关系数据库基本特征，数据库系统

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数据库关系模式有哪些类型

在关系数据库中有型和值两种类型结构。关系模式是型，关系是值，关系模式是对关系的描述。

描述一个关系需要从以下两个方面来定义：第一方面，关系实质上是一个二维表，表的每一行为一个元组，每一列为一个属性。一个元组就是该关系所涉及的属性集的笛卡儿积的一个元素。关系是元组的集合，因此关系模式必须指出这个元组集合的结构，即它由哪些属性构成，这些属性来自哪些域，以及属性与域之间的映象关系。

第二方面，一个关系通常是由赋予它的元组语义来确定的。元组语义实质上是一个n目谓词（n是属性集中属性的个数）。凡使该n目谓词为真的笛卡儿积中的元素（或者说凡符合元组语义的那部分元素）的全体就构成了该关系模式的关系。

1.3.1关系数据库基本概念关系数据中，关系模式涉及众多概念、术语，初学者对这方面不容易把握与理解，以下用通俗易懂的语言来对这些概念及术语作简单的介绍。

1.关系关系（Relation）是指数据库中实体的信息，也就是数据库中二维表的数据。一个关系就是一个数据库表的值，表中的内容是对应关系模式在某个时刻的值，称为一个关系。例如，关系A表示数据库有一张名字为A的数据表所记录的所有数据。关系数据库中每一个关系都具有以下六方面的性质：（（1)列是同质的。即每一列中的分量为同一类型的数据，来自同一个域。

（2）不同的列可出自同一个域，称其中的每列为一个属性，不同的属性要给予不同的属性名。

（3）列的顺序无所谓。即列的次序可以任意交换。

（4）任意两个元组不能完全相同。

（5）行的顺序无所谓。即行的次序可以任意交换。

（6）分量必须取原子值。即每一个分量都必须是不可分的数据库属性。

2.模式模式（Schema）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，也称逻辑模式。有以下几方面性质：（（1)一个数据库只有一个模式。

（2）模式是数据在逻辑级上的视图。

（3）以某一种数据模型为基础。

定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构，包括数据项的构成、名字、类型、取值范围等，而且要定义与数据有关的安全性、完整性要求，定义这些数据之间的联系。

3.关系模式关系模式（RelationSchema）描述的是与关系相对应的二维表的表结构，即关系中包含哪些属性，属性来自哪些域，以及与域之间的映象关系。

关系模式与关系的区别：（（1)关系模式描述了关系数据结构和语义，是关系的型。而关系是一个数据集合，是关系模式的值，是关系模式的一个实例。

（2）关系实际上就是关系模式在某一时刻的状态或内容。关系模式是静态的、稳定的，而关系是动态的、随时间不断变化的，因为数据库操作会不断地更新数据库中的数据。

4.元组元组（Tuple）是关系数据库中的基本概念，一个关系表中的每行就是一个元组。也就是说数据库表中的每条记录都是一个元组，表结构的每列就是一个属性，在二维表里，元组也称为记录。元组可表示一个关系或关系之间的联系。

一般情况下，一个关系数据表中的每条记录均有一个唯一的编号（记录号），这个编号也叫元组号。

5.码码（Key）是关系数据库系统中的基本概念。所谓码，就是能唯一标识实体的属性集，是整个属性集，而不是单个属性。在关系数据库中，码包括多种类型，如超码、候选码和主码。

（（1)超码（SuperKey）。超码是一个或多个属性的集合，这些属性可以在一个实体集中唯一地标识一个实体。如果K是一个超码，那么K的任意超集也是超码，也就是说如果K是超码，那么所有包含K的集合也是超码。例如，学生是一个实体，则学生的集合是一个实体集，而超码用来在学生的集合中区分不同的学生。假设学生（实体）具有多个属性：学号，身份证号，姓名，性别。因为通过学号可以找到唯一一个学生，所以{学号}是一个超码，同理{学号，身份证号}、{学号，身份证号，姓名}、{学号，身份证号，姓名，性别}、{身份证号}、{身份证号，姓名}、{身份证号，姓名，性别}也是超码。在这里，因为不同的学生可能拥有相同的姓名，所以姓名不可以区别一个学生，即{姓名}不是一个超码，{性别}、{姓名，性别}也不是。

（2）候选码（CandidateKey）。候选码是可以唯一标识一个元组的最少的属性集合。候选码是从超码中选出的，因此候选码也是一个或多个属性的集合。因为超码的范围太广，很多是无用的，所以候选码是最小超码，它们的任意真子集都不能成为超码。例如，如果K是超码，那么所有包含K的集合都不能是候选码；如果K，J都不是超码，那么K和J组成的集合{K，J}有可能是候选码。

虽然超码可以唯一标识一个实体，但是可能大多数超码中含有多余的属性，所以需要候选码。

例如学生表，学生（学号，姓名，年龄，性别，专业），其中的学号是可以唯一标识一个元组，所以学号可以作为候选码。既然学号都可以作候选码，那么学号和姓名这两个属性的组合就可以唯一区别一个元组。此时的学号可以成为码，学号和姓名的组合也可以成为码，但是学号和姓名的组合不能成为候选码，因为即使去掉姓名属性，剩下的学号属性也完全可以唯一地标识一个元组。也就是说，候选码中的所有属性都是必需的，缺少任何一个属性，都不能唯一标识一个元组。

（3）主码（PrimaryKey）。主码是从多个候选码中任意选出一个作为主键，这个被选中的候选码就称为主码。如果候选码只有一个，那么候选码就是主码。虽然说主码的选择是比较随意的，但在实际开发中还是需要一定的经验，不然开发出来的系统会出现问题。一般来说，主码都应该选择那些从不或者极少变化的属性。

例如，在一个职工实体中，职工（职工号，姓名，入职时间，部门，岗位，工资，职级，工龄，电话），职工号可以用来唯一确定实体中的一个元组，所以职工号是一个候选码。如果实体属性——姓名、入职时间、部门三者组合也能唯一地确定一个元组，则（姓名，入职时间，部门）也是一个候选码。在上述两个候选码中任选一个均可作为职工实体的主码，一般来说直接选择职工号作为实体的主码是最为简单方便的。

1.3.2关系模式的定义关系是数据库二维表中的数据记录，关系模式是数据库二维表的表结构，关系是动态的，关系模式是静态的。

关系模式可由六个元素来描述，分别是R、U、D、dom、I、F。其中，R为关系的名称；

U为组成该关系的属性名的集合；D为U集合中属性的域集合；dom为属性集U向域集D的映射；I为完整约束集合；F为属性间数据的依赖关系集合。

一个关系模式通常表示为R（U，D，dom，I，F），也可以忽略其他元素，直接简化为R（U）或R（A1，A2，A3，…，An），其中A1，A2，A3，…，An为属性名。

例如，在一个选课模块中，包含“学生”“课程”“选修”等关系实体。“学生”实体的属性有SNO（学号）、SNAME（姓名）、AGE（年龄）、SEX（性别）、SDEPT（系部），其中“学号”为主键；“课程”实体的属性有CNO（课程号）、CNAME（课程名称）、CDEPT（系部）、TNAME（教师），其中“课程号”为主键；“选修”实体的属性有GRADE（成绩）、SNO（学号）、CNO（课程号），其中“学号”和“课程号”为联合主键。学生和课程之间是多对多的关联关系，即一个学生可以同时选修多门课程，一门课程也可以同时被多个学生选修。这种多对多的关联关系可以通过“选修”关系实体作为中间桥接实体，变成两个一对多的实体关联关系，如图所示。

图学生选课实体

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从图的实体关系图中可以得到选课模块的实体关系模式集——学生关系、课程关系、选修关系，具体关系模式如下：学生关系模式Student（SNO，SNAME，AGE，SEX，SDEPT）；

课程关系模式Course（CNO，CNAME，CDEPT，TNAME）；

选修关系模式StudentCourse（SNO，CNO，GRADE）。

对以上定义的三个关系模式实例化，插入初始化数据后，可得到学生、课程、选修三个关系的实例，如图所示。图中矩形框圈住部分为选课模块中的关系模式（表结构）；椭圆框圈住部分为选课模块中的关系（数据）。整个选课模块的表环境由关系模式与关系两部分共同组成，缺一不可。关系模式的分解标准关系模式的规范化过程实际上就是关系模式的“分解”过程，即把逻辑上独立的信息放在独立的关系模式中。分解是解决数据冗余的主要方法，也是规范化的一条原则——关系模式有冗余问题就要分解。

数据库设计者在进行关系数据库设计时，应参照模式规范化理论，尽可能使数据库模式保持高的标准。一般尽量把关系数据库设计成巴斯−科德范式（BCNF）的模式集，如果设计成巴斯−科德范式（BCNF）模式集时达不到保持函数依赖的标准，那么只能降低要求，设计成第三范式（3NF）的模式集，以达到保持函数依赖和无损分解的基本要求。

学生、课程、选修三个关系的实例

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1.分解的定义一个关系模式可以分解成众多子关系模式，分解方式不同，得到的子关系模式也不同。

关系模式的分解是指把某一个关系模式按照某一种方式进行分解得到的所有子关系模式。

如关系模式R按照某一种方式分解，可以得到一个关系集ρ={R1，R2，…，Rn}。其中属性集U=U1∪U2∪…∪Un，并且不能存在Ui⊆Uj，1≤i，j≤n。

函数依赖关系集F=F1∪F2∪…∪Fn，其中F1，F2，…，Fn是F在U1，U2，…，Un上的投影。

2.分解的标准把低级的关系模式分解成高级的关系模式的方法不是唯一的，只要能够保证分解后的关系模式与原关系模式等价，就是一个完整、标准的分解方法。关系模式的标准分解方法应同时达到以下两方面的要求：（（1)分解具有无损连接性。

（2）分解要保持函数依赖性。

具有无损连接性的分解保证信息不会丢失，但无损连接不一定能解决插入异常、删除异常、修改复杂、数据冗余等问题，如要解决这些问题，则要考虑更高的关系数据范式理论原则。

数据库基础 有关

第一章数据库基础知识

本章以概念为主，主要是了解数据库的基本概念，数据库技术的发展，数据模型，重点是关系型数据。

第一节：信息，数据与数据处理

一、信息与数据：

1、信息：是现实世界事物的存在方式或运动状态的反映。或认为，信息是一种已经被加工为特定形式的数据。

信息的主要特征是：信息的传递需要物质载体，信息的获取和传递要消费能量；信息可以感知；信息可以存储、压缩、加工、传递、共享、扩散、再生和增值

2、数据：数据是信息的载体和具体表现形式，信息不随着数据形式的变化而变化。数据有文字、数字、图形、声音等表现形式。

3、数据与信息的关系：一般情况下将数据与信息作为一个概念而不加区分。

二、数据处理与数据管理技术：

1、数据处理：数据处理是对各种形式的数据进行收集、存储、加工和传输等活动的总称。

2、数据管理：数据收集、分类、组织、编码、存储、检索、传输和维护等环节是数据处理的基本操作，称为数据管理。数据管理是数据处理的核心问题。

3、数据库技术所研究的问题不是如何科学的进行数据管理。

4、数据管理技术的三个阶段：人工管理，文件管理和数据库系统。

第二节：数据库技术的发展

一、数据库的发展：数据库的发展经历了三个阶段：

1、层次型和网状型：

代表产品是1969年IBM公司研制的层次模型数据库管理系统IMS。

2、关系型数据型库：

目前大部分数据库采用的是关系型数据库。1970年IBM公司的研究员E．F．Codd提出了关系模型。其代表产品为sysem R和Inges。

3、第三代数据库将为更加丰富的数据模型和更强大的数据管理功能为特征，以提供传统数据库系统难以支持的新应用。它必须支持面向对象，具有开放性，能够在多个平台上使用。

二、数据库技术的发展趋势：

1、面向对象的方法和技术对数据库发展的影响：

数据库研究人员借鉴和吸收了面向对旬的方法和技术，提出了面向对象数据模型。

2、数据库技术与多学科技术的有机组合：

3、面向专门应用领域的数据库技术

三、数据库系统的组成：

数据库系统（DBS）是一个采用数据库技术，具有管理数据库功能，由硬件、软件、数据库及各类人员组成的计算机系统。

1、数据库（DB）：

数据库是以一定的组织方式存放于计算机外存储器中相互关联的数据集合，它是数据库系统的核心和管理对象，其数据是集成的、共享的以及冗余最小的。

2、数据库管理系统（DBMS）：

数据库管理系统是维护和管理数据库的软件，是数据库与用户之间的界面。作为数据库的核心软件，提供建立、操作、维护数据库的命令和方法。

3、应用程序：

对数据库中数据进行各种处理的程序，由用户编写。

4、计算机软件：

5、计算机硬件：

包括CPU、内存、磁盘等。要求有足够大的内存来存放操作系统、数据库管理系统的核心模块以及数据库缓冲；足够大的磁盘能够直接存取和备份数据；比较主的通道能力；支持联网，实现数据共享。

6、各类人员。

四、数据库系统的特点：

1、数据共享：

2、面向全组织的数据结构化：

数据不再从属于一个特定应用，而是按照某种模型组织成为一个结构化的整。它描述数据要身的特性，也描述数据与数据之间的种种联系。

3、数据独立性：

4、可控数据冗余度：

5、统一数据控制功能：

数据安全性控制：指采取一定的安全保密措施确保数据库中的数据不被非法用户存取而造成数据的泄密和破坏；

数据完整性控制：是指数据的正确性、有效性与相容性。

并发控制：多个用户对数据进行存取时，采取必要的措施进行数据保护；

数据恢复：系统能进行应急处理，把数据恢复到正确状态。

Record）：又称为结点，由若干个数据项组成，用于描述一个对象；

3、文件（File）：由若干个记录组成；

4、数据库（Data Base）：由逻辑相关的文件组成。

二、数据模型：

数据的组织形式称为数据模型，它决定数据（主要是结点）之间联系的表达方式。主要包括层次型、网状型、关系型和面向对象型四种。层次型和网状型是早期的数据模型，又称为格式化数据系统数模型。

以上四种模型决定了四种类型的数据库：层次数据库系统，网状数据库系统，关系型数据库系统以及面向对象数据库系统。

目前微机上使用的主要是关系型数据库。

1、层次型：是以记录为结点的有向树；图如教材P7图1--2

2、网状型：树的集合，它的表示能力以及精巧怀强于层次型，但独立性下降。

3、关系型：

在关系型中，数据被组织成若干张二维表，每张表称为一个关系。

一张表格中的一列称为一个“属性”，相当于记录中的一个数据项（或称为字段），属性的取值范围称为域。

表格中的一行称为一个“元组”，相当于记录值。

可用一个或若干个属性集合的值标识这些元组，称为“关键字”。

每一行对应的属性值叫做一个分量。

表格的框架相当于记录型，一个表格数据相当于一个同质文件。所有关系由关系的框架和若干元组构成，或者说关系是一张二维表。

关系型的特点：描述的一致性；可直接表示多对多关系；关系必须是规范化的；关系模型建立在数学概念基础上。

4、面向对象型：主要采用对象和灯的概念。

第四节：关系型数据库

一、关系型数据库的发展：

1、数据库产品种类繁多：像dBASE，FoxBASE，Clipper，Paradox，Acess等。

2、采用SQL语言：SQL（Structured Query Language）“结构化查询语言”，是通用的关系型数据库操作语言，可以查询、定义、操纵和控制数据库。它是一种非过程化语言。

3、支持面向对象的程序设计：

4、提供良好的图形界面和窗口；

5、支持开放的客户机/服务器和分布式处理；

6、提供新一代的数据库管理系统开发工具：支持GUI（图形界面）、ODBC（开放数据库连接）、OLE（对象的链接与嵌入）、DLL（动态链接）等。

二、关系型数据库管理系统（RDBMS）及其产品：

主要著名的关系型数据库产品有Oracle、Sybase、Informix、DB2、Inges、Paradox、Access、SQL Server等。数据库应用系统开发工具是PowerBuilder和Delphi。

简述数据库系统的基本特征和优缺点。

【答案】：数据库系统的基本特征有以下几点：

(1)数据独立性。是指在采用数据库的信息系统中，经营交易或者事项所产生数据的实体贮存与使用或应用程序相分离。

(2)数据标准化。是指数据库中的数据要素具有标准化含义与构成方式。

(3)数据输入与贮存。经营交易或事项所产生的数据一次性地输入数据库，并且贮存于某一位置。

(4)数据整合性。数据库可以利用逻辑关系结构灵活地贮存交易资料，构成不同的数据集。

(5)数据共享。数据的整合性衍生出数据共享的特点，数据库内的各项数据为企业或组织的全部使用者所共有。

(6)集中式数据管理。采用数据库的信息系统通常设有专门的数据库管理员，集中管理全部资料、资源和DBMs的运作。

数据库系统的优点：

(1)数据独立性和标准化增强了数据存储与应用的弹性，使得应用程序的编写与变动更为简易快捷，节省了费用。

(2)数据整合性和联机数据切入可以减少数据重复储存，可以消除数据要素之间的不一致，从而节省了数据存储空间，缩短数据存取时间，提升数据的可信性。

(3)数据整合性与数据共享的特点可以提高数据存取与应用效率，从而更简易地储存所需资料，满足多方面的数据需求。

(4)数据的集中管理，增强了数据安全与内部协调，可以有效防止未授权人士擅自存取数据，数据记录也可以及时更新。

但是数据库系统在目前的发展阶段仍然存在一定的局限性，主要体现在三个方面：(1)成本较高。由于数据库的硬、软件相对而言更加复杂，这些硬、软件设备都比较昂贵。(2)初始阻力大。数据库系统与一般的数据文档系统有着显著的差别，在数据库的开发初期往往遇到较大的阻力。比如系统开发人员因不熟悉数据库技术而遇到困难。(3)系统脆弱性。数据库所存储的数据具有高度的整合性，若系统中某个硬、软件发生故障，可能导致整个数据库无法运作以及全部应用程序无法作业。

OK，关于关系数据库基本特征和数据库系统的内容到此结束了，希望对大家有所帮助。