数据库系统原理04735课件第四章 PPT
04735数据库系统原理串讲
2.3 关系模型的基本概念
１.关系模型定义：用二维表格结构表示实体集、外键表示实体间 联系的数据模型称为关系模型。
2.基本术语有：字段(属性)、字段值(属性值)、记录(元组)、二 维表格(元组集合、关系或实例)。在这里，括号中的表述为关系模型 中的术语。它与表格中术语可以一一对应。还有，关系中属性个数称 为元数，元组个数为基数。
1.ER模型的基本元素 实体、联系和属性 2.属性的分类(简单属性和复合属性、单值属性和多值 属性、存储属性和派生属性) 3.联系的设计 4.ER模型的操作（分裂、合并和增删）
5.采用ER模型的数据库概念设计步骤 采用ER方法进行数据库概念设计分成三步进行： 首先设计局部ER模式 然后把各局部ER模式综合成全局ER模式 最后对全局ER模式进行优化
1.2 数据描述
在数据处理中，数据描述将涉及不同的范畴。从事物的特性到计 算机中的具体表示，数据描述经历了三个阶段———概念设计、逻辑 设计和物理设计。
1.概念设计中的的数据描述 １）实体 ２）实体集 ３）属性 ４）实体标识符 2.逻辑设计中的数据描述 １）字段 ２）记录 ３）文件 ４）关键码
3.物理设计中的数据描述 物理存储介质层次 １）高速缓冲存储器 ２）主存储器 ３）快擦写存储器 ４）磁盘存储器 ５）光盘存储器 ６）磁带 物理存储中的数据描述 位、字节、字、块、桶和卷。
1.4 数据库管理系统（DBMS）
1.DBMS的目标与任务： 数据库管理系统的主要任务是完成用户对数据库的存取请求，即 检索、插入、更新或删除等操作。 DBMS的目标：用户界面友好、功能完善、结构清晰、高效率、开 放性 2.DBMS的工作模式(p20图)
3.DBMS的主要功能： １）数据库的定义功能 ２）数据库的操纵功能 ３）数据库的保护功能（数据库恢复、数据库并发控制、数据 库完整性和数据库安全性） ４）数据库的维护功能 ５）数据字典
《数据库系统原理》PPT电子课件教案-第四章 关系数据库设计理论
2、问题（2）：更新异常
• 如果T1的地址变了，则需要改变3个元组 的地址；若有一个未更改，就会出现数 据不一致。但DBMS无法获知这种不一 致
Tname T1 T1 T1 T2 T2 T3 Addr A1 A1 A1 A2 A2 A3 C# C1 C2 C3 C4 C5 C6 Cname N1 N2 N3 N4 N5 N6
候选码
Grade
SLC函数依赖
f
Sno Cno
Sdept
p
Sloc
存在问题： 插入异常 删除异常 冗余太大 修改复杂
• 2. 第二范式(2NF)
– 定义：若关系模式R 1NF，且每个非主属性 都完全函数依赖于R的码，则R 2NF。 – 例2 S(Sno,Sname,Sage,Ssex,Sdept) 1NF, 假设姓名Sname无重名
• X必须是组合属性；
• 例5 选修关系SC(Sno,Cno,Grade,Sdept)
• 有： (Sno,Cno)→Grade • Sno !→ Grade • Cno !→ Grade f Grade • 则 (Sno,Cno) → (Sno,Cno)→Sdept Sno → Sdept (Sno,Cno) → Sdept
• 4. 平凡函数依赖与非平凡函数依赖
– 定义：在关系模式R(U)中，对于U的子集X,Y，
• 1) X→Y ，但Y X (Y是X的子集)， 称X→Y为平凡函 数依赖。 （一组属性函数决定它的所有子集） • 2) X→Y ，但Y! X ( Y不是X的子集)，称X→Y为非平 凡函数依赖。
– 对任一关系，平凡函数依赖都是必然成立的 – 例4：平凡函数依赖：（Sno,Cno)→ Cno 非平凡函数依赖：Sno→Grade
2024《数据库系统原理教学》课件4
《数据库系统原理教学》课件4目录•数据库系统概述•数据模型与概念设计•关系数据库理论基础•SQL语言基础与应用•数据库安全性与完整性保护•数据库性能优化技术•数据库恢复技术与事务管理•新型数据库系统介绍01数据库系统概述Part数据库系统定义与组成定义数据库系统（Database System，简称DBS）是由数据库、数据库管理系统、应用程序、数据库管理员和用户等组成的存储、管理、处理和维护数据的系统。
组成数据库系统主要由数据、硬件、软件和人员等部分组成，其中数据是核心，硬件和软件是支撑，人员是关键。
数据库技术发展历史人工管理阶段20世纪50年代中期以前，数据主要依赖于人工进行管理，数据不保存、应用程序管理数据、数据不共享、数据不具有独立性。
文件系统阶段20世纪50年代后期至60年代中期，数据以文件的形式进行存储和管理，数据可以长期保存、由文件系统管理数据、数据共享性差，冗余度大、数据独立性差。
数据库系统阶段20世纪60年代后期至今，出现了数据库管理系统（DBMS），数据面向整个系统、数据的结构化、数据共享性高，冗余度低，易扩充、数据独立性高。
数据库系统应用领域电子商务数据库系统在电子商务领域中扮演着重要角色，如商品信息展示、交易数据处理、用户信息管理等。
医疗卫生数据库系统在医疗卫生领域中被用于病人信息管理、药品库存管理、医疗设备管理等方面。
金融在金融领域，数据库系统被广泛应用于银行、证券、保险等机构的业务处理和数据管理中。
制造业制造业中的ERP、MES等系统都离不开数据库系统的支持，以实现生产流程的优化和资源的合理配置。
数据共享性高数据库系统中的数据可以被多个用户、多个应用程序共享使用，提高了数据的利用率。
数据结构化数据库系统中的数据是按照一定的数据模型进行组织的，具有高度的结构化特点，便于数据的查询和管理。
数据独立性高数据库系统实现了数据的物理独立性和逻辑独立性，使得应用程序的开发和维护更加便捷。
《数据库系统原理教学课件》(3)
工号 A010 A120 A231 A751
性别 女 女 男 男
电影
片名 重庆森林 红河谷 不见不散 花样年华
导演 王家卫 冯小宁 冯小刚 王家卫
年代 1994 1998 1998 2000
出演
工号
片名
年代
片酬
A120 红河谷 1998
50k
A231 花样年华 2000
100k
A751 不见不散 1998
50k
A231 花样年华 2000
100k
A751 不见不散 1998
120k
ppt课件
14
查询结果中相同行被自动消除
查询数据库中的电影拍摄年代
SELECT year(年代) AS 拍摄年代
FROM 电影 查询结果
拍摄年代 1994 1998 2000
ppt课件
15
5.4 数据查询功能与视图
120k
ppt课件
7
查询指定的列
查询演员的姓名与性别
SELECT 姓名，性别
FROM 演员
查询结果
姓名 性别
王菲 女
宁静 女
梁朝伟 男
ppt课件
葛优
男
8
查询全部列
查询全体演员的记录
SELECT * FROM 演员
查询结果
ppt课件
姓名 王菲 宁静 梁朝伟 葛优
工号 A010 A120 A231 A751
PRIMARY KEY (工号 ) PRIMARY KEY (片名，年代 )
)
)
CREATE TABLE 出演(
工号 char ( 10 ),
片名 char ( 60 ),
年代 datetime,
《数据库系统原理》幻灯片
2021/5/21
HD-ITR
10
7.2 为关系模式选择存取方
法
• 索引存取方法的选择
• (1) 根据在R上事务T1、T2、...、Tk的信息确 定候选索引，规那么如下：
• ① 如果一个(或一组)属性经常在操作条件中出 现，那么考虑在这个(或这组)属性上建立索引;
• 考可虑运相行交的聚事集务关是c系Tot(组1C s、)C=. .i n .{1、Cfi1c T、kot.，(.T .si、)其C使n用}。频设率C上为
f1、...、fk。对每种聚集方案(包括不建立聚集), 计算C上的操作代价
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HD-ITR
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第七章 物理数据库设计
• 7.1 影响物理数据库设计的因素分析 • 7.2 为关系模式选择存取方法 • 77..33 物物理理存存储储构构造造的的设设计计
《数据库系统原理》幻灯 片
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第二篇 设计篇
2021/5/21
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2设Biblioteka 篇• 第四章 数据库设计概述与需求分析 • 第五章 概念数据库设计 • 第六章 逻辑数据库设计 • 第第七七章章 物物理理数数据据库库设设计计
2021/5/21
HD-ITR
3
第七章 物理数据库设计
• 物理数据库设计的任务：
– 在逻辑数据库设计根底上，为每个关系模式 选择适宜的存储构造和存取方法，使得数据 库上的事务能够高效率的运行。
04735数据系统原理pdf
04735数据系统原理pdf随着信息技术的发展，数据系统已经成为现代社会不可或缺的组成部分。
数据系统是一种集成了硬件、软件、数据管理技术和数据的系统，用于存储、处理和管理数据。
数据系统的原理涉及到多个方面，包括数据的采集、存储、处理、传输和展示等。
一、数据采集数据采集是数据系统的第一步，涉及到如何从各种来源获取数据。
数据来源可以是各种传感器、数据库、文件、网络等。
数据采集的关键是确保数据的准确性、完整性和实时性。
在采集过程中，需要进行数据清洗和预处理，以消除错误和重复的数据。
二、数据存储数据存储是数据系统的重要组成部分，涉及到如何有效地存储和管理大量的数据。
数据存储的关键是确保数据的可靠性和可扩展性，同时还需要考虑数据的查询性能和安全性。
常见的存储技术包括关系型数据库、非关系型数据库、分布式存储等。
三、数据处理数据处理是数据系统的核心，涉及到如何对数据进行加工和分析，以提取有用的信息。
数据处理涉及到的技术包括数据挖掘、机器学习、统计分析等。
数据处理的关键是算法的选择和优化，以提高处理效率和精度。
四、数据传输数据传输是数据系统的重要环节，涉及到如何将数据从一处传输到另一处。
在传输过程中，需要考虑数据的传输效率和安全性。
常见的传输协议包括TCP/IP、HTTP等。
为了保证数据的安全性，需要进行加密和认证等操作。
五、数据展示数据展示是数据系统的最终环节，涉及到如何将处理后的数据以直观的方式呈现给用户。
数据展示的方式包括表格、图表、仪表板等。
在展示过程中，需要考虑用户的体验和需求，以提供有价值的信息。
同时，还需要考虑数据的可视化和交互性，以提供更加智能和个性化的服务。
04735数据库系统
则称F为最小函数依赖集合。
如果函数依赖集F和G等价，并且G是最小集，
那么称G是F的一个 最小覆盖 。
这一段并不要求掌握最小集的求法，但是应
当通过其求法理解最小集的概念。
谢
谢！
3.3 关系模式分解特性
1.模式分解中存在的问题
模式分解 就是将一个泛关系模式 R分解成 数据库模式ρ ，以ρ代替R的过程。 它不仅仅是属性集合的分解，它是对关系模式上的函数依赖集、以及 关系模式的当前值分解的具体表现。
A4合并性：如果X→Y和X→Z成立，那么X→YZ成立。 A6分解性：如果X→Y和Z Y成立，那么X→Z成立。 A5伪传性：如果X→Y和WY→Z成立，那么WX→Z成立。 A7复合性：{X→Y， W→Z} |=XW →YZ。
A8通用一致性定理：{X→Y， W→Z } |=x ∪(X-Y) →YZ。
《数据库系统原理》
3.1 函数依赖
1.函数依赖的定义
设有关系模式R(A1，A2，...An)或简记为R(U)，X， Y是U的子集，r是R的任一具体关系，如果对r的任意两 个元组t1,t2,由t1[X]=t2[X]导致t1[Y]=t2[Y]，则称X函数决 定Y，或Y函数依赖于X，记为X→Y。X→Y为模式R的一 个函数依赖。 这个定义可以这样理解：有一张设计好的二维表， X，Y是表的某些列(可以是一列，也可以是多列)，若在 表中的第t1行，和第t2行上的X值相等，那么必有t1行和 t2行上的Y值也相等，这就是说Y函数依赖于X。
四类集合运算符将关系看成元组的集合运算是从关系的水平方向即行的角度来进行专门的关系运算符不仅涉及行而且涉及列算术比较符辅助专门的关系运算符进行操作逻辑运算符辅助专门的关系运算符进行操作广义笛卡尔积extendedcartesianproduct?r?n目关系k1个元组?s?m目关系k2个元组?rs?列
04735数据库系统原理(考点归纳)
04735数据库系统原理（考点归纳）一、数据库基本概念数据库的定义和特点、数据模型（层次、网状和关系模型）、数据库系统的架构、数据库语言分类及特点等。
二、关系模型关系模型的基本概念（关系、属性、码等）、关系代数和关系演算、关系数据的完整性、关系数据库设计原则和规范化等。
三、关系数据库管理系统关系数据库管理系统的基本功能（数据定义、数据操纵、数据控制）、关系数据库的查询优化和执行、ACID特性和并发控制、事务管理、数据恢复和故障处理等。
四、数据库设计数据库设计的基本概念、实体关系模型（E-R模型）和E-R图、数据库设计过程和规范、逻辑设计和物理设计等。
五、数据库查询与操作SQL语言的基本语法和语义、SQL中的查询操作、连接操作、分组与聚集操作、嵌套查询、事务管理等。
六、数据库完整性与安全性数据完整性的概念和类型（实体完整性、参照完整性、用户定义的完整性）、安全性和权限控制、访问控制、数据库备份与恢复等。
七、数据库性能调优数据库的性能指标（响应时间、吞吐量、可靠性、可扩展性等）、数据库性能优化的策略和方法、索引技术、查询优化等。
八、分布式数据库分布式数据库的基本概念和体系结构、分布式数据库的设计和优化、事务管理和并发控制等。
九、面向对象数据库面向对象数据库的基本概念、面向对象数据库的数据模型、面向对象数据库的查询操作、面向对象数据库的设计和实现等。
十、XML数据库XML数据库的基本概念和特点、XML数据模型、XML数据库查询和操作、XML数据库的设计和应用等。
综上所述，数据库系统原理是涵盖较为广泛的知识领域，它不仅包括了数据库的基本概念和关系模型，还包括了数据库的设计、管理、优化等方面的内容。
掌握数据库系统原理的相关知识，对于学生深入理解数据库系统的原理和技术，提高数据库设计和开发能力具有重要意义。
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Sno Cno Grade
95001
1
92
95001
2
85
95001
3
88
95002
2
90
95002
3
80
(c)
1. 选择（Selection）
• 1) 选择又称为限制（Restriction） • 2) 选择运算符的含义
在关系R中选择满足给定条件的诸元组 σF(R) = {t|tR∧F(t)= '真'}
IS MA IS
2. 投影（Projection）
• 1）投影运算符的含义
从R中选择出若干属性列组成新的关系 πA(R) = { t[A] | t R }
A：R中的属性列
2. 投影（Projection）
• 2）投影操作主要是从列的角度进行运算
π
但投影之后不仅取消了原关系中的某些列，而且还可 能取消某些元组（避免重复行）
关系数据库的数据操纵语言（DML）的语句分为：查询语句和更新语句两 大类。
关系查询语言根据其理论基础的不同分成两类： １）关系代数语言：查询操作是以集合操作为基础的运算； ２）关系演算语言：查询操作是以谓词演算为基础的运算。
关系代数运算的三个要素： 运算对象：关系 运算结果：关系 运算符：四类
集合运算符 将关系看成元组的集合 运算是从关系的“水平”方向即行的角度来进行 专门的关系运算符 不仅涉及行而且涉及列 算术比较符 辅助专门的关系运算符进行操作 逻辑运算符 辅助专门的关系运算符进行操作
数据库系统原理04735课件第四章
考核知识点和考核要求 4.1关系代数 4.1.1关系代数的五个基本操作（并、差、笛卡儿积、投影、选 择）(综合运用) 4.1.2关系代数的四个组合操作(交、连接、自然连接、除法) （综合运用） 4.1.3关系代数表达式的应用（综合运用） 4.1.4关系代数的两个扩充操作（外连接、外部并）（领会） 4.2关系演算 4.2.1元组关系演算的定义及表达式的含义(简单应用) 4.2.2域关系演算的定义及表达式的含义(领会) 4.2.3关系运算的安全约束和等价性(领会) 4.3关系代数表达式的优化(领会)
投影（续）
• 3) 举例
[例3] 查询学生的姓名和所在系
即求Student关系上学生姓名和所在系两个属性上的投 影
πSname，Sdept(Student) 或 π2，5(Student)
Sname Sdept
李勇
CS
结果：
刘晨
IS
王敏 MA
张立
IS
投影（续）
[例4] 查询学生关系Student中都有哪些系 πSdept(Student)
结果：
Sdept CS IS MA
3. 连接（Join）
1）连接也称为θ连接
2）连接运算的含义
从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组
R
S = { tr ts | tr R∧ts S∧tr[A]θts[B] }
仍为n目关系，由属于R而不属于S的所有元组组成 R -S = { t|tR∧tS }
差
R R-S
S
3. 交（Intersection）
• R和S
具有相同的目n 相应的属性取自同一个域
• R∩S
仍为n目关系，由既属于R又属于S的元组组成 R∩S = { t|t R∧t S } R∩S = R –(R-S）
95004
张立
男
19
所在系 Sdept CS
IS
MA
IS
(a)
Course
课程号 Cno 1 2 3 4 5 6 7
课程名 Cname 数据库
数学 信息系统 操作系统 数据结构 数据处理 PASCAL语言
(b)
先行课 Cpno
5
1 6 7
6
学分 Ccredit
4 2 4 3 4 2 4
SC
学 号 课程号 成 绩
交
R
R∩S
S
4. 广义笛卡尔积 （Extended Cartesian Product）
•R n目关系，k1个元组
•S m目关系，k2个元组
• R×S 列：（n+m）列的元组的集合
• 元组的前n列是关系R的一个元组 • 后m列是关系S的一个元组
行：k1×k2个元组
• R×S = {tr ts |tr R ∧ tsS }
F：选择条件，是一个逻辑表达式，基本形式 为： X1θY1 …
选择（续）
• 3) 选择运算是从行的角度进行的运算
σ
选择（续）
[例1] 查询信息系（IS系）全体学生
或 结果：
σSdept = 'IS' (Student) σ5 ='IS' (Student)
Sno
95002 95004
Sname
4.1 关系代数
• 传统的集合运算 • 专门的关系运算
1.关系关系代数的五个基本操作：并、差、笛卡尔积、投 影和选择。它们组成了关系代数完备的操作集。
2.关系代数的四个组合操作：交、联接、自然联接和除法。
传统的集合运算
•并 •差 •交 • 广义笛卡尔积 •除
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
关系模型有三个重要组成部分：
１）数据结构
数据库中全部数据及其相互联系都被组织成“关系” 的形式。关系模型基本的数据结构是关系。
２）数据操纵
关系模型提供一组完备的高级关系运算，以支持对 数据库的各种操作，关系运算分为关系代数和关系演算 两类。
３）数据完整性规则
数据库中数据必须满足实体完整性，参照完整性和 用户定义的完整性等三类完整性规则。
刘晨 张立
Ssex Sage Sdept
女
19
IS
男
19
IS
选择（续）
[例2] 查询年龄小于20岁的学生
σSage < 20(Student) 或 σ4 < 20(Student)
结果：
Sno Sname Ssex
95002 刘晨
女
95003 王敏
女
95004 张立
男
Sage
19 18 19
Sdept
广义笛卡尔积
R
R×S
S
2.4.2 专门的关系运算
• 选择 • 投影 • 连接
案例
学生-课程数据库: 学生关系Student、课程关系Course和选修关系SC
Student
学号 Sno 95001姓名 Snaຫໍສະໝຸດ e 李勇性别 Ssex 男
年龄 Sage 20
95002
刘晨
女
19
95003
王敏
女
18
1. 并（Union）
• R和S
具有相同的目n（即两个关系都有n个属性） 相应的属性取自同一个域
• R∪S
仍为n目关系，由属于R或属于S的元组组成 R∪S = { t|t R∨t S }
并
R R∪S
S
2. 差（Difference）
• R和S
具有相同的目n 相应的属性取自同一个域
• R-S