数据库系统

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 2021/05/19  9  Share

数据库系统

三级模式 - 两级映射

数据库设计过程

E-R模型

椭圆表示属性
矩形表示实体
菱形表示联系

集成的方法：

多个局部 E-R 图一次集成。
逐步集成，用累加的方式一次集成两个局部 E-R 。

集成产生的冲突及解决办法：

属性冲突：包括属性域冲突和属性取值冲突。
命名冲突：包括同名异义和异名同义。
结构冲突：包括同一对象在不同应用中具有不同的抽象，以及同一实体在不同局部E-R图中所包含的属性个数和属性排列次序不完全相同。

一个实体型转换为一个关系模式

1: 1 联系至少转换为 2 个关系模式（有2个实体型，转换为 2 个关系模式）
1: n 联系至少转换为 2 个关系模式（有2个实体型，转换为 2 个关系模式）
m: n 联系至少转换为 3 个关系模式（有2个实体型，转换为 2 个关系模式。有 1 个多对多联系，转换为 1 个关系模式。所以有三个关系模式）

三个以上实体间的一个多元联系

有3个实体型，故转换为3个关系模式。

有1个多对多联系，故转换为1个关系模式。

所以最少转化为4个关系模式。

关系代数

并（合并，重复的值只出现一次）

交（找公共部分）

差（去掉公共部分）
笛卡尔积

投影（选列）（sno可以用1代替，依次类推）

选择（选行）（sno可以用1代替，依次类推）

联接

规范化理论

函数依赖

设 R(U) 是属性 U 上的一个关系模式，X 和 Y 是 U 的子集，r 为 R 的任一关系，如果对于 r 中的任意两个元组 u，v ，只要有 u[X] = v[X]，就有 u[Y] = v[y]，则称 X 函数决定 Y ，或称 Y 函数依赖于 X ，记为 X → Y。

部分函数依赖：设 X，Y 是关系 R 的两个属性集合，存在 X → Y，若 X’ 是 X 的真子集，存在 X ’→ Y，则称 Y 部分函数依赖于 X。

例：学生基本信息表 R 中（学号，身份证号，姓名）当然学号属性取值是唯一的，在 R 关系中，（学号，身份证号）->（姓名），（学号）->（姓名），（身份证号）->（姓名）；所以姓名部分函数依赖与（学号，身份证号）。
完全函数依赖：设 X， Y是关系 R 的两个属性集合，X’ 是 X 的真子集，存在 X → Y，但对每一个 X’都有 X’! → Y，则称 Y 完全函数依赖于 X。

例：学生基本信息表R（学号，班级，姓名）假设不同的班级学号有相同的，班级内学号不能相同，在R关系中，（学号，班级）->（姓名），但是（学号）->(姓名)不成立，（班级）->(姓名)不成立，所以姓名完全函数依赖与（学号，班级）。
传递函数依赖：设 X，Y，Z 是关系 R 中互不相同的属性集合，存在 X→Y (Y !→X)， Y→Z，则称 Z 传递函数依赖于 X。

例子：在关系 R (学号 ,宿舍, 费用)中，(学号)->(宿舍)，宿舍 != 学号，(宿舍) -> (费用)，费用 != 宿舍，所以符合传递函数的要求。

价值与用途

非规范化的关系模式，可能存在的问题包括：数据冗余、更新异常、插入异常、删除异常。

键

超键：唯一标识元组（可能存在多余属性）（一般不考）

候选键：唯一标识元组（已消除多余属性）

主键：任选一个候选键

外键：其他关系的主键

求候选键

将关系模式的函数依赖关系用”有向图”的方式表示。
找入度为0的属性，并以该属性集合为起点，尝试遍历有向图，若能正常遍历图中所有结点，则该属性集即为关系模式的候选键。
若入度为0的属性集不能遍历图中所有结点，则需要尝试性的将一-些中间结点(既有入度，也有出度的结点)并入入度为0的属性集中，直至该集合能遍历所有结点，集合为候选键。

例题1：给定关系R(A1, A2, A3, A4) 上的函数依赖集F={A1→A2，A3→A2, A2→A3, A2→A4}, R的候选关键字为
==A. A1== B. A1A3 C. A1A3A4 D. A1A2A3

例题2：关系模式P(A,B,C,D,E,F,G,H,I,J)满足下列函数依赖: FD={ABD→E, AB→G, B→F, C→J, CJ→I，G→H},求候选码？（ABD→E：ABD的组合键确定E（不等于A→E，B→E，D→E））

==ABCD==

例题3：关系R (A, B, C)满足下列函数依赖：F {B→C,B→A, A→BC}，关系R的候选关键字为？
A. AB ==B. A和B== C. A和BC D. AC和AB

范式

主属性：属于候选键的一部分。

非主属性：不属于候选键的一部分。

第一范式(1NF) ：在关系模式R中，当且仅当所有域只包含原子值，即每个分量都是不可再分的数据项，则称R是第一范式。

例题：下表所示的关系R是否满足1NF,如果不满足，应如何调整？

调整后：

系名称	教授	副教授
计算机系	6	10
电子系	3	5

第二范式(2NF) ：当且仅当R是1NF，且每一个非主属性完全依赖主键（不存在部分依赖）时，则称R是第二范式。

思考题：请思考该关系模式会存在哪些问题(从数据冗余、更新异常、插入异常、删除异常这几个方面来考虑)，解决方案是什么？

SNO：学号 CNO：课程号 GRADE：成绩 CREDIT：绩点

拆分为两个表（简略）：

表1

SNO	CNO	GRADE
S01	C01	75
S02	C01	92

表2

CNO	CREDIT
C01	4
C02	2

第三范式(3NF) ：当且仅当R是1NF，且E中没有非主属性传递依赖于主键时，则称R是第三范式。

思考题：请思考该关系模式会存在哪些问题(从数据冗余、更新异常、插入异常、删除异常这几个方面来考虑)，解决方案是什么？

拆分为两个表（简略）：

表1

SNO	SName	DNO
S01	张三	D01
S02	李四	D01

表2

CNO	DNAME	LOCATION
D01	计算机系	1号楼
D02	信息系	2号楼

BC范式(BCNF) ：设R是一个关系模式，F是它的依赖集，R属于BCNF当且仅当其F中每个依赖的决定因素必定包含R的某个候选码。

==C D A==

模式分解

保持函数依赖分解

设数据库模式ρ={R1, R2,…，Rk}是关系模式R的一个分解，F是R上的函数依赖集，ρ 中每个模式Ri上的FD集是Fi。如果{F1, F2，…，Fk} 与F是等价的(即相互逻辑蕴涵)，那么称分解ρ保持FD。

无损分解

什么是有损，什么又是无损？
有损：不能还原。

无损：可以还原。

无损联接分解：指将一个关系模式分解成若干个关系模式后，通过自然联接和投影等运算仍能还原到原来的关系模式。

思考题：

有关系模式：成绩(学号，姓名，课程号，课程名，分数)
函数依赖：学号→姓名，课程号→课程名，(学号，课程号)→分数
若将其分解为:
成绩(学号，课程号，分数)
学生(学号，姓名)
课程(课程号，课程名)

请思考该分解是否为无损分解?

由于有：学号→姓名，所以：
成绩(学号，课程号，分数，姓名)
由于有：课程号→课程名，所以：
成绩(学号，课程号，分数，姓名，课程名)

并发控制

基本概念

存在的问题

封锁协议

一级封锁协议。事务T在修改数据R之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放。==可防止丢失修改==
二级封锁协议。一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前先对其加S锁，读完后即可释放S锁。==可防止丢失修改，还可防止读“脏”数据==
三级封锁协议。一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前先对其加S锁，直到事务结束才释放。==可防止丢失修改、防止读“脏”数据与防止数据重复读==
两段锁协议。可串行化的。可能发生死锁

数据库完整性约束

实体完整性约束
参照完整性约束
用户自定义完整性约束
触发器

数据库安全

数据备份

冷备份也称为静态备份，是将数据库正常关闭，在停止状态下，将数据库的文件全部备份下来。
热备份也称为动态备份，是利用备份软件，在数据库正常运行的状态下，将数据库中的数据文件备份出来。

完全备份：备份所有数据
差量备份：仅备份上一次完全备份之后变化的数据
增量备份：备份上一次备份之后变化的数据

星期一	星期二	星期三	星期四
完全备份	增量备份	增量备份	差量备份
	备份星期一备份之后变化的数据	备份星期一备份之后变化的数据备份星期二备份之后变化的数据	备份星期一备份之后变化的数据