内部的操作及使用的数据对其它 并发事务是隔离的，并发执行的各个事务 之间不能相互干扰。
事务以Begin transaction开始，以
Commit work或 Rollback work结束。 Commit work表示提交，事务正常结束。 Rollback work表示事务非正常结束，撤 消事务已做的操作，回滚到事务开始时 状态。
事务的特性（ACID）
原子性(Atomicity)
故障的种类
介质故障 介质故障指外存故障，如磁盘损坏，瞬时 强磁场干扰等。这类故障将破坏全部或部分 数据库，并影响正在存取这部分数据的所有 事务。
计算机病毒 计算机病毒是一种人为的破坏或故障，已 成为数据库系统的主要威胁之一。
恢复的实现技术
数据库恢复的原理 数据库恢复的基本原理为冗余。如果数据库 中任何一部分数据被破坏或处于不正确的状 态，则可以通过存储在系统别处的冗余数据 来重建。
恢复的实现技术
正常运行 T0 重装后备副本 恢复 T0 T1 T3
T1
重新运行事务
T3
恢复的实现技术
转储可以分为： 静态转储
静态转储是在系统中无事务运行时进行的转储操 作。即转储开始时数据库处于一致状态，转储过 程中，不允许对数据库的任何存取、更新活动。 由于转储必须等待正在运行的事务结束才能开始， 而新的事务必须等待转储结束才能执行，降低了 数据库的可用性。
事务的特性（ACID）
持久性(Durability)
一个事务一旦提交之后，它对数据库的 影响必须是永久的。事务提交后，系统 发生故障不能改变事务的持久性。
数据库恢复概述
虽然数据库系统中采用了各种措施来保
证系统安全性和完整性，但计算机系统 的故障是不可避免的，这些故障轻则造 成运行事务的非正常中断，影响数据库 中数据的正确性，重则破坏数据库，使 数据库中的全部或部分数据丢失，因此 数据库管理系统必须具有把数据库从错 误状态恢复到某一已知正确状态的功能， 这就是数据库的恢复。数据库恢复是通 过数据库管理系统的恢复子系统完成的。
对于以数据块为单位的日志文件，日志记录 的内容包括事务标识以及更新前和更新后的 数据块。
恢复的实现技术
日志文件的作用 日志文件可以用来进行事务故障恢复和系统故障恢 复，并协助后备副本进行介质恢复。其具体作用是： 事务故障和系统故障恢复必须使用日志文件。 在动态转储方式中必须建立日志文件，后备副本 和日志文件综合起来才能保证备份的一致性，和 有效地恢复数据库。 在静态转储方式中，也可以建立日志文件。当数 据库发生故障时，用后援副本把数据库恢复到转 储结束时的正确状态，然后利用日志文件重做已 完成的事务，把数据库恢复到故障前的正确状态。
事务
事务定义 事务是用户定义的一个数据库操作序列构成， 这些操作要么全做，要么全不做，是一个不 可分割的工作单位。 事务与应用程序是两个概念，一般来说，一 个应用程序可以包含多个事务。 事务的开始与结束可以由用户显式控制。如 果用户没有显式定义事务，则由DBMS按缺 省规定自动划分事务。
SQL中事务的定义
恢复的实现技术
动态转储
动态转储是指转储期间允许对数据库进行存取或 修改，即转储和用户事务可以并发执行。动态转 储克服了静态转储的缺点，但除了转储数据库的 数据以外，还必须把转储期间各事务对数据库的 修改记录下来，这样才能保证把数据库恢复到某 一时刻的一致状态。
恢复的实现技术
转储的方式 海量转储
海量转储指每次转储全部数据库。
增量转储
增量转储指每次只转储上一次转储后更新过的数 据。
恢复的实现技术
转储状态 动态转储 静态转储
转储 海量转储 动态海量转储 静态海量转储 方式 增量转储 动态增量转储 静态增量转储
恢复的实现技术
登录日志文件
日志文件是用来记录事务对数据库的更 新操作的文件。日志文件主要有两种格式： 以记录为单位的日志文件和以数据块为单 位的日志文件。 以记录为单位的日志文件记录的内容包 括：
数据库恢复的关键问题 如何建立冗余 如何利用冗余实施数据库恢复
恢复的实现技术
建立冗余的常用方法 数据转储
数据转储是数据库恢复中采用的基本技术。所谓 转储即DBA定期地将整个数据库复制到磁带或其 它存储设备上保存起来的过程。这些备用的数据 文本称为后备副本或后援副本。 当数据库发生故障时，可以将后备副本重新装入， 并重新运行自转储以后的所有更新事务。
故障的种类
系统故障 系统故障是指造成系统停止运行的任何事情， 使得系统要重新启动。如硬件错误，操作系 统故障，停电等。这类故障影响正在运行的 所有事务，所有事务都非正常终止，但不会 破坏数据库。恢复子系统必须清除所有未完 成的事务对数据库的修改，同时重做所有已 完成的事务，保证数据库的一致性。
数据库恢复概述
数据库恢复子系统的目的包括： 保证事务的原子性，即确保一个事务被交付 运行后，要么该事务中的所有数据库操作都 被成功地完成，而且这些操作的结果被永久 地存储到数据库中，要么这个事务对数据库 没有任何影响。 当系统发生故障以后，数据库能够恢复到正 确状态。
故障的种类
事务内部的故障 事务内部的故障包括可预期的和不可预期的。 可预期的是指可以通过事务程序本身发现和 处理的故障。而不可预期的错误是指那些不 能由应用程序处理的事务故障，如死锁，运 算溢出，违反完整性规则等。
各个事务的开始标记 各个事务的结束标记 各个事务的所有更新操作
恢复的实现技术
上述内容均作为日志文件中的一个日志记录，每 个日志记录的内容包括：
事务标识（标明是哪个事务） 操作的类型（插入、删除或修改） 操作对象（记录的内部标识） 更新前数据的旧值（对插入操作，此项为空） 更新后数据的新值（对删除操作，此项为空）