數據倉庫和決策支持系統主講：魯明羽大連海事大學計算機科學與技術學院研究方向：智能數據分析與數據挖掘電話mail：lumingyu@數據倉庫和決策支持系統主講：魯明羽大連海事大學計算機科學與技1

第三章數據庫原理與聯機事務分析第三章數據庫原理與聯機事務分析2本章內容數據庫基本概念關系數據庫系統數據庫操作特性與聯機事務處理本章內容數據庫基本概念3§1、數據庫基本概念1、數據及其特性數據：描述事物的符號記錄=〉有結構的符號串數據的相關特性

（1）數據表現的多樣性常見形式：數字型/字符型/時間型/布爾型/…多媒體數據：圖形/圖像/聲音/視頻抽象數據：表示知識、規則及推理等的數據。§1、數據庫基本概念1、數據及其特性4§1、數據庫基本概念（2）數據的可構造性在數據庫理論中，數據可按型（type）和值（value）兩方面進行構造。數據的型表示數據的邏輯結構，可理解為數據類型，也可引申為數據結構或數據模式數據的值給出了符合數據型的數據取值。§1、數據庫基本概念（2）數據的可構造性5§1、數據庫基本概念（3）數據的揮發性和持久性（4）數據的私有性與共享性（5）數據的量：小量，大量，海量數據倉庫所依托的數據庫：海量、復雜結構、持久的、共享的數據庫§1、數據庫基本概念（3）數據的揮發性和持久性6§1、數據庫基本概念2、數據庫是長期存儲在計算機內、有組織的、可共享的數據集合。3、數據庫管理系統（DBMS）

是為數據庫的建立、使用和維護而配置的軟件，它建立在操作系統的基礎上，對數據庫進行統一管理和控制。它負責數據的組織、操縱及維護，并提供數據庫的安全性、完整性和數據服務機制，是數據庫系統的核心。§1、數據庫基本概念2、數據庫7§1、數據庫基本概念4、數據庫子語言是數據庫管理系統的一部分，通常分為：（1）數據定義語言DDL（2）數據操縱語言DML（3）數據控制語言DCL

以上三類語言都是非過程性的，可以作為交互式命令語言運用，也可以將語句嵌入到某些宿主語言（C、C++、Fortran等）中使用。§1、數據庫基本概念4、數據庫子語言8§1、數據庫基本概念5、數據庫系統一般由以下5部分組成：（1）數據庫（數據）（2）數據庫管理系統（DBMS軟件）（3）數據庫管理員（DBA）（4）系統硬件平臺（計算機，網絡環境）（5）系統軟件平臺（操作系統，開發工具，接口軟件，中間件）

§1、數據庫基本概念5、數據庫系統9§1、數據庫基本概念數據庫系統的特點（1）數據集成性二維表模型，三級數據模式，全局與局部的統一（2）數據的高共享性和低冗余性

面向多個應用，多級數據范式（3）數據獨立性

邏輯獨立性，物理獨立性=〉兩級映像機制（4）數據統一管理和控制

操縱方式，完整性，安全性，并發控制，故障恢復§1、數據庫基本概念數據庫系統的特點10§1、數據庫基本概念6、數據模型

數據模型是數據特性的抽象表示，主要描述數據的結構、定義在其上的操作以及約束條件，包括了系統的靜態特性、動態行為和約束條件。按應用層次，可分為三種類型：（1）概念（數據）模型

面向客觀世界和用戶，與具體的DBMS及計算機平臺無關。（2）邏輯（數據）模型

面向數據庫系統，著重于在邏輯級上描述數據特性。（3）物理（數據）模型面向數據在計算機中的內部表示。§1、數據庫基本概念6、數據模型11§1、數據庫基本概念數據模型的四個世界

數據模型可以將復雜的現實世界事物及其要求反映到計算機數據庫種的物理世界，其反應過程分為四個階段：（1）現實世界（2）概念世界（3）信息世界（4）計算機內部世界§1、數據庫基本概念數據模型的四個世界12§2、關系數據庫系統關系數據庫系統是基于關系數據模型的數據庫系統，也是目前最為常用、占主流地位的一種數據庫系統，與數據倉庫、決策支持、數據挖掘等關系密切，在DSS中多以它為基礎。1970年，E.F.Codd

發表多篇論文，系統地提出了嚴密的關系模型理論。20世紀70年代末，IBM的SanJose實驗室研制出關系數據庫實驗模型SystemR。1976年后，相繼出現了許多實驗性和商品化的關系DBMS，例如Oracle、DB2、SQLServer等等。§2、關系數據庫系統關系數據庫系統是基于關系數據模型的數據庫13§2、關系數據庫系統1、關系數據庫系統的優點（1）理論嚴密、完善（2）數據結構簡單（3）功能強（4）數據獨立性高（5）用戶使用方便§2、關系數據庫系統1、關系數據庫系統的優點14§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則關系模型的奠基人E.F.Codd分別于1974年和1985年在ComputerWorld等雜志上發表文章，具體給出了全關系型的關系系統應遵循的十二條基本準則。從理論意義上看，這十二條準則是對關系數據模型的具體而又深入的論述，是從理論和實際緊密結合的高度，對關系型DBMS的評述。從實際意義上看，它可以作為評價或購買關系型產品的標準。§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則15§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則準則0：

關系準則---一個關系型的DBMS必須能完全通過它的關系能力來管理數據庫準則1：信息準則--關系型DBMS的所有信息都應在邏輯一級上用一種方法即表中的值顯式地表示準則2：保證訪問準則---依靠表名、主碼和列名的組合，保證能以邏輯方式訪問關系數據庫中的每個數據項。準則3：空值的系統化處理---全關系型的DBMS應支持空值的概念，并用系統化的方式處理空值。

§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則16§2、關系數據庫系統準則4：基于關系模型的動態的聯機數據字典--數據庫的描述在邏輯級上應該和普通數據采用同樣的表示方式，使得授權用戶可以使用查詢一般數據所用的關系語言來查詢數據庫的描述信息。準則5：統一的數據子語言準則---一個關系系統可以具有幾種語言和多種終端使用方式。但必須有一種語言，它的語句可以表示為具有嚴格語法規定的字符串，并能全面地支持：數據和視圖定義、數據操作、完整性約束、授權、事務處理等功能。

準則6：視圖更新原則---所有理論上可更新的視圖，也應該允許由系統更新。§2、關系數據庫系統準則4：基于關系模型的動態的聯機數據字典17§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則準則7：高級的插入、修改和刪除操作---關系系統的操作對象是單一的關系。準則8：數據物理獨立性---無論數據庫的數據在存儲表示或存取方法上有任何變化，應用程序和終端活動都保持邏輯上的不變性。準則9：數據邏輯獨立性---當對基本關系進行理論上信息不受損害的任何改變時，應用程序和終端活動都保持邏輯上的不變性。

§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則18§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則準則10:數據完整性的獨立性---關系數據庫的完整性約束條件必須是用數據庫語言定義并存儲在數據字典中的，而不是在應用程序中加以定義的。準則11:分布獨立性---關系型DBMS具有分布獨立性。準則12:無破壞準則---如果一個關系系統具有一個低級（指一次操作一個記錄）語言，則這個低級語言不能違背或繞過完整性原則（準則10）。

§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則19圖3.1全關系系統的12條基本準則準則0：

一個關系型的DBMS必須能完全通過它的關系能力來管理數據庫

準則1：

信息準則準則2：保證訪問準則準則3：空值的系統化處理準則4：基于關系模型的動態的聯機數據字典準則5：統一的數據子語言準則準則6：視圖更新原則準則7：高級的插入、修改和刪除操作準則8：數據物理獨立性準則9：數據邏輯獨立性準則10:

數據完整性的獨立性準則11:分布獨立性準則12:無破壞準則圖3.1全關系系統的12條基本準則準則0：一個關系型的D20按照E.F.Codd的思想，可以把關系系統分類：(a)表式系統（b）（最小）關系系統（c）關系完備的（d）全關系的S--結構(Structure)；圓--表示關系數據模型={S，I，M}I--完整性(Integrity)；陰影部分--表示各類系統支持M--數據操縱(Manipulation)。模型的程度

圖3.2關系系統的分類

按照E.F.Codd的思想，可以把關系系統分類：(a)表式21

(1)

表式系統：僅支持關系數據結構，不支持集合級的操作。表式系統不能算是一個關系系統。(2)

最小關系系統：支持關系數據結構支持選擇、投影和連接三種關系操作。許多微機關系數據庫系統，如Foxbase、FoxPro等屬于這一類。

(1)

表式系統：(2)

最小關系系統：22

(4)

全關系系統：具備關系模型的所有特征，即不僅是關系上完備的，而且支持數據結構中域的概念，支持實體完整性和參照完整性。(3)

關系完備系統：支持關系數據結構支持所有的關系操作。

(4)

全關系系統：(3)

關系完備系統：23§2、關系數據庫系統3、關系模型關系模型包括關系數據結構、關系操作和關系中的數據約束三部分組成。（1）關系數據結構關系模型采用二維表結構，由表框架（frame）和表元組（tuple）組成。表框架中的每個屬性稱為數據項，其取值范圍稱為值域。按關系模型組織的數據庫，其中的每一行稱為一個元組。元組中的每個數據項的值稱為一個分量。§2、關系數據庫系統3、關系模型24§2、關系數據庫系統二維表滿足下列性質：

元組個數是有限的元組各不相同元組次序無關元組分量不可再分---原子性屬性名唯一屬性次序無關屬性列中的分量具有與該屬性相同的值域§2、關系數據庫系統二維表滿足下列性質：25§2、關系數據庫系統幾個相關術語：關系

碼候選碼主碼外碼關系子模式---用戶視圖/外模式§2、關系數據庫系統幾個相關術語：26§2、關系數據庫系統（2）關系操作數據查詢數據變更：添加/刪除/修改（3）關系中的數據約束

實體完整性約束參照完整性約束用戶自定義完整性約束（4）SQL語言§2、關系數據庫系統（2）關系操作27§3、數據庫操作特性與聯機事務處理1、數據庫操作特性客觀上反映了現實世界的實際活動過程具有原始性一般為短事務形式大量、頻繁多樣性與隨機性操作對象一般為局部數據§3、數據庫操作特性與聯機事務處理1、數據庫操作特性28§3、數據庫操作特性與聯機事務處理2、聯機事務處理數據庫系統應用領域極其廣泛，主要有：MIS（管理信息系統）ERP（企業資源規劃）CRM（客戶關系管理）IRS（信息檢索系統）OA（辦公自動化系統）§3、數據庫操作特性與聯機事務處理2、聯機事務處理29§3、數據庫操作特性與聯機事務處理上述應用領域中的數據庫系統均具有數據庫操作的6大特點，在應用中構成了獨特的應用領域和范疇，一般稱之為數據庫事務處理或聯機事務處理（OLTP）。OLTP在DSS系統中的操作形式主要表現為非原始性、長事務性、非隨機性、只讀性以及一定的主觀隨意性。§3、數據庫操作特性與聯機事務處理上述應用領域中的數據庫系統30數據倉庫和決策支持系統主講：魯明羽大連海事大學計算機科學與技術學院研究方向：智能數據分析與數據挖掘電話mail：lumingyu@數據倉庫和決策支持系統主講：魯明羽大連海事大學計算機科學與技31

第三章數據庫原理與聯機事務分析第三章數據庫原理與聯機事務分析32本章內容數據庫基本概念關系數據庫系統數據庫操作特性與聯機事務處理本章內容數據庫基本概念33§1、數據庫基本概念1、數據及其特性數據：描述事物的符號記錄=〉有結構的符號串數據的相關特性

（1）數據表現的多樣性常見形式：數字型/字符型/時間型/布爾型/…多媒體數據：圖形/圖像/聲音/視頻抽象數據：表示知識、規則及推理等的數據。§1、數據庫基本概念1、數據及其特性34§1、數據庫基本概念（2）數據的可構造性在數據庫理論中，數據可按型（type）和值（value）兩方面進行構造。數據的型表示數據的邏輯結構，可理解為數據類型，也可引申為數據結構或數據模式數據的值給出了符合數據型的數據取值。§1、數據庫基本概念（2）數據的可構造性35§1、數據庫基本概念（3）數據的揮發性和持久性（4）數據的私有性與共享性（5）數據的量：小量，大量，海量數據倉庫所依托的數據庫：海量、復雜結構、持久的、共享的數據庫§1、數據庫基本概念（3）數據的揮發性和持久性36§1、數據庫基本概念2、數據庫是長期存儲在計算機內、有組織的、可共享的數據集合。3、數據庫管理系統（DBMS）

是為數據庫的建立、使用和維護而配置的軟件，它建立在操作系統的基礎上，對數據庫進行統一管理和控制。它負責數據的組織、操縱及維護，并提供數據庫的安全性、完整性和數據服務機制，是數據庫系統的核心。§1、數據庫基本概念2、數據庫37§1、數據庫基本概念4、數據庫子語言是數據庫管理系統的一部分，通常分為：（1）數據定義語言DDL（2）數據操縱語言DML（3）數據控制語言DCL

以上三類語言都是非過程性的，可以作為交互式命令語言運用，也可以將語句嵌入到某些宿主語言（C、C++、Fortran等）中使用。§1、數據庫基本概念4、數據庫子語言38§1、數據庫基本概念5、數據庫系統一般由以下5部分組成：（1）數據庫（數據）（2）數據庫管理系統（DBMS軟件）（3）數據庫管理員（DBA）（4）系統硬件平臺（計算機，網絡環境）（5）系統軟件平臺（操作系統，開發工具，接口軟件，中間件）

§1、數據庫基本概念5、數據庫系統39§1、數據庫基本概念數據庫系統的特點（1）數據集成性二維表模型，三級數據模式，全局與局部的統一（2）數據的高共享性和低冗余性

面向多個應用，多級數據范式（3）數據獨立性

邏輯獨立性，物理獨立性=〉兩級映像機制（4）數據統一管理和控制

操縱方式，完整性，安全性，并發控制，故障恢復§1、數據庫基本概念數據庫系統的特點40§1、數據庫基本概念6、數據模型

數據模型是數據特性的抽象表示，主要描述數據的結構、定義在其上的操作以及約束條件，包括了系統的靜態特性、動態行為和約束條件。按應用層次，可分為三種類型：（1）概念（數據）模型

面向客觀世界和用戶，與具體的DBMS及計算機平臺無關。（2）邏輯（數據）模型

面向數據庫系統，著重于在邏輯級上描述數據特性。（3）物理（數據）模型面向數據在計算機中的內部表示。§1、數據庫基本概念6、數據模型41§1、數據庫基本概念數據模型的四個世界

數據模型可以將復雜的現實世界事物及其要求反映到計算機數據庫種的物理世界，其反應過程分為四個階段：（1）現實世界（2）概念世界（3）信息世界（4）計算機內部世界§1、數據庫基本概念數據模型的四個世界42§2、關系數據庫系統關系數據庫系統是基于關系數據模型的數據庫系統，也是目前最為常用、占主流地位的一種數據庫系統，與數據倉庫、決策支持、數據挖掘等關系密切，在DSS中多以它為基礎。1970年，E.F.Codd

發表多篇論文，系統地提出了嚴密的關系模型理論。20世紀70年代末，IBM的SanJose實驗室研制出關系數據庫實驗模型SystemR。1976年后，相繼出現了許多實驗性和商品化的關系DBMS，例如Oracle、DB2、SQLServer等等。§2、關系數據庫系統關系數據庫系統是基于關系數據模型的數據庫43§2、關系數據庫系統1、關系數據庫系統的優點（1）理論嚴密、完善（2）數據結構簡單（3）功能強（4）數據獨立性高（5）用戶使用方便§2、關系數據庫系統1、關系數據庫系統的優點44§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則關系模型的奠基人E.F.Codd分別于1974年和1985年在ComputerWorld等雜志上發表文章，具體給出了全關系型的關系系統應遵循的十二條基本準則。從理論意義上看，這十二條準則是對關系數據模型的具體而又深入的論述，是從理論和實際緊密結合的高度，對關系型DBMS的評述。從實際意義上看，它可以作為評價或購買關系型產品的標準。§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則45§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則準則0：

關系準則---一個關系型的DBMS必須能完全通過它的關系能力來管理數據庫準則1：信息準則--關系型DBMS的所有信息都應在邏輯一級上用一種方法即表中的值顯式地表示準則2：保證訪問準則---依靠表名、主碼和列名的組合，保證能以邏輯方式訪問關系數據庫中的每個數據項。準則3：空值的系統化處理---全關系型的DBMS應支持空值的概念，并用系統化的方式處理空值。

§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則46§2、關系數據庫系統準則4：基于關系模型的動態的聯機數據字典--數據庫的描述在邏輯級上應該和普通數據采用同樣的表示方式，使得授權用戶可以使用查詢一般數據所用的關系語言來查詢數據庫的描述信息。準則5：統一的數據子語言準則---一個關系系統可以具有幾種語言和多種終端使用方式。但必須有一種語言，它的語句可以表示為具有嚴格語法規定的字符串，并能全面地支持：數據和視圖定義、數據操作、完整性約束、授權、事務處理等功能。

準則6：視圖更新原則---所有理論上可更新的視圖，也應該允許由系統更新。§2、關系數據庫系統準則4：基于關系模型的動態的聯機數據字典47§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則準則7：高級的插入、修改和刪除操作---關系系統的操作對象是單一的關系。準則8：數據物理獨立性---無論數據庫的數據在存儲表示或存取方法上有任何變化，應用程序和終端活動都保持邏輯上的不變性。準則9：數據邏輯獨立性---當對基本關系進行理論上信息不受損害的任何改變時，應用程序和終端活動都保持邏輯上的不變性。

§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則48§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則準則10:數據完整性的獨立性---關系數據庫的完整性約束條件必須是用數據庫語言定義并存儲在數據字典中的，而不是在應用程序中加以定義的。準則11:分布獨立性---關系型DBMS具有分布獨立性。準則12:無破壞準則---如果一個關系系統具有一個低級（指一次操作一個記錄）語言，則這個低級語言不能違背或繞過完整性原則（準則10）。

§2、關系數據庫系統2、關系數據庫系統的衡量準則49圖3.1全關系系統的12條基本準則準則0：

一個關系型的DBMS必須能完全通過它的關系能力來管理數據庫

準則1：

信息準則準則2：保證訪問準則準則3：空值的系統化處理準則4：基于關系模型的動態的聯機數據字典準則5：統一的數據子語言準則準則6：視圖更新原則準則7：高級的插入、修改和刪除操作準則8：數據物理獨立性準則9：數據邏輯獨立性準則10:

數據完整性的獨立性準則11:分布獨立性準則12:無破壞準則圖3.1全關系系統的12條基本準則準則0：一個關系型的D50按照E.F.Codd的思想，可以把關系系統分類：(a)表式系統（b）（最小）關系系統（c）關系完備的（d）全關系的S--結構(Structure)；圓--表示關系數據模型={S，I，M}I--完整性(Integrity)；陰影部分--表示各類系統支持M--數據操縱(Manipulation)。模型的程度

圖3.2關系系統的分類

按照E.F.Codd的思想，可以把關系系統分類：(a)表式51

(1)

表式系統：僅支持關系數據結構，不支持集合級的操作。表式系統不能算是一個關系系統。(2)

最小關系系統：支持關系數據結構支持選擇、投影和連接三種關系操作。許多微機關系數據庫系統，如Foxbase、FoxPro等屬于這一類。

(1)

表式系統：(2)

最小關系系統：52

(4)

全關系系統：具備關系模型的所有特征，即不僅是關系上完備的，而且支持數據結構中域的概念，支持實體完整性和參照完整性