《数据库系统》作业复习重点

1.PPT课件练习Chap01 数据库系统概述 PPT27-411.3 数据库系统的组成什么是数据库系统指使用数据库技术存储大量有组织相关数据的计算机系统。

数据库系统的目标可实现对有组织、大量相关数据进行管理和维护，支持用户访问、检索和更新所需信息。

硬件：计算机身，CPU、内存、外存、I/O设备计算机网络软件：操作系统；应用程序开发工具；实用程序数据库管理系统，数据库系统的核心。

用户应用程序员，负责编写数据库应用程序最终用户，可以是具有专业背景的用户，可以是一些并未受过IT训练的普通用户数据库管理员DBA，熟悉计算机数据处理业务、负责设计和维护数据库的技术人员文档及说明书系统运行所必需的各类文档和说明书。

数据库应用体系结构客户/服务器(Client/Server, C/S)结构。

客户端Client：请求SQL服务的软件进程。

服务器Server：提供SQL服务的软件进程。

一个服务器可支持多个数据库；一个数据库包含多个关系。

1.4 数据库模式(Schema)结构什么是模式？模式是对某个数据库的逻辑结构的完整描述，通常用一组DDL来描述。

数据独立性数据物理独立性改动存储结构时，逻辑结构可不改变，从而避免应用程序的“感知”。

数据逻辑独立性一个数据库有它的总体结构，而某个应用的需要有各种局部的逻辑结构，数据库系统同样提供映射，实现局部逻辑与总体逻辑之间的转换，允许局部逻辑有独立于总体逻辑的表示方法。

数据库的数据独立性依靠模式分级及模式之间的映像实现。

1.5数据库管理系统概述主要指对数据库存取、管理和维护的系统软件，通常叫做数据库管理系统,负责响应和处理各类用户对数据库的各种操作请求。

数据存储器主要以文件方式存储数据和元数据元数据metadata：关于数据的结构信息。

数据按元数据规范的格式存储。

索引index：一种支持对数据库中数据有效存取的数据结构，以快速查找数据项(item)。

索引是数据的一部分，而对索引的说明则是元数据的一部分。

Hash表是早期建立索引的主要方法，现一般使用B(Balance)树。

查询处理器接受操作请求，把SQL命令转变为对存储数据的操作序列，主要问题是优化。

编译器：负责对查询或更新语句进行优化。

解释器：负责编译或解释模式更新。

预编译器器：完成嵌入在宿主语言中的查询语句。

查询优化：找到查询语句的最佳执行规划，即完成这条语句需要的成本最少。

处理三种SQL命令模式更新：通常由管理员和设计员使用，改变当前数据库模式。

查询：对数据的询问。

两种接口：通用的交互式接口(Interactive SQL)和API。

数据更新：改变当前数据库中数据的状态。

存储管理器接受上层数据请求，提取或更新对应的数据。

包括文件管理和缓冲区管理。

依赖于特定OS。

文件file管理：磁盘文件分块block：1K---16K。

负责跟踪磁盘上文件的位置；从磁盘上获取数据块，选择用于存储这些数据块的内存位置缓冲区buffer管理：文件到内存的映像。

内存分页page：1K---4K。

可以把磁盘上的数据块保存一段时间，但是如果内存紧张的话，可以释放这些数据块，然后利用这些释放出来的空间保存新的数据块。

事务管理器负责系统数据的完整性；保证并发运行的多个SQL命令相互不冲突；保证系统出现故障时不丢失数据。

什么是事务Transaction一组按顺序执行的操作单元数据库系统允许许多事务并发地执行，保证这些事务全部正确的执行是DBMS中事务管理程序的任务。

事务特性ACIDAtomicity：原子性，一个事务中的一组操作，要么全部执行，要么一点也不执行。

Consistency：一致性，保持正确状态Isolation：隔离性，多个事务并发运行时，作用效果相互分开。

Durability：持久性，事务完成后，即使系统发生故障，事务的结果不丢失。

如何保持事务特性日志(logging):为保证持久性，数据库的每一个变化都记录在单独的磁盘上并发控制(concurrency control):事务必须表现为以孤立的方式执行;多个事务的单个动作是按某个顺序来执行。

消除死锁(deadlock resolution):通过对正在执行的事务进行干预，以便其他的事务得以顺利的执行。

Chap04 数据库建模 PPT12-32,39-57chap02 关系数据模型和chap03 关系数据库设计理论（1）如何计算属性的闭包？PPT82-86给定函数依赖集S和属性集A={A1,A2,…,An}，如何计算A+？1 将X初始化为{A1,A2,…,An}，闭包最小集合。

2 遍历S中的每个函数依赖，对于每个函数依赖：B1B2…Bm→C若B1、B2 、…、Bm都在X中，而C不在X中，则把C加入X中。

3 重复第2步，直到遍历完S中所有函数依赖，而没有新属性能加入到X中。

4 最终属性集X即为属性集A在函数依赖集S下的闭包A+。

（2）属性闭包和键码之间关系PPT89-92对于一个关系R，当且仅当{A1,A2,…,An}+是关系R所有属性的集合，则属性A1,A2,…,An 是关系R的超键码。

可通过计算属性的闭包确定关系的键码{A1,A2,…,An}+是关系R所有属性的集合{A1,A2,…,An}任一真子集的闭包不是关系R所有属性的集合。

（3）如何求最小函数依赖集合? PPT95-99(1)根据分解规则，可得到一个与F等价的函数依赖集G，G中每个函数依赖右边均为单属性。

(2)在G中消除冗余的函数依赖。

(3)在G中消除每个函数依赖中左边冗余的属性。

（4）如何求函数依赖的投影? PPT100-103对于子关系R1的属性集合U中的每个属性子集X，计算X+，于是对于满足下列条件的每个属性B，函数依赖X→B 在R1中成立：⑴ B是R1的一个属性，⑵ B属于X+，而且⑶ B不属于X。

令T为最终输出的FD集合，初始化为{}对于子关系R1的属性集合U中的每一个子集X，计算X+。

该计算依据FD集合S，可能会涉及一些关系模式R中存在却不在R1中的属性。

对于所有在X+中且属于R1的属性A，将所有的非平凡FD X→A加入到T中T是在R1中成立的FD基本集，但可能不是最小化基本集。

可通过求最小函数依赖集合的方法构造最小化基本集。

（5）判断关系是否满足BCNF和如何分解为BCNF PPT112-121关系R满足BC范式的两种情形关系R中不存在非平凡函数依赖。

(只有平凡函数依赖)每个非平凡函数依赖左面包含某个键码(即左面是超键码)。

判断bc范式找出所有的键码Key；检查所有非平凡函数依赖；左面是否为超键码？1 找一个违背BCNF的非平凡函数依赖A1A2…An→B1B2…Bm。

注意：函数依赖右边包含尽可能多的属性，要求是{A1,A2,…,An}+(但不是必需)，这样能够减少总的工作量。

2 把关系R分解成两个关系：R1(A1,A2,…,An, B1,B2,…,Bm)。

R2(A1,A2,…,An, 所有其它属性)注意：若不满足BC范式，则再分解。

（5）判断关系是否满足3NF和如何分解为3NF PPT133-137,141一个关系模式总可以分解为满足3NF的模式这个分解既可恢复信息，又保持所有函数依赖。

如何定义3NF?关系模式R满足3NF，当且仅当若非平凡函数依赖A1A2…An→B在关系R中成立，{A1,A2,…,An}是R的超键码或者B是某个键码的组成部份（键属性）。

根据定义，关系Booking ( movie, theater, city ) 满足3NF。

⑴对于关系模式R和R上的函数依赖集合F，先求出F的最小依赖集合G；⑵对最小依赖集合G中的每个函数依赖X→Y，用XY去构成分解出的某一个关系模式；⑶若分解出的每一个关系模式都不包含R的任何一个候选键码，则用任何一个候选键码构成一个新的关系模式。

（6）判断关系是否满足4NF和如何分解为4NF PPT143-155R中不存在非平凡多值依赖。

(只有平凡多值依赖)R中存在非平凡多值依赖，则要求所有非平凡多值依赖的左面包含某个键码。

上例：关系Star (name, street, city, title, year)中有非平凡多值依赖name →→street city 左面不是超键码，故不符合4NF。

但符合BCNF。

(假设增加一个属性gender表示性别，又符合什么范式？)注意：键码和超键码只与函数依赖有关，增加多值依赖并不改变键码的定义。

注意：每个函数依赖都是一个多值依赖，违背BCNF肯定违背4NF；满足4NF肯定满足BCNF。

注意：4NF在BCNF基础上，进一步消除非平凡多值依赖引起的冗余。

与BCNF分解相似1 找一个违背4NF的多值依赖A →→B，A不是超键。

2 把关系R分解两个关系：R1 (A, B)；R2 (A, 所有其它属性)，若不满足4NF，则再分解chap05 关系代数（1）笛卡尔积PPT12-13若要恢复原有信息，需要将分解后关系进行合并。

关系合并分为无条件合并和有条件合并。

对于关系R和S，笛卡尔积表示为：R×S。

结果关系的属性数量=R+S若R和S中出现同名公共属性，使用“关系名.属性名”进行区别。

结果关系的元组：R中的每个元组与S中每个元组的自由组合。

元组数量是R×S。

（2）自然连接PPT14-16若要将分解后关系重新恢复原有信息，需要对关系进行有条件合并，而且必须是自然连接。

对于两个关系R和S，自然连接表示为R S确切说,设A是R和S的公共属性，当且仅当R的元组r与S的元组s在A上都一致时，元组s和r组合成为R S的一个元组，称为一个连接元组。

结果关系的属性：属性数量=RUS，去掉其中同名的一个或一组公共属性；结果关系的元组：R和S在同名公共属性上一致的元组进行组合配对。

（3）θ连接PPT18-19自然连接必须根据特定的条件（公共属性取值相同）进行元组配对，但有时候需要把满足其他条件的元组进行配对，这个条件可以是任意条件θ，现在一般用c表示这个条件。

对于两个关系R和S，基于条件c的θ连接表示为R cS，计算步骤：⑴计算R×S ，即笛卡尔积；⑵用条件c做选择运算：σc(R×S)。

（4）关系代数语法树PPT22-25（5）改名 PPT26-28为有效管理，需对关系名和属性名进行改名。

关系名不变，仅改属性名表示为ρS (A1, A2,…,An) (S)既改关系名，又改属性名表示为ρS (A1, A2,…,An) (R)，只改关系名，不改属性名表示为ρS (R)（6）综合练习 PPT30-32设有关系：学生(学号,姓名,性别,年龄)选修(学号,课号,成绩)课程(课号,课名,教师)完成以下要求：1. 选修课号为‘c2’的学生学号∏学号(σ课号 = 'c2'(选修))2.选修课号为‘c2’的学生学号和姓名∏学号,姓名(σ课号 ='c2' (学生 选修))3. 选修课名为’Maths ’的学生学号和姓名∏学号,姓名(σ课名 = ‘Maths ’(学生 选修 课程))设有关系：学生(学号,姓名,性别,年龄)选修(学号,课号,成绩)课程(课号,课名,教师)完成以下要求：4.选修课号为’c1’或’c2’的学生学号∏学号(σ课号 = 'c1'(选修)) ∪∏学号(σ课号 = 'c2'(选修))5. 既选修课号为’c1’，亦选修’c2’的学生学号∏学号(σ课号 = 'c1'(选修)) ∩∏学号(σ课号 = 'c2'(选修))设有关系：学生(学号,姓名,性别,年龄)选修(学号,课号,成绩) Movieσ∏StarIn ∏Movie.title = StarIN.title AND Movie.year = StarIN.year StarName ×Length ≥100Movie.title,Movie.year,length,InColor,StudioName,StarName课程(课号,课名,教师)完成以下要求：6. 没选修课号为’c1’的学生学号∏学号(选修) －∏学号(σ课号= 'c1'(选修))7. 学习全部课程的学生姓名∏姓名(学生(∏学号,课号(选修)÷∏课号(课程)))8. 所学课程包含S3所学课程的学生学号∏学号,课号(选修)÷∏课号(σ学号= ‘S3'(选修))（7）关系约束PPT39-42关系代数作为约束语言，两种方式表示约束：1 若R是一个关系代数表达式，则R＝φ表示‘R的值必须为空’，与‘R中没有元组’等价。