自考 互联网数据库 全书笔记.docx
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自考互联网数据库全书笔记
互联网数据库全书笔记
第一章数据库概论
本章属于基础知识，主要是对一些概念的理解和记忆。
没有难点，相对的重点在于ER模型的设计和关系模型的掌握。
一、数据管理技术的发展阶段（识记）
数据管理技术共经历了三个阶段：
人工管理阶段、文件系统阶段、数据库阶段：
1、人工管理阶段的特点：
（1）数据不保存在机器中
（2）没有专用软件对数据进行管理
（3）只有程序的概念，没有文件的概念。
2、文件系统阶段的特点与缺陷：
（1）数据可长期保存在磁盘上。
（2）数据的逻辑结构与物理结构有了区别
（3）文件组织呈现多样化
（4）数据不再属于某个特定程序，可以重复使用。
其缺陷是：
数据冗余性
数据不一致性
数据联系弱
3、数据库阶段的特点
采用复杂的数据模型表示数据结构
有较高的数据独立性（数据结构分成用户的逻辑结构、整体逻辑结构和物理结构三级）
数据库系统为用户提供方便的用户接口，可以使用查询语言、终端命令或程序方式操作数据库。
系统提供了四个方面的数据控制功能：
数据库的恢复、并发控制、数据完整性和数据安全性。
对数据的操作不一定以记录为单位，还可以数据项为单位。
数据库技术中的四个名词:
DB、DBMS、DBS、数据库技术。
其概念是不同的，要分清。
DB：
数据库（Database）,DB是统一管理的相关数据的集合。
DBMS：
数据库管理系统（DatabaseManagement
System），DBMS是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制。
DBMS总是基于某种数据模型，可以分为层次型、网状型、关系型、面向对象型DBMS。
DBS：
数据库系统（Database
System）,DBS是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软件、硬件和数据资源组成的系统，即采用了数据库技术的计算机系统。
数据库技术：
是一门研究数据库结构、存储、管理和使用的软件学科。
二、数据描述的术语（领会）
1、数据描述的三个领域：
现实世界、信息世界和机器世界。
信息世界中的几个概念：
实体（即客观存在可以相互区别的事物）、实体集（同类实体的集合）、属性（实体的特性）、实体标识符（唯一标识实体的属性（集））。
机器世界中的四个概念：
字段、记录、文件、键（关键码）。
2、数据描述的两种形式：
物理描述和逻辑描述。
前者是指数据在存储设备上的存取方式，后者是指程序员或用户以用以操作的数据形式。
3、物理描述用到的术语有：
位、字节、字、块、桶、卷
4、数据联系的描述：
1：
1联系：
如果实体集E1中的每个实体最多只能和实体集E2中的一个实体有联系，反之亦然，好么实体集E1对E2的联系称为"一对一联系"，记为"1：
1"。
1：
N联系：
如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，而E2中每个实体至多和E1中的一个实体有联系，那么E1对E2的联系是"一对多联系"，记为"1：
N"。
M：
N联系：
如果实体集E1中每个实体与实体集E2中任意个（零个或多个）实体有联系，反之亦然，那么E1对E2的联系是"多对多联系"，记为"M：
N"。
三、数据模型
1、数据模型的概念（领会）：
表示实体类型及实体类型间联系的模型称为"数据模型"。
它可分为两种类型：
概念数据模型和结构数据模型。
2、概念数据模型（简单应用）：
它是独立于计算机系统的模型，完全不涉及信息在系统中的表示，只是用来描述某个特定组织所关心的信息结构。
（应当掌握教材例1.1，设计简单的ER模型）
3、结构数据模型：
它是直接面向数据库的逻辑结构，是现实世界的第二层抽象。
这类模型涉及到计算机系统和数据库管理系统，所以称为"结构数据模型"。
结构数据模型应包含：
数据结构、数据操作、数据完整性约束三部分。
它主要有：
层次、网状、关系三种模型。
层次模型（识记）：
用树型结构表示实体间联系的数据模型
网状模型（识记）：
用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型。
关系模型（领会）：
是由若干个关系模式组成的集合，其主要特征是用二维表格结构表达实体集，用外鍵表示实体间联系。
4、面向对象模型（识记）:
通过对象和类的概念来建立的数据库模型，是面向对象技术与数据库技术结合的产物，本节了解一下即可。
四、数据库的体系结构（领会）
1、三级结构模式：
数据库的体系结构分为三级：
内部级、概念级和外部级：
外部级：
单个用户所能看到的数据特性，称外模式。
概念级：
涉及到所有用户的数据定义，是全局的数据视图,称"概念模式"。
内部级：
最接近于物理存储，涉及到实际数据存储的结构，称"内模式"。
2、两级映象：
模式/内模式映象：
用于定义概念模式和内模式之间的对应性。
一般在内模式中描述。
外模式/模式映象：
用于定义外模式和概念模式间的对应性。
一般在外模式中描述。
3.两级数据独立性：
物理数据独立性：
修改内模式时尽量不影响概念模式及外模式，则达到物理数据独立性。
逻辑数据独立性：
修改概念模式时尽量不影响外模式和应用程序。
4.用户及用户界面：
这里插一句，数据库模式可以理解为数据库结构。
五、数据库管理系统（DBMS领会）
1、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
（4）数据库的存储管理
（5）数据库的维护功能
（6）数据字典
2、DBMS的组成：
由两大部分组成：
查询处理器和存储管理器，前者包括DDL编译器、DML编译器、嵌入型DML预编译器、查询运行核心程序。
后者包括授权和完整性管理器，事务管理器、文件管理器，缓冲区管理器。
六、数据库系统（DBS领会）
DBS由四部分组成：
数据库、硬件、软件、数据库管理员。
DBS的全局结构及DBS的效益，了解一下。
第二章关系模型
本章为次重点章，我们经常使用的数据库均采用关系模型，本章主要介绍了关系模型的关系运算理论，主要在于对关系演算运算的理解，为后面章节的SQL作准备。
一、关系模型的基本概念（识记）
1、关系模型的基本术语：
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。
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。
键：
由一个或几个属性组成。
（注意键不一定是唯一的一个属性）。
超键：
在关系中能唯一标识元组的属性集称为关系模式的超键。
（注意，超键也是一个属性集，不一定只是一个属性）
候选键：
不含有多余属性的超键称为候选键。
主键：
用户选作元组标识的一个候选键为主键。
外键：
某个关系的主键相应的属性在另一关系中出现，此时该主键在就是另一关系的外键，如有两个关系S和SC,其中S#是关系S的主键，相应的属性S#在关系SC中也出现，此时S#就是关系SC的外键。
2、关系模式、关系子模式和存储模式
关系模式：
关系模式实际上就是记录类型。
它包括：
模式名，属性名，值域名以及模式的主键。
关系模式仅是对数据特性的描述。
（这通常在数据库中表现为一个数据表的结构）
关系子模式：
就是用户所用到那部分数据的描述。
存储模式：
关系存储时的基本组织方式是文件，元组是文件中的记录。
3、关系模型的三类完整性规则
实体完整性规则：
要求关系中组成主键的属性上不能有空值。
参照完整性规则：
要求不引用不存在的实体。
用户定义完整性规则：
由具体应用环境决定，系统提供定义和检验这类完整性的机制。
4、关系模型的形式定义：
数据结构、数据操作和完整性规则。
二、关系代数运算（简单应用）
1、关系代数的五个基本操作：
并、差、笛卡尔积、投影和选择。
并（∪）：
两个关系需有相同的关系模式，并的对象是元组，由两个关系所有元组构成。
差（-）：
同样，两个关系有相同的模式，R和S的差是由属于R但不属于S的元组构成的集合。
投影（σ）：
对关系进行垂直分割，消去某些列，并重新安排列的顺序。
选择（π）：
根据某些条件关系作水平分割，即选择符合条件的元组。
2、关系代数的四个组合操作：
交、联接、自然联接和除法
交（∩）：
R和S的交是由既属于R又属于S的元组构成的集合。
联接包括θ联接和F联接，是选择R×S中满足iθ（r+j）或F条件的元组构成的集合，特别注意等值联接（θ为等号"="）。
自然联接（R|X|S）：
在R×S中，选择R和S公共属性值均相等的元组，并去掉R×S中重复的公共属性列。
如果两个关系没有公共属性，则自然联接就转化为笛卡尔积。
除法（÷）：
首先除法的结果中元数为两个元数的差，以例2.6为例，我们可以直接用观察法来得到结果，把S看作一个块，拿到R中去和相同属性集中的元组作比较，如果有相同的块，且除去此块后留下的相应元组均相同，那么可以得到一条元组，所有这些元组的集合就是除法的结果。
对于上述的五个基本操作和组合操作，应当从实际运算方面进行理解和运用，对其形式定义可不必深究。
注意课本上的例子。
3、关系代数表达式及应用
在关系代数表达式中，复合了上述五个基本操作，在给出相应的表格（关系）中，应该能够根据给出的关系代数表达式计算关系值，也要能根据相应查询要求列出关系表达式。
在列关系表达式时，通常有以下形式：
π...（σ...（R×S））或者π...（σ...（R|X|S））
首先把查询涉及到的关系取来，执行笛卡尔积或自然联接操作得到一张大的表格，然后对大表格执行水平分割（选择）和垂直分割（投影）操作。
但是注意当查询涉及到否定或全部值时，就不能用上述形式，而要用到差或除法操作。
三、关系演算（领会）
关系演算分为元组关系演算或域关系演算，前者以元组为变量，后者以域为变量。
元组演算表达式的一般形式为：
{t|P（t）}，其含义为：
这是一个元组集合，其中的每个元组t（t是元组变量）满足公式P所规定的条件。
所以在书写演算表达式时，应该注重理解公式P如何表达。
域演算表达式的一般形式为：
{t1...tk|P（t1...,tk）},其含义为：
这是一个域集合，其中每个域变量的取值关系满足公式P所规定的条件。
也是注意公式P的表达。
以上两类演算需要一定的离散数学基础，如果不能很深刻的掌握，问题也不大，主要应看懂表达式即可，对于给定的表达式和给定的关系，应当能计算表达式的结果（得到一个关系）
四、查询优化
查询优化的目的就是为了系统在执行时既省时间又能提高效率，在关系代数运算中，通常是先进行笛卡尔积或联接运算，再进行选择和投影，恰当地安排选择、投影和联接的顺序，就可实现查询优化。
优化的策略主要有以下几点：
（1）在关系代数表达式中尽可能早地执行选择操作（早选择）.
（2）把笛卡尔积和随后的选择操作合并成F联接运算（F联接）
（3）同时计算一连串的选择和投影操作（同时算）
（4）保留同一子表达式的结果
（5）适当对关系文件进行预处理
（6）计算表达式之前先估计一下怎么计算合算。
以上几点需要理解。
根据表达式优化的算法步骤对给定表达式进行优化
第三章关系数据库SQL语言
本章为重点章，应熟悉和掌握SQL的数据定义、数据查询、数据更新的句法及其应用，特别是数据查询的应用。
结合上机操作进行理解和掌握。
一、SQL概述。
1、SQL发展历程（识记）
SQL从1970年美国IBM研究中心的E.F.Codd发表论文到1974年Boyce和Chamberlin把SQUARE语言改为SEQUEL语言，到现在还在不断完善和发展之中，SQL（结构式查询语言）虽然名为查询，但实际上具有定义、查询、更新和控制等多种功能。
2、SQL数据库的体系结构（领会）
SQL数据库的体系结构也是三级结构，但术语与传统关系模型术语不同，在SQL中，关系模式称为"基本表"，存储模式称为"存储文件"，子模式称为"视图"，元组称"行"，属性称"列"。
SQL数据库体系的结构要点如下：
（1）一个SQL数据库是表的汇集。
（2）一个SQL表由行集构成，行是列的序列，每列对应一个数据项。
（3）表或者是基本表，或者是视图。
基本表是实际存储在数据库中的表，视图由是由若干基本表或其他视图构成的表的定义。
（4）一个基本表可以跨一个或多个存储文件，一个存储文件也可存放一个或多个基本表。
存储文件与物理文件对应。
（5）用户可以用SQL语句对表进行操作，包括视图和基本表。
（6）SQL的用户可以是应用程序，也可以是终端用户。
3、SQL的组成（识记）
SQL由四部分组成：
（1）数据定义：
SQLDDL。
定义SQL模式，基本表、视图和索引。
（2）数据操纵：
SQLDML。
包括数据查询和数据更新（增、删、改）。
（3）数据控制：
包括对基本表和视图的授权、完整性规则的描述，事务控制等。
（4）嵌入式SQL的使用规定。
二、SQL的数据定义（简单应用）
1、SQL模式的创建和撤消：
SQL模式的创建可简单理解为建立一个数据库，定义一个存储空间，其句法是：
CREATSCHEMA
<模式名>AUTHORIZATION<用户名>
撤消SQL模式的句法为：
DROPSCHEMA<模式名>
[CASCADE|RESTRICT]
方括号中的选项参数CASCADE表示连锁方式，执行时将模式下所有基本表、视图、索引等元素全部撤消。
RESTRICT表示约束式，执行时必须在SQL模式中没有任何下属元素时方可撤消模式。
2、SQL提供的基本数据类型
数值型：
包括integer、smallint、real、doubleprecision、float（n）,numeric（p，d）
字符串型：
char（n）、varchar（n），前者是定长，后者为变长串
位串型：
bit（n）,bitvarying（n），同上。
时间型：
date、time。
3、基本表的创建、修改和撤消
基本表的创建：
（可理解为建立表结构）
CREATTABLESQL模式名.基本表名
（列名，类型，
……
完整性约束...）
完整性约束包括主键子句（PRIMARYKEY）、检查子句（CHECK）和外键子句（ForeignKEY）.
基本表结构的修改
ALTERTABLE基本表名ADD/DROP（增加/删除）列名类型名（增加时写出）
删除时有子句[CASCADE|RESTRICT]，前者为连锁删除，后者为约束删除，即没有对本列的任何引用时才能删除。
基本表的撤消
DROPTABLE基本表名[CASCADE|RESTRICT]
4、视图的创建和撤消
创建：
CREATVIEW视图名（列名表）ASSELECT查询语句
撤消：
DROPVIEW视图名
5、索引的创建和撤消
创建：
CREAT[UNIQUE]INDEX索引名ON基本表名（列名表[ASC|DESC]）
撤消：
DROPINDEX索引名
总结：
凡创建都用CREAT,删除都用DROP,改变用alter,再跟类型和名字，附加子句很容易了。
三、SQL的数据查询（综合应用）
这一段是本章的重点内容，应该熟练掌握。
首先了解基本句法：
1、SELECT-FROM-WHERE句型
SELECT列名表（逗号隔开）FROM基本表或视图序列WHERE条件表达式
在这里，重点要掌握条件表达式中各种运算符的应用，如=，>,<,<>等算术比较运算符、逻辑运算符AND、OR、NOT、集合成员资格运算符：
IN，NOT
IN，以及嵌套的SELECT语句的用法要特别注意理解。
针对课本的例题和课后习题进行掌握。
在查询时，SELECT语句可以有多种写法，如联接查询、嵌套查询和使用存在量词的嵌套查询等。
最好都掌握，但是起码应能写出一种正确的查询语句。
2.SELECT语句完整的句法：
SELECT列名表（逗号隔开）
FROM基本表或视图序列
[WHERE条件表达式]（此为和条件子句）
[GROUPBY列名序列]（分组子句）
[HAVING组条件表达式]（组条件子句）
[ORDERBY列名[ASC|DESC]..]（排序子句）
这段关于完整句法的内容能够理解也就问题不大了。
3、SELECT语句中的限定
这一段内容主要是对SELECT语句进一步使用进行的深入学习，领会下列各种限定的使用目的和方法。
要求输出表格中不出现重复元组，则在SELECT后加一DISTINCT
SELECT子句中允许出现加减乘除及列名，常数的算术表达式
WHERE子句中可以用BETWEEN...AND...来限定一个值的范围
同一个基本表在SELECT语句中多次引用时可用AS来增加别名
WHERE子句中字符串匹配用LIKE和两个通配符，%和下划线_.
查询结果的结构完全一致时可将两个查询进行并（UNION）交（INTERSECT）差（EXCPT）操作
查询空值操作不是用='null',而是用ISNULL来测试。
集合成员资格比较用IN/NOTIN，集合成员算术比较用元组θSOME/ALL
可以用子查询结果取名（表名（列名序列））来作为导出表使用
基本表的自然联接操作是用NATURALINNERJOIN来实现的。
四、SQL的数据更新（简单应用）
简单应用就是掌握基本的句型并能套用在一些简单的查询要求上。
1、数据插入：
INSERTINTO基本表名（列名表）
valueS（元组值）
或
INSERTINTO基本表名（列名表）
SELECT查询语句
其中元组值可以连续插入。
用查询语句可以按要求插入所需数据。
2、数据删除：
DELETEFROM基本表名[WHERE条件表达式]
3、数据修改：
UPDATE基本表名
SET列名=值表达式,[列名=值表达式...]
[WHERE条件表达式]
4、对视图的更新：
我们知道，对视图的查询是和基本表相同的，但是更新操作则受到下列三条规则的限制：
（领会一下）
如果视图是从多个基本表使用联接操作导出的，则不允许更新。
如果导出的视图使用了分组和聚合操作，也不允许更新。
如果视图是从单个基本表使用选择和投影操作导出的，并且包括了基本表的主键或某个候选键，则可以执行操作。
（这就相当于在基本表上操作）。
这一节的关于增删改的操作要和前面关于数据库模式、表的增删改操作进行对比学习，以加深理解。
不要忘记上机实践。
第四章_关系数据库的模式设计
本章的理论性较强，学习时有无从下手的感觉，在学习时应多加思考，从概念出发去理解理论，前后的理论有较强的联系，因此要逐个理解，但对于理论的证明等内容则不必深究，本章重点是函数依赖，无损联接、保持依赖和范式的概念。
一、关系模式的设计问题（识记）
关系数据库是以关系模型为基础的数据库，它利用关系来描述现实世界。
一个关系既可以用来描述一个实体及其属性，也可以用来描述实体间的联系。
关系实质上就是一张二维表，表的行称为元组，列称为属性。
关系模式是用来定义关系的，这里的关系模式我们可以简单地理解为一个表的结构，一个关系数据库包含一组关系，也就是包含一组二维表，这些二维表结构体的集合就构成数据库的模式（也可以理解为数据库的结构）。
关系数据库设计理论包括三个方面内容：
数据依赖、范式、模式设计方法。
核心内容是数据依赖。
泛关系模式：
把现实问题的所有属性组成一个关系模式R（U），这个关系模式就称为泛关系模式。
数据库模式：
把泛关系模式用一组关系模式的集合ρ来表示时，这个ρ就是数据库模式。
下面我们总结一下关系模式的相关内容从"大"到"小"的排列
泛关系模式→数据库模式→关系数据库→表结构→关系模式实例（表）→记录（行、列.）
关系模式的存储异常:
数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常
二、函数依赖（FD）
1、函数依赖的定义（领会）：
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。
如下图所示:
A1A2A3栏目名（X）课程A6A7网站名（Y）
……………………
t1晓津专栏数据库原理计算机自考
………自考试卷………计算机自考
t2晓津专栏数据结构计算机自考
………自考试卷………计算机自考
t3晓津专栏面向对象计算机自考
………自考试卷………计算机自考
在表中，凡栏目名相同的，对应的网站名也必是相同的，则此时说
栏目名函数决定网站名，或"网站名"函数依赖于"栏目名"。
但是反过来不一定，网站名相同时并不一定栏目名相同，所以这里的Y→X是不成立的。
要特别注意的是，在这张表中，任何一行的关系均应符合上述条件，如果有一行不符合函数依赖的条件，则函数依赖对于这个关系就不成立。
还有应该了解的是，函数依赖是否成立是不可证明的，只能通过属性的含义来判断，上述表是一个关系实例，可以一条条进行验证，但是对于模式设计来说，开始时并没有数据插入，我们只能从属性的含义出发，如这个关系模式不仅是指一个站点，而是包括所有站点，则有可能出现相同的栏目名而网站名不是一样的情况，那么"栏目名→网站名"这个函数依赖就不成立了。
上述例子可对照课本理论进行领会。
2、函数依赖的逻辑蕴涵（识记）
设F是关系模式R的一个函数依赖集，X,Y是R的属性子集，如果从F中的函数依赖能够推出X→Y，则称F逻辑蕴涵X→Y，记为F|=X→Y.
如前面的例子，如果还有一属性"网址（Z）"，且网站名是唯一的，那么，"网站名→网址"成立，同时已知
"专栏名→网站名"成立，根据我们对事实的掌握，可知"专栏名→网址"也是成立的。
所以在这里，设F={网站名（Y）→网址（Z）,专栏名（X）→网站名（Y）}，则F逻辑蕴涵
"专栏名（X）→网址（Z）"。
而函数依赖的闭包F+是指被F逻辑蕴涵的函数依赖的全体构成的集合。
3、键和FD的关系（领会）
键是唯一标识实体的属性集。
对于键和函数依赖的关系：
有两个条件：
设关系模式R（A1,A2...An），F是R上的函数依赖集，X是R的一个子集，
（1）X→A1A2...An∈F+（它的意思是X能够决定唯一的一个元组）
（2）不存在X的真子集Y，使得Y也能决定唯一的一个元组，则X就是R的一个候选键。
（它的意思是X能决定唯一的一个元组但又没有多余的属性集）
包含在任何一个候选键中的属性称为主属性，不包含在任何键中的属性为非主属性（非键属性），注意主属性应当包含在候选键中。
4、函数依赖（FD）的推理规则（简单应用）
前面我们举的例子中是以实际经验来确定一个函数依赖的逻辑蕴涵，但是我们需要一个推理规则才能完全确定F或F+的所有函数依赖。
设有关系模式R（U），X，Y，Z，W均是U的子集，F是R上只涉及到U中属性的函数依赖集，推理规则如下：
自反律：
如果YXU
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