軟件設計師重點難點——數據庫

　　數據庫管理系統（DBMS）

　　數據庫管理系統（DBMS）是指DBS中對數據進行管理的軟件系統，它是DBS的核心成分。DBS中所有與數據庫打交道的操作，包括建庫、查詢、更新及數據控制，都是通過DBMS進行的。數據庫管理系統總是基于某種數據庫模型，可分為網狀型、層次型、關系型和面向對象型DBMS。

　　數據庫管理系統的主要目標：把數據作為可管理的資源處理。

　　數據庫管理系統的5個重要功能：

　　◆數據庫的定義功能：DBMS提供數據定義語言（DDL）定義數據庫的3級結構，包括外模式、概念模式、內模式及其相互之間的映象，定義數據的完整性約束、保密限制等條件。因此在DBMS中包括DDL的編譯程序。

　　◆數據庫的操縱功能：提供數據操縱語言（DML）實現對數據的操作。有4種基本操作：檢索（查詢）、插入、刪除、修改。在DBMS中包括DML的編譯程序或解釋程序。

　　◆數據庫的保護功能：DBMS對數據庫的保護主要通過4個子系統：

　　A.數據庫恢復（在數據庫被破壞或數據不正確時，系統有能力把數據庫恢復到最近某個正確的狀態

　　B.數據完整性控制（保證數據庫中數據及語義的正確性和有效性，防止任何對數據錯誤的操作）

　　C.多用戶環境下的并發控制。

　　D.數據安全性控制（防止未被授權的用戶蓄謀或無意地存取數據庫中的數據，以免數據的泄露或破壞）。

　　◆數據庫的維護功能：這部分包括數據庫的初始數據載入、轉換功能、存儲功能、數據庫的改組、性能監視功能。

　　◆數據字典（DD）：DD管理數據庫3級結構的定義。對于數據庫的操作都要通過查閱DD才能進行�，F在有的大型系統中，把DD單獨抽出來自成一個系統，成為一個系統工具，使得DD成為一個比DBMS更高級的用戶與數據庫之間的接口。

　　要注意的是：應用程序并不屬于DBMS的范圍。應用程序是用主語言和DML編寫的，程序中的DML語句由DBMS執行，而其余部分仍由主語言編譯程序完成。

　　數據庫系統（DBS）

　　數據庫系統是一個復雜的系統，它是采用了數據庫技術的計算機系統。因此，它不僅僅是一組對數據進行管理的軟件（即DBMS），也不僅僅是一個數據庫。它是一個實際可運行的、按照數據庫方法存儲、維護和向應用系統提供數據支持的系統。它是存儲介質、處理對象和管理系統的集合體，由數據庫DB、硬件支持系統、軟件支持系統和數據庫管理員DBA這四部分組成。

　　SQL語句

　　◆基本表的定義可用“CREATE TABLE”語句實現，增加屬性可以用ALTER...ADD...”語句，刪除屬性可以用“ALTER...DROP...”語句;刪除已存在的表可用“DROP TABLE...”語句。

　　◆視圖的定義和撤消

　　◆索引的定義和撤銷

　　◆SELECT 查詢語句

　　◆DELETE刪除語句

　　◆INSERT插入語句

　　◆uPDATE語句

　　關系運算

　　專門的關系運算包括選擇、投影、連接、除等。

　　選擇（Selection）

　　選擇又稱為限制（Restriction）。它是在關系R中選擇滿足給定條件的諸元組，記作：

　　σF(R) = {t|t∈R ∧ F(t)='真'}

　　其中F表示選擇條件，它是一個邏輯表達式，取邏輯值‘真’或‘假’。

　　邏輯表達式F的基本形式為：

　　X1 θ Y1 [ φ X2 θ Y2 ]

　　θ表示比較運算符，它可以是＞、≥、＜、≤、＝或≠。X1、Y1等是屬性名或常量或簡單函數。屬性名也可以用它的序號來代替。φ表示邏輯運算符，它可以是僼、∧或∨。[ ]表示任選項，即[ ]中的部分可以要也可以不要，...表示上述格式可以重復下去。

　　因此選擇運算實際上是從關系R中選取使邏輯表達式F為真的元組。這是從行的角度進行的運算。

　　舉例

　　設有一個學生-課程關系數據庫，包括學生關系Student、課程關系Course和選修關系SC。下面的許多例子將對這三個關系進行運算。

　　例1 查詢信息系（IS系）全體學生

　　σSdept='IS'(Student) 或 σ5='IS'(Student)

　　例2 查詢年齡小于20歲的元組

　　σSage<20(Student)

　　或σ4<20(Student) 。

　　投影（Projection）

　　關系R上的投影是從R中選擇出若干屬性列組成新的關系。記作：

　　ΠA(R) = { t[A] | t∈R }

　　其中A為R中的屬性列。

　　舉例

　　例3 查詢學生關系Student在學生姓名和所在系兩個屬性上的投影：

　　ΠSname,Sdept(Student)

　　或

　　Π2,5(Student)

　　結果如圖2-7(a)。

　　投影之后不僅取消了原關系中的某些列，而且還可能取消某些元組，因為取消了某些屬性列后，就可能出現重復行，應取消這些完全相同的行。

　　例4 查詢學生關系Student中都有哪些系，即查詢學生關系Student在所在系屬性上的投影

　　ΠSdept(Student)

　　投影之后不僅取消了原關系中的某些列，而且還可能取消某些元組，因為取消了某些屬性列后，就可能出現重復行，應取消這些完全相同的行。

　　連接（Join）

　　連接也稱為θ連接。它是從兩個關系的笛卡爾積中選取屬性間滿足一定條件的元組。記作：

　　其中A和B分別為R和S上度數相等且可比的屬性組。θ是比較運算符。連接運算從R和S的笛卡爾積R×S中選�。≧關系）在A屬性組上的值與（S關系）在B屬性組上值滿足比較關系θ的元組。

　　連接運算中有兩種最為重要也最為常用的連接，一種是等值連接（equi-join），另一種是自然連接（Natural join）。

　　θ為“＝”的連接運算稱為等值連接。它是從關系R與S的笛卡爾積中選取A、B屬性值相等的那些元組。即等值連接為：

　　自然連接（Natural join）是一種特殊的等值連接，它要求兩個關系中進行比較的分量必須是相同的屬性組，并且要在結果中把重復的屬性去掉。即若R和S具有相同的屬性組B，則自然連接可記作：

　　一般的連接操作是從行的角度進行運算。但自然連接還需要取消了重復列，所以是同時從行和列的角度進行運算。

　　除（Division）

　　給定關系R(X,Y)和S(Y,Z)，其中X、Y、Z為屬性組。R中的Y與S中的Y&127;可以有不同的屬性名，但必須出自相同的域集。R與S的除運算得到一個新的關系P(X)，P是R中滿足下列條件的元組在X屬性列上的投影：元組在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。記作：

　　其中Yx為x在R中的象集，x=tｒ[X]。

　　舉例

　　例6 設關系R、S分別為圖2-9中的(a)和(b)，R÷S的結果為圖2-9(c)。

　　在關系R中，A可以取四個值{a1, a2, a3, a4}。其中：

　　a1的象集為{(b1,c2), (b2,c3), (b2,c1)}

　　a2的象集為{(b3,c7), (b2,c3)}

　　a3的象集為{(b4,c6)}

　　a4的象集為{(b6,c6)}

　　S在(B,C)上的投影為{(b1,c2), (b2,c3), (b2,c1)}

　　顯然只有a1的象集(B,C)a1包含S在(B,C)屬性組上的投影，所以R÷S={a1}。