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数据库系统模式分析.docx
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数据库系统模式分析.docx
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2.5 数据库系统基础知识�
2.5.1 主要知识点�
掌握数据库模型、数据库系统结构和关系数据库结构的基础知识,熟练掌握 SQL 语言的使用
关系代数的运算。�
2.5.1.1 关系数据库的数据体系结构�
关系模型遵循数据库的 3 级体系结构:�
(1)关系模式。数据库的概念模式定义为关系模式的集合。每个关系模式就是记录类型。关系
模式的定义包括模式名、属性名、值域名和模式的关键。关系模式仅仅是对数据本身特性的
描述。
(2)关系子模式是用户所用到的那部分数据的描述。除了指出用户用到的数据外,还应指出数
据与模式中相应数据的联系,即指出子模式与模式之间的对应性。�
(3)关系存储是作为文件看待的,每个元组就是一个记录。由于关系模式有键,因此存储一个
关系可用散列方法或索引方法实现。�
2.5.1.2 关系模型和关系运算�
用二维表格结构表示实体集,关键码表示实体间联系的数据模型称为关系模型。在关系中,
能唯一标识元组的属性集称为关系候选键,被选用的候选键称为关系的主键。关系中每一个
属性对应一个取值范围,称为属性的值域。关系可以定义为元数(属性个数)相同的元组的组
合。关系是一个集合,集合中的成分是元组,这些元组的属性个数应相同。�
关系数据库的数据更新操作必须遵循实体完整性规则、引用完整性规则和用户定义的完整性
规则。�
关系查询语言根据其理论基础的不同分成两大类:一类是关系代数语言,其特征是查询操作
是以集合操作为基础的运算;另一类是关系演算语言,其特征是查询操作是以谓词演算为基
础的运算。�
关系代数是以集合代数为基础发展起来的、以关系为运算对象的一组高级运算的集合。把关
系看成集合,集合代数中的运算可以引入到关系运算中来,还有一些运算是针对关系数据库
环境专门设计的。�
关系代数的 5 种基本操作:并、差、笛卡儿积、投影和选择。�
关系代数的 4 种组合操作:交、联接、自然联接和除法。�
扩充的关系代数操作:外联接(左外联接和右外联接)、外部并(Out union)和半联接。�
2.5.1.3 关系数据库 SQL 语言�
结构化查询语言 SQL 是集 DDL、DML 和数据控制功能于一体的数据库语言。SQL 的 DML 是介于
关系代数和关系演算之间的一种语言。�
SQL 语言的组成:�
·一个 SQL 数据库是表的汇集,它用一个或多个 SQL 模式定义。�
·一个 SQL 表由行集构成,一行是列的序列,每列对应一个数据项。�
·一个表或者是一个基本表,或者是一个视图。基本表是实际存储在数据库中的表,而视图
是由若干基本表或其他视图构成的表的定义。�
·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。�
·用户可以用 SQL 语句对视图和基本表进行查询等操作。�
·SQL 用户可以是应用程序,也可以是终端用户。SQL 语句可嵌入在宿主语言的程序中使用,
宿主语言可以是常用的高级语言。SQL 用户也能作为独立的用户接口,使交互环境下的终端
用户使用。�
SQL 包括了所有对数据库的操作,主要有数据定义(SQL DDL)、数据操纵(SQL DML)、访问控制
和嵌入式 SQL。�
2.5.1.4 关系数据库规范化理论�
关系数据库规范化理论主要包括 3 方面的内容:�
(1)函数依赖。指数据之间存在的各种联系和约束,例如建就是一种依赖。函数依赖是最基本
的一种依赖。�
(2)范式。模式分解的标准形式。关系模式分解的两个特性实际上涉及到两个数据库模式的等
价性问题,包括数据等价和依赖等价两个方面。数据等价是指两个数据库实例应表示同样的
信息内容,用"无损联接"衡量。依赖等价是指两个数据库模式应有相互逻辑关系的函数依赖
集,此时数据的语义是不会出差错的。�
(3)模式设计方法。设计规范的数据库模式的方法。�
衡量关系模式的优劣的标准就是模式的范式(NF)。范式有许多种,与数据依赖有着直接的联
系。
①第一范式(INF)�
如果关系模式 R 的每个关系 r 的属性值都是不可分的原子值,那么称 R 是第一范式(INF)的模
式
,r 是规范化的关系。LNF 的模式的关系数据库最基本的要求。�
②第二范式(2NF)�
我们把关系模式 R 的属性分为两类:一类是键的属性,称为主属性;另一类是不属于任何键
的属性,称为非主属性。若关系模式 R 是 INF,且每个非主属性完全函数依赖于候选键,那
么称 R 是 2NF 模式。�
③第三范式(3NF)�
若关系模式 R 是 INF,且每个非主属性都不传递依赖于 R 的候选集,那么称 R 是 3NF 模式。
在 3NF 模式中排除了非主属性的对键的传递依赖。3NF 的模式必定是 2NF 的模式。局部依赖
和传递依赖是产生冗余和异常的两个重要原因。由于 3NF 模式中不存在非主属性对候选键的
局部依赖和传递依赖,因此具有较好的性能。而对于非 3NF 的 INF 和 2NF,甚至非 INF 的关
系模式,于它们性能上的弱点,一般不宜作为数据库模式,通常需要将它们变换成 3NF 或更
高级的范式
,这种变换过程,称为"关系的规范化处理"。�
④BC 范式(简称 BCNF)�
若关系模式 R 是 INF,且每个属性都不传递依赖于 R 的候选键,那么称 R 是 BCNF 模式。此时
排除了任何属性对键的传递依赖。�
上述 4 种范式之间关系:BCNF �3NF �2NF �1NF。�
2.5.2 试题解析�
高级程序员级考试中,数据库基础试题所占的比重一般,基本上每年一道题。从历年试题统
计(见表 2-8)来看,主要考查与关系数据库有关的知识、关系模式、关系模式的范式、关系
代数运算等是反复考查的内容,总的来说,难度一般都不大。�
试题 1 (2000 年试题 7)�
从供选择的答案中,选出应填入下面叙述中{ }内的最确切的解答,把相应编号写在答卷的对
应栏内。�
域表达式{ab|R(ab)∧ R(ba)}转换为等价的关系代数表达式,所列出的式子中员资格的比较
操作"元组 NOT IN(集合)"中的"NOT IN"与 B 操作符等价。SQL 中涉及属性 AGE 是否是空值的比
较操作,写法 C 是错误的。类似于工资在 800 至 5000 之间"这种约束,是属于 DBS 的 D 功能。
�
设关系模式 Q 是 3NF 模式,那么,E 这种提法是不正确的。�
供选择的答案
A: ①Л1,2(б
1=4∧2=3
(R×R)) ②Л1,2(б1=4( ))
③ Л1,2(б1=4( )) ④ R∩Л1,2(R)
B:①<>SOME ②=SOME ③<>ALL ④=ALL�
C:①AGE IS NULL ②NOT(AGE IS NULL)�
③AGE=NULL ④AGE IS NOT NULL�
D:①完整性 ②并发控制 ③安全性 ④恢复�
E:①Q 一定是 2NF 模式 ②Q 可能不是 4NF 模式�
③Q 可能不是 BCNF ④Q 一定不是 BCNF�
【解析】�
问题 A 涉及域表达式与关系代数表达式的转换。域表达式{ab|R(ab) ∧ R(ab)}表示取出二元
关系 R 中有对称关系的二元组的集合,即(a,b)∈R,(b,a) ∈R,如果用 D 来表示该域表达
式,则有 D R。答案中只有②是正确的。�
是关系 R 与其自身的条件连接,条件是第 1 个 R 的第 2 个元素与第 2 个 R 的第 1 个元
素相等。举例说明如下:�
R={(1,2),(2,3),(3,2),(2,1)(3,4)}�
则 的结果是�
{(1,2,2,3),�
(1,2,2,1)�
(2,1,1,2)�
(2,3,3,2)�
(3,2,2,3)�
(2,3,3,4)};�
再作 δ 选择运算找出 1,4 列相等的元组{(1,2,2,1),(2,1,1,2),(2,3,3,2),
(3,2,2,3)};�
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