数据库第四章讲解
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数据库原理与应用第四章
说明：
函数依赖不是指关系模式R的某个或某些关系实例满足的约束条件，而是指R的所有关系实例均要满足的约束条件。 函数依赖是语义范畴的概念。只能根据数据的语义来确定函数依赖。 例如“姓名→年龄”这个函数依赖只有在不允许有同名人的条件下成立 数据库设计者可以对现实世界作强制的规定。例如规定不允许同名人出现，函数依赖“姓名→年龄”成立。所插入的元组必须满足规定的函数依赖，若发现有同名人存在， 则拒绝装入该元组。
四、关系模式的简化表示
关系模式R（U, D, DOM, F） 简化为一个三元组： R（U, F） 当且仅当U上的一个关系r 满足F时，r称为关系模式 R（U, F）的一个关系
五、数据依赖对关系模式的影响
例：描述学校的数据库：
学生的学号（Sno）、所在系（Sdept） 系主任姓名（Mname）、课程名（Cname） 成绩（Grade） 单一的关系模式 ： Student <U、F> U ＝｛ Sno, Sdept, Mname, Cname, Grade ｝
汇报时间：12月20日
Annual Work Summary Report
一、概念回顾
关系：描述实体、属性、实体间的联系。 从形式上看，它是一张二维表，是所涉及属性的笛卡尔积的一个子集。 关系模式：用来定义关系。 关系数据库：基于关系模型的数据库，利用关系来描述现实世界。 从形式上看，它由一组关系组成。 关系数据库的模式：定义这组关系的关系模式的全体。
4.2.2 码
定义5.4 设K为关系模式R<U,F>中的属性或属性组合。若K ｆ U，则K称为R的一个侯选码（Candidate Key）。若关系模式R有多个候选码，则选定其中的一个做为主码（Primary key）。 主属性与非主属性 ALL KEY
数据库第四章——数据库安全性
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SQL Server 2005密码复杂性策略： 1. 不得包含全部或部分（>=3）用户帐号名； 2. 长度至少6个字符； 3. 密码包含4类字符：英文大写字母、小写 字母、10个基本数字，非字母字符（！@等）
19
An Introduction to Database System
5
An Introduction to Database System
数据的安全性是指保护数据以防止因不合法的使用而 数据的安全性是指保护数据以防止因不合法的使用而 造成数据的泄露、更改和破坏。 造成数据的泄露、更改和破坏。这就要采取一定的安 全措施。 全措施。 数据库的安全性和计算机系统的安全性，包括计算机 数据库的安全性和计算机系统的安全性， 硬件、操作系统、网络系统等的安全性，是紧密联系、 硬件、操作系统、网络系统等的安全性，是紧密联系、 相互支持的。 相互支持的。
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14
An Introduction to Database System
删除Windows NT认证模式登录账号
步骤如下： 步骤如下： 以系统管理员身份进入企业管理器，并展开目录树； (1) 以系统管理员身份进入企业管理器，并展开目录树； 在目录树的“登录名” 节点下， (2) 在目录树的“登录名” 节点下，选中待删除的名称 wfy\wfytest” “wfy\wfytest”
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An Introduction to Database System
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An Introduction to Database System
数据的安全性是指保护数据以防止因不合法的使用而 数据的安全性是指保护数据以防止因不合法的使用而 造成数据的泄露、更改和破坏。 造成数据的泄露、更改和破坏。这就要采取一定的安 全措施。 全措施。 数据库的安全性和计算机系统的安全性，包括计算机 数据库的安全性和计算机系统的安全性， 硬件、操作系统、网络系统等的安全性，是紧密联系、 硬件、操作系统、网络系统等的安全性，是紧密联系、 相互支持的。 相互支持的。
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An Introduction to Database System
删除Windows NT认证模式登录账号
步骤如下： 步骤如下： 以系统管理员身份进入企业管理器，并展开目录树； (1) 以系统管理员身份进入企业管理器，并展开目录树； 在目录树的“登录名” 节点下， (2) 在目录树的“登录名” 节点下，选中待删除的名称 wfy\wfytest” “wfy\wfytest”
数据库第四章
数据库第四章在信息技术的广袤领域中，数据库如同一个精心构建的知识宝库，存储着大量有价值的信息，并以高效、准确的方式为我们提供服务。
接下来，让我们一同走进数据库的第四章，深入探索其中的奥秘。
数据库的第四章，通常聚焦于数据的存储与管理这一关键环节。
在这一章节，我们会接触到一系列重要的概念和技术，它们是确保数据库稳定运行和高效服务的基石。
首先，不得不提到的是数据存储结构。
数据在数据库中并非随意堆砌，而是按照一定的规则和方式进行组织和存储。
就好比图书馆中的书籍，按照特定的分类和编号系统摆放，方便读者查找。
常见的数据存储结构有顺序存储、链式存储和索引存储等。
顺序存储简单直观，适合于频繁进行顺序访问的数据；链式存储则具有灵活性，能够方便地进行插入和删除操作；索引存储则像是为数据建立了快速通道，能够极大地提高数据的查询效率。
数据类型也是这一章的重要内容。
不同类型的数据需要不同的存储空间和处理方式。
例如，整数、浮点数、字符、日期等常见的数据类型，都有其特定的表示方式和运算规则。
正确选择和使用数据类型，不仅能够节省存储空间，还能提高数据处理的效率和准确性。
接下来是数据的完整性约束。
这就像是给数据设定的一系列规则和限制，确保数据的准确性和一致性。
例如，主键约束保证了每条记录的唯一性，外键约束则维护了不同表之间的数据关联。
通过这些约束，我们可以避免数据的混乱和错误，保证数据库的可靠性。
数据库的第四章还会涉及到存储过程和函数。
存储过程可以看作是一组预先定义好的数据库操作步骤，将复杂的业务逻辑封装起来，提高代码的复用性和执行效率。
函数则用于对数据进行特定的计算和处理，为数据的操作提供了更多的灵活性。
在数据存储管理中，数据的备份与恢复也是至关重要的。
想象一下，如果因为某种意外导致数据库中的数据丢失或损坏，那将是一场灾难。
因此，定期进行数据备份，并在需要时能够快速、准确地恢复数据，是保障数据库正常运行的关键措施。
另外，数据库的性能优化也是不可忽视的一部分。
《数据库第4章》课件
03
SQL语言基础
SQL语言概述
总结词
简洁、高效、标准化的特点
详细描述
SQL（Structured Query Language）是一种用于管理关系数据库的标准编程语言。它以简洁的语法 和高效的性能而著称，被广泛应用于数据查询、更新、管理以及数据库设计和维护。
SQL语言的数据定义功能
总结词
定义、修改、删除数据结构
关系数据库系统的特点
要点一
总结词
关系数据库系统具有数据完整性、标准化、安全性和并发 控制等特点。
要点二
详细描述
数据完整性是指关系数据库中的数据保持准确性和一致性 ，防止错误和无效数据的输入。标准化是指通过规范化的 表格结构和关系，减少数据冗余和保证数据一致性。安全 性是指对数据库的访问进行控制，确保数据的保密性和完 整性。并发控制则是在多用户同时访问数据库时，确保数 据的一致性和避免冲突。
安全对于保护企业资产、个人隐私以及国家安全等方面都具有重要意义
。
数据库的安全性控制
用户身份认证
通过用户名和密码等身份认证方式，确保只 有经过授权的用户才能访问数据库。
访问控制
根据用户的角色和权限，限制用户对数据库 的访问范围和操作权限。
数据加密
对敏感数据进行加密存储，以防止未经授权 的用户获取和利用。
05
数据库安全与保护
数据库安全概述
01
数据库安全定义
数据库安全是指通过采取各种安全措施和技术手段，确保数据库中的数
据不被未经授权的访问、使用、泄露、破坏、修改或销毁。
02
数据库安全威胁
数据库面临的安全威胁包括数据泄露、数据篡改、数据损坏、非授权访
问等。
03
数据库第4章 SQL语言基础及数据定义功能
第4章SQL语言基础及数据定义功能用户使用数据库时需要对数据库进行各种各样的操作，如查询数据，添加、删除和修改数据，定义、修改数据模式等。
DBMS必须为用户提供相应的命令或语言，这就构成了用户和数据库的接口。
接口的好坏会直接影响用户对数据库的接受程度。
数据库所提供的语言一般局限于对数据库的操作，它不是完备的程序设计语言，也不能独立地用来编写应用程序。
SQL（Structured Query Language，结构化查询语言）是用户操作关系数据库的通用语言。
虽然叫结构化查询语言，而且查询操作确实是数据库中的主要操作，但并不是说SQL只支持查询操作，它实际上包含数据定义、数据查询、数据操作和数据控制等与数据库有关的全部功能。
SQL已经成为关系数据库的标准语言，所以现在所有的关系数据库管理系统都支持SQL。
本章将主要介绍SQL语言支持的数据类型以及定义基本表和索引的功能。
4.1 SQL语言概述SQL语言是操作关系数据库的标准语言，本节介绍SQL语言的发展过程、特点以及主要功能。
4.1.1 SQL语言的发展最早的SQL原型是IBM的研究人员在20世纪70年代开发的，该原型被命名为SEQUEL （Structured English QUEry Language）。
现在许多人仍将在这个原型之后推出的SQL语言发音为“sequel”，但根据ANSI SQL委员会的规定，其正式发音应该是“ess cue ell”。
随着SQL语言的颁布，各数据库厂商纷纷在其产品中引入并支持SQL语言，尽管绝大多数产品对SQL语言的支持大部分是相似的，但它们之间还是存在一定的差异，这些差异不利于初学者的学习。
因此，我们在本章介绍SQL时主要介绍标准的SQL语言，我们将其称为基本SQL。
从20世纪80年代以来，SQL就一直是关系数据库管理系统（RDBMS）的标准语言。
最早的SQL标准是1986年10月由美国ANSI（American National Standards Institute）颁布的。
数据库原理与设计-第四章
练习：
1、在关系R（R#，RN，S#）和S（S#，SN，SD）中，R的主键
是R#，S的主键是S#，则S#在R中称为 外键
。
2、用户选作元组元组标识的一个侯选键称为 主键
。
3、关系模式的任何属性（ A ）。
A、不可再分
B、可再分
C、命名在该关系模式中可以不惟一 D、以上都不是
4、一个关系数据库文件中的各条记录（ B ）
练习：
1、分别建立表dept1和emp1，并在二者之间定义关联。
表名
列名
数据约束
约束
DEPT1
Dno NAME
Decimal(3) VARCAHR(10)
PRIMARY KEY
LOC
VARCHAR(20)
表名 EMP1
列名 数据类型
Eno
Decimal(4)
NAME VARCHAR(10)
Salary Decimal(6,2)
Dno
Decimal(3)
约束
UNIQUE
FOREIGN KEY 级联删除
2、增加约束
（1）值唯一； （2）可有一个且仅有一个空值。
唯一约束既可以在列级定义，也可以在表 级定义。
【例4-4】示例。
（1）建立employee表，在employee表中定义一个phone字段， 并为phone字段定义指定名称的唯一约束。
CREATE TABLE employee ( empno DECIMAL(2) PRIMARY KEY, name VARCHAR(8), age DECIMAL(3), phone VARCHAR(12), deptno DECIMAL(2), CONSTRAINT emp_phone UNIQUE(phone) );
第四章 数据库规范化理论(第二节)
在上面的例中，关系模式：COURSE(C#, TITLE, LNAME, ROOM#)
其中存在非主属性ROOM#对码的传递依赖， 即：
C#→LNAME, LNAME→ROOM# 因此COURSE不属于3NF。
将COURSE分解为：COURSE1(C#, TITLE, LNAME) 和 LECTURE(LNAME, ROOM#),
则关系模式COURSE1和LECTURE中都没有传递函数依赖，
因此 COURSE1 和 LECTURE 都属于3NF。
16
第四章 数据库规范化理论
第二节、 范式理论
三、 第三范式（3NF）
至此，关系模式REPORT分解为下列3个属于3NF的一组关系模式：
REPORT1 (S#, C#, MARKS) COURSE1 (C#, TITLE, LNAME) LECTURE (LNAME, ROOM#)
非第一范式的例子如表4-4，可以转换为第一范式如表4-5。
表4-4
研究生
导师
专业
第一个研究生 第二个研究生
表4-5
导师 专业 第一个研究生 第二个研究生
几乎所有的商用关系DBMS都要求关系为第一范式
4
第四章 数据库规范化理论
第二节、 范式理论
一、 第一范式（1NF）
如果关系仅仅满足第一范式的条件是不够的，可能会存在更新异常。
定义：关系模式R∈1NF，若X→Y，且Y⊈ X 时，X必含有候选码，则R∈BCNF。
即 在关系模式R中，若R的每一个决定因素都包含候选码，则R∈BCNF。
由BCNF的定义可知，一个满足BCNF的关系模式有如下特性：
● 每个非主属性对每个码都是完全函数依赖；
● 所有的主属性对每一个不包含它的码，也是完全函数依赖；
其中存在非主属性ROOM#对码的传递依赖， 即：
C#→LNAME, LNAME→ROOM# 因此COURSE不属于3NF。
将COURSE分解为：COURSE1(C#, TITLE, LNAME) 和 LECTURE(LNAME, ROOM#),
则关系模式COURSE1和LECTURE中都没有传递函数依赖，
因此 COURSE1 和 LECTURE 都属于3NF。
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第四章 数据库规范化理论
第二节、 范式理论
三、 第三范式（3NF）
至此，关系模式REPORT分解为下列3个属于3NF的一组关系模式：
REPORT1 (S#, C#, MARKS) COURSE1 (C#, TITLE, LNAME) LECTURE (LNAME, ROOM#)
非第一范式的例子如表4-4，可以转换为第一范式如表4-5。
表4-4
研究生
导师
专业
第一个研究生 第二个研究生
表4-5
导师 专业 第一个研究生 第二个研究生
几乎所有的商用关系DBMS都要求关系为第一范式
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第四章 数据库规范化理论
第二节、 范式理论
一、 第一范式（1NF）
如果关系仅仅满足第一范式的条件是不够的，可能会存在更新异常。
定义：关系模式R∈1NF，若X→Y，且Y⊈ X 时，X必含有候选码，则R∈BCNF。
即 在关系模式R中，若R的每一个决定因素都包含候选码，则R∈BCNF。
由BCNF的定义可知，一个满足BCNF的关系模式有如下特性：
● 每个非主属性对每个码都是完全函数依赖；
● 所有的主属性对每一个不包含它的码，也是完全函数依赖；
数据库系统及应用(第六版)第4章数据库及表的操作
4.2 数据表操作
4.2.1 表的基本操作
1 表的打开、关闭和浏览
（1）菜单方式
4.2 数据表操作
4.2.1 表的基本操作
1 表的打开、关闭和浏览
（1）菜单方式
4.2 数据表操作
4.2.1 表的基本操作
1 表的打开、关闭和浏览
（2）“数据工作期”方式
4.2 数据表操作
4.2.1 表的基本操作
4.1 数据库操作
4.1.3 创建数据库表
4
修改表结构
（2）打开数据库修改数据表 如果数据库已经打开，则可以使用“数据库设计器”修改当前数据 库内所有的数据表。方法是首先在“数据库设计器”内单击选中某个数 据库表，然后执行【数据库】|【修改】菜单命令。或者右击数据库表 打开快捷菜单，执行【修改】菜单命令。还可以单击“数据库设计器” 工具栏内的“修改表”工具按钮。上述三种操作的目的都是为了打开 “表设计器”。
删除触发器：用于指定一个规则，每当用户对表中的记录进行删 除时触发该规则并进行相应的检查。如果表达式值为“假”，则记录 将不能被删除。
4.1 数据库操作
4.1.3 创建数据库表
4
修改表结构
（1）直接修改数据表 执行【文件】|【打开】菜单命令，打开表文件，然后执行【显示】| 【表设计器】菜单命令。使用这种方式可以在不打开数据库的情况下直接 修改数据库中的表，它等同于使用了以下两条命令： USE<表名> MODIFY STRUCTURE
4.1 数据库操作
4.1.4 添加和移去数据表
1 向数据库中添加表
当一个数据库被打开后，用户可以单击“数据库设计器”工具栏的 【添加表】按钮，或者执行【数据库】|【添加表(A)】菜单命令，显示 “打开”对话框，选择被添加的数据表，然后单击【确定】按钮，将该 表添加到数据库内。用户也可以使用命令方式向当前数据库添加数据表。
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= 1000/10+(1000/(10×5)) ×(10000/100) = 2100
读数据时间=2100/20=105秒
中间结果大小 = 1000*10000 = 107
(1千万条元组)
写中间结果时间 = 10000000/10/20 = 50000秒
② 选择操作(б)
读数据时间 = 50000秒
③ 投影(П)
总时间 =105＋50000＋50000秒 = 100105秒 = 27.8小时
11
2. Ｑ2＝ ПＳname(бo=' 2' (Student ①自然连接( )
SC))
读取总块数= 2100块
读数据时间=2100/20=105秒
中间结果大小=10000（即SC表中记录条数，减少1000倍）
中间结果大小=50条 （不必使用中间文件）
②自然连接（ ）
读Student表总块数= 1000/10=100块
读数据时间=100/20=5秒
③ 投影(П)
总时间＝5＋5秒＝10秒
13
4.2.3 查询优化的一般准则
1. 选择运算应尽可能先做 2. 在执行连接操作前对关系适当进行预处理
（索引连接方法和排序合并连接方法） 3. 投影运算和选择运算同时做 4. 将投影运算与其前后的双目运算结合（连接、并、差、交等） 5. 选择运算和笛卡尔积运算结合（等值连接比笛卡儿积省时间） 6. 提取公共子表达式（例如，定义视图的表达式）
第4章 关系系统及其查询优化
关系系统
关系系统的定义 关系系统的分类
关系系统的查询优化
关系系统及其查询优化 查询优化的一般准则 关系代数等价变换规则 关系代数表达式的优化算法 优化的一般步骤
1
第4章 重点与难点
学习重点
• 最小关系系统的基本概念； • 关系上完备的系统的基本概念； • 全关系型的关系系统的基本概念； • 关系系统的查询优化原理。
存放:5块Student元组和1块SC元组 读写速度：20块/秒
10
1. Ｑ1＝ ПSname(бStudent.Sno=SC.Sno ∧o=‘c2‘ (Student×SC)) ① 计算广义笛卡尔积(Student×SC)
读取总块数 = 读Student表块数 + 读SC表遍数 * 每遍块数
Sc.Sno=‘2’
SC
小结
关系系统
关系系统的定义 关系系统的分类
关系系统的查询优化
关系系统及其查询优化 查询优化的一般准则 关系代数等价变换规则 关系代数表达式的优化算法 优化的一般步骤
19
思考题
查询优化对关系数据库系统有何重要性？ 查询优化的一般准则是什么？ 查询优化的一般步骤是什么？
存取路径的系统
可称为关系系统的DBMS，当且仅当 1）支持关系数据结构（关系数据库） 2）支持δ、π、 运算，且不要求用户定义任何物理存取路径
3
4.1.2 关系系统的分类
1．表式系统：
仅支持关系数据结构，不支持集合级的操作。（不能算关系系统）
2．（最小）关系系统：
支持关系数据结构，支持δ、π、 运算，且不定义物理路径。
系统优化 优化器可以从数据字典中获取许多统计信息，从而选择 有效的执行计划； 如果数据库的物理统计信息改变了，系统可以自动对查 询进行重新优化以选择相适应的执行计划； 优化器可以考虑数百种不同的执行计划； 优化器中包括了很多复杂的优化技术。
7
实际系统的查询优化步骤 1. 将查询转换成某种内部表示，通常是语法树 2. 根据一定的等价变换规则把语法树转换成标准（优化）形式 3. 选择低层的操作算法 对于语法树中的每一个操作 根据存取路径、数据的尺寸、数据的存储分布、存储 数据的聚簇等信息来计算各种执行算法的执行代价 选择代价小的执行算法 4. 生成查询计划(查询执行方案)
20
习题
在教学数据库的关系S、SC和C中，用户有一查询语 句：检索女同学选修课程的课程名和任课教师名。
试写出该查询的关系代数表达式。 画出查询表达式的语法树。 使用启发式优化算法，对语法树进行优化， 并画出优化后的语法树。
21
9
4.2.2 一个实例
例. 求选2号课程的学生姓名
SELECT Student.Sname FROM Student，SC WHERE Student.Sno = SC.Sno AND Cno = ‘2’；
假设：
数据量：Student:1000条；SC:10000条；选修2号课程:50条 一个内存块装元组:10个Student或100个SC，内存中可以
8
常用查询优化技术
用启发式规则来缩减查询计划的搜索空间 利用统计信息估算执行代价 基于代价（目前商品化RDBMS大都采用）
代价模型
集中式数据库 单用户系统：总代价 = I/O代价 + CPU代价 多用户系统：总代价 = I/O代价 + CPU代价 + 内存代价
分布式数据库 总代价 = I/O代价 + CPU代价 [+ 内存代价] + 通信代价
3．关系完备系统：
支持关系数据结构和所有关系代数操作（或功能上与关系代数等 价）。DBⅡ,ORACLE,SYBASE,…属于这一类。
4．全关系系统：
支持关系模型的所有特征。在关系完备系统的基础上，进一步支 持实体完整性和参照完整性等。DBⅡ,ORACLE,SYBASE, …已接近这个 目标。目前尚无全关系系统。
4
关系系统分类
数据结构 数据操作 完整性约束
表式系统
表
×
×
(最小)关系系统
表
选择、投 影、连接
×
关系完备的系统
表
√
×
全关系系统
√
√
√
5
4.2 关系数据库系统的查询优化
4.2.1 关系系统及其查询优化 查询处理的过程
查询语句
语法分析与 翻译
关系代数表达式
优化器
查询输出
执行引擎
执行计划
数据
6
有关数据的 统计信息
学习难点
• 关系系统的查询优化方法
2
4.1 关系系统
4.1.1 关系系统的定义 支持关系模型的关系数据库管理系统简称关系系统。 下述关系的DBMS不能称为关系系统
不支持关系数据结构的系统 支持关系数据结构，但无δ、π、 运算功能的系统 支持关系数据结构，有δ、π、 运算，但要求定义物理
写中间结果时间=10000/10/20=50秒
②选择操作(б)
读数据时间=50秒
③投影(П)
总时间＝105＋50＋50秒＝205秒=3.4分
12
3. Ｑ2＝ ПSname(Student ①选择操作(б)
бo=' 2' (SC))
读SC表总块数= 10000/100=100块
读数据时间=100/20=5秒
17
结果
Project(Sname)
Select(o=‘2’)
Join(Student.Sno=SC.Sno)
Sname
Student SC
Sc.Sno=‘2’ Student.Sno=Sc.Sno
×
Student
SC
18
Sname Student.Sno=Sc.Sno
×
Student
1. 分解选择运算 2. 通过交换选择运算，将其尽可能移到叶端 3. 通过交换投影运算，将其尽可能移到叶端 4. 合并串接的选择和投影，以便能同时执行或在一次扫描
中Hale Waihona Puke 成 5. 对内结点分组 6. 生成程序
16
4.2.6 优化的一般步骤
1．把查询转换成某种内部表示 2．代数优化：把语法树转换成标准（优化）形式 3．物理优化：选择低层的存取路径 4．生成查询计划，选择代价最小的
14
4.2.4 关系代数等价变换规则
l. 连接、笛卡尔积交换律 2. 连接、笛卡尔积的结合律 3. 投影的串接定律 4. 选择的串接定律 5. 选择与投影的交换律 6. 选择与笛卡尔积的交换律 7. 选择与并的交换 8. 选择与差运算的交换 9. 投影与笛卡尔积的交换 l0. 投影与并的交换
15
4.2.5 关系代数表达式的优化算法