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

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

（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;
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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;
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去除重复记录：DISTINCT 关键字

#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;

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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;
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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';

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

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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";
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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;
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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;
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（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'
);

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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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