数据库原理总结

第一章数据库概论1.人工管理阶段,文件系统阶段,数据库阶段,高级数据库阶段(对象数据库技术,分布式数据库系统,开放数据库互连技术,xml数据库技术,现代信息集成技术)2.数据描述:概念设计中:实体,实体集,属性,实体标识符;逻辑设计中:字段,记录,文件,关键码;物理设计中:位,字节,字,块,桶,卷;3.概念模型,逻辑模型(层次,网状,关系,对象),外部模型,内部模型;4.三层模式(外模式,逻辑模式,内模式),两级映像(外模式/逻辑模式映像，逻辑模式/内模式映像)5.数据库系统：数据库，硬件，软件，数据库管理员第二章关系模型和关系运算理论1.超键：能唯一标识元组的属性或属性集。候选键：不含有多余属性的超键主键：用户选作元祖标识的候选键。外键：是其他模式的主键。实体完整性规则，参照完整性规则，用户定义的完整性规则关系模式的三层体系结构：关系模式，子模式，存储模式2.关系代数的5个基本操作：并，差，笛卡尔积，投影，选择；关系代数的4个组合操作：交，连接，自然连接，除法。关系代数的7个扩充操作：改名，广义投影，赋值，外连接，外部并，半连接，聚集操作3.关系代数表达式的启发式优化算法：尽可能早的执行选择操作；尽可能早的执行投影操作；避免直接做笛卡尔积第三章关系数据库语言SQL1.SQL的组成：数据定义语言，数据操纵语言，嵌入式，数据控制语言2.数据定义：数据类型ok，数据库，数据表，索引的创建等ok。3.数据查询，数据更新ok。4，视图，嵌入式，动态SQL语句，存储过程。第四章关系数据库的规范化设计1.定义1：函数依赖：设有关系模式R（U），U为属性集，x、y为U的子集，函数依赖（FD）是形为X→Y的一个命题，只要r是R的当前关系，对r中任意两个元组t和s,都有t[X]=s[X]蕴涵t[Y]=s[Y],那么称FDX→Y在关系模式R(U)中成立。定义2：如果X→Y和Y→X同时成立，则可记为X←→Y。定义3：设F是在关系模式R上成立的函数依赖的集合，X→Y是一个函数依赖。如果对于R的每个满足F的关系r也满足X→Y，那么称F逻辑蕴涵X→Y，记为F⊨X→Y。定义4：设F是函数依赖集，被F逻辑蕴涵的函数依赖全体构成的集合，称为函数依赖集F的闭包（closure），记为F+。即F+=｛X→Y|记为F⊨X→Y｝定义5：对于FDX→Y，如果YX，那么称X→Y是一个“平凡的FD”，否则称为“非平凡的FD”。定义6：设关系模式R的属性集是U，X是U的一个子集。如果X→U在R上成立，那么称X是R的一个超键。如果X→U在R上成立，但对于X的任一真子集X1都有X1→U不成立，那么称X是R上的一个候选键。定义7：设F是属性集U上的FD集，X是U的子集，那么（相对于F）属性集X的闭包用X+表示，它是一个从F集使用FD推理规则推出的所有满足X→A的属性A的集合：X+=｛属性A|X→A在F+中｝定义8：如果关系模式R（U）上的两个函数依赖集F和G，有F+=G+，则称F和G是等价的函数依赖集。定义9：如果函数依赖集G满足下列三个条件，则称G是最小依赖集：①G中每个FD的右边都是单属性；②G中没有冗余的F，即G中不存在这样的函数依赖X→Y，使得G－｛X→Y｝与G等价；③G中每个FD的左边没有冗余的属性，即G中不存在这样的函数依赖X→Y，X有真子集W使得G－｛X→Y｝∪｛W→Y｝与G等价。定义10：设有关系模式R(U)，属性集为U，R1、…、Rk都是U的子集，并且有R1∪R2∪…∪Rk＝U。关系模式R1、…、Rk的集合用ρ表示，ρ=｛R1，…，Rk｝。用ρ代替R的过程称为关系模式的分解。定义11：在泛关系模式R分解成数据库模式ρ={R1，…，Rk}时，泛关系r在ρ的每一模式Ri（1≤i≤n）上投影后再连接起来，比原来r中多出来的元组，称为“寄生元组”（SpuriousTuple）。定义12：设R是一个关系模式，F是R上的一个FD集。R分解成数据库模式ρ=｛R1，…，Rk｝。如果对R中满足F的每一个关系r，都有r=πR1（r）⋈πR2（r）⋈…⋈πRk（r），那么称分解ρ相对于F是“无损连接分解”（losslessjoindecomposition），简称为“无损分解”，否则称为“损失分解”（lossydecomposition）。定义13：在无泛关系假设时，对两个关系进行自然连接中被丢失的元组称为悬挂元组。定义14：设F是属性集U上的FD集，Z是U的子集，F在Z上的投影用πZ（F）表示，定义为πZ(F)={X→Y|X→Y∈F+，且XY。定义15：设ρ={R1，…，Rk}是R的一个分解，F是R上的FD集，如果有∪πRi(F)⊨F，那么称分解ρ保持函数依赖集F。定义16：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（firstnormalform，简记为1NF）的模式。定义17：对于FDW→A，如果存在X⊂W有X→A成立，那么称W→A是局部依赖（A局部依赖于W）；否则称W→A是完全依赖。定义18：如果A是关系模式R的候选键中属性，那么称A是R的主属性；否则称A是R的非主属性。定义19：如果关系模式R是1NF，且每个非主属性完全函数依赖于候选键，那么称R是第二范式（2NF）的模式。如果数据库模式中每个关系模式都是2NF，则称数据库模式为2NF的数据库模式。定义20：如果X→Y，Y→A，且Y不→X和A不∈Y，那么称X→A是传递依赖（A传递依赖于X）。定义21：如果关系模式R是1NF，且每个非主属性都不传递依赖于R的候选键，那么称R是第三范式（3NF）的模式。如果数据库模式中每个关系模式都是3NF，则称其为3NF的数据库模式。定义22：设F是关系模式R的FD集，如果对F中每个非平凡的FDX→Y，都有X是R的超键，或者Y的每个属性都是主属性，那么称R是3NF的模式。定义23：如果关系模式R是1NF，且每个属性都不传递依赖于R的候选键，那么称R是BCNF的模式。如果数据库模式中每个关系模式都是BCNF，则称为BCNF的数据库模式。定义24：设F是关系模式R的FD集，如果对F中每个非平凡的FDX→Y，都有X是R的超键，那么称R是BCNF的模式。2.定理1：FD推理规则A1、A2和A3是正确的。设U是关系模式R的属性集，F是R上成立的只涉及到U中属性的函数依赖集。FD的推理规则有以下三条：A1（自反性，reflexivity）：若，则X→Y在R上成立。A2（增广性，augmentation）：若X→Y在R上成立，且，则XZ→YZ在R上成立。A3（传递性，transitivity）：若X→Y和Y→Z在R上成立，则X→Z在R上成立。定理2：FD的其他五条推理规则:(1)A4（合并性，union）：｛X→Y，X→Z｝⊨X→YZ。(2)A5（分解性，decomposition）：｛X→Y，｝⊨X→Z。(3)A6(伪传递性):｛X→Y，WY→Z｝⊨WX→Z。(4)A7（复合性，composition）：｛X→Y，W→Z｝⊨XW→YZ。(5)A8:｛X→Y，W→Z｝⊨X∪（W－Y）→YZ。定理3：如果A1…An是关系模式R的属性集，那么X→A1…An成立的充分必要条件是X→Ai（i=1，…，n）成立。定理4：X→Y能用FD推理规则推出的充分必要条件是YX+。定理5：FD推理规则{A1，A2，A3}是完备的。定理6：设ρ=｛R1，R2｝是关系模式R的一个分解，F是R上成立的FD集，那么分解ρ相对于F是无损分解的充分必要条件是:（R1∩R2）→（R1－R2）或（R1∩R2）→（R2－R1）。定理7：如果FDX→Y在模式R上成立，且X∩Y=φ，那么R分解成ρ={R－Y，XY}是无损分解。定理8：如果R是3NF模式，那么R也是2NF模式。定理9：如果R是BCNF模式，那么R也是3NF模式。3.算法1：求属性集X相对于FD集F的闭包X+。设属性集X的闭包为X+，其计算算法如下：X+:=X；do{oldX+:=X+；forF中每个FDY→ZdoifY∪Z；}while（X+!=oldX+）；算法2：计算函数依赖集F的最小依赖集G。方法：具体过程分三步：①据推理规则的分解性（A5），得到一个与F等价的FD集G，G中每个FD的右边均为单属性。②在G的每个FD中消除左边冗余的属性。③在G中消除冗余的FD。算法3：无损分解的测试①构造一张k行n列的表格，每列对应一个属性Aj，每行对应一个模式Ri。如果Aj在Ri中，那么在表格的第i行第j列处填上符号aj，否则填上bij。②把表格看成模式R的一个关系，反复检查F中每个FD在表格中是否成立，若不成立，则修改表格中的值。修改方法如下：如果Y值中有一个是aj，那么另一个也改成aj；如果没有aj，那么用其中一个bij替换另一个值（尽量把下标ij改成较小的数）。一直到表格不能修改为止。（这个过程称为chase过程）③若修改的最后一张表格中有一行是全a，即a1a2…an，那么称ρ相对于F是无损分解，否则称损失分解。算法4：分解成2NF模式集的算法设关系模式R(U)，主键是W，R上还存在FDX→Z，并且Z是非主属性和X⊂W，那么W→Z就是一个局部依赖。此时应把R分解成两个模式R1（XZ），主键是X；R2（Y），其中Y=U-Z，主键仍是W，外键是X(REFERENCESR1)。利用外键和主键的连接可以从R1和R2重新得到R。如果R1和R2还不是2NF，则重复上述过程，一直到数据库模式中每一个关系模式都是2NF为止。算法5：分解成3NF模式集的算法设关系模式R（U），主键是W，R上还存在FDX→Z。并且Z是非主属性，，X不是候选键，这样W→Z就是一个传递依赖。此时应把R分解成两个模式：R1（XZ），主键是X；R2（Y），其中Y=U-Z，主键仍是W，外键是X(REFERENCESR1)。利用外键和主键相匹配机制，R1和R2通过连接可以重新得到R。如果R1和R2还不是3NF，则重复上述过程，一直到数据库模式中每一个关系模式都是3NF为止。算法6:无损分解成BCNF模式集。对于关系模式R的分解ρ（初始时ρ={R}），如果ρ中有一个关系模式Ri相对于πRi（F）不是BCNF。据定义4.24可知，Ri中存在一个非平凡FDX→Y，有X不包含超键。此时把Ri分解成XY和Ri－Y两个模式。重复上述过程，一直到ρ中每一个模式都是BCNF。算法7:无损分解且保持依赖地分解成3NF模式集。①对于关系模式R和R上成立的FD集F，先求出F的最小依赖集，然后再把最小依赖集中那些左部相同的FD用合并性合并起来。②对最小依赖集中，每个FDX→Y去构成一个模式XY。③在构成的模式集中，如果每个模式都不包含R的候选键，那么把候选键作为一个模式放入模式集中。第五章数据库设计与ER模型定义5.1把数据库应用系统从开始规划，设计，实现，维护到最后被新的系统取代而停止使用的整个期间，称为数据库系统生存期。1.数据库设计的全过程：（1）规划阶段：系统调查，可行性分析，确定数据库系统的总目标。（2）需求分析阶段：分析用户活动，产生业务流程图；确定系统范围，产生系统关联图；分析用户活动涉及到的数据，产生数据流图；分析系统数据，产生数据字典。（3）概念设计阶段:进行数据抽象，设计局部概念模型；将局部概念模型综合成全局概念模型；评审。（4）逻辑设计阶段：把概念模型转换成逻辑模型；设计外模式；设计应用程序与数据库的接口；评价模型；修正模型。（5）物理设计阶段：存储记录结构设计；确定数据存放的位置；存取方法的设计；完整性和安全性考虑；程序设计。（6）数据库的实现：用DDL定义数据库结构；组织数据入库；编址与调试应用程序；数据库试运行。（7）数据库的运行于维护2.ER模型（1）基本元素：实体，联系，属性（简单属性/复合属性，单值属性/多值属性，存储属性/派生属性，允许为空值的属性）（2）联系的设计：联系的元数，联系的约束。（3）采用ER模型的数据库概念设计：设计局部ER模型（确定局部结构范围，定义实体，定义联系，分配属性），设计全局ER模型（确定公共实体类型，合并局部ER模型，消除冲突（属性，结构，命