1單元

5數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫技術(shù)是研究數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、存儲、設(shè)計、管理和使用的一門軟件學(xué)科，數(shù)據(jù)庫技術(shù)是在操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而且數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)本身要在操作系統(tǒng)支持下才能工作。隨著計算機(jī)技術(shù)和相應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)得到了極大的發(fā)展。軟件是新一代信息技術(shù)（InformationTechnology，IT）的靈魂，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，而數(shù)據(jù)庫作為十分復(fù)雜、跨技術(shù)領(lǐng)域很多的關(guān)鍵基礎(chǔ)軟件，一般應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)處理都要與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，所以數(shù)據(jù)庫對于計算產(chǎn)業(yè)的重要性不言而喻。22數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述5.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)5.25.35.45.55.65.7目錄數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)查詢語言非關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫設(shè)計基礎(chǔ)5.

1數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述數(shù)據(jù)庫技術(shù)就是存儲、處理、管理數(shù)據(jù)的一門計算機(jī)技術(shù)，是計算機(jī)信息系統(tǒng)的重要技術(shù)基礎(chǔ)和支柱。數(shù)據(jù)庫技術(shù)涉及許多基本概念，主要包括信息、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等。35.1.1數(shù)據(jù)庫技術(shù)的相關(guān)概念1．?dāng)?shù)據(jù)描述事物的符號可稱為數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象。例如，新生入學(xué)時，一般要填寫入學(xué)登記，把自己的基本情況寫下來，例如：姓名為張三，性別是男，身高為170cm。那么，張三、男、170cm就可以稱為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表示了登記者的一種特征或特性。數(shù)據(jù)種類可以是數(shù)字、文字、圖形、圖像、聲音、語言等。2．?dāng)?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲。數(shù)據(jù)庫具有較小冗余度、數(shù)據(jù)間聯(lián)系緊密而又有較高的數(shù)據(jù)獨立性等特點。數(shù)據(jù)庫有以下兩個比較典型的特點。①把在特定的環(huán)境中與某應(yīng)用程序相關(guān)的數(shù)據(jù)及其關(guān)系集中在一起，并按照一定的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行存儲，即集成性。②數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)能被多個應(yīng)用程序所使用，即共享性。3．?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心組成部分，是對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的大型系統(tǒng)軟件，用戶在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的一些操作都是由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能主要包括數(shù)據(jù)庫的定義和操作、運行和管理、建立和維護(hù)等。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有以下特點。①采用復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)冗余小，易擴(kuò)充，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。②具有較高的數(shù)據(jù)和程序獨立性，數(shù)據(jù)庫的獨立性有物理獨立性和邏輯獨立性。③提供了方便的用戶接口。④提供了4個方面的數(shù)據(jù)控制功能，分別是并發(fā)控制、恢復(fù)、完整性和安全性。數(shù)據(jù)庫中各個應(yīng)用程序所使用的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)定，按照一定的數(shù)據(jù)模型組織和建立，由系統(tǒng)統(tǒng)一管理和集中控制。⑤增加了系統(tǒng)的靈活性。4．?dāng)?shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)（DatabaseApplicationSystem，DBAS）是在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持下建立的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫管理員、普通用戶、硬件，例如，以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的財務(wù)管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)等。無論是面向內(nèi)部業(yè)務(wù)和管理的管理信息系統(tǒng)，還是面向外部提供信息服務(wù)的開放式信息系統(tǒng)，從實現(xiàn)技術(shù)角度而言，都是以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)和核心的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。4數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)有以下特點。①結(jié)構(gòu)特性：與數(shù)據(jù)庫狀態(tài)有關(guān)，即與數(shù)據(jù)模型所反映的實體及實體間的聯(lián)系的靜態(tài)特性有關(guān)。結(jié)構(gòu)設(shè)計就是設(shè)計各級數(shù)據(jù)庫模式，決定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的信息內(nèi)容，由數(shù)據(jù)庫設(shè)計來實現(xiàn)。②行為特性：與數(shù)據(jù)庫狀態(tài)轉(zhuǎn)換有關(guān)，即改變實體及其特性的操作。它決定數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能，由事務(wù)處理等應(yīng)用程序設(shè)計來實現(xiàn)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為兩方面的特性，系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)分為兩個部分：一部分是作為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)核心和基石的數(shù)據(jù)庫設(shè)計開發(fā)；另一部分是相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件的設(shè)計開發(fā)。這兩部分是緊密相關(guān)、相輔相成的，組成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫工程。5．?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem，DBS）是實現(xiàn)有組織地、動態(tài)地存儲大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，方便多用戶訪問計算機(jī)的硬件、軟件和數(shù)據(jù)庫資源組成的系統(tǒng)，即采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)的計算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有以下特點。①數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，數(shù)據(jù)的共享性、獨立性好，數(shù)據(jù)存儲粒度小，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為用戶提供了友好的接口。②數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)模型，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)均是基于某種數(shù)據(jù)模型的。③數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。④數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員、普通用戶和硬件構(gòu)成。56．?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)三者的區(qū)別與聯(lián)系（1）三者的區(qū)別①本質(zhì)不同。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一種軟件系統(tǒng)，是為滿足數(shù)據(jù)處理的需求而發(fā)展起來的一種較為理想的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，也是一個為實際可運行的存儲、維護(hù)和應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)，是存儲介質(zhì)、處理對象和管理系統(tǒng)的集合體。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是實現(xiàn)把用戶抽象的邏輯數(shù)據(jù)處理后，轉(zhuǎn)換成計算機(jī)中具體的物理數(shù)據(jù)處理的軟件。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)是在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的支持下建立的一種計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。②組成不同。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常由軟件、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理員等組成。其軟件主要包括操作系統(tǒng)、各種宿主語言、實用程序以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫語言和數(shù)據(jù)庫管理例行程序組成。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應(yīng)用程序、用戶等組成。（2）三者的聯(lián)系三者都用于管理數(shù)據(jù)庫，其中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的組成成分中都包含數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，這兩者都是通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的管理和操控的。65.1.2數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)庫技術(shù)是現(xiàn)代信息科學(xué)與技術(shù)的重要組成部分，是計算機(jī)數(shù)據(jù)處理與信息管理的核心。數(shù)據(jù)庫技術(shù)研究和解決了計算機(jī)信息處理過程中大量數(shù)據(jù)有效組織和存儲的問題，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中實現(xiàn)減少數(shù)據(jù)存儲冗余、數(shù)據(jù)共享、保障數(shù)據(jù)安全以及高效地檢索數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的根本目標(biāo)是解決數(shù)據(jù)的共享問題。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是因數(shù)據(jù)管理任務(wù)的需要而產(chǎn)生的，數(shù)據(jù)管理是指對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護(hù)，是數(shù)據(jù)處理的核心問題。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了人工管理、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、高級數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)等多個階段。75.1.3數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型（DataModel）是數(shù)據(jù)特征的抽象，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中用以提供信息表示和操作手段的形式構(gòu)架。數(shù)據(jù)模型包括數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)部分、操作部分和約束條件。1．?dāng)?shù)據(jù)模型按應(yīng)用層次分類數(shù)據(jù)模型按應(yīng)用層次分成3種類型，分別是概念數(shù)據(jù)模型、邏輯數(shù)據(jù)模型、物理數(shù)據(jù)模型。8（1）概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型（ConceptualDataModel）是指按照用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行建模，是一種面向用戶、面向客觀世界的模型，主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計，用來描述世界的概念化結(jié)構(gòu)。它幫助數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員在設(shè)計的初始階段，擺脫計算機(jī)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的具體技術(shù)問題，集中精力分析數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系等，與具體的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)無關(guān)。概念數(shù)據(jù)模型必須換成邏輯數(shù)據(jù)模型，才能在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中實現(xiàn)。在概念數(shù)據(jù)模型中常用的有E-R（Entity-RelationshipApproach）模型（主要用實體-聯(lián)系方法表示，也稱為實體-聯(lián)系模型）、擴(kuò)充的E-R模型、面向?qū)ο竽Ｐ图爸^詞模型。（2）邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型（LogicalDataModel）是一種面向數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的模型，是具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型，如層次數(shù)據(jù)模型（HierarchicalDataModel）、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型（NetworkDataModel）等。此模型既面向用戶，又面向系統(tǒng)，主要用于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實現(xiàn)。（3）物理數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型（PhysicalDataModel）是一種面向計算機(jī)物理表示的模型，描述了數(shù)據(jù)在存儲介質(zhì)上的組織結(jié)構(gòu)，它不但與具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有關(guān)，而且還與操作系統(tǒng)和硬件有關(guān)。每一種邏輯數(shù)據(jù)模型在實現(xiàn)時都有其對應(yīng)的物理數(shù)據(jù)模型。為了保證其獨立性與可移植性，大部分物理數(shù)據(jù)模型的實現(xiàn)工作由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)自動完成，而設(shè)計者只設(shè)計索引、聚集等特殊結(jié)構(gòu)。92．基本數(shù)據(jù)模型基本數(shù)據(jù)模型（結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型）是指按照計算機(jī)系統(tǒng)的觀點來對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行建模，主要用于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實現(xiàn)。基本數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，通常由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束3部分組成。其中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述，數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述，完整性約束是一組完整性規(guī)則的集合。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)總是基于某種基本數(shù)據(jù)模型，常用的基本數(shù)據(jù)模型有層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ汀＃?）層次模型層次模型是數(shù)據(jù)庫技術(shù)中發(fā)展較早、技術(shù)上比較成熟的一種數(shù)據(jù)模型。它把數(shù)據(jù)按自然的層次關(guān)系組織起來，以反映數(shù)據(jù)之間的隸屬關(guān)系。將數(shù)據(jù)組織成有向、有序的樹結(jié)構(gòu)，也叫樹形結(jié)構(gòu)。用樹形結(jié)構(gòu)表示實體類型及實體間的聯(lián)系，采用關(guān)鍵字來訪問每一層次的每一部分。結(jié)構(gòu)中的節(jié)點代表數(shù)據(jù)記錄，連線描述位于不同節(jié)點的數(shù)據(jù)間的隸屬關(guān)系（一對多的關(guān)系）。層次模型的樹形結(jié)構(gòu)如圖5-8所示。層次模型的優(yōu)點是記錄之間的聯(lián)系通過指針來實現(xiàn)，存取方便且速度快，查詢效率較高，數(shù)據(jù)修改和數(shù)據(jù)庫擴(kuò)展容易實現(xiàn)，檢索關(guān)鍵屬性十分方便。層次模型的缺點是只能表示一對多聯(lián)系，雖然有多種輔助手段實現(xiàn)多對多聯(lián)系，但比較復(fù)雜，用戶不易掌握。層次順序的嚴(yán)格和復(fù)雜導(dǎo)致數(shù)據(jù)的查詢和更新操作很復(fù)雜，應(yīng)用程序的編寫也比較復(fù)雜。10（2）網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型通過網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示數(shù)據(jù)間的聯(lián)系，將數(shù)據(jù)組織成有向圖結(jié)構(gòu)，用有向圖表示實體類型及實體間的聯(lián)系，用連接指令或指針來確定數(shù)據(jù)間的顯式連接關(guān)系，是具有多對多類型的數(shù)據(jù)組織方式。網(wǎng)狀模型中的節(jié)點代表數(shù)據(jù)記錄，連線描述位于不同節(jié)點的數(shù)據(jù)間的聯(lián)系，數(shù)據(jù)之間沒有明確的從屬關(guān)系，一個節(jié)點可與其他多個節(jié)點建立聯(lián)系，即節(jié)點之間的聯(lián)系是任意的，任何兩個節(jié)點之間都能發(fā)生聯(lián)系，可表示多對多的聯(lián)系。網(wǎng)狀模型結(jié)構(gòu)如圖5-9所示，該圖描述了教研室、教師、課程、學(xué)生、任課與選課之間的關(guān)系。網(wǎng)狀模型的優(yōu)點是記錄之間的聯(lián)系通過指針實現(xiàn)，多對多聯(lián)系也容易實現(xiàn)，查詢效率高，能明確而方便地表示數(shù)據(jù)間的復(fù)雜關(guān)系。其缺點是編寫應(yīng)用程序的過程比較復(fù)雜，程序員必須熟悉數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)。圖5-9網(wǎng)狀模型結(jié)構(gòu)圖5-8層次模型的樹形結(jié)構(gòu)11（3）關(guān)系模型關(guān)系模型用表格結(jié)構(gòu)表達(dá)實體集，用外鍵表示實體間的聯(lián)系，可以簡單、靈活地表示各種實體及其關(guān)系。以記錄組或數(shù)據(jù)表的形式組織數(shù)據(jù)，以便利用各種實體與屬性之間的關(guān)系進(jìn)行存儲和變換，不分層也無指針，是建立空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間的關(guān)系的一種非常有效的數(shù)據(jù)組織方法。關(guān)系模型實體之間的聯(lián)系如圖5-10所示。關(guān)系模型的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、清晰、靈活，概念（關(guān)系）單一，用戶易懂、易用；滿足所有由布爾邏輯運算和數(shù)學(xué)運算規(guī)則形成的查詢要求；能搜索、組合和比較不同類型的數(shù)據(jù)；增加和刪除數(shù)據(jù)非常方便；存取路徑對用戶透明，數(shù)據(jù)獨立性、安全性好，簡化了數(shù)據(jù)庫開發(fā)工作。圖5-10關(guān)系模型實體之間的聯(lián)系12（4）面向?qū)ο竽Ｐ兔嫦驅(qū)ο竽Ｐ褪怯妹嫦驅(qū)ο蟮挠^點來描述現(xiàn)實世界實體的邏輯組織、對象間限制、聯(lián)系等的模型。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模式是類的集合，面向?qū)ο竽Ｐ吞峁┝艘环N類層次結(jié)構(gòu)。在面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫模式中，一組類可以形成一個類層次，一個面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫可能有多個類層次。在一個類層次中，一個類繼承其所有超類的全部屬性、方法和消息。5.

2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是為滿足數(shù)據(jù)處理的需求而發(fā)展起來的一種較為理想的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，也是一個為實際可運行的存儲、維護(hù)和應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)，是存儲介質(zhì)、處理對象和管理系統(tǒng)的集合體。135.2.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展階段數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下3個階段。①第一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指層次模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（基于樹形結(jié)構(gòu)）和網(wǎng)狀模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（基于有向圖結(jié)構(gòu)）。②第二代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指支持關(guān)系模型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[最先由埃德加·弗蘭克·科德（E.F.Codd）提出關(guān)系模型]。③面向?qū)ο蟮募夹g(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合便產(chǎn)生了第三代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。5.2.2算法的描述方法通常，一個完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫管理員、普通用戶和硬件組成。普通用戶與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序交互，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)交互，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。一個完整的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還應(yīng)包括硬件，數(shù)據(jù)庫存放在計算機(jī)的外存中，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等軟件都需要在計算機(jī)上運行，因此，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中必然會包含硬件，但本單元不涉及硬件方面的內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖5-11所示。14圖5-11數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)1．?dāng)?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫就是一個長期存儲在計算機(jī)內(nèi)、有組織的、集成的、可共享的、統(tǒng)一管理的相關(guān)數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)庫是一個有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集，也就是說，數(shù)據(jù)是按一定的數(shù)據(jù)模型來組成的，數(shù)據(jù)模型可用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述。數(shù)據(jù)模型不同，數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)以及操縱數(shù)據(jù)的方法也就不同。現(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫大多數(shù)是以關(guān)系模型來組織數(shù)據(jù)的，可以簡單地把關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（即關(guān)系）理解為一張二維表。以關(guān)系模型組織起來的數(shù)據(jù)庫稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，不僅存放著各種用戶數(shù)據(jù)，如與圖書有關(guān)的數(shù)據(jù)、與借閱者有關(guān)的數(shù)據(jù)、與借閱圖書有關(guān)的數(shù)據(jù)等，而且還存放著與各個表結(jié)構(gòu)定義有關(guān)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通常稱為元數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫具有以下特點。①數(shù)據(jù)庫是一個集成的數(shù)據(jù)集，也就是說，數(shù)據(jù)庫中集中存放著各種各樣的數(shù)據(jù)。②數(shù)據(jù)庫是一個為各種用戶共享的數(shù)據(jù)集，也就是說，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以被不同的用戶使用，每個用戶可以按自己的需求訪問相同的數(shù)據(jù)庫。③數(shù)據(jù)庫是一個統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)集，也就是說，數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理，任何數(shù)據(jù)訪問都是通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來完成的。④數(shù)據(jù)庫具有冗余度較小、數(shù)據(jù)間聯(lián)系緊密、數(shù)據(jù)獨立性較高等特點。152．?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一種用來管理數(shù)據(jù)庫的商品化軟件。訪問數(shù)據(jù)庫的請求都是通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來完成的。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供了對數(shù)據(jù)庫操作的許多命令，這些命令所組成的語言中常用的就是SQL。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，它為用戶或應(yīng)用程序提供訪問數(shù)據(jù)庫的方法，包括數(shù)據(jù)庫的建立、查詢、更新以及各種數(shù)據(jù)控制。常見的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有Microsoft公司開發(fā)的SQLServer、Oracle公司開發(fā)的Oracle、Sybase公司開發(fā)的Sybase、IBM公司開發(fā)的DB2等。說明：“數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”這一術(shù)語通常指的是某個特定廠商的特定數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，如MySQL、MicrosoftSQLServer、MicrosoftAccess、Oracle等，但有時人們使用“數(shù)據(jù)庫”這個術(shù)語來代指數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，這種用法是不恰當(dāng)?shù)摹Ｉ踔吝€有人用“數(shù)據(jù)庫”這一術(shù)語來代指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這種用法就更不恰當(dāng)了。所以對于數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等術(shù)語要明確其含義，合理使用這些術(shù)語。163．?dāng)?shù)據(jù)庫應(yīng)用程序雖然已經(jīng)有了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，但是在很多情況下，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)無法滿足對數(shù)據(jù)管理的要求。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序（DatabaseApplication）的使用可以滿足對數(shù)據(jù)管理的更高要求，還可以使數(shù)據(jù)管理過程更加直觀和友好。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行通信、訪問和管理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中存儲的數(shù)據(jù)，允許用戶插入、修改、刪除數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序是利用某種程序語言，為實現(xiàn)某些特定功能而編寫的程序，如查詢程序、報表程序等。這些程序為最終用戶提供便于使用的可視化界面，最終用戶通過界面輸入必要的數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序接收最終用戶輸入的數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行加工處理，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能夠識別的SQL語句，然后傳給數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)執(zhí)行該語句，并負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)庫若干個數(shù)據(jù)表中找到符合查詢條件的數(shù)據(jù)，再將查詢結(jié)果返回給應(yīng)用程序，應(yīng)用程序?qū)⒌玫降慕Y(jié)果顯示出來。由此可見，應(yīng)用程序為最終用戶訪問數(shù)據(jù)庫提供了有效途徑和簡便方法。4．用戶用戶是使用數(shù)據(jù)庫的人員，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的用戶一般有以下3類。（1）數(shù)據(jù)庫管理員（2）應(yīng)用程序員（3）最終用戶175.2.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)1975年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會的計算機(jī)與信息處理委員會下屬的標(biāo)準(zhǔn)計劃和需求委員會（ANSI-SPARC）的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)研究組為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立了三級模式結(jié)構(gòu)，即將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劃分為3個層次：外模式、概念模式和內(nèi)模式。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖5-12所示。18圖5-12數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)1．?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的3個層次（1）外模式外模式也稱為用戶模式或子模式，一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式，但一個應(yīng)用程序只能使用一個外模式。外模式主要描述組成用戶視圖的各個記錄的組成、相互關(guān)系、數(shù)據(jù)項的特征、數(shù)據(jù)的安全性和完整性約束條件等。外模式是數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序員和最終用戶）能夠看見和使用的那部分?jǐn)?shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖，是與某一應(yīng)用有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示。外模式是應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的接口，是保證數(shù)據(jù)庫安全性的有效措施。用戶可使用數(shù)據(jù)定義語言（DataDefinitionLanguage，DDL）和數(shù)據(jù)操縱語言（DataManipulationLanguage，DML）來定義數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操縱。用戶可以使用數(shù)據(jù)操作語句或應(yīng)用程序去操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，對用戶而言，只需要按照所定義的外模式進(jìn)行操作，而無須了解概念模式和內(nèi)模式等的內(nèi)部細(xì)節(jié)。（2）概念模式概念模式也稱為模式、邏輯模式或關(guān)系模式，是所有用戶共享的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)視圖，它構(gòu)建了數(shù)據(jù)項值的框架，每個數(shù)據(jù)庫只有一個概念模式。該模式提供了數(shù)據(jù)庫的整體邏輯結(jié)構(gòu)和特征的完整描述，主要涵蓋現(xiàn)實世界實體及其性質(zhì)與聯(lián)系，概念模式的定義包括記錄、數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)完整性約束條件、安全性約束，以及記錄之間的聯(lián)系等。概念模式位于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式結(jié)構(gòu)的中間層，不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲細(xì)節(jié)和硬件環(huán)境，與具體的數(shù)據(jù)值無關(guān)，與具體的應(yīng)用程序、開發(fā)工具及程序設(shè)計語言也無關(guān)。19（3）內(nèi)模式內(nèi)模式也稱為存儲模式，一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式。內(nèi)模式是數(shù)據(jù)庫內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式，它定義了數(shù)據(jù)庫內(nèi)部記錄的類型、存儲域的表示、存儲記錄的物理順序、文件的組織方式以及數(shù)據(jù)控制方面的細(xì)節(jié)等。內(nèi)模式是整個數(shù)據(jù)庫的底層表示，不同于物理層，它假設(shè)外存是無限的線性地址空間。概念模式是數(shù)據(jù)庫的中心與關(guān)鍵。內(nèi)模式、概念模式和外模式之間的關(guān)系如下。①內(nèi)模式依賴于概念模式，獨立于外模式和存儲設(shè)備。②外模式面向具體的應(yīng)用，獨立于內(nèi)模式和存儲設(shè)備。③應(yīng)用程序依賴于外模式，獨立于概念模式和內(nèi)模式。2．?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的3級抽象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)劃分為3個抽象級：用戶級、概念級、物理級。（1）用戶級數(shù)據(jù)庫用戶級數(shù)據(jù)庫對應(yīng)于外模式，是非常接近用戶的一級數(shù)據(jù)庫，是用戶可以看到和使用的數(shù)據(jù)庫，又稱為用戶視圖。用戶級數(shù)據(jù)庫主要由外部記錄組成，不同的用戶級數(shù)據(jù)庫可以互相重疊，用戶的操作都是針對用戶視圖進(jìn)行的。一個數(shù)據(jù)庫可以有多個不同的用戶級數(shù)據(jù)庫，每個用戶級數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)庫某一部分的抽象表示所組成。20（2）概念級數(shù)據(jù)庫概念級數(shù)據(jù)庫對應(yīng)于概念模式，介于用戶級數(shù)據(jù)庫和物理級數(shù)據(jù)庫之間，是所有用戶級數(shù)據(jù)庫的最小并集，是數(shù)據(jù)庫管理員可看到和使用的數(shù)據(jù)庫，又稱為DBA視圖。概念級數(shù)據(jù)庫由概念記錄組成，一個數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)只存在一個DBA視圖，它把數(shù)據(jù)庫作為一個整體的抽象表示。概念級數(shù)據(jù)庫把用戶級數(shù)據(jù)庫有機(jī)地結(jié)合成一個整體，綜合平衡考慮所有用戶要求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性，最大限度降低數(shù)據(jù)冗余，準(zhǔn)確地反映數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。（3）物理級數(shù)據(jù)庫物理級數(shù)據(jù)庫對應(yīng)于內(nèi)模式，是數(shù)據(jù)庫的底層表示，它描述數(shù)據(jù)的實際存儲組織，是非常接近物理存儲的一級數(shù)據(jù)庫，又稱為內(nèi)部視圖。物理級數(shù)據(jù)庫由內(nèi)部記錄組成，物理級數(shù)據(jù)庫并不是真正的物理存儲，而是非常接近物理存儲。213．?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兩級獨立性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)兩級獨立性是指物理獨立性和邏輯獨立性，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的3個抽象級通過兩級映射（外模式-模式映射，模式-內(nèi)模式映射）進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，形成統(tǒng)一的整體。（1）物理獨立性物理獨立性是指用戶的應(yīng)用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是相互獨立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲改變時，應(yīng)用程序不需要改變。物理獨立性存在于概念模式和內(nèi)模式之間的映射轉(zhuǎn)換，用于說明物理組織發(fā)生變化時應(yīng)用程序的獨立程度。（2）邏輯獨立性邏輯獨立性是指用戶的應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫中的邏輯結(jié)構(gòu)是相互獨立的。當(dāng)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)改變時，應(yīng)用程序不需要改變。邏輯獨立性存在于外模式和概念模式之間的映射轉(zhuǎn)換，用于說明概念模式發(fā)生變化時應(yīng)用程序的獨立程度。邏輯獨立性比物理獨立性更難實現(xiàn)。225.2.4幾種新型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)1．面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)2．并行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)3．分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)4．多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)5．演繹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)6．主動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)7．專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)8．空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)9．工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)10．?dāng)?shù)據(jù)倉庫235.

3數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一種操縱和管理數(shù)據(jù)庫的大型軟件，是一種能夠提供數(shù)據(jù)錄入、修改、查詢的數(shù)據(jù)操作軟件。用戶通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫管理員通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的維護(hù)工作。245.3.1數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的功能數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫，它可以支持多個應(yīng)用程序和用戶用不同的方法在同一時刻或不同時刻去建立、修改和詢問數(shù)據(jù)庫。它對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制，以保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中只有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)才能直接訪問數(shù)據(jù)庫，如MySQL就是一種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，其主要優(yōu)點是跨平臺、開放源代碼、速度快、成本低，是目前十分流行的開源小型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。1．?dāng)?shù)據(jù)定義數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)定義語言（DataDefinitionLanguage，DDL），DDL主要用于建立、修改數(shù)據(jù)庫的庫結(jié)構(gòu)，DDL所描述的庫結(jié)構(gòu)僅僅給出了數(shù)據(jù)庫的框架，通過DDL可以方便地定義數(shù)據(jù)庫中的各種對象。例如，可以使用DDL定義圖書借閱數(shù)據(jù)庫中的圖書信息數(shù)據(jù)表、借閱者數(shù)據(jù)表、圖書借閱數(shù)據(jù)表的表結(jié)構(gòu)。2．?dāng)?shù)據(jù)操縱數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)操縱語言（DataManipulationLanguage，DML），供用戶實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的追加、刪除、更新、查詢等操作。通過DML可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中對數(shù)據(jù)進(jìn)行的基本操作，例如，向數(shù)據(jù)表中插入一行數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)表中的行、查詢數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)等。3．安全控制和并發(fā)控制數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)控制語言（DataControlLanguage，DCL）。通過DCL可以控制什么情況下誰可以執(zhí)行什么樣的數(shù)據(jù)操作。另外，由于數(shù)據(jù)庫是共享的，多個用戶可以同時訪問數(shù)據(jù)庫（并發(fā)操作），這可能會引起訪問沖突，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還提供并發(fā)控制的功能，以避免并發(fā)操作時可能帶來的數(shù)據(jù)不一致的問題。254．?dāng)?shù)據(jù)庫的運行管理數(shù)據(jù)庫的運行管理包括多用戶環(huán)境下的并發(fā)控制、安全性檢查和存取限制控制、完整性檢查和執(zhí)行、運行日志的組織管理、事務(wù)的管理和自動恢復(fù)（即保證事務(wù)的原子性）等功能，這些功能保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正常運行。5．?dāng)?shù)據(jù)組織、存儲與管理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)要分類組織、存儲和管理各種數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)字典、用戶數(shù)據(jù)、存取路徑等，需要確定以何種文件結(jié)構(gòu)和存取方式在存儲級上組織這些數(shù)據(jù)，如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。6．?dāng)?shù)據(jù)庫的保護(hù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是信息社會的戰(zhàn)略資源，所以對數(shù)據(jù)的保護(hù)至關(guān)重要。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的保護(hù)通過4個方面來實現(xiàn)：數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)、數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制、數(shù)據(jù)庫的完整性控制、數(shù)據(jù)庫的安全性控制。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的其他保護(hù)功能還有系統(tǒng)緩沖區(qū)的管理、數(shù)據(jù)存儲的某些自適應(yīng)調(diào)節(jié)等。267．?dāng)?shù)據(jù)庫的維護(hù)數(shù)據(jù)庫的維護(hù)包括數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)載入、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)儲，數(shù)據(jù)庫的重組和重構(gòu)，性能監(jiān)控等功能，這些功能分別由各個應(yīng)用程序來完成。8．?dāng)?shù)據(jù)庫事務(wù)管理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是可供多個用戶同時使用的共享數(shù)據(jù)，為保證數(shù)據(jù)能夠安全、可靠地運行，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供了事務(wù)管理功能，該功能保證數(shù)據(jù)能夠并發(fā)使用并且不會產(chǎn)生相互干擾的情況，而且在數(shù)據(jù)庫發(fā)生故障時能夠?qū)?shù)據(jù)庫進(jìn)行正確恢復(fù)。9．?dāng)?shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供了備份數(shù)據(jù)庫和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的功能。10．傳送數(shù)據(jù)與相互通信數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌冢@些接口與操作系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)處理、分時系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程作業(yè)輸入相關(guān)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)還應(yīng)該具有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)中其他軟件系統(tǒng)的通信功能以及數(shù)據(jù)庫之間的互操作功能。275.3.2常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品介紹目前常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品主要是MySQL、SQLServer、Oracle、Sybase、DB2、Access等產(chǎn)品。不同的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，有不同的特點，也有相對獨立的應(yīng)用領(lǐng)域和用戶支持。1．MySQLMySQL是一種開源小型關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，MySQL現(xiàn)隸屬于Oracle公司。MySQL軟件分為社區(qū)版和商業(yè)版，其體積小、速度快、總體擁有成本低，目前被廣泛地應(yīng)用在中小型網(wǎng)站中。2．SQLServerSQLServer是由微軟公司開發(fā)和推廣的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有使用方便、可伸縮性好、與相關(guān)軟件集成程度高等優(yōu)點。SQLServer數(shù)據(jù)庫引擎為關(guān)系型數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供了安全、可靠的存儲功能，使用戶可以構(gòu)建和管理用于業(yè)務(wù)的高可用和高性能的數(shù)據(jù)應(yīng)用程序。SQLServer的最初版本適用于中小型企業(yè)，但是應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)展。3．OracleOracle是Oracle（甲骨文）公司提供的以分布式數(shù)據(jù)庫為核心的一組軟件產(chǎn)品，是目前使用最為廣泛的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之一。Oracle作為一個通用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它具有完整的數(shù)據(jù)管理28理功能；作為一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫，它是一款關(guān)系完備的產(chǎn)品；作為分布式數(shù)據(jù)庫，它實現(xiàn)了分布式處理功能。Oracle被認(rèn)為是業(yè)界比較成功的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，是一種運行穩(wěn)定、功能齊全、使用方便、可移植性好、高效率、可靠性好、適應(yīng)高吞吐量的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。對于數(shù)據(jù)量大、事務(wù)處理繁忙、安全性要求高的企業(yè)，Oracle是一個比較理想的選擇。隨著Internet的普及，Oracle適時地將自己的產(chǎn)品緊密地和網(wǎng)絡(luò)計算結(jié)合起來，成為在Internet應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫廠商中的佼佼者。Oracle可以運行在UNIX、Windows等主流操作系統(tǒng)平臺上，支持幾乎所有的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并獲得了最高級別的ISO標(biāo)準(zhǔn)安全性認(rèn)證。Oracle采用完全開放策略，可以使客戶選擇合適的解決方案，同時對開發(fā)商提供全力支持。4．SybaseSybase是Sybase公司研制的一種關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，是一種典型的可運行在UNIX或Windows平臺上C/S環(huán)境下的大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。Sybase提供了一套應(yīng)用程序編程接口，可以與非Sybase數(shù)據(jù)源及服務(wù)器集成，允許在多個數(shù)據(jù)庫之間復(fù)制數(shù)據(jù)，適用于創(chuàng)建多層應(yīng)用。295．DB2DB2是IBM公司研制的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，主要應(yīng)用于大型應(yīng)用系統(tǒng)，具有較好的可伸縮性，可支持從大型計算機(jī)到單用戶環(huán)境。DB2有很多不同的版本，可以運行在從掌上產(chǎn)品到大型計算機(jī)的不同的終端上。DB2提供了高層次的數(shù)據(jù)利用性、完整性、安全性、可恢復(fù)性，以及從小規(guī)模到大規(guī)模應(yīng)用程序的執(zhí)行能力，支持無關(guān)平臺的基本功能和SQL命令。1968年，IBM公司推出的信息管理系統(tǒng)（InformationManagementSystem，IMS）是層次模型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的典型代表，是第一個大型的商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。1970年，IBM公司的研究員首次提出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的關(guān)系模型，開始了對數(shù)據(jù)庫關(guān)系方法和關(guān)系數(shù)據(jù)理論的研究，為數(shù)據(jù)庫技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。IBM公司在關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論方面一直走在業(yè)界的前列。DB2于1983年首次發(fā)布，2001年，IBM公司兼并了數(shù)據(jù)庫公司Informix，并將其所擁有的先進(jìn)特性融入DB2中，使DB2的系統(tǒng)性能和功能有了進(jìn)一步提高。6．AccessAccess是微軟公司在1992年推出的一個入門級小型桌面數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它具有界面友好、易學(xué)易用、開發(fā)簡單、接口靈活，可以方便地生成各種數(shù)據(jù)對象，利用存儲的數(shù)據(jù)建立窗體和報表等特點。作為Office套件的一部分，Access可以與Office集成，實現(xiàn)無縫連接，是一種典型的桌面數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。但其性能和安全性都一般。Access能夠利用Web檢索和發(fā)布數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的連接，主要適用于中小型企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，或作為C/S系統(tǒng)中的客戶端數(shù)據(jù)庫。305.3.3國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)簡介隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，數(shù)據(jù)量爆炸式增長，國產(chǎn)化替代加速，國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫迎來巨大機(jī)遇。從國內(nèi)市場競爭格局來看，華為、阿里巴巴、達(dá)夢數(shù)據(jù)庫、人大金倉等國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫供應(yīng)商占據(jù)的市場份額越來越大。國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)廠商經(jīng)過多年的技術(shù)研發(fā)和經(jīng)驗積累，經(jīng)歷引進(jìn)技術(shù)、研究、創(chuàng)新再自主創(chuàng)新，實力不斷增強(qiáng)，產(chǎn)品應(yīng)用越來越廣泛，專利申請數(shù)量越來越多，國產(chǎn)陣營日益強(qiáng)盛，完全實現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫指日可待。1．華為GaussDB：AI-Native分布式數(shù)據(jù)庫2．華為openGauss：開源關(guān)系數(shù)據(jù)庫3．阿里云PolarDB：關(guān)系型云原生分布式數(shù)據(jù)庫4．螞蟻集團(tuán)OceanBase：原生分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫5．阿里云AnalyticDB：實時分析型數(shù)據(jù)庫316．達(dá)夢數(shù)據(jù)庫DM8：通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫7．人大金倉KingbaseES：關(guān)系數(shù)據(jù)庫8．南大通用GBase：數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品9．PingCAPTiDB：分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫10．騰訊云TDSQL：分布式數(shù)據(jù)庫5.

4關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫是指使用關(guān)系模型來組織和管理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。325.4.1關(guān)系的基本運算關(guān)系運算是一個數(shù)學(xué)名詞。基本運算有兩類：一類是傳統(tǒng)的集合運算（并、差、交等），另一類是專門的關(guān)系運算（選擇、投影、連接、除法等）。有些查詢需要進(jìn)行幾個基本運算的組合，經(jīng)過若干步驟才能完成。1．傳統(tǒng)的集合運算傳統(tǒng)的集合運算包括并（Union）、差（Difference）、交（Intersection）、笛卡兒積等，均為二目運算。這些針對集合的運算是以元組為運算的基本元素進(jìn)行的，是從行的角度展開的運算。2．專門的關(guān)系運算關(guān)系運算的運算對象是關(guān)系，運算結(jié)果亦為關(guān)系。（1）選擇運算從關(guān)系中找出滿足給定條件的那些元組（行）稱為選擇（Selection）。其中的條件是以邏輯表達(dá)式給出的，值為真的元組將被選取。這種運算是從水平方向抽取元組。（2）投影運算從關(guān)系模式中挑選若干屬性（列）組成新的關(guān)系稱為投影（Projection）。這是從列的角度進(jìn)行的運算，相當(dāng)于對關(guān)系進(jìn)行垂直分解。投影之后不僅取消了原關(guān)系中的某些列，而且還可能取消某些元組，這是因為取消了某些屬性（列）后，可能出現(xiàn)重復(fù)的行，應(yīng)該取消這些完全相同的行。（3）連接運算連接（Join）運算是從兩個關(guān)系的笛卡兒積中選擇屬性滿足一定條件的元組，將不同的兩個關(guān)系連接成一個新關(guān)系。新關(guān)系中的元組是通過連接原有關(guān)系的元組而得到的。新關(guān)系中屬性的名字采用原有關(guān)系屬性名加上原有關(guān)系名作為前綴，這種命名方法保證了新關(guān)系中屬性名的唯一性，盡管原有不同關(guān)系中的屬性可能是同名的。（4）除法運算在關(guān)系代數(shù)中，除法運算可理解為笛卡兒積的逆運算。335.4.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫概述關(guān)系數(shù)據(jù)庫是一種數(shù)據(jù)庫類型，關(guān)系數(shù)據(jù)庫是指采用了關(guān)系模型來組織數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，其以行和列的形式存儲數(shù)據(jù)，以便用戶理解和快速訪問。關(guān)系模型可以簡單理解為二維表格模型，關(guān)系模型由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合、關(guān)系完整性約束3部分組成。而關(guān)系數(shù)據(jù)庫就是由二維表及其之間的關(guān)系組成的數(shù)據(jù)組織。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)存放在包含一系列行和列的二維表中，一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫包含多個二維表。關(guān)系數(shù)據(jù)庫所包含的表之間是有關(guān)聯(lián)的，關(guān)聯(lián)主要由主鍵和外鍵所體現(xiàn)的參照關(guān)系實現(xiàn)。用戶通過查詢來檢索數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，而查詢是一系列用于限定數(shù)據(jù)庫中某些區(qū)域的執(zhí)行代碼。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點如下。①易于維護(hù)：都使用表結(jié)構(gòu)，格式一致。②使用方便：通用的SQL可實現(xiàn)復(fù)雜查詢。③復(fù)雜操作：支持SQL，可實現(xiàn)一個表及多個表之間非常復(fù)雜的查詢。34關(guān)系數(shù)據(jù)庫的缺點如下。①讀寫性能比較差，尤其是對海量數(shù)據(jù)的讀寫效率。②表的結(jié)構(gòu)固定，靈活度稍欠缺。③難以滿足高并發(fā)讀寫需求，對傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫來說，硬盤I/O是一個很大的瓶頸。傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫旨在處理大量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這使得關(guān)系數(shù)據(jù)庫特別適用于處理結(jié)構(gòu)化的大數(shù)據(jù)，因為它們依賴于SQL，并且可以使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)。但是，更大、更復(fù)雜的數(shù)據(jù)集包含的數(shù)據(jù)種類越來越多，意味著數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化程度越來越低，且來自新的源，這就需要使用支持處理非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的非關(guān)系數(shù)據(jù)庫（如NoSQL）。355.4.3關(guān)系數(shù)據(jù)庫的相關(guān)概念1．關(guān)系模型關(guān)系模型是一種以二維表的形式表示實體數(shù)據(jù)和實體之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型，關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個由行和列組成的二維表格，每個二維表稱為關(guān)系，每個二維表都有一個名字，如“圖書信息”“出版社”等。目前大多數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所管理的數(shù)據(jù)庫都是關(guān)系數(shù)據(jù)庫，MySQL數(shù)據(jù)庫就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫。例如，表5-5所示的“圖書信息”數(shù)據(jù)表中和表5-6所示“出版社信息”數(shù)據(jù)表就是兩張二維表，分別描述“圖書”實體對象和“出版社”實體對象。另外“圖書信息”數(shù)據(jù)表和“出版社信息”數(shù)據(jù)表有一個共同字段，即出版社ID，在“圖書信息”數(shù)據(jù)表中該字段的命名為“出版社”，在“出版社信息”數(shù)據(jù)表中該字段的命名為“出版社ID”，雖然命名有所區(qū)別，但其數(shù)據(jù)類型、長度相同，字段值有對應(yīng)關(guān)系，這兩個數(shù)據(jù)表可以通過該字段建立關(guān)聯(lián)。3637商品編號圖書名稱價格/元出版社ISBN作者12528944PPT設(shè)計從入門到精通7919787115454614張曉景12563157給Python點顏色青少年學(xué)編程59.819787115512321佘友軍12520987樂學(xué)Python編程做個游戲很簡單69.849787302519867王振世12366901教學(xué)設(shè)計、實施的診斷與優(yōu)化48.839787121341427陳承歡12325352Python程序設(shè)計39.629787040493726黃銳軍出版社ID出版社名稱出版社簡稱出版社地址郵政編碼1人民郵電出版社人郵北京市豐臺區(qū)成壽寺路11號1001642高等教育出版社高教北京西城區(qū)德外大街4號1001203電子工業(yè)出版社電子北京市海淀區(qū)萬壽路173信箱1000364清華大學(xué)出版社清華北京市海淀區(qū)清華園街道雙清路清華大學(xué)學(xué)研大廈A座1000845機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)工北京市西城區(qū)百萬莊大街22號100037表5-5“圖書信息”數(shù)據(jù)表表5-6“出版社信息”數(shù)據(jù)表2．實體實體是指客觀存在并可相互區(qū)別的事物，可以是人或物，也可以是抽象事件，如“圖書”“出版社”都屬于實體。同一類實體的集合稱為實體集。3．關(guān)系關(guān)系是一種規(guī)范化了的二維表格中行的集合，一個關(guān)系就是一張二維表，表5-5所示數(shù)據(jù)表和表5-6所示數(shù)據(jù)表就是兩個關(guān)系。經(jīng)常將關(guān)系簡稱為表。4．元組二維表中的一行稱為一個元組，元組也稱為記錄。一個二維表由多行組成，表中不允許出現(xiàn)重復(fù)的元組，如表5-5中有5行（不包括第1行），即5條記錄。5．屬性二維表中的一列稱為一個屬性，屬性也稱為字段或數(shù)據(jù)項。如表5-5中有6列，即6個字段，分別為商品編號、圖書名稱、價格/元、出版社、ISBN和作者。屬性值是指屬性的取值，每個屬性的取值范圍稱為值域，簡稱域，如性別的取值是“男”或“女”。6．域域是屬性值的取值范圍。如“性別”的域為“男”“女”，“課程成績”的域可以為“0～100”或者為“A、B、C、D”之類的等級。387．候選關(guān)鍵字候選關(guān)鍵字（CandidateKey）也稱為候選碼，它是能夠唯一確定一個元組的屬性或?qū)傩缘慕M合。一個關(guān)系可能會存在多個候選關(guān)鍵字。如表5-5中“商品編號”和“ISBN”屬性都能唯一地確定表中的每一行，是“圖書信息”表的候選關(guān)鍵字，其他屬性都有可能會出現(xiàn)重復(fù)的值，不能作為該表的候選關(guān)鍵字。表5-6中“出版社ID”“出版社名稱”“出版社簡稱”都可以作為“出版社信息”表的候選關(guān)鍵字。8．主鍵主鍵（PrimaryKey）也稱為主關(guān)鍵字。在一個表中可能存在多個候選關(guān)鍵字，選定其中的一個用來唯一標(biāo)識表中的每一行，將其稱為主關(guān)鍵字或主鍵。如表5-5中有2個候選關(guān)鍵字“商品編號”和“ISBN”，可以選擇“商品編號”或者“ISBN”作為主鍵，由于這里的圖書是待選購的商品，因此選擇“商品編號”作為主鍵更合理。表5-6中有3個候選關(guān)鍵字“出版社ID”“出版社簡稱”“出版社名稱”，這3個候選關(guān)鍵字都可以作為主鍵，如果選擇“出版社ID”作為唯一標(biāo)識表中每一行的屬性，那么“出版社ID”就是“出版社信息”表的主鍵，如果選擇“出版社名稱”作為唯一標(biāo)識表中每一行的屬性，那么“出版社名稱”就是“出版社信息”表的主鍵，以此類推。一般情況下，應(yīng)選擇屬性值簡單、長度較短、便于比較的屬性作為表的主鍵。對于“出版社信息”表中的3個候選關(guān)鍵字，從屬性值的長度來看，“出版社ID”和“出版社簡稱”兩個屬性的值都比較短，從這個角度來看，這兩個候選關(guān)鍵字都可以作為主鍵，但是由于“出版社ID”是純數(shù)字，比較效率高，因此選擇“出版社ID”作為“出版社信息”表的主鍵更合適。399．外鍵外鍵（ForeignKey）也稱為外關(guān)鍵字或外碼。外鍵是指表中的某個屬性（或?qū)傩越M合），它雖然不是本表的主鍵或只是主鍵的一部分，卻是另一個表的主鍵，該屬性稱為本表的外鍵。如“圖書信息”表和“出版社信息”表有一個相同的屬性，即“出版社ID”，對“出版社信息”表來說這個屬性是主鍵，而在“圖書信息”表中這個屬性不是主鍵，所以“圖書信息”表中的“出版社ID”是一個外鍵。10．聯(lián)系聯(lián)系是指客觀世界中實體與實體之間的關(guān)系，聯(lián)系的類型有3種：一對一（1∶1）、一對多（1∶N）、多對多（M∶N），關(guān)系數(shù)據(jù)庫中普遍的聯(lián)系是一對多（1∶N）。E-R圖中用菱形框表示實體間的聯(lián)系。如學(xué)校與校長為一對一的聯(lián)系；班級與學(xué)生為一對多的聯(lián)系，一個班級有多個學(xué)生，每個學(xué)生只屬于一個班級；學(xué)生與課程之間為多對多的聯(lián)系，一個學(xué)生可以選擇多門課程，一門課程可以有多個學(xué)生選擇，學(xué)生與課程之間的E-R圖如圖5-13所示。11．主表與從表主表和從表是以外鍵相關(guān)聯(lián)的兩個表。以外鍵作主鍵的表稱為主表，也稱為父表，外鍵所在的表稱為從表，也稱為子表或相關(guān)表。如“出版社信息”和“圖書信息”這兩個以外鍵出版社ID相關(guān)聯(lián)的表，“出版社信息”表稱為主表，“圖書信息”表稱為從表。4041圖5-13學(xué)生與課程之間的E-R圖5.4.4關(guān)系模型的規(guī)范化與范式任何一個數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)都要處理大量的數(shù)據(jù)，如何以最優(yōu)方式組織這些數(shù)據(jù)，形成以規(guī)范化形式存儲的數(shù)據(jù)庫，是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中的一個重要問題。由于應(yīng)用需要，一個已投入運行的數(shù)據(jù)庫，在實際應(yīng)用中不斷地變化著。當(dāng)對原有數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改、插入、刪除時，應(yīng)盡量減少對原有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的修改，從而減少對應(yīng)用程序的影響。所以設(shè)計數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)時要用規(guī)范化的方法設(shè)計，以提高數(shù)據(jù)的完整性、一致性、可用性。規(guī)范化理論是設(shè)計關(guān)系數(shù)據(jù)庫的重要理論基礎(chǔ)，在此簡單介紹一下關(guān)系模型的規(guī)范化與范式（NormalForm），范式表示的是關(guān)系模型的規(guī)范化程度。1．關(guān)系模型的規(guī)范化把低一級的關(guān)系模型分解為高一級關(guān)系模型的過程，稱為關(guān)系模型的規(guī)范化。當(dāng)一個關(guān)系中的所有字段都是不可分割的數(shù)據(jù)項時，則稱該關(guān)系是規(guī)范的。如果表中有的屬性是復(fù)合屬性，由多個數(shù)據(jù)項組合而成，則可以進(jìn)一步分割，或者表中包含多值數(shù)據(jù)項時，則該表稱為不規(guī)范的表。數(shù)據(jù)規(guī)范化的目的是減少數(shù)據(jù)冗余，消除數(shù)據(jù)存儲異常，以保證數(shù)據(jù)的完整性，提高存儲效率。422．關(guān)系模型的范式關(guān)系模型滿足的確定約束條件稱為范式，用NF表示，根據(jù)滿足約束條件的級別不同，范式由低到高分為1NF（第一范式）、2NF（第二范式）、3NF（第三范式）、BCNF（BC范式）、4NF（第四范式）等，不同的級別范式，其性質(zhì)不同。（1）1NF1NF是最低的規(guī)范化要求，如果關(guān)系R中屬性的值域都是簡單域，其元素（即屬性）不可再分解，是屬性項而不是屬性組，且不存在重復(fù)的元組、屬性，那么關(guān)系模型R是1NF的。這一限制是關(guān)系的基本性質(zhì)，所以任何關(guān)系都必須滿足1NF。1NF是在實際數(shù)據(jù)庫設(shè)計中必須先達(dá)到的，通常稱為數(shù)據(jù)元素的結(jié)構(gòu)化。表5-7所示的“圖書信息”表滿足上述條件，屬于1NF。43商品編號圖書名稱價格/元作者ISBN出版社出版社簡稱郵政編碼12528944PPT設(shè)計從入門到精通79張曉景9787115454614人民郵電出版社人郵10016412563157給Python點顏色青少年學(xué)編程59.8佘友軍9787115512321人民郵電出版社人郵10016412520987樂學(xué)Python編程做個游戲很簡單69.8王振世9787302519867清華大學(xué)出版社清華10008412366901教學(xué)設(shè)計、實施的診斷與優(yōu)化48.8陳承歡9787121341427電子工業(yè)出版社電子10003612325352Python程序設(shè)計39.6黃銳軍9787040493726高等教育出版社高教100120表5-7“圖書信息”表及其存儲的部分?jǐn)?shù)據(jù)滿足1NF的關(guān)系模型可能會有許多重復(fù)值，增加了修改其數(shù)據(jù)時引起疏漏的可能性。很顯然，上述圖書關(guān)系中，同一個出版社出版的圖書，其出版社名稱、出版社簡稱和郵政編碼是相同的，這樣就會出現(xiàn)許多重復(fù)的數(shù)據(jù)。如果某一個出版社的“郵政編碼”改變了，那么該出版社所出版的所有圖書的對應(yīng)記錄的“郵政編碼”都要進(jìn)行更改。滿足1NF的要求是對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本要求，它確保關(guān)系中的每個屬性都是單值屬性，即不是復(fù)合屬性，但可能存在部分函數(shù)依賴，不能排除數(shù)據(jù)冗余和潛在的數(shù)據(jù)更新異常問題。所謂函數(shù)依賴，是指一個數(shù)據(jù)表中，屬性B的取值依賴于屬性A的取值，則屬性B函數(shù)依賴于屬性A，如“出版社簡稱”函數(shù)依賴于“出版社名稱”。為了消除這種數(shù)據(jù)冗余、避免潛在的數(shù)據(jù)更新異常問題，消除函數(shù)依賴，我們需要更加規(guī)范的2NF。（2）2NF一個關(guān)系R滿足1NF，且所有的非主屬性都完全地依賴于主鍵，則這種關(guān)系屬于2NF。對于滿足2NF的關(guān)系，如果給定一個主鍵的值，則可以在這個數(shù)據(jù)表中唯一確定一條記錄。滿足2NF的關(guān)系消除了非主屬性對主鍵的部分函數(shù)依賴，但可能存在傳遞函數(shù)依賴，也可能存在數(shù)據(jù)冗余和潛在的數(shù)據(jù)更新異常問題。所謂傳遞依賴，是指對于一個數(shù)據(jù)表中的A、B、C這3個屬性，如果C函數(shù)依賴于B，B函數(shù)依賴于A，那么C函數(shù)也依賴于A，稱C傳遞依賴于A。在表5-7中，存在“出版社名稱”函數(shù)依賴于“ISBN”，“郵政編碼”函數(shù)依賴于“出版社名稱”這樣的傳遞函數(shù)依賴，也就是說“ISBN”不能直接決定非主屬性“郵政編碼”。要使關(guān)系模型中不存在傳遞依賴，可以將該關(guān)系模型分解為3NF。44（3）3NF一個關(guān)系R滿足1NF和2NF，且每個非主屬性彼此獨立，不傳遞依賴于任何主鍵，則這種關(guān)系屬于3NF。從2NF中消除傳遞依賴，便是3NF。將表5-7分解為兩個表，分別為表5-8所示“圖書信息”表和表5-9所示“出版社”表，分解后的兩個表都符合3NF。45商品編號圖書名稱價格/元作者ISBN出版社12528944PPT設(shè)計從入門到精通79張曉景9787115454614人民郵電出版社12563157給Python點顏色青少年學(xué)編程59.8佘友軍9787115512321人民郵電出版社12520987樂學(xué)Python編程做個游戲很簡單69.8王振世9787302519867清華大學(xué)出版社12366901教學(xué)設(shè)計、實施的診斷與優(yōu)化48.8陳承歡9787121341427電子工業(yè)出版社12325352Python程序設(shè)計39.6黃銳軍9787040493726高等教育出版社表5-8“圖書信息”表表5-9“出版社”表出版社名稱出版社簡稱郵政編碼人民郵電出版社人郵100164人民郵電出版社人郵100164清華大學(xué)出版社清華100084電子工業(yè)出版社電子100036高等教育出版社高教1001203NF有效地減少了數(shù)據(jù)的冗余，節(jié)約了存儲空間，提高了數(shù)據(jù)組織的邏輯性、完整性、一致性和安全性，提高了訪問及修改的效率。但是對于比較復(fù)雜的查詢，多個數(shù)據(jù)表之間存在關(guān)聯(lián)，查詢時要進(jìn)行連接運算，響應(yīng)速度較慢，這種情況下為了提高數(shù)據(jù)的查詢速度，允許保留一定的數(shù)據(jù)冗余，可以不滿足3NF的要求，設(shè)計成滿足2NF也是可行的。由前述可知進(jìn)行規(guī)范化數(shù)據(jù)庫設(shè)計時應(yīng)遵循規(guī)范化理論，規(guī)范化程度過低，可能會存在潛在的插入/刪除異常、修改復(fù)雜、數(shù)據(jù)冗余等問題，解決的方法就是對關(guān)系模型進(jìn)行分解或合并，即規(guī)范化，將其轉(zhuǎn)換成高級范式。但并不是規(guī)范化程度越高越好，當(dāng)一個應(yīng)用的查詢涉及多個關(guān)系表的屬性時，系統(tǒng)必須進(jìn)行連接運算，連接運算要耗費時間和空間。所以一般情況下，數(shù)據(jù)模型符合3NF就能滿足需求了，規(guī)范化更高的BCNF、4NF、5NF一般用得較少，本單元不予介紹，請參考相關(guān)書籍。3．反規(guī)范化數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)規(guī)范化的優(yōu)點是減少了數(shù)據(jù)冗余，節(jié)約了存儲空間，相應(yīng)邏輯和物理的I/O次數(shù)減少，同時加快了增、刪、改的速度，但是對完全規(guī)范的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，通常需要更多的連接操作，從而影響查詢速度。因此，有時為了提高某些查詢或應(yīng)用的性能會破壞規(guī)范規(guī)則，即反規(guī)范化（非規(guī)范化處理）。常見的反規(guī)范化技術(shù)包括增加冗余列、增加派生列、重新組表、分割表等。465.

5結(jié)構(gòu)查詢語言結(jié)構(gòu)查詢語言（SQL）是一種數(shù)據(jù)庫查詢和程序設(shè)計語言，用于存取數(shù)據(jù)以及查詢、更新和管理關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，同時其小寫形式是數(shù)據(jù)庫腳本文件的擴(kuò)展名。475.4.1數(shù)據(jù)表的概念一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫由多個數(shù)據(jù)表（Table）組成，數(shù)據(jù)表是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本存儲結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)表是二維的，由行和列組成；數(shù)據(jù)表的行（Row）是橫排數(shù)據(jù)，也被稱作記錄（Record）；數(shù)據(jù)表的列（Column）是縱列數(shù)據(jù)，也被稱作字段（Field）；數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)表之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，對數(shù)據(jù)表有一定的要求和限制，即數(shù)據(jù)表必須滿足以下要求。①每張數(shù)據(jù)表主題明確，只包含與主題相關(guān)的字段。②數(shù)據(jù)表中的每個字段是不可再分的基本數(shù)據(jù)項。一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫由多個數(shù)據(jù)表（Table）組成，數(shù)據(jù)表是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本存儲結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)表是二維的，由行和列組成；數(shù)據(jù)表的行（Row）是橫排數(shù)據(jù)，也被稱作記錄（Record）；數(shù)據(jù)表的列（Column）是縱列數(shù)據(jù)，也被稱作字段（Field）；數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)表之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，對數(shù)據(jù)表有一定的要求和限制，即數(shù)據(jù)表必須滿足以下要求。①每張數(shù)據(jù)表主題明確，只包含與主題相關(guān)的字段。②數(shù)據(jù)表中的每個字段是不可再分的基本數(shù)據(jù)項。③數(shù)據(jù)表中同一列的數(shù)據(jù)類型必須相同，即同一字段的數(shù)據(jù)具有同一數(shù)據(jù)類型，也就是說，數(shù)據(jù)表中任意字段的取值范圍應(yīng)屬于相同的域。④一張數(shù)據(jù)表中不允許有相同的字段名，即在定義表結(jié)構(gòu)時，一張數(shù)據(jù)表中不能出現(xiàn)重復(fù)的字段名。這是因為系統(tǒng)中的字段名是用來標(biāo)識數(shù)據(jù)列的，如果字段名重復(fù)，則會產(chǎn)生列標(biāo)識混亂。⑤一張數(shù)據(jù)表中不允許有完全相同的2條記錄。⑥數(shù)據(jù)表中一般不包括可以從表中數(shù)據(jù)項計算出來的字段。⑦數(shù)據(jù)表中行、列的次序可以交換，即數(shù)據(jù)表中字段和記錄的順序無關(guān)緊要，任意交換兩行或兩列的位置并不影響數(shù)據(jù)的實際含義。在實際使用中，可以按各種排列要求對記錄的次序重新排列。485.5.2結(jié)構(gòu)查詢語言的概念SQL是高級的非過程化編程語言，它不要求用戶指定對數(shù)據(jù)的存放方法，也不需要用戶了解具體的數(shù)據(jù)存放方式。關(guān)系數(shù)據(jù)庫都是以SQL為基礎(chǔ)的，SQL是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫上執(zhí)行數(shù)據(jù)操作、檢索及維護(hù)所使用的標(biāo)準(zhǔn)語言，SQL由數(shù)據(jù)定義語言、數(shù)據(jù)操縱語言和數(shù)據(jù)控制語言等組成。495.5.3查詢語言的特點SQL有以下特點。（1）功能的一體化（2）高度非過程化（3）以同一種語法結(jié)構(gòu)提供兩種使用方式（4）面向集合的操作方式（5）允許對表和視圖進(jìn)行操作（6）語言簡潔，易學(xué)、易用5.5.4結(jié)構(gòu)查詢語言的類型與功能1．結(jié)構(gòu)查詢語言的類型SQL可分為數(shù)據(jù)定義語言、數(shù)據(jù)操縱語言、數(shù)據(jù)查詢語言、數(shù)據(jù)控制語言、事務(wù)控制語言。SQL的類型、主要功能及常用謂詞如表5-10所示。50SQL類型主要功能常用謂詞數(shù)據(jù)定義語言創(chuàng)建、修改和刪除數(shù)據(jù)庫及其對象，包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)表、視圖、索引、函數(shù)、存儲過程、觸發(fā)器等，定義數(shù)據(jù)的完整性、安全控制等約束Create（創(chuàng)建）、Alter（修改）、Drop（刪除）、Truncate（刪除表數(shù)據(jù)）、Rename（重命名）數(shù)據(jù)操縱語言插入、修改和刪除數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)Insert（插入）、Update（修改）、Delete（刪除）數(shù)據(jù)查詢語言從數(shù)據(jù)表中獲得數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)查詢是使用較多的操作Select（查詢）數(shù)據(jù)控制語言對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一的控制、管理，設(shè)置或更改數(shù)據(jù)庫用戶和角色權(quán)限，對基本表和視圖進(jìn)行授權(quán)Grant（授權(quán)）、Revoke（撤銷授權(quán)）、Deny（禁止用戶或角色取得某個權(quán)限）事務(wù)控制語言控制數(shù)據(jù)庫的訪問，維護(hù)數(shù)據(jù)一致性Commit（提交）、Rollback（回滾）、Savepoint（設(shè)置保存點）、SetTransaction（改變事務(wù)選項）表5-10SQL的類型、主要功能及常用謂詞2．Select語句的語法格式及功能說明SQL具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)查詢功能，SQL從數(shù)據(jù)表中查詢數(shù)據(jù)的基本語句為Select語句，其功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的篩選、投影和連接操作，并能夠完成篩選字段重命名、多數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)組合、分類匯總、排序等操作。（1）Select語句的一般格式Select語句的一般格式如下。51Select謂詞|<字段名稱或表達(dá)式列表>Into<新表名>From<數(shù)據(jù)表名稱或視圖名稱>[Where<條件表達(dá)式>][GroupBy<分組的字段名稱或表達(dá)式>][Having<過濾條件>][OrderBy<排序的字段名稱或表達(dá)式>Asc|Desc][數(shù)據(jù)表的別名]（2）Select語句的功能根據(jù)Where子句的條件表達(dá)式，從From子句指定的數(shù)據(jù)表中找出滿足條件的記錄，再按Select子句選出記錄中的字段值，把查詢結(jié)果以表格的形式返回。ect、Into、From、Where、GroupBy、Having和OrderBy等。其中Select子句和From子句是必需的，其余的子句均可省略。①Select后面的字段名稱或表達(dá)式列表表示需要查詢的字段名稱或表達(dá)式。謂詞包括All、Distinct、Top和Distinctrow。謂詞用來限定返回記錄的數(shù)量，如果沒有指定謂詞，則默認(rèn)值為All，All允許省略不寫。②Into子句用于標(biāo)識插入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)表名稱。③From子句用于標(biāo)識從中檢索數(shù)據(jù)的一個或多個數(shù)據(jù)表或視圖。④Where子句用于設(shè)定查詢條件以返回需要的記錄，如果有Where子句，就按照對應(yīng)的“條件表達(dá)式”規(guī)定的條件進(jìn)行查詢。如果沒有Where子句，就查詢所有記錄。⑤GroupBy子句用于將查詢結(jié)果按指定的一個字段或多個字段的值進(jìn)行分組，分組字段或表達(dá)式的值相等的被分為一組。通常GroupBy子句與Count()、Sum()等聚合函數(shù)配合使用。⑥Having子句與GroupBy子句搭配使用，用于以GroupBy子句分組的結(jié)果進(jìn)一步限定搜索條件，滿足該篩選條件的數(shù)據(jù)才能被輸出。⑦OrderBy子句用于將查詢結(jié)果按指定的字段進(jìn)行排序。排序包括升序和降序，其中Asc表示記錄按升序排列，Desc表示記錄按降序排列，默認(rèn)狀態(tài)下，記錄按升序排列。⑧數(shù)據(jù)表的別名用于代替數(shù)據(jù)表的原名稱。523．Insert語句在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)后，可以向該數(shù)據(jù)表中添加記錄。使用SQL中的Insert語句也可以向數(shù)據(jù)表中追加新的數(shù)據(jù)記錄，每次只能添加一條記錄。Insert語句的格式如下。①完全添加。53InsertInto表名Values(第1個字段值,第2個字段值,…,最后一個字段值)使用這種格式向數(shù)據(jù)表中添加新記錄時，在關(guān)鍵字InsertInto后面輸入要添加的數(shù)據(jù)表名稱，然后在括號中列出將要添加新值的字段的名稱，最后，在關(guān)鍵字Values后面括號中按照前面輸入字段的順序?qū)?yīng)地輸入所要添加的記錄值。其中，Values后面括號中的字段值必須與數(shù)據(jù)表中對應(yīng)字段所規(guī)定的字段類型相符，如果只是對部分字段賦值，可以用空值NULL替代不需要賦值的字段，否則會出現(xiàn)錯誤。②部分添加。如果只需要向數(shù)據(jù)表中插入部分字段的值，可以將Insert語句寫成以下格式。InsertInto表名(字段1,字段2,…,字段n)Values(第1個字段值,第2個字段值,…,第n個字段值)4．Update語句SQL中的Update語句提供了對已存在的數(shù)據(jù)表中記錄的字段值進(jìn)行修改的功能。Update語句的格式如下。54Update數(shù)據(jù)表名Set字段1=字段值1,字段2=字段值2,…,字段n=字段值n[Where<條件>]其含義是刪除數(shù)據(jù)表中符合Where條件的記錄，Where<條件>是可選項，如果沒有Where子句，則會刪除數(shù)據(jù)表中的所有記錄。刪除操作是破壞性操作，應(yīng)十分慎重。其含義表示更新數(shù)據(jù)表中符合Where條件的字段或字段集合的值，其中Where<條件>是可選項。5．Delete語句SQL使用Delete語句將記錄從數(shù)據(jù)表中刪除。Delete語句的格式如下。DeleteFrom數(shù)據(jù)表名[Where<條件>]5.

6非關(guān)系數(shù)據(jù)庫隨著Web2.0網(wǎng)站的興起，傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫在處理Web2.0網(wǎng)站，特別是超大規(guī)模和高并發(fā)的社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（SocialNetworkService，SNS）類型的Web2.0純動態(tài)網(wǎng)站已經(jīng)顯得力不從心，出現(xiàn)了很多難以解決的問題，而非關(guān)系數(shù)據(jù)庫則由于其本身的特點得到了非常迅速的發(fā)展。非關(guān)系數(shù)據(jù)庫的誕生就是為了應(yīng)對大規(guī)模數(shù)據(jù)集、多重數(shù)據(jù)種類帶來的挑戰(zhàn)，特別是大數(shù)據(jù)應(yīng)用難題。非關(guān)系數(shù)據(jù)庫在特定的場景下可以發(fā)揮出難以想象的高效率和高性能，它是對傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的一個有效的補(bǔ)充。NoSQL（NotOnlySQL）意即“不僅僅是SQL”，泛指非關(guān)系數(shù)據(jù)庫。非關(guān)系數(shù)據(jù)庫嚴(yán)格意義上不是一種數(shù)據(jù)庫，而是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲方法的集合，可以是文檔或者鍵值對等。555.6.1非關(guān)系數(shù)據(jù)庫的優(yōu)缺點非關(guān)系數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點如下。①格式靈活：存儲數(shù)據(jù)的格式可以是(key,value)形式、文檔形式、圖片形式等，使用靈活，應(yīng)用場景廣泛，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫則只支持基礎(chǔ)類型。②速度快：非關(guān)系數(shù)據(jù)庫可以使用硬盤或者RAM作為載體，而關(guān)系數(shù)據(jù)庫只能使用硬盤作為載體。③低成本：非關(guān)系數(shù)據(jù)庫部署簡單，基本都是開源軟件。④高擴(kuò)展性。非關(guān)系數(shù)據(jù)庫的缺點如下。①不提供SQL支持，學(xué)習(xí)和使用成本較高。②數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，復(fù)雜查詢能力稍欠缺。③無事務(wù)處理機(jī)制。565.6.2非關(guān)系數(shù)據(jù)庫的類型以下是幾種常見的非關(guān)系數(shù)據(jù)庫類型。1．鍵值數(shù)據(jù)庫鍵值（Key-Value）數(shù)據(jù)庫主要使用一個哈希表，這個表中有一個特定的鍵和一個指針指向特定的數(shù)據(jù)。可以通過Key來添加、查詢或者刪除數(shù)據(jù)庫，使用Key訪問，會獲得很高的性能及擴(kuò)展性。Key-Value模型的優(yōu)勢在于簡單、易部署、高并發(fā)。2．列式數(shù)據(jù)庫列式（Column-Oriented）數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)存儲在列族中，一個列族存儲是經(jīng)常被一起查詢的相關(guān)數(shù)據(jù)，例如，我們經(jīng)常會查詢某個人的姓名和年齡，而不是薪資。這種情況下姓名和年齡會被放到一個列族中，薪資會被放到另一個列族中。3．文檔數(shù)據(jù)庫文檔（Document-Oriented）數(shù)據(jù)庫會將數(shù)據(jù)以文檔的形式存儲。每個文檔都是自包含的數(shù)據(jù)單元，是一系列數(shù)據(jù)項的集合。每個數(shù)據(jù)項都有一個名詞與對應(yīng)值，值既可以是簡單的數(shù)據(jù)類型，如字符串、數(shù)字和日期等；也可以是復(fù)雜的類型，如有序列表和關(guān)聯(lián)對象。4．圖形數(shù)據(jù)庫圖形數(shù)據(jù)庫允許將數(shù)據(jù)以圖的方式存儲。實體作為頂點，而實體之間的關(guān)系則作為邊。典型代表產(chǎn)品有Neo4J、InforGrid。575.

7數(shù)據(jù)庫設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫設(shè)計一般應(yīng)包括數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計和行為設(shè)計兩部分內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計是指系統(tǒng)整體邏輯模式與子模式的設(shè)計，是對數(shù)據(jù)的分析設(shè)計；數(shù)據(jù)庫的行為設(shè)計是指施加在數(shù)據(jù)庫上的動態(tài)操作的設(shè)計，是對應(yīng)用系統(tǒng)功能的分析設(shè)計。585.7.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本原則設(shè)計數(shù)據(jù)庫時要綜合考慮多個因素，權(quán)衡各自利弊確定數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)，基本原則有以下幾條。①把具有同一個主題的數(shù)據(jù)存儲在一個數(shù)據(jù)表中，也就是“一表一用”的設(shè)計原則。②盡量消除包含在數(shù)據(jù)表中的冗余數(shù)據(jù)，但不是必須消除所有的冗余數(shù)據(jù)，有時為了提高訪問數(shù)據(jù)庫的速度，可以保留必要的冗余，減少數(shù)據(jù)表之間的連接操作，提高效率。③一般要求數(shù)據(jù)庫設(shè)計達(dá)到3NF，因為3NF的關(guān)系模式中不存在非主屬性對主關(guān)鍵字的不完全函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴關(guān)系，最大限度地消除了數(shù)據(jù)冗余、修改異常、插入異常和刪除異常，具有較好的性能，基本滿足關(guān)系規(guī)范化的要求。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，如果片面地提高關(guān)系的范式等級，并不一定能夠產(chǎn)生合理的數(shù)據(jù)庫設(shè)計方案，原因是范式的等級越高，存儲的數(shù)據(jù)就需要被分解為更多的數(shù)據(jù)表，訪問數(shù)據(jù)表時總是涉及多表操作，會降低訪問數(shù)據(jù)庫的速度。從實用角度來看，大多數(shù)情況下達(dá)到3NF比較恰當(dāng)。④在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，各個數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系只能為一對一和一對多的關(guān)系，對于多對多的關(guān)系必須將其轉(zhuǎn)換為一對多的關(guān)系來處理。⑤設(shè)計數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮表結(jié)構(gòu)在未來可能發(fā)生的變化，保證表結(jié)構(gòu)的動態(tài)適應(yīng)性。595.7.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟在確定了數(shù)據(jù)庫設(shè)計的策略以后，就需要確定相應(yīng)的設(shè)計方法和步驟。多年來，人們提出了多種數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法、設(shè)計準(zhǔn)則和規(guī)范。考慮數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)全過程，將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為如下6個基本步驟。1．用戶需求分析2．概念結(jié)構(gòu)設(shè)計3．邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計4．物理結(jié)構(gòu)設(shè)計5．?dāng)?shù)據(jù)庫實施6．?dāng)?shù)據(jù)庫運行和維護(hù)操作訓(xùn)練60【操作訓(xùn)練5-1】從數(shù)據(jù)表中獲取指定的數(shù)據(jù)【操作訓(xùn)練5-2】設(shè)計人力資源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫61【操作訓(xùn)練5-1】從數(shù)據(jù)表中獲取指定的數(shù)據(jù)Employee數(shù)據(jù)表包含所有員工信息，每個員工有其對應(yīng)的Id、Name、Salary、DepartmentId，Employee數(shù)據(jù)表的字段名與字段值如圖5-14所示。圖5-14Employee數(shù)據(jù)表的字段名與字段值Department數(shù)據(jù)表包含公司所有部門的信息，Department數(shù)據(jù)表的字段名與字段值如圖5-15所示。圖5-15Department數(shù)據(jù)表的字段名與字段值62找出每個部門工資最高的員工的過程如下。（1）求出每個部門對應(yīng)的最高工資和部門編號編寫SQL語句如下。（2）內(nèi)連接兩表并進(jìn)行篩選編寫SQL語句如下。Selectmax(Salary),DepartmentIdFromEmployeeGroupByDepartmentIdSelectd.NameDepartment,e.NameEmployee,e.SalarySalaryFromEmployeee,DepartmentdWheree.DepartmentId=d.IdAnd(e.Salary,e.DepartmentId)In(Selectmax(Salary),DepartmentIdFromEmployeeGroupByDepartmentId);63【操作訓(xùn)練4-2】計算并輸出購買商品的實付總額1．創(chuàng)建PyCharm項目Unit04成功啟動PyCharm后，在其主窗口選擇“文件”菜單，在彈出的下拉菜單中選擇“新建項目”選項，打開“新建項目”對話框，在該對話框的“位置”文本框中輸入“D:\PyCharmProject\Unit04”，在“新建項目”對話框中單擊“創(chuàng)建”按鈕，完成PyCharm項目Unit04的創(chuàng)建。2．創(chuàng)建Python程序文件t4-1.py在PyCharm主窗口右鍵單擊已建好的PyCharm項目“Unit04”，在彈出的快捷菜單中選擇“新建”→“Python文件”命令。在打開的“新建Python文件”對話框中輸入Python文件名“t4-1”，然后雙擊“Python文件”選項，完成Python程序文件的新建任務(wù)。同時，PyCharm主窗口顯示程序文件“t4-1.py”的代碼編輯窗口，在該程序文件的代碼編輯窗口也自動添加了模板內(nèi)容。643．編寫Python程序代碼在新建文件“t4-1.py”的代碼編輯窗口輸入程序代碼，代碼如下。