西电计科院数据库系统课程期末复习笔记及实验报告

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前言

博主是21级计科院的，数据库系统97分，这是期末复习期间整理的笔记，基本全部涵盖期末考试重点范围，有需要的学弟学妹可以作为参考

• 详见文章主页 DataBase

第一讲 数据库系统概述

数据库基本概念

{% message color:info title:数据库(DataBase,DB) %}

• 概念: 长期存储在计算机内、有组织、可共享的数据集合
• 特点: 永久存储、有组织、可共享
  {% endmessage %}

{% message color:info title:数据库管理系统(DataBaseManagementSystem,DBMS) %}

• 概念: 专门用于管理数据库的软件
• 组成: 相互关联的数据集合、访问数据的程序
  {% endmessage %}

{% message color:info title:数据库系统(DataBaseSystem,DBS) %}

• 概念: 引入数据库之后的计算机系统
• 特点: DBS = DB + OS + DBMS + App + DBA +Users
  {% endmessage %}

数据库发展阶段

• 人工管理阶段
  • 数据不保存
  • 用户/应用程序管理数据
  • 数据不共享，不独立
  • 数据无结构
• 文件系统阶段
  • 数据可以长期保存
  • 文件系统管理数据
  • 数据共享性差，冗余度大
  • 物理独立性好，逻辑独立性差
  • 记录内有结构，整体无结构
• 数据库系统阶段
  • 数据可以永久保存
  • 数据由DBMS管理
  • 数据共享性高，冗余度小
  • 具有高度的物理独立性，较好的逻辑独立性
  • 统一数据模型，整体结构化

数据库管理系统采用外模式-模式-内模式三级模式，外模式/模式和模式/内模式两级映像结构来实现的。

数据模型

• 是数据及其联系在计算机中的表示和组织形式的描述
• 组成三要素: 数据结构、数据操纵、数据完整性约束
• 数据库模型

  • 概念模型

    • E-R图

  • 逻辑模型

    • 层次模型
      • 树状结构: 每个节点是基本单位称为记录，记录之间的联系以树形结构存储
      • 特点: 只能处理一对多联系，无法处理多对多联系
    • 网状模型
      • 网状结构(有向图): 记录之间的联系用连线表达，联系必须标注名称
      • 特点: 将多对多联系转换为多个一对多联系
    • 关系模型
      • 实体和联系都作为数据文件存储

  • 物理模型

数据库系统结构

• 数据逻辑独立性：由外模式/模式映像保证（当模式改变，仅修改映像，即可保证外模式不变）
• 数据物理独立性：由模式/内模式映像保证（当内模式改变，仅修改映像，即可保证模式不变）

第二讲 关系模型

关系数据结构

关系模式: $R(U,D,Dom(),F)$ (简称: $R(U)$)
其中，$R$ 表示关系名，$U$ 表示属性集，$D$ 表示关系的域，$Dom$ 表示属性到域上的映射关系，$F$ 表示数据依赖

关系代数

• 关系代数(Relational Algebra)是过程化的查询语言，是以集合为基础的运算表达式

传统集合运算

• 并(Union): From the row angle

$R \cup S$={$t|t\in R\vee t\in S$}

• 差(Difference): From the row angle

$R - S$={$t|t\in R\wedge t\notin S$}

• 交(Intersection): From the row angle

$R \cap S$ = {$t|t\in R\wedge t\in S$}=$R-(R-S)$

• 广义笛卡尔积(Cartesian Product): From the row angle

$R \times S$ = {$\widehat{t_rt_s}|t_r\in R\wedge t_s\in S$}

注: R:$(k_1,n)$, S:$(k_2,m)⟹$R$\times$S:$(k_1+k_2,n+m)$

专门关系运算

• 选择(Selection): From the row angle

$\sigma_F(R)$ ={$t|t\in R\wedge F(t)=True$}

• 投影(Projection): From the column angle

$\pi_A(R)$ = {$t[A]|t\in R$} 注: 选择出原关系中某些属性列，为避免重复，还可能会取消某些元组

• 连接(Join): From the cross angle

$R\underset{A\theta B}{\bowtie} S$ = {$t_r\cup t_s|t_r\in R\wedge t_s\in S\wedge t_r[A]\theta t_s[B]$}

• Solution Steps For $\theta$ Join:
  • Step 1: 确定结果中的属性列
  • Step 2: 确定参与比较的属性列
  • Step 3: 逐一取R中的元组分别和S中与其符合条件的元组进行拼接
• 等值连接(Equi-Join): $\theta$ is “=”

$R\underset{A=B}{\bowtie} S$ = {$t_r\cup t_s|t_r\in R\wedge t_s\in S\wedge t_r[A]=t_s[B]$}

• 自然连接(Natural Join): $\theta$ is “=” and $As=Bs$ which combines As and Bs columns avoiding repeated attributes(As, Bs means a column or multiple columns)

$R\bowtie S$ = {$t_r\cup t_s - t_s[B]|t_r\in R\wedge t_s\in S\wedge t_r[B]=t_s[B]$}

Practices

• Used Tables

  • S Table = S(Sno, Sname, Ssex, Sage, Sdept)

    Sno	Sname	Ssex	Sage	Sdept
    95001	李勇	男	20	CS
    95002	刘晨	女	18	IS
    95003	王敏	女	18	MA
    95004	张立	男	19	IS

  • SC Table = SC(Sno, Cno, Grade)

    Sno	Cno	Grade
    95001	c1	92
    95001	c2	65
    95001	c4	88
    95002	c2	90
    95002	c5	73

• SC × \times