数据库系统概论期末复习

第一章 绪论

重难点：

1. 数据模型的三个组成要素
2. 数据库系统的三级模式结构以及二级映像

1.1 数据库系统概述

1.1.1 数据库的 4 个基本概念

（1）数据（data）：数据是数据库中存储的基本对象
（2）数据库（DataBase, DB）：数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可大量共享的数据的集合

• 数据按一定的数据模型组织、描述和储存
• 可为各种用户共享
• 冗余度小
• 数据独立性较高
• 易扩展

（3）数据库管理系统（DataBase Management System, DBMS）：数据库管理系统是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件

• 用途：科学地组织和存储数据、高效的获取和维护数据
• 举例：Oracle、MySQL
• 主要功能：
  • 数据定义
  • 数据组织、存储、管理
  • 数据操纵（增删改查）
  • 数据库的事务管理和运行管理（安全性、完整性）
  • 数据库的建立和维护

（4）数据库系统（DataBase System）：数据库系统是由数据库、数据库管理系统、应用程序和数据库管理员组成的存储、管理、处理、维护数据的系统

1.1.2 数据管理技术的产生和发展

（1）人工管理阶段（20世纪50年代中之前）

应用程序与数据之间的对应关系：

（2）文件系统阶段（20世纪50年代末-60年代中）

应用程序与数据之间的对应关系：

（3）数据库系统阶段（20世纪60年代末以来）
数据库系统
应用程序与数据之间的对应关系：

数据管理三个阶段的对比

	人工管理阶段	文件系统阶段	数据库系统阶段
数据的管理者	用户（程序员）	文件系统	数据库管理系统
数据面向的对象	某一应用程序	某一应用	现实世界（一个部门、企业、组织）
数据的共享程度	无共享，冗余度极大	共享性差，冗余度大	共享性高，冗余度小
数据的独立性	不独立，完全依赖于程序	独立性差	具有高度的物理独立性和一定的逻辑独立性
数据的结构化	无结构	记录内有结构、整体无结构	整体结构化，用数据模型描述
数据控制能力	应用程序自己控制	应用程序自己控制	由数据库管理系统提供数据安全性、完整性、并发控制和恢复能力

1.2 数据模型

（1）两类数据模型：

• 概念模型：用于信息世界的建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象
  • 实体（entity）
  • 属性（attribute）
  • 码（key）
  • 实体型（entity type）
  • 实体集（entity set）
  • 联系（relationship）

实体之间的联系有一对一、一对多和多对多等多种类型

实体-联系方法：用 E-R 图来描述现实世界的概念模型

• 逻辑模型和物理模型

（2）数据模型的组成要素

• 数据结构
• 数据操作
• 数据的完整性约束条件

（3）常用的数据模型

• 层次模型
• 网状模型
• 关系模型
• 面向对象数据模型
• 对象关系数据模型
• 半结构化数据模型

基本层次联系： 是指两个记录以及他们之间的一对多（包括一对一）的联系。

（4）层次模型
定义：
①有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根节点
②根以外的其他结点有且只有一个双亲结点

层次模型的数据操纵主要有增删改查，进行增删改的时候，要满足层次模型的完整性约束

• 进行插入操作时，如果没有对应的双亲结点值就i不能插入它的子女结点值
• 进行删除操作时，如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也将被同时删除

优点：

• 层次模型的数据结构比较简单清晰
• 查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型
• 层次数据模型提供了良好的完整性支持

缺点：

• 结点之间的多对多表示不自然
• 对插入和删除操作的限制多，应用程序的编写比较复杂
• 查询子女结点必须通过和双亲结点
• 层次命令趋于程序化

（5）网状模型
定义：
①允许一个以上的结点无双亲
②一个结点可以有多于一个的双亲

优点：

• 能够更为直接的描述现实世界，如一个结点可以有多个双亲
• 具有良好的性能，存取效率较高

缺点：

• 网状结构的复杂度（N平方），且随着应用环境扩大，数据库的结构就变得越来越复杂，不利于最终用户掌握
• DDL、DML语言复杂，用户不容易使用
• 记录之间联系是通过存取路径实现的，用户必须了解系统结构的细节，对应用程序不透明

（6）关系模型
①关系模型的数据结构：

• 关系（Relationship）：一个关系对应一张表
• 元组（Tuple）：表中的一行即为一个元组
• 属性（Attribute）:表中的一列即为一个属性
• 主码（Key）：表中的某个属性组，可以唯一确定一个元组
• 域（Domain）：域是一组具有相同数据类型的值的集合
• 分量：元组中的一个属性值
• 关系模式：对关系的描述，例如 学生（学号，姓名，年龄，性别，年级），不允许表中还有表

关系的完整性约束条件：实体完整性，参照完整性，用户定义的完整性

优点：

• 建立在严格的数学概念的基础上
• 概念单一
  • 实体和各类的联系都用关系来表示
  • 对数据的检索也是关系
• 关系模型的存取路径对用户透明
  • 具有更高的数据独立性，更好的安全保密性
  • 简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作

缺点：

• 存取路径对用户透明，查询效率往往不如格式化数据模型
• 为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的难度

1.3 数据库系统模式的概念

（1）“型”和“值”的概念

• 型（type）：对某一类数据的结构和属性的说明
• 值（value）：是型的一个具体赋值

（2）数据库系统的三级模式结构

• 模式（schema）：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，是所有用户的公共数据视图，是数据库系统模式结构的中间层，一个数据库只有一个模式
• 外模式（external schema）：也称子模式或用户模式，是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，外模式通常是模式的子集
• 内模式（internal schema）：一个数据库只有一个内模式，是数据在数据库内部的组织方式

1.4 数据库系统两层映像系统结构

1. 外模式/模式映像：描述的是数据的全局逻辑结构，外模式描述的是数据的局部逻辑结构。应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性。
2. 模式/内模式映像：当数据库的存储结构改变时，由数据库管理员对模式/内模式的映像作相应改变，可以是模式保持不变，从而应用程序也不必改变。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性

1.5 数据库系统的组成

• 硬件平台及数据库
  • 足够大的内存
  • 足够大的磁盘或磁盘阵列等设备
  • 较高的通道能力，提高数据传送率
• 软件
  • 数据库管理系统
  • 支持数据库路管理系统运行的的操作系统
  • 与数据库结构的高级语言及其编译系统
  • 一数据库管理系统为核心的应用开发工具
  • 为特定应用环境开发的数据库应用系统
• 人员
  • 数据库管理人员
  • 系统分析员和数据库设计人员
  • 应用程序员
  • 最终用户

第二章 关系数据库

重难点：

1. 关系、关系模式和关系数据库的概念，选择、投影、来凝结等关系运算
2. 关系模型中的三个组成要素

2.1 关系

关系模型中的逻辑结构就是一张二维表
（1）域（domain）：一组具有相同数据类型的值的集合，即某一“列”的取值范围
（2）笛卡尔积（cartesian product）：给定一组域D1, D2, …, Dn,允许其中某些域是相同的，即所有域的所有取值的一个组合

例如： 给出3个域：
D1=导师集合SUPERVISOR=｛张清玫，刘逸｝
D2=专业集合SPECIALITY=｛计算机专业，信息专业｝
D3=研究生集合POSTGRADUATE=｛李勇，刘晨，王敏｝

则 D1,D2,D3的笛卡尔积 D1 x D2 x D3 = {
(张清玫，计算机专业，李勇)，(张清玫，计算机专业，刘晨)，
(张清玫，计算机专业，王敏)，(张清玫，信息专业，李勇)，
(张清玫，信息专业，刘晨)，(张清玫，信息专业，王敏)，
(刘逸，计算机专业，李勇)，(刘逸，计算机专业，刘晨)，
(刘逸，计算机专业，王敏)，(刘逸，信息专业，李勇)，
(刘逸，信息专业，刘晨)，(刘逸，信息专业，王敏) ｝
基数为 2 * 2 * 3 = 12

• 元组：笛卡尔积中的每一个元素（d1,d2,…,dn）叫做一个n元组
• 分量：笛卡尔积元素中的每一个值di叫做一个分量

笛卡尔积没有实际意义

• 候选码：若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码。（最简情况：候选码只包含一个属性）
• 全码：关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码
• 主码：若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码
• 主属性：候选码的多个属性称为主属性，不包含在任何候选码中的属性称为非主属性

（3）三类关系

1. 基本关系（基本表）：实际存在的表，是实际存储数据的逻辑表示（分量必须是原子式，满足第一范式）
2. 查询表：查询结果对应的表
3. 视图表：由基本表或其他视图表导出的表，是虚表，不对应实际存储的数据

（4）关系模式
eg：

2.2 关系操作

（1）常用的关系操作
特点：集合操作方式，操作的对象和结果都是集合，一次一集合。

• 查询操作：选择、投影、连接、除、交、并、差、笛卡尔积
• 数据更新：插入、删除、修改

（2）关系代数

1. 选择
   eg：在Student表中查询信息系（IS）的全体学生
   

2. 投影
   eg：查询学生的姓名和所在系
   

3. 连接

   • 等值连接
     

   • 自然连接 在结果中去除重复列
     

   • 外连接：把悬浮元组也保存在关系结果中，在其他属性天上NULL，就叫外连接

   • 左外连接：只保留左边关系R中的悬浮元组

   • 右外连接：只保留右边关系S中的悬浮元组

4. 除运算

第三章

重难点：

1. SQL-DDL基本语句： CREATE DATABASE，CREATE TABLE
2. SQL-DML基本语句：INSERT，DELETE，UPDATE，SELECT

（1）SQL的特点

1. 综合统一
2. 高度非过程化
3. 面向集合的操作方式
4. 使用一种语法结构提供多种使用方式（独立语言；嵌入式语言）
5. 语言简洁，易学易用

SQL功能	动词
数据定义DDL	CREATE（创建），DROP（撤销），ALTER（修改）
数据操纵DML	INSERT（插入）,UPDATE（更新）,DELETE（删除）,SELECT（选择）
数据控制DCL	GRANT（授权）,REVOKE（撤销）

（2）数据定义

（3）索引的建立与删除

#为Student表按学号升序建立唯一索引
CREATE UNIQUE INDEX SCNO ON  Student(Sno);

#修改索引名
ALTER INDEDX SCNO RENAME TO SCSNO;

#删除索引
DROP INDEX SCSNO;

3.1 数据查询

• SELECT
• FROM
• WHERE
• GROUP BY
• HAVING
• ORDER BY

(1)单表查询

#查询全体学生的姓名、出生年份和所在院系
SELECT Sname,Birth,LOWER(Sdept);

#列别名
SELECT Sname,Birth,LOWER(Sdept) DEPARTMENT;

去除重复记录：DISTINCT 关键字

查询条件	谓词
比较	=,<=>(判断NULL=),>,<, >=,<=,!=,<>,!>,!<；NOT+上述比较运算符
确定范围	BETWEEN AND, NOT BETWEEN AND
确定集合	IN NOT IN
字符匹配	LIKE, NOT LIKE
空值	IS NULL, IS NOT NULL
多重条件（逻辑条件）	AND, &&, OR, ||, NOT, !, XOR

#查询所有年龄在20岁以下的学生姓名及其年龄
SELECT Sname,Sage
FROM Student
WHERE Sage<20;

#查询年龄在20~30岁之间的学生姓名
SELECT Sname
FROM Student
WHERE Sage BETWEEN 20 AND 30;

#查询计算机科学系、数学系和信息系学生的姓名和性别
SELECT Sname,Ssex
FROM Student
WHRER Sdept IN('CS','MA','IS');

#检索所有姓张的学生学号及姓名
SELECT S#,Sname 
FROM Student
WHERE Sname LIKE '张%';

#查询所有有成绩的学生的学号和课程号
SELECT Sno,Cno
FROM SC
WHERE Grade IS NOT NULL;

#查询计算机系年龄在20岁以下的学生姓名
SELECT Sname
FROM SC
WHERE Sdept='CS' AND Sage<20;

ORDER BY子句(ASC 升序， DESC 降序； 缺省值为升序)

#查询选修了3号课程的学生的学号及其成绩，查询结果按分数降序排列
SELECT Sno,Grade
FROM SC
WHERE Cno='3'
ORDER BY Grade DESC;

聚集函数

聚集函数只能出现在select子句和group by子句的having子句中，不能用在where子句中

• COUNT(*)
• SUM()
• AVG()
• MAX()
• MIN()

#查询学生总人数
SELECT COUNT(*)
FROM Student;

#查询选修了课程的学生人数
SELECT COUNT(DISTINCT Sno)
FROM SC;

#计算1好课程的学生平均成绩
SELECT AVG(Grade)
FROM SC
WHERE Cno='1';

SELECT * FROM SC LIMIT 5,10; #检索记录行6-15

GROUP BY子句

#求各个课程号及相应的选课人数
SELECT Cno,COUNT(Sno)
FROM SC
GROUP BY Cno;

（2）连接查询

1. 等值连接

#按“001”号课成绩由高到低顺序显示所有学生姓名（二表连接）
SELECT Sname FROM Student,SC
WHERE Student.SCourse=SC.SCourse AND SC.SCourse='001'
ORDER BY Sgrade DESC;

2. 自然连接
   自然连接会去除重复列

#查询每个学生及其选修课程的情况
SELECT Student.*,SC.*
FROM Student,SC
WHERE Student.Sno=SC.Sno;

#用自然连接替代
SELECT * FROM Student NATURAL JOIN SC
WHERE Student.Sno=SC.Sno;

3. 自身连接：一个表与其自己连接，表中两个属性重名，需要使用别名区分

#求年龄有差异的任意两位同学的姓名
SELECT S1.Sname AS STU1,S2.Sname AS STU2
FROM Student1 S1,Student S2
WHERE S1.Sage > S2.Sahe;

#求既学过“001”号课程又学过“002”号课程的所有学生的学号
SELECT S1.Sno 
FROM SC S1,SC S2
WHERE S1.Sno=S2.Sno AND S1.Cno="001" AND S2.Cno="002";

4. 外连接

• 连接中使用natural
  • 出现在结果关系中的两个连接关系的元组在公共属性上取值相等，且公共属性只出现一次
• 连接中使用on连接条件
  • 出现在结果关系中的两个连接关系的元组取值满足连接条件，且公共属性出现两次
• 左外连接（left outer join 表名 on）
• 右外连接（right outer join 表名 on）

#查询每个学生及其选修课程的情况(左外连接)
SELECT * 
FROM Student LEFT OUTER JOIN SC
ON Student.Sno=SC.Sno;

5. 多表连接
   必须有等值连接条件，否则结果为笛卡尔积

#查询每个学生的学号、姓名、选修的课程名及成绩
SELECT Student.Sno,Sname,Cname,Grade
FROM Student,SC,Course
WHERE Student.Sno=SC.Sno AND SC.Cno=Course.Cno;

（3）嵌套查询

• 不相关子查询：子查询的查询条件不依赖于父查询
• 相关子查询：子查询的查询条件依赖于父查询

• max聚集函数查的是最大值，并不是最大值对应的记录（因为符合max的可能有多行，也并不是其中一行）
• 聚集函数仅用于 select 和 having，不用于 where子句

1. 带有IN 的子查询

##########非相关子查询##############
#列出张三、王三同学的所有信息
SELECT * FROM Student
WHERE Sname IN ('张三','王三');

#列出选修了“001”号课程的学生的学号和姓名
SELECT Sno,Sname
FROM Student
WHERE Sno IN (
	SELECT Sno
	FROM SC
	WHERE Cno='001'
);

#查询与“刘晨”在同一个系学习的学生
①确定“刘晨”所在系名
SELECT Sdept
FROM Student
WHERE Sname='刘晨';
（查询结果为 CS）
②查找所有在CS系的学生
SELECT *
FROM Student
WHERE Sdept='CS';
③讲第一步查询嵌入到第二步查询的条件中
SELECT *
FROM Student
WHERE Sdept IN (
	SELECT Sdept
	FROM Student
	WHERE Sname='刘晨'
);



############相关子查询###############
#求学过001号课程的同学的姓名
SELECT Sname
FROM Student Stud
WHERE Sno IN(
	SELECT Sno
	FROM SC
	WHERE Sno=Stud.Sno AND Cno='001'
);

2. 带有比较运算符的子查询
   当能确切知道内层查询返回单值时，可用比较运算符

#由于一个学生只可能在一个系学习，则可以用 = 代替 IN
SELECT *
FROM Student
WHERE Sdept = (
	SELECT Sdept
	FROM Student
	WHERE Sname='刘晨'
);

#找出每个学生超过他选修课程平均成绩的课程号
SELECT Sno,Cno
FROM SC x
WHERE Grade>=(
	SELECT AVG(Grade)
	FROM SC y
	WHERE y.Sno=x.Sno
);

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