数据库基本理论
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时间：2015年06月12日
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一、基本概念
1.数据：即描述事物的符号纪录，有一定的结构，有型与值之分，如整型、实型、字符型等。
2.数据库：DataBase(DB)，依照某种数据模型进行组织并存放到存储器的数据集合，是在计算机上组织、存储和共享数据的方法。数据库具有较高的数据独立性，即不依赖于特定的数据库管理软。
3.数据库管理系统：DataBase Management
System(DBMS)，即用来操纵和管理数据库的大型服务软件，不仅让我们能够实现对数据的快速检索和维护，还为数据的安全性、完整性、并发控制和数据恢复提供了保证。数据库管理系统的核心是一个用来存储大量数据的数据库，并提供数据定义语言、数据操作语言、数据控制语言来完成数据库管理系统功能。
数据库管理系统功能：
(1)数据模式定义：即为数据库构建其数据框架;
(2)数据存取的物理构建：为数据模式的物理存取与构建提供有效的存取方法与手段(数据定义语言实现);
(3)数据操纵：为用户使用数据库的数据提供方法，如查询、插入、修改等(数据操作语言实现);
(4)数据的完整性、安全性定义与检查(数据控制语言实现);
(5)数据库的并发控制与故障恢复;
(6)数据的服务：如拷贝、转存、重组、分析等。
常见的数据库服务软件：Oracle、MySQL(Oracle公司);SQL Server、Access(微软)
4.数据库系统：由数据库(数据)、数据库管理系统(软件)、数据库管理员(人员)、硬件平台(硬件)、软件平台(软件)五个部分构成的运行实体。数据库系统的基本特点：数据的集成性、数据的高共享性域冗余性、数据独立性、数据统一管理域控制。
5.关系型数据库
以关系模型建立的数据库就是关系数据库（Relational Data Base，RDB），关系数据库系统的DBMS是关系型数据库管理系统（Relational DataBase Management System，RDBMS）。关系数据库中包含若干个关系，每个关系都由关系模式确定，每个关系模式包含若干个属性和属性对应的域，所以，定义关系数据库就是逐一定义关系模式，对每一关系模式逐一定义属性及其对应的域。关系型数据库以行和列的形式存储数据，以便于用户理解。这一系列的行和列被称为表，一组表组成了数据库。
关系型数据库通常包含下列组件：
a)客户端应用程序(Client) ;b)数据库服务器(Server) ;c)数据库(Database)
(1)实体关系模型与E-R图
在数据库的设计阶段，需要创建逻辑模型，关系数据库的逻辑模型叫做实体-关系模型。实体模型化最常用的工具是实体关系图，简称E-R(Entity-Relationship)图，它是一种简单的图形技术，用来定义数据库中需要的表、字段和关系。它用于数据库设计的第一步，与我们使用的具体的数据库管理系统无关。
概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次，概念模型中最常用的是E-R模型，E-R模型中主要概念：
★实体(Entity)：客观存在并可以相互区分的事物叫实体，如一个个学生、一辆辆轿车。
★属性(Attribute)：实体一般具有若干特征，称之为实体的属性，如学生具有的学号、姓名等属性;
★域(Domain)：一个属性可能取值的范围称为这个属性的域;
★码(Key)：能够唯一标识实体的属性或最小属性组称为码(关键字)，可能存在多个候选码，设计者必须指明一个做主码。
★联系：现实世界的事物之间是有联系的，这种联系在信息世界中反映为---实体型内部的联系和实体型之间的联系，两个实体型之间的联系有
※一对一联系(1:1) 例如：部门、经理
※一对多联系(1:n) 例如：部门、雇员
※多对多联系(m:n) 例如：学生、课程
举例：学生实体的E-R图
E-R图有如下优点：
a.有效地搜集和表示组织的信息需求;
b.提供一个容易理解的系统描述图;
c.易于开发和提炼;
d.明确定义了信息需求的范围;
e.将业务需求信息与业务活动分开。
(2)关系模型的基本概念
数据模型的任务是描述实现现实世界中的实体及其联系。关系数据模型就是采用一个有序数组描述实体及其属性，用这种有序的集合描述一个实体集合，而采用定义在两个集合上的关系反映不同实体间的联系。
★关系：一个关系就是一张二维表，通常将一个没有重复行、重复列的二维表看成一个关系，每个关系都有一个关系名;
★元组：二维表的每一行在关系中称为元祖，即行，又称"纪录"(Record);
★属性：二维表的每一列在关系中称为属性，即列，又称"字段"(Field);
★域(Domain)：属性的取值范围称为域;
★关键字(Key)：关系中能唯一区分、确定不同元组属性或属性组合，称为该关系的一个关键字。单个属性组成的关键字称为单关键字，多个属性组合的关键字称为组合关键字。注意：关键字的属性值不能取"空值"。
★候选关键字：关系中能够称为关键字的属性或属性组合可能不是唯一的，凡在关系中能够唯一区分、确定不同元祖的属性或属性组合，称为候选关键字。
★主关键字(Primary Key)：在候选关键字中选定一个作为关键字，称为该关系的主关键字，关系中主关键字是唯一的。
★外关键字(Foreign Key)：如果关系中某个属性或属性组合并非关键字，但却是另一个关系的主关键字，则称此属性或属性组合为本噶un系的外部关键字或外键(Foreign
Key)。在关系数据库中，用外部关键字表示两个表间的联系。
(3)关系型数据库的优点
a)容易理解：二维表结构是非常贴近逻辑世界的一个概念，关系模型相对网状、层次等其他模型来说更容易理解;
b)使用方便：通用的SQL语言使得操作关系型数据库非常方便，程序员可以方便地在逻辑层面操作数据库，而完全不必理解其底层实现;
c)易于维护：丰富的完整性(实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性)大大降低了数据冗余和数据不一致的概率。
(4)关系模型的完整性约束
a)实体完整性：所谓实体完整性，就是一个关系模型中的所有元组都是唯一的，没有两个完全相同的元组，也就是一个二维表中没有两个完全相同行，也称为行完整性。
b)域完整性：域完整性就是对表中列数据的规范，也称列完整性，用于限制列的数据类型、格式以及取值范围。
c)参照完整性：当一个数据表中有外部关键字(即该列是另外一个表的关键字)时，外部关键字列的所有值，都必须出现在其所对应的表中。
d)用户定义完整性
总结1：表和字段、记录的关系？
字段是事务的属性； 记录是事务本身； 表是事务的集合；
总结2：数据结构和数据库的区别?
数据库是在应用软件级别(外存)研究数据的存储和操作;
数据结构是在系统软件级别(主存)研究数据的存储和操作;
二、数据库的设计方法
1.数据库设计过程
◎需求分析
◎概念设计
◎逻辑设计
◎物理设计
◎实施与维护
2.E-R模型及其到关系模型的转化
(1)独立实体到关系模型的转化
一个独立实体转化为一个关系模型(即一张关系表)，实体码转化为关系表的关键属性，其他属性转化为关系表的属性，注意根据实际对象属性情况确定关系属性的取值域。
例如：对于下图所示的学生实体，应将其转化为关系：
学生(学号，姓名，民族，籍贯)，其中下划线标注的属性表示关键字。
(2)1：1联系转化为关系模型
经理(姓名，民族，地址，出生年月，电话，名称)
公司(名称，注册地，类型，电话，姓名)
其中，名称和姓名分别是"公司"和"经理"两个关系模型的关键字，在"经理"和"公司"两个关系中，为了表明两者间的联系，各自增加了对方的关键字作为外部关键字。当两个表中出现下面的元组时，表明了张小辉是京广实业公司的经理。 (张小辉,汉,北京前门大街156号,48,68705633,京广实业公司)
(京广实业公司,北京复兴门外大街278号,有限责任,65783265,张小辉)
(3)1:n联系到关系模型的转化 要转化1:n联系
需要在n方(即1对多关系的多方)实体表中增加一个属性，将对方的关键字作为外部关键字处理即可. 如下图，“班级”与“学生”的联系是1:n的联系，学生方是n方，对图2-5进行转化，得到关系模型：
学生(学号,姓名,民族,出生年月,班号) 班级(班号,名称,年级,系,专业) 在学生表中增加“班级”中的关键字“班号”作为外部关键字。
(4)m:n联系到关系模型的转化
一个m:n联系要单独建立一个关系模式，分别用两个实体的关键字作为外部关键字。下图描述的学生与课程的联系是m:n联系，将E-R图转化为3个关系： 学生(学号，姓名，民族，出生年月) 课程(课程号，课程名，学时数)
学习(学号，课程号，成绩) 。
(5)多元联系到关系模型的转化 所谓多元联系
即是说该联系涉及两个以上的实体。例如一个课程表，涉及班级、课程、教师、教室等4个实体。
例如一个课程表，涉及班级、课程、教师、教室等4个实体。转化时，应建立一个单独的关系表，将该联系所涉及的全部实体的关键字作为该关系表的外部关键字，再加上适当的其他属性，得到关系模式如下： 课程表(班号,课程号,教师号,教室号,周次)。
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