網絡數據庫技術應用河南理工大學計算機學院喬應旭qiaoyingxu@網絡數據庫技術應用第一章緒論1.1數據庫基本概念數據庫(Database)數據庫管理系統(DBMS)數據數據(Data)是數據庫中存儲的基本對象數據的定義描述事物的符號記錄數據的種類文本、圖形、圖像、音頻、視頻、學生的檔案記錄、貨物的運輸情況等數據的特點數據與其語義是不可分的數據舉例數據的含義稱為數據的語義，數據與其語義是不可分的。例如93是一個數據語義1：學生某門課的成績語義2：某人的體重語義3：計算機系2003級學生人數語義4：請同學給出。。。數據舉例學生檔案中的學生記錄（李明，男，197205，江蘇南京市，計算機系，1990）語義：學生姓名、性別、出生年月、籍貫、所在院系、入學時間解釋：李明是個大學生，1972年5月出生，江蘇南京市人，1990年考入計算機系數據庫(續)數據庫的定義數據庫(Database,簡稱DB)是長期儲存在計算機內、有組織的、可共享的大量數據集合數據庫(續)數據庫的特征最小冗余數據獨立性較高安全性完整性數據共享數據庫管理系統什么是DBMS數據庫管理系統（DatabaseManagementSystem，簡稱DBMS）是位于用戶與操作系統之間的一層數據管理軟件。DBMS的用途科學地組織和存儲數據、高效地獲取和維護數據DBMS的主要功能數據定義數據組織、存儲和管理數據操縱功能數據庫的事務管理和運行管理數據庫的建立和維護功能

1.2數據模型數據模型在數據庫中用數據模型這個工具來抽象、表示和處理現實世界中的數據和信息。通俗地講數據模型就是現實世界的模擬數據模型應滿足三方面要求能比較真實地模擬現實世界容易為人所理解便于在計算機上實現兩大類數據模型數據模型分為兩類（分屬兩個不同的層次）(1)概念模型也稱信息模型，它是按用戶的觀點來對數據和信息建模，用于數據庫設計。(2)邏輯模型和物理模型邏輯模型主要包括網狀模型、層次模型、關系模型、面向對象模型等，按計算機系統的觀點對數據建模，用于DBMS實現。物理模型是對數據最底層的抽象，描述數據在系統內部的表示方式和存取方法，在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法。1.2.1概念模型概念模型的用途概念模型用于信息世界的建模是現實世界到機器世界的一個中間層次是數據庫設計的有力工具數據庫設計人員和用戶之間進行交流的語言對概念模型的基本要求較強的語義表達能力，能夠方便、直接地表達應用中的各種語義知識簡單、清晰、易于用戶理解。概念模型的一種表示方法實體－聯系方法(E-R方法)用E-R圖來描述現實世界的概念模型E-R方法也稱為E-R模型E-R圖實體型用矩形表示，矩形框內寫明實體名。學生教師E-R圖(續)屬性用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實體連接起來學生學號年齡性別姓名E-R圖(續)聯系聯系本身：用菱形表示，菱形框內寫明聯系名，并用無向邊分別與有關實體連接起來，同時在無向邊旁標上聯系的類型（1:1、1:n或m:n）聯系屬性的表示方法課程選修學生mn成績聯系的屬性：聯系本身也是一種實體型，也可以有屬性。如果一個聯系具有屬性，則這些屬性也要用無向邊與該聯系連接起來陳品山1968年，陳品山于國立臺灣大學畢業，之后赴美國深造。1970年獲哈佛大學計算機科學和應用數學碩士學位，1973年獲哈佛大學計算機科學和應用數學博士學位。之后，他曾先后在麻省理工學院（1974-1978，1986-1987），加州大學洛杉磯分校（1978-1984），哈佛大學（1990-1991）等學府從事教學和研究，從1983年至今任路易斯安納州立大學計算機科學系MurphyJ.Foster杰出講座教授

陳品山博士于1976年3月ACMTransactionsonDatabaseSystems上發表了《TheEntity-RelationshipModel--TowardaUnifiedViewofData》一文。由于大眾廣泛使用實體聯系模型，而這篇文章已成為計算機科學38篇被廣泛引用的論文中之一。且被譽為全世界最具計算機軟件開發技術的16位科學家之一。最常用的數據模型非關系模型層次模型(HierarchicalModel)網狀模型(NetworkModel)關系模型(RelationalModel)層次模型層次模型是數據庫系統中最早出現的數據模型

層次模型用樹形結構來表示各類實體以及實體間的聯系層次數據庫系統的典型代表是IBM公司的IMS（InformationManagementSystem）數據庫管理系統IMS數據庫IMS數據庫是目前世界上廣泛使用的層次型數據庫，是由IBM公司于1966～1968年為NASA（美國國家航空航天局）的阿波羅登月計劃專門開發的。在阿波羅登月計劃之后，IMS數據庫又被廣泛應用在金融、保險、制造等多個行業，至今已近40年。層次型數據庫是一種以樹型邏輯拓撲結構進行數據存儲和查找的數據庫體系，特別適合于存儲銀行，保險等總賬戶、子賬戶和明細記錄的多層次邏輯結構，也非常適合支持高可用性、高性能、高容量、高完整性和低成本的關鍵性聯機操作應用程序和數據，被國外的大型銀行、保險等金融企業廣泛使用。層次數據模型的數據結構滿足下面兩個條件的基本層次聯系的集合為層次模型。1.有且只有一個結點沒有雙親結點，這個結點稱為根結點2.根以外的其它結點有且只有一個雙親結點層次模型中的幾個術語根結點，雙親結點，兄弟結點，葉結點層次數據模型的數據結構(續）

Ｒ1

根結點

Ｒ2

兄弟結點

Ｒ3

葉結點

Ｒ4

兄弟結點

Ｒ5

葉結點

葉結點層次數據模型的數據結構(續)層次模型的特點：結點的雙親是唯一的只能直接處理一對多的實體聯系每個記錄類型可以定義一個排序字段，也稱為碼字段任何記錄值只有按其路徑查看時，才能顯出它的全部意義沒有一個子女記錄值能夠脫離雙親記錄值而獨立存在層次數據模型的數據結構(續）

根結點葉結點記錄型系的子女結點記錄型教員的雙親結點字段葉結點層次數據模型的數據結構(續)層次模型的數據操縱與完整性約束無相應的雙親結點值就不能插入子女結點值如果刪除雙親結點值，則相應的子女結點值也被同時刪除更新操作時，應更新所有相應記錄，以保證數據的一致性層次模型的優缺點優點層次數據模型簡單，對具有一對多的層次關系的部門描述自然、直觀，容易理解性能優于關系模型，不低于網狀模型層次數據模型提供了良好的完整性支持缺點多對多聯系表示不自然對插入和刪除操作的限制多查詢子女結點必須通過雙親結點層次命令趨于程序化網狀模型網狀數據庫系統采用網狀模型作為數據的組織方式實際系統CullinetSoftwareInc.公司的IDMSUnivac公司的DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGE網狀數據庫網狀數據庫系統采用網狀模型作為數據的組織方式網狀模型滿足下面兩個條件的基本層次聯系的集合：1.允許一個以上的結點無雙親；2.一個結點可以有多于一個的雙親網狀數據模型的數據結構表示方法(與層次數據模型相同)實體型：用記錄類型描述每個結點表示一個記錄類型（實體）屬性：用字段描述每個記錄類型可包含若干個字段聯系：用結點之間的連線表示記錄類型（實體）之間的一對多的父子聯系網狀模型與層次模型的區別網狀模型允許多個結點沒有雙親結點網狀模型允許結點有多個雙親結點網狀模型允許兩個結點之間有多種聯系（復合聯系）網狀模型可以更直接地去描述現實世界層次模型實際上是網狀模型的一個特例網狀數據模型的數據結構網狀模型中子女結點與雙親結點的聯系可以不唯一要為每個聯系命名，并指出與該聯系有關的雙親記錄和子女記錄R1與R3之間的聯系L1R2與R3之間的聯系L2

網狀數據模型的數據結構網狀數據模型的優缺點優點能夠更為直接地描述現實世界，如一個結點可以有多個雙親具有良好的性能，存取效率較高缺點結構比較復雜，而且隨著應用環境的擴大，數據庫的結構就變得越來越復雜，不利于最終用戶掌握DDL、DML語言復雜，用戶不容易使用關系模型關系數據庫系統采用關系模型作為數據的組織方式

1970年美國IBM公司SanJose研究室的研究員E.F.Codd首次提出了數據庫系統的關系模型計算機廠商新推出的數據庫管理系統幾乎都支持關系模型

埃德加·考特1981年的圖靈獎關系數據庫之父參加了IBM第一臺科學計算機701以及第一臺大型晶體管計算機STRETCH的邏輯設計，主持了第一個有多道程序設計能力的操作系統的開發考特原是英國人，1923年8月19日生于英格蘭中部的港口城市波特蘭。第二次世界大戰爆發以后，年輕的考特應征入伍在皇家空軍服役，1942至1945年期間任機長，參與了許多重大空戰，為反法西斯戰爭立下了汗馬功勞。二戰結束以后，考特上牛津大學學習數學，于1948年取得學士學位以后到美國謀求發展。他先后在美國和加拿大工作，參加了IBM第一臺科學計算機701以及第一臺大型晶體管計算機STRETCH的邏輯設計，主持了第一個有多道程序設計能力的操作系統的開發。他自覺硬件知識缺乏，于是在60年代初，到密歇根大學進修計算機與通信專業(當時他已年近40)，并于1963年獲得碩士學位，1965年取得博士學位。這使他的理論基礎更加扎實，專業知識更加豐富。加上他在此之前十幾年實踐經驗的積累，終于在1970年迸發出智慧的閃光，為數據庫技術開辟了一個新時代。關系數據模型的數據結構在用戶觀點下，關系模型中數據的邏輯結構是一張二維表，它由行和列組成。學號姓名年齡性別系名年級2005004王小明19女社會學20052005006黃大鵬20男商品學20052005008張文斌18女法律2005………………學生登記表屬性元組關系數據模型的數據結構（續）例1學生、系、系與學生之間的一對多聯系：學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）系(系號，系名，辦公地點)例2系、系主任、系與系主任間的一對一聯系關系數據模型的數據結構（續）例3學生、課程、學生與課程之間的多對多聯系：

學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）課程（課程號，課程名，學分）選修（學號，課程號，成績）關系數據模型的數據結構（續）關系必須是規范化的，滿足一定的規范條件最基本的規范條件：關系的每一個分量必須是一個不可分的數據項,不允許表中還有表圖中工資和扣除是可分的數據項,不符合關系模型要求

職工號姓名職稱工資扣除實

發基本津貼職務房租水電86051陳平講師13051200501601122283一個工資表(表中有表)實例關系數據模型的優缺點優點建立在嚴格的數學概念的基礎上概念單一實體和各類聯系都用關系來表示對數據的檢索結果也是關系關系模型的存取路徑對用戶透明具有更高的數據獨立性，更好的安全保密性簡化了程序員的工作和數據庫開發建立的工作關系數據模型的優缺點（續）缺點存取路徑對用戶透明導致查詢效率往往不如非關系數據模型為提高性能，必須對用戶的查詢請求進行優化增加了開發DBMS的難度1.3概念結構設計數據庫的概念設計是整個數據庫設計的關鍵階段，其主要任務是通過對用戶需求進行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型。概念設計的基本方法（1）自底向上的設計方法自底向上的設計方法有時也稱為屬性綜合法。這種方法的基本點是將前面需求分析中收集到的數據元素作為基本輸入，通過對這些元素的分析，把它們綜合成相應的實體或聯系。自底向上的設計方法適合于較為簡單的設計對象，而對于中等規模以上的單位，數據元素常常多到幾百甚至幾千。要對這么多的數據元素進行分析，再綜合成相應的實體或聯系，是一件非常困難的事情。（2）自頂向下的設計方法自頂向下的設計方法從分析組織的事務活動開始。首先識別用戶所關心的實體及實體間的聯系，建立一個初步的數據模式框架，然后再以逐步求精的方式加上必需的描述屬性，形成一個完整的局部數據模式（又稱局部視圖），最后再將這些局部視圖集成為一個統一的全局數據模式（又稱全局視圖）。局部視圖的設計數據庫概念設計的過程都是由以下兩個階段組成：第一階段，劃分用戶組，建立面向特定用戶（組）的局部數據模式，即局部視圖。第二階段，將所有局部視圖集成為一個全局的數據模式，即全局視圖。局部視圖的設計步驟如下：（1）確定局部視圖的設計范圍；（2）確定實體及實體的主鍵；（3）定義實體間的聯系；（4）給實體及聯系加上描述屬性。確定局部視圖的設計范圍首先根據系統的具體情況，在多層的數據流圖中選擇一個適當層次的數據流圖，讓這組圖中每一部分對應一個局部應用，然后以這一層次的數據流圖為出發點，設計局部視圖。通常以中層數據流圖作為設計局部視圖的依據。因為頂層數據流圖只能反映系統的概貌，低層數據流圖過細，而中層數據流圖則能較好地反映系統中各局部應用的子系統組成。在確定局部視圖的設計范圍時，有兩條原則可供參考：（1）把那些關系最密切的若干功能域所涉及到的數據盡可能地可包含在一個局部視圖內。（2）一個局部視圖中所包含的實體數不能太多，以免過于復雜，不便理解和管理。確定實體及實體的主鍵（1）確定實體教務信息管理系統的學生選課子系統局部應用中，學生是個實體，學生張平、李玲是學生實體中的兩個實例。課程是一個實體，操作系統、數據庫設計是課程實體中的兩個實例。學籍管理子系統的局部應用中，學生是個實體。學生的學籍變動情況也是一個實體，一個學生的每一次學籍變動信息都是學籍變動實體中的一個實例。（2）確定實體的主鍵每個實體都有一個或一組用來標識實體中每個實例的屬性，這個或這組屬性稱之為實體的主鍵。學生實體的主鍵是學生的學號；課程實體的主鍵是課程號；學籍變動實體的主鍵是學號＋變動日期；教師實體的主鍵是教師號；成績實體的主鍵是學號＋課程號；區分實體與屬性的一般原則：（1）實體一般需要描述信息，而屬性不需要；（2）多值的屬性可考慮作為實體；定義實體聯系時應該注意的若干點：1）消除冗余聯系假定：每一個技術員必須參加一個工程；每一個工程有多個技術員參加；每一個工程必須使用一種技術；由于聯系具有傳遞性，因此，隱含了每一個技術員必須掌握一種技術。由于聯系具有傳遞性，因此，技術員實體和技術實體間的聯系是冗余的，應將它去掉。2）正確鑒別二元及多元聯系問題說明1：任何一個供應商可向任何一個顧客供應任何一種零件。問題說明2：任何一個供應商可向任何一個顧客供應零件，但每一個顧客訂購的零件是一定的。問題說明3：任何一個供應商可向任何一個顧客提供零件，但某個供應商對某個顧客供應的零件是確定的。3）防止連接陷阱所謂連接陷阱是指聯系結構存在語義上的缺陷。主要原因是定義聯系時沒有仔細弄清問題的語義，定義的結構無法提供所需要的信息。連接陷阱有幾種類型：扇形陷阱、斷層陷阱以及深層陷阱。a)扇形陷阱扇形陷阱存在于從同一個實體扇出的兩個或多個一對多聯系中。教職工通過學院與系發生聯系。如果給定一個職工號，要查詢該職工是屬于哪一個系的？根據圖中提供的結構，可以確定該職工是哪一個學院的，但不能確定是該學院中的哪一個系。不能確定的主要原因是學院實體扇出的兩個一對多聯系，即雙扇結構，無法確定需要查詢的信息，于是出現了連接陷阱。解決上述問題的方法是對E-R圖作適當變換。系與教職工之間直接發生聯系，而且是一對多聯系。給定一個職工號，可以確定該職工是屬于哪一個系的。但是，如果某些教職工不屬于任何系而是直屬于學院的，該結構不能提供這方面的信息。b)斷層陷阱斷層陷阱是指因E-R圖所含的傳遞聯系而掩蓋了某些特定值的直接聯系的現象。c)深層陷阱深層陷阱是指兩個實體之間存在聯系，但不存在路徑。假定：每個學生可在多名教師指導下參加多項工程。每位教師可指導多名學生，但只允許一位教師指導一個學生參加一項工程，而不允許多位教師指導一名學生參加某項工程。存在扇形陷阱：從這個聯系結構無法得到關于哪位教師指導那個學生參加哪項工程的信息。改進的一種辦法是再增加一個教師對工程的聯系。在教師和工程之間添加“服務”聯系解決這個例子的最有效的辦法是將教師、學生以及工程三個實體間的聯系定義成一個三元聯系。給實體及聯系加上描述屬性當我們已經在一個局部應用視圖中識別了實體、實體的主鍵以及實體間的聯系時，便形成了一個局部視圖的E-R圖。然后，我們再為局部視圖中的每個實體和聯系加上所有必須的其他描述屬性。聯系本身也可以有描述屬性如遇到一個屬性的分配在幾個實體或聯系中存在選擇的話，應盡可能地避免使屬性出現空值的分配方案。比如教師和課程實體之間的E-R圖

如果屬性分配時，找不到可以依附的實體或聯系，則可以在原模式中增加一個新的實體或聯系來解決問題。視圖集成集成階段的主要任務：歸并和重構視圖，最后得到一個統一的全局實體。視圖集成集成策略一般可分為兩類：二元集成和n元集成。二元集成又可分為平衡式集成和階梯式集成；

n元集成又可分為一次多元集成和多次n元集成。（1）二元集成二元集成是一種兩兩集成方式，即每次集成的視圖數為2。二元集成方式的優點是每個集成步驟上分析比較過程簡單化、一致化，且有最少的分析比較次數，因而成為廣泛使用的一種策略。缺點是集成操作的總的次數較多，并且在最后須分析檢查總體性能是否都滿足，必要時作調整。二元集成方式（2）多元集成多元集成是一種集成視圖數大于2的集成方式。一次n元集成是指一次集成n個視圖。

n元集成方式視圖集成的步驟（1）確定總的集成策略集成策略包括：在總的設計目標范圍內視圖集成的優先次序、一次集成的視圖數以及初始集成序列等；（2）對視圖進行分析比較、識別數據對象間的語義，揭示和解決沖突，為下一階段視圖的集成奠定基礎。對所有局部視圖集成后便形成了一個整體的數據庫概念結構，對整體概念結構進一步驗證，確保滿足下列條件：（1）整體概念結構內部必須具有一致性，不存在各種沖突。（2）整體概念結構能準確地反映原各局部視圖結構，包括屬性、實體及實體間的聯系。（3）整體概念結構能滿足需要分析階段所確定的所有需求。練習假設一個公司中，每個部門都有一輛小汽車，但只供具有一定資格的人使用，其ER圖模型如下：（1）如果知道了職員號，那么能否知道被使用的汽車信息？（2）如果知道了汽車牌照號，可否確定那個職員在使用汽車？小汽車部門職員屬于聘用（1：1）（1：1）（1：M）（1：1）（3）要確定有資格使用汽車的職員還應增加什么信息？（4）這個ER圖還存在什么類型的鏈接陷阱？怎么消除？1.3數據庫的邏輯設計主要任務：在概念設計的基礎上，首先利用一些映射關系得到一組關系模式集，然后用關系規范化理論對關系模式進行優化，以獲得質量良好的數據庫設計。主要內容：

E-R圖到關系模式的映射、關系模式的優化、關系模式的調整。E-R圖到關系模式的映射E-R圖到關系模式的映射中可能會出現以下問題：命名問題所用DBMS數據類型的局限性E-R圖中數據項的非原子性實體到關系的映射E-R圖中的每一個實體映射為一個關系，如圖所示。屬性k是實體E的主鍵，a是普通原子屬性，r是個集合屬性，r＝{r1，r2，…，rn}，g是聚合屬性，由原子屬性g1，g2聚合而成。因此，獨立實體E可映射為E和E’兩個關系：E（k，a，g1，g2），E’(k，ri)，i=1，2，…，n式中k表示k是關系的主鍵。訂單編號：

客戶名稱：

日期：

地址：

省

市商品名稱單位單價數量……商品訂單商品訂單文件1（訂單編號，日期，客戶名稱，省，市）商品訂單文件2（訂單編號，商品名稱，單位，單價，數量）基本E-R圖映射為關系的方法（1）一對一聯系（1:1）的映射

假設有兩個實體E1和E2，它們之間具有1:1聯系

映射規則為：每一個實體都映射為一個關系；聯系可單獨映射為一個關系，也可與任何一方關系進行合并，若聯系本身有屬性，也一并進入關系。

映射為關系的情況有三種：方案一：每一個實體都映射為一個關系，聯系也單獨映射為一個關系。即：E1（k，a），k是主鍵；E2（h，b），h是主鍵；r(k，h，s）可選任何一方實體的主鍵作為聯系的主鍵，這里選k做主鍵，則h就是候補鍵。方案二：E1映射為一個關系，聯系及其屬性合并到另一個關系E2’中。即：E1（k，a）E2’（h，b，k，s），(k是候補鍵)。方案三：E2映射為一個關系，聯系及其屬性合并到另一個關系E1’中。即：E2（h，b）E1’（k，a，h，s），(h是候補鍵)。（2）一對多聯系（1:N）的映射假設有兩個實體E1和E2，它們之間具有1:N聯系映射規則為：每一個實體都映射為一個關系；聯系可單獨映射為一個關系，也可與多方（“N”的一方）關系進行合并。若聯系本身有屬性，也一并進入多方（“N”的一方）關系。上圖的轉換方案為：方案一：每一個實體都映射為一個關系，聯系也單獨映射為一個關系。即：

E1（k，a），k是主鍵；

E2（h，b），h是主鍵；

r(h，k，s），h做主鍵（只能選多方實體的主鍵作為聯系的主鍵），k是候補鍵。方案二：E1映射為一個關系，聯系及其屬性合并到多方關系E2中，得到E2’。即：

E1（k，a）

E2’（h，b，k，s），(k是候補鍵)。（3）多對多聯系（M:N）的映射假設有兩個實體E1和E2，它們之間具有M:N聯系，如圖所示。映射規則為：每一個實體都映射為一個關系；聯系本身也必須單獨轉換為一個關系，這個關系的屬性必須包含被它聯系的雙方實體的關鍵字，作為該關系的組合關鍵字。如果聯系本身有屬性，也應納入關系中。上圖的轉換結果：E1(k，a)E2(h，b)r3(h，k，s)，(h，k

為組合主鍵）（4）多元聯系的映射

假設有三個實體E1、E2和E3，它們之間具有M:N聯系。映射為關系的情況也只有一種：E1（k，a)E2(h，b)E3(j，c)r(k

，h

，j，s)，(k

，h

，j

組成組合鍵)（5）單元聯系（自聯系）的映射假設有一個實體E1，其內部不同實例之間存在一對多聯系。如圖所示。映射規則為：同一個實體內部的一對多聯系，可映射為一個關系，關系中包含被它聯系的雙方個體（屬于同一實體型），如聯系本身有屬性也一并納入關系中。因此，圖6.3.35映射為關系的情況如下：E’（

k，a，k’，s)k’表示起r2作用的實體的主鍵.。關系模式的優化優化關系模式的方法：（1）確定函數依賴（2）對于各個關系模式之間的函數依賴進行最小化處理，消除冗余的聯系。（3）根據規范化理論對關系模式逐一進行分析，考查是否存在部分函數依賴、傳遞函數依賴、多值依賴等，確定各關系模式分別屬于第幾范式。（4）根據需求分析階段得到的各種應用對數據處理的要求，分析所在的應用環境中這些關系模式是否合適，確定是否要對它們進行合并或分解。（5）對關系模式進行必要的分解，以提高數據操作的效率和存儲空間的利用率。必須注意：并不是規范化程度越高的關系就越好。當一個應用的查詢中經常涉及到兩個或多個關系模式的屬性時，系統必須經常地進行連接運算，而連接運算的代價是相當高的，可以說關系模式操作低效的主要原因就是做連接運算引起的。在這種情況下，第二范式甚至第一范式也許是最好的。如果一個關系模式在實際應用中只是提供查詢，并不提供更新操作，或者很少提供更新操作，此時不會存在更新異常問題或更新異常不是主要問題，可以不對關系模式進行分解。常用的分解方法有兩種：水平分解垂直分解例1:假設有一個產品關系模式，其中包含有出口產品和內銷產品兩類數據。由于不同的應用關心不同的產品，如一個應用只關心進口產品，而另一個應用只關心內銷產品。則可將產品關系模式進行水平分解，分解為兩個關系模式，一個存放出口產品數據，另一個存放內銷產品數據，如圖所示。這樣可以減少應用存取的元組數。

水平分解舉例

例2:假設有一個職工關系模式，其中含有職工號、職工名、性別、職務、職稱、年齡、地址、郵編、電話、所在部門等描述屬性。如果應用中經常存取的是職工號、職工名、性別、職務、職稱數據，而其他數據很少使用，則可以對職工關系模式進行垂直分解，分解為兩個關系模式，一個存放經常用的數據，另一個存放不常用的數據，如圖所示。這樣也可以減少應用存取的數據量。垂直分解舉例例3

假定有一個選課關系表：SelectCourse(學號，姓名，年齡，課程名稱，成績，學分)。請分析關系屬于第幾范式?如果應用中需要常常對SelectCourse關系進行增、刪、改操作，該關系存在什么問題?并對其設計進行優化。由于每個學生可以選修多門課程，而每門課程對應一個成績，因此該關系的候選關鍵字為(學號,

課程名稱)。根據數據的語義，該關系上存在的函數依賴集為：(學號,

課程名稱)

→

(姓名,

年齡,

成績,

學分)

(課程名稱)

→

(學分)

(學號)

→

(姓名,

年齡)

由于(學號,

課程名稱)

→

(姓名,

年齡），而(學號,

課程名稱)的子集“學號”也能函數決定一個學生的姓名和年齡，即(學號)

→

(姓名,

年齡)。該關系存在非主屬性對候選鍵的部分函數依賴，因此該關系屬于第一范式，且存在以下問題：

(1)

數據冗余：

同一門課程由n個學生選修，“學分”就重復n-1次；同一個學生選修了m門課程，姓名和年齡就重復了m-1次。

(2)

更新異常：

若調整了某門課程的學分，數據表中所有行的“學分”值都要更新，否則會出現同一門課程學分不同的情況。(3)

插入異常：

假設要開設一門新的課程，暫時還沒有人選修。這樣，由于還沒有“學號”關鍵字，課程名稱和學分也無法記錄入數據庫。

(4)

刪除異常：

假設一批學生已經完成課程的選修，這些選修記錄就應該從數據庫表中刪除。但是，與此同時，課程名稱和學分信息也被刪除了。很顯然，這也會導致插入異常。

由于選課關系中的數據需要經常更新，所以必須解決上述可能出現的操作異常。通過對關系進行分解，可以將選課關系表SelectCourse改為如下三個表：

學生：Student(學號,

姓名,

年齡)；

課程：Course(課程名稱,

學分)；選課關系：SC(學號,

課程名稱,

成績)。

其中Student關系上的候選鍵為“學號”，函數依賴集為{學號

→

姓名,

學號

→年齡}，由于不存在非主屬性對候選鍵的部分函數依賴和傳遞函數依賴因此，Student關系是符合第三范式的。

Course關系上的候選鍵為“課程名稱，函數依賴為課程名稱

→

學分)，由于不存在非主屬性對候選鍵的部分函數依賴和傳遞函數依賴，因此，Course關系是符合第三范式的。SC關系上的候選鍵為“學號，課程名稱，函數依賴為(學號,

課程名稱)

→

成績,由于不存在非主屬性對候選鍵的部分函數依賴和傳遞函數依賴，因此，SC關系是符合第三范式的。如果需要增加、刪除以及修改學生的信息，則只需對Student關系進行操作。如果需要增加、刪除以及修改課程的信息，則只需對Course關系進行操作。如果需要增加、刪除以及修改選課的信息，則只需對SC關系進行操作。通過對關系SelectCourse的分解，各關系上的函數依賴集以及不同關系模式之間的函數依賴已是最小函數依賴集，并且消除了數據冗余和操作異常。因此關系得到了優化。習題：將下圖中的E-R圖轉換為一組關系模式集解：根據E-R圖到關系模型的映射規則，可得到以下一組關系模式：職工（職工號，部門名，姓名，地址）部門（部門名，經理）產品（產品號，產品名）制造商（制造商名稱，地址）銷售（部門名，產品號，數量）生產（制造商名稱，產品號，型號，價格）其中，帶下劃線“_____”的屬性為關系的主鍵。習題2：將所給附圖轉換為關系模式。圖中所有屬性都函數依賴于其主鍵,只有ranksalary例外。對某些數據可以重新命名,但需做說明。解：根據實體和聯系的映射規則，可得以下一組關系模式：(1)Department(D#，name，head)，FD={D#name，D#head}(2)Employee(E#，D#，rank，salary，sex，name，birthday，skill)FD={ranksalary}因為E#rank（主鍵決定任何非主屬性），且已知ranksalary，所以E#salary。由于關系模式Employee存在傳遞函數依賴，將Employee分解為Employee’，Employee’’兩個關系：

Employee’(E#，D#，rank，sex，name，birthday，skill)

Employee’’(rank，salary)(3)Dependent(name，E#，sex，age)(4)work(E#，p#)(5)project(p#，E#，start-date)（6）P--P(p#，part#，quantity)（7）Part(part#，weight，quantityinhand)（8）Supplier(s#，

……)(9)S-P-P(p#，part#，s#)其中，帶下劃線“_____”的屬性為關系的主鍵。習題3.某公司有多名銷售人員負責公司的商品銷售業務，每名客戶可以一次性訂購多種商品，每件商品都由唯一的商品號標識，則下面就是銷售商品的詳細訂單。（1）試為該公司的商品銷售業務數據庫設計一個優化的E-R圖。（2）將E-R圖轉換為關系模式集，并寫出每個關系模式的主鍵和外鍵。（如果有）解：從訂單可知，每份訂單可以訂購多個商品；每份訂單由一個銷售員簽訂；每個商品都有明細；不同客戶可以一次性訂購多種商品。（1）該公司的商品銷售業務E-R圖如下圖所示（省略屬性）。

（2）轉換后的關系模式集為：客戶（客戶號，客戶名，聯系電話，地址，郵政編碼）銷售人員（職工號，職工名，電話號碼）商品（商品號，商品名，規格，單價）訂單（訂單號，日期，客戶號，銷售人員號，付款方式，總金額）明細（訂單號，商品號）其中：帶下劃線“

”的為主鍵，帶下劃線“

”為外鍵。習題4.分解下圖所示關系,使其滿足2NF.每個分公司臨時工每周工作分配表

解：tempStaffAllocation表的主鍵是{staffNo，branchNo}，所以，關系模式上存在函數依賴：{staffNo，branchNo}branchAddress而branchNobranchAddressstaffNo{name，position}也成立。因此，tempStaffAllocation表存在部分函數依賴，它不是2NF。現在對關系進行分解，以消除部分函數依賴，所得結果如下圖所示:分解后的Branch表的主鍵為branchNo,函數依賴：branchNobranchAddress，不存在部分函數依賴，Branch表是2NF的;TempStaff表的主鍵為staffNo，函數依賴：staffNo{name，position};不存在部分函數依賴，TempStaff表是2NF的;TempStaffAllocation表的主鍵為{staffNo,branchNo}，函數依賴：{staffNo,branchNo}

hoursPerWeek，不存在部分函數依賴，TempStaffAllocation也是2NF的。

1.4數據庫的物理設計數據庫的物理設計主要涉及到數據庫在物理設備上的存儲結構和存取方法。數據庫的物理設計不同的數據庫產品所提供的物理環境、存取方法和存儲結構有很大差別，能提供給設計人員使用的設計變量、參數范圍也很不相同，因此，沒有通用的物理設計方法可遵循，只能給出一般的設計內容和原則。數據庫的物理設計任務：利用DBMS所提供的手段,為設計好的邏輯數據模型選擇一個符合應用要求的物理結構。目標：?提高數據庫的性能

?節省存儲量數據庫的物理設計邏輯設計階段：關系和記錄僅僅是邏輯形式，而不是其存儲形式。物理設計階段：如何表示邏輯記錄的內容，即記錄的存儲形式，同時考慮一些其他問題：數據項編碼是否要壓縮不定長數據項如何表示記錄間互相連接的指針如何設置等等。

1.4.1記錄的存儲結構設計數據庫的物理設計另外，傳統數據模型通常是以記錄為基礎，因此，了解記錄的一些存儲技術和數據壓縮方法對物理設計是很有利的。數據的存儲技術記錄在物理塊上的分配物理塊在磁盤上的分配數據壓縮方法數據庫的物理設計在存儲記錄中，數據項的表示方法一般有四種：

(1)定位法

(2)相對法

(3)索引法

(4)標號法。一.數據項的存儲技術數據庫的物理設計(1)定位法定位法是一種只能表示定長記錄的方法。使用定位法存儲記錄時，系統為每個數據項按其最大可能長度分配定長的字段。數據項從左向右填入，空白部分填以空白字符。WANGbbbLINGbbbMALEbb1982定位存儲法定位法的優點：簡單，使用最廣；定位法的缺點：存儲空間的利用率不高，尤其是當數據項長度參差不齊時，空間浪費更加突出。數據庫的物理設計（2）相對法相對法是一種可表示可變長記錄的存儲方法。使用相對法存儲記錄時，每個數據項不是定長，而是由實際情況確定。不同數據項之間用特殊的字符隔開.

相對存儲法記錄中不同數據項之間用分隔符“＃”隔開。相對法與定位法相比，其優點是存儲空間的利用率高。WANG＃LING＃MALE＃1982數據庫的物理設計（3）索引法索引法也是一種可表示可變長記錄的存儲方法。使用索引法表示存儲記錄時，每個數據項用一個指針指向其首地址。索引存儲法

索引法的優點也是空間利用率高。數據庫的物理設計（4）標號法標號法也是一種可表示可變長記錄的存儲方法。使用標號法表示存儲記錄時，每個數據項用一標號開頭.標號存儲法圖中：SN=surnameFN＝firstnameSX=sexYR=yearofbirth數據庫的物理設計標號存儲法的優點：空間利用率高；標號存儲法的缺點：當記錄的數據項個數較多時，標號本身也將占用較多的空間。一般，所有DBMS都支持定長記錄，但只有部分DBMS支持可變長記錄。應用中可根據實際情況選擇定長存儲法或某種可變長存儲法。數據庫的物理設計二.記錄在物理塊上的分配磁盤與內存交換數據是以物理塊為單位，即每次訪盤，至少存取一個物理塊。當記錄比物理塊小時，一個物理塊可容納多個記錄，記錄不跨塊，這種結構稱不跨塊組織;

當記錄很大，一個物理塊容納不下時，記錄必須跨塊存放，這種結構稱為跨塊組織。變長記錄的大小不定，很難確定每塊應含有多少個記錄，一般也采用跨塊組織。數據庫的物理設計定長記錄的不跨塊組織定長記錄的跨塊組織數據庫的物理設計變長記錄的跨塊組織數據庫的物理設計三.物理塊在磁盤上的分配

早期的DBMS中，通常是由操作系統分配數據庫所需要的物理塊，邏輯上相鄰的數據往往被分配到磁盤的不同區域。在連續訪問數據庫中的數據時，系統性能會嚴重下降。而在現代的DBMS中，改由系統初始化時向操作系統一次性地申請所需要的磁盤空間。數據庫的物理設計物理塊在磁盤上的分配方法一般有四種：（1）連續分配法

這種方法的特點是將一個文件的塊分配在磁盤的連續空間上，塊的次序也就是它們存儲的次序。優點：對順序存取多個塊或全部文件很有效。缺點：不利于文件的擴充和修改。數據庫的物理設計（2）連接分配法這種方法的特點是物理塊不一定分配在磁盤上的連續區域，各物理塊在磁盤上用指針鏈接。

優點：有利于文件的擴充和修改。

缺點：存取效率低。數據庫的物理設計（3）簇集分配法

這種方法是上面兩種方法的結合，特點是把文件分為若干簇集。即文件中相關記錄存放在相鄰的幾個物理塊，各簇集以指針鏈接。優點：有利于檢索速度的提高。缺點：重新簇集時會引起大量數據的搬移。數據庫的物理設計（4）索引分配法

這種方法的特點是每個文件有一個邏輯塊號與其物理塊地址對照的索引。通過索引，可查詢到文件中任一塊的地址。優點：分配方法靈活，擴充、修改較方便。缺點：訪問時增加了邏輯塊號到物理塊地址映射的開銷；由于物理上不一定相鄰，故連續訪問時性能不高。數據庫的物理設計四、數據壓縮方法為了節省存儲空間，有些DBMS允許對數據進行壓縮后存儲。但訪問這些數據時須進行轉換或復原，因此，對系統的性能有影響。通常，數據庫中數據壓縮技術應用得并不普遍，而且即使應用，也只采用一些簡單的數據壓縮方法。數據庫的物理設計幾種可能的方法：（1）消零或空白符法如果數據項中常常出現一連串的零或空白符，我們可以用一種特殊符號及表示零或空白符個數的數字表示。例如，空白符“bbbbb”可用“＃5”表示，一連串零“000000”可用“@6”表示。數據庫的物理設計（2）模式代替法如果數據項中常常出現一些重復的字符串，此時可以用一省略符代替。

原始數據

壓縮數據模式表方正天瀑T200-3268@#3268方正天瀑T200-8265@#8265方正天瀑T200-8268@#8268方正天瀑T200-8288@#8288

方正天瀑@T200－#數據庫的物理設計（3）索引法索引法是模式代替法的變種。對于那些經常出現的模式，為了避免重復存儲，可以將不同數據單獨存儲，其他表中如果需要這些數據，只要利用指針引用即可。branchcity0001nanjing0002shanghai0003shanghai0004nanjing0005shanghai……branchcity00010002000300040005……beijingshanghaiGuangzhouwuhannanjing…原始數據壓縮數據模式表數據庫的物理設計1.4.2確定數據庫的存儲結構在DBMS中，要求能對數據庫中的數據進行即席訪問、動態修改，故文件結構應能適應數據的動態變化，提供快速訪問路徑。確定數據庫存儲結構的內容包括：確定數據的存放位置、選擇文件的組織方式、確定系統配置等。25數據庫的物理設計一般原則：1.根據實際應用情況，可將經常變動的數據和不經常變動的數據分開存放；例如，在企業銷售管理系統中，產品數據不經常變動，而產品的訂單數據經常變動，所以訂單數據和產品數據應分開存放。數據庫的物理設計2.將訪問頻率高的數據與訪問頻率不高的數據分開存放；例如，數據庫數據備份、日志文件備份等由于只在故障恢復時才使用，而且數據量很大，可以考慮存放在磁帶或大容量磁盤上；如果計算機提供多個磁盤，可以考慮將關系表和索引分別存放在不同的磁盤上，查詢時，由于兩個磁盤驅動器分別工作，因而可以保證較快的物理讀寫速度；數據庫的物理設計另外，可將較大的關系表分別存放在兩個磁盤上，以加快存取速度，這在多用戶環境下特別有效；也可將日志文件與數據庫對象（關系表、索引等）放在不同的磁盤以改進系統的性能。30數據庫的物理設計常見的文件組織方式有堆文件、有序文件、Hash文件、索引順序存取方式以及B＋樹等。1)堆堆是一種無序的文件，有時稱為堆文件，是最簡單的一種文件組織方式。特點：記錄按照它們插入的順序放置在文件中。一條新記錄插入到文件的最后一塊，如果最后一塊沒有多余的空間，就在文件中添加一個新塊。由于堆文件中沒有根據某一字段的值排出特定順序，因此存取一條記錄必須要使用線性查找。數據庫的物理設計刪除一條記錄，首先需要檢索出所需要的物理塊，然后在這條記錄上標記上已刪除標記，并把塊寫回到磁盤。被刪除的記錄的空間是不可再用的。隨著刪除動作的發生，系統的性能也會不斷下降。需要DBA定期對文件重組，收回那些被刪除記錄的未使用空間。數據庫的物理設計缺點：從包含許多塊的堆文件中進行檢索的速度相對較慢。除非檢索中包含了文件中大部分記錄。適用場合：向表中插入大量數據的操作，堆文件是最好的文件組織方式。如果僅訪問表中的選定記錄時，堆文件是不合適的。數據庫的物理設計2）有序文件有序文件中的記錄可以根據一個或多個字段的值來排序，組成一個按鍵值排序的數據集，被用來對文件進行排序的字段稱為排序字段。如果排序字段正好是文件的主鍵，那么也就保證了在每條記錄中都有惟一的值。35數據庫的物理設計優點：在有序文件上使用二分查找比線性查找更有效率。但是，二分法多用于主存中數據的檢索，而對輔存中數據使用的比較少，除非加主索引。缺點：因為要保持記錄有序，所以有序文件的插入、刪除很麻煩。數據庫的物理設計1.4.3索引的選擇索引是一種數據結構，可使DBMS快速地在文件中查找記錄，并能快速地響應用戶的查詢。給文件選擇索引結構是物理設計的一個基本任務。

數據庫的物理設計在數據庫物理設計中，需要考慮以下內容：在哪些屬性上建立索引在哪些屬性上建立組合索引哪些索引要設計為惟一索引哪些屬性上不建索引數據庫的物理設計索引選擇的一般規則：考慮建索引的情況：（1）是主鍵的屬性一般都要建立索引，因為一方面常常需要通過主鍵來查詢；另一方面在插入、修改時要進行主鍵惟一性檢查。有了主鍵索引就可以提高這些操作的性能。（2）如果一個(或一組)屬性經常在查詢條件中出現，則考慮在這個(或這一組)屬性上建立索引(或組合索引)；數據庫的物理設計（3）如果一個屬性經常作為最大值和最小值等聚集函數的參數，則考慮在這個屬性上建立索引；（4）如果一個(或一組)屬性經常在連接操作的連接條件中出現，則考慮在這個(或這組)屬性上建立索引；數據庫的物理設計（5）屬性值很少的屬性上不用在其上建立索引；（6）應用中很少用到的屬性不用在其上建立索引；（7）查詢頻率很低的屬性不用在其上建立索引；（8）文件中的記錄數很少不用建立索引；（9）小表不需建索引（6個物理塊以下）。考慮不建索引的情況：數據庫的物理設計加索引的好處：可使DBMS快速地在文件中查找記錄，并能快速地響應用戶的查詢。加索引的不足之處：索引數過多會給系統帶來較多的額外開銷，如維護索引的開銷、查找索引的開銷等，所以要視具體應用而定。把下圖轉換成關系數據模式。假設數據量大,有如下一些常用的數據庫操作：(1)查詢某顧客于某日所訂貨物清單。(2)某顧客送來一新訂單。(3)某顧客的訂單已執行或終止。(4)查詢某顧客的某訂單的某項訂貨由哪個廠家供貨。(5)查詢產品的庫存量及單價。試根據一般物理設計原則提出初步的物理設計方案。讀者可根據需要做一些合理的假定。解答根據附圖轉換得到的一組關系模式如下：顧客（顧客號,姓名,地址）訂單（訂單號,顧客號,訂貨日期,交貨日期,總金額）訂貨項目（訂單號,產品號,數量,估價）產品（產品號,類別,單價,庫存量）生產廠（廠號,廠名,地址）貨源（廠號,產品號,出廠價,交貨時期）其中，帶下劃線“

”的屬性為關系的主鍵。為了滿足上述處理要求,根據一般物理設計原則，在每個關系的主鍵上建立索引。另外，由操作(1)可知，應對“訂單”文件按顧客號+訂貨日期建立索引。由操作(2)可知,送來的新訂單數據,可直接輸入訂單與訂貨項目文件中。由操作(3)可知,訂單已執行或終止,可在“訂單”與“訂貨項目”文件中刪去該份訂單。如要查詢訂單執行情況,可在訂單文件中增加“執行情況”屬性,其值有：執行/未執行/中止。由操作(4)可知,要實現這個處理,需將“訂單”、“訂貨項目”文件按訂單號連接,然后再與“貨源”文件中產品號進行連接。最后與“生產廠”文件連接得到具體廠名等信息。由操作(5)可知,只要查“產品”文件即可。至此，以上處理需求均可滿足。由于大部分查詢是按顧客號進行的,所以這些顧客號相同的訂單可考慮在物理上應盡量簇集在一起，以加快查詢速度。1.5

MySQL概述

MySQL是最流行的開放源碼SQL數據庫管理系統，它是由MySQLAB公司開發、發布并支持的。MySQL的正式發音是“MyEss

QueEll”，而不是“MySequel”。LAMP架構特點作為應用廣泛的網絡數據庫，MySQL有著其獨有的特點：1．是一種開放源碼軟件。2．具有快速、可靠和易于使用的特點。MySQL服務器已能提供豐富和有用的功能。它具有良好的連通性、速度和安全性，是十分適合于在Internet上使用的數據庫。

3．使用核心線程的完全多線程，能很容易地利用多CPU協同工作。4．有多種編程接口(API)，包括：C、C++、Java、Perl、PHP、Python等。5．支持不同的平臺，MySQL幾乎提供了現存的所有的操作系統的對應版本1.5.1MySQL的安裝和配置MySQL的獲得：http://MySQL的命名機制是使用由3個數字和一個后綴組成的版本號。例如，mysql-5.0.51-beta的版本號解釋如下：1）第1個數字“5”是主版本號，描述了文件格式。所有版本5的發行都有相同的文件格式。2）第2個數字“0”是發行級別。主版本號和發行級別組合到一起便構成了發行序列號。3）第3個數字“51”是此發行系列的版本號，隨每個新分發版遞增。4）每次更新后，版本字符串的最后一個數字遞增。如果相對于前一個版本增加了新功能或有微小的不兼容性，字符串的第二個數字遞增。如果文件格式改變，第一個數字遞增。4）后綴顯示發行的穩定性級別，通過一系列后綴顯示如何改進穩定性。可能的后綴有：Alpha:發行包含大量未被徹底測試的新代碼Beta:該版本功能是完整的，并且所有的新代碼被測試了，沒有增加重要的新特征，應該沒有已知的缺陷。當alpha版本至少一個月沒有出現報導的致命漏洞，并且沒有計劃增加導致已經實施的功能不穩定的新功能時，版本則從alpha版變為beta版。rc是發布代表，是一個發行了一段時間的beta版本，看起來應該運行正常。只增加了很小的修復。(發布代表即以前所稱的gamma版)如果沒有后綴，這意味著該版本已經在很多地方運行一段時間了，而且沒有非平臺特定的缺陷報告。只增加了關鍵漏洞修復修復。這就稱為一個產品（穩定）或“通用”版本。MySQL的安裝（1）下載Windows版的MySQL5.1.28，解壓后雙擊進入安裝向導。有3種安裝方式可供選擇：Typical（典型安裝）、Complete（完全安裝）和Custom（定制安裝），對于大多數用戶，選擇Typical就可以了。單擊“next”按鈕進入下一步。（2）在MySQL5.1中，數據庫主目錄和文件目錄是分開的。其中，“DestinationFolder”為MySQL所在的目錄，默認目錄為C:\ProgramFiles\MySQL\MySQLServer5.1。“DataFolder”為MySQL數據庫文件和表文件所在的目錄，默認目錄為C:\DocumentsandSettings\AllUsers\ApplicationData\MySQL\MySQLServer5.1\data，其中ApplicationData是隱藏文件夾。確認后單擊“Install”按鈕開始安裝。圖1MySQL安裝界面（1）安裝完畢后選擇“ConfiguretheMySQLservernow”復選框進入配置向導。第一步選擇配置類型，有兩種：DetailedConfiguration（詳細配置）和StandardConfiguration（標準配置）。標準配置選項適合想要快速啟動MySQL而不必考慮服務器配置的新用戶。詳細配置選項適合想要更加細粒度控制服務器配置的高級用戶。這里選擇DetailedConfiguration。（2）單擊“next”按鈕進行服務器類型選擇，分為3種：DeveloperMachine（開發機器）、ServerMachine（服務器）和DedicatedMySQLServerMachine（專用MySQL服務器）。鑒于只是初學MySQL，所以這里選擇DeveloperMachine。MySQL服務器的配置（3）單擊“next”按鈕進入數據庫使用情況對話框，有3個選項：MultifunctionalDatabase（多功能數據庫）、TransactionalDatabaseOnly（只是事務處理數據庫）和Non-TransactionalDatabaseOnly（只是非事務處理數據庫）。其中多功能數據庫對InnoDB和MyISAM表都適用，所以這里選擇“MultifunctionalDatabase”。（4）下一步進入InnoDB表空間對話框，這里可以修改InnoDB表空間文件的位置，如圖2所示。默認位置是MySQL服務器數據目錄，這里不做修改，直接下一步。（5）接下來進入并發連接選擇對話框，DecisionSupp