数据库课件第四章
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《数据库第4章》课件
03
SQL语言基础
SQL语言概述
总结词
简洁、高效、标准化的特点
详细描述
SQL（Structured Query Language）是一种用于管理关系数据库的标准编程语言。它以简洁的语法 和高效的性能而著称，被广泛应用于数据查询、更新、管理以及数据库设计和维护。
SQL语言的数据定义功能
总结词
定义、修改、删除数据结构
关系数据库系统的特点
要点一
总结词
关系数据库系统具有数据完整性、标准化、安全性和并发 控制等特点。
要点二
详细描述
数据完整性是指关系数据库中的数据保持准确性和一致性 ，防止错误和无效数据的输入。标准化是指通过规范化的 表格结构和关系，减少数据冗余和保证数据一致性。安全 性是指对数据库的访问进行控制，确保数据的保密性和完 整性。并发控制则是在多用户同时访问数据库时，确保数 据的一致性和避免冲突。
安全对于保护企业资产、个人隐私以及国家安全等方面都具有重要意义
。
数据库的安全性控制
用户身份认证
通过用户名和密码等身份认证方式，确保只 有经过授权的用户才能访问数据库。
访问控制
根据用户的角色和权限，限制用户对数据库 的访问范围和操作权限。
数据加密
对敏感数据进行加密存储，以防止未经授权 的用户获取和利用。
05
数据库安全与保护
数据库安全概述
01
数据库安全定义
数据库安全是指通过采取各种安全措施和技术手段，确保数据库中的数
据不被未经授权的访问、使用、泄露、破坏、修改或销毁。
02
数据库安全威胁
数据库面临的安全威胁包括数据泄露、数据篡改、数据损坏、非授权访
问等。
03
《数据库基础》PPT课件
第四章 数据库设计基础
9
2007-8-21
4、数据库系统的内部结构体系
数据库系统的三级模式： （1）概念模式：数据库系统中全局数据逻辑结构 的描述，是全体用户（应用）公共数据视图。 （2）外模式：也称子模式或用户模式，它是用户 的数据视图，也就是用户所见到的数据模式，它 由概念模式推导而出。 （3）内模式：又称物理模式，它给出了数据库物 理存储结构与物理存取方法。内模式的物理性主 要体现在操作系统及文件级上，它还未深入到设 备级上（如磁盘及磁盘操作）。内模式对一般用 户是透明的，但它的设计直接影响数据库的性能。
表示。
实体集与属性间的联接关系：用无向线段表示。
实体集与联系间的联接关系：用无向线段表示。
学生
M
选月
性别
成绩
第四章 数据库设计基础
第四章 数据库设计基础
10
2007-8-21
4、数据库系统的内部结构体系
数据库系统的两级映射： （1）概念模式到内模式的映射； （2）外模式到概念模式的映射。
概念模式到内模式的映射保证数据的物理独立性，
外模式到概念模式的映射保证数据的逻辑独立性。
第四章 数据库设计基础
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2007-8-21
4.2 数据模型
1、数据模型
数据模型的概念：是数据特征的抽象，它从抽象层次上描述 了系统的静态特征、动态行为和约束条件，为数据库系统 的信息表示与操作提供一个抽象的框架。数据模型所描述 的内容有三个部分，它们是数据结构、数据操作与数据约 束。
数据模型分为概念模型、逻辑数据模型和物理模型三类。
2、实体联系模型及E-R图 E-R模型的基本概念：
物理独立性：物理独立性即是数据的物理结构（包括存储结 构，存取方式等）的改变，如存储设备的更换、物理存储 的更换、存取方式改变等都不影响数据库的逻辑结构，从 而不致引起应用程序的变化。
数据库系统原理课件第四章演示文稿2024新版
封锁技术
通过设置锁来防止对数据的并发访问冲突。
恢复与并发控制实施方法
时间戳技术
为每个事务分配一个唯一的时间戳，根据时 间戳来决定事务的执行顺序。
乐观并发控制
假设多个事务在并发执行时不会互相干扰， 只在提交时检查是否有冲突。
悲观并发控制
在事务执行过程中就采取措施防止其他事务 的干扰，如加锁等。
THANKS
安全性与完整性实施方法
实体完整性
确保表中的每一行数据都有一个唯一的标识符，防止数据重复和混乱。
参照完整性
在相关联的表之间建立外键约束，确保表之间的数据一致性和有效性。
安全性与完整性实施方法
用户定义的完整性
根据具体的应用需求和数据语义，定义特定的完整性约束条件，如数据范围、格式等。
并发控制
通过锁定机制、时间戳等方法控制多个用户对同一数据的并发操作，防止数据不一致和 冲突。
言）是用于管理关系数据库的标准编程语言。
02
SQL语言的主要功能包括数据查询、数据定义、数据
操纵和数据控制。
03
SQL语言具有简单易学、功能强大、可移植性好等优
点，被广泛应用于各种关系数据库管理系统中。
数据定义语言（DDL）
DDL（Data Definition Language，数据定义语言）用于定义和管理数据 库中的对象，如表、视图、索引等。
02
数据库是长期存储在计算机内 、有组织的、可共享的大量数 据的集合。
03
数据库管理系统（DBMS）是 数据库系统的核心软件，它提 供数据定义、数据操作、数据 控制和数据维护等基本功能。
数据库系统特点
数据结构化
数据库中的数据是按照一定 的数据模型组织、描述和存 储的，具有较高的结构化程 度。
数据库原理与应用第四章课件
数据依赖研究数据之间的联系；范式是关系模式的标准； 模式分解是自动化设计的基础。其中的重点是关系模式的规范 化式。
4.1 数 据 依 赖
2. 三种函数依赖 在R(U)中，如果X→Y，并且对于X的任意一个真子集X‘，
都有X’不能确定Y，则称Y对X完全函数依赖。 若X →Y，但Y不完全函数依赖于X，则称Y对X部分函数依
赖。
在R(U)中，如果X→Y，（X不属于Y），Y→Z，(Z不属于
Y)，则称Z对X传递函数依赖。
关 系 模 式 R<U ， F>∈1NF ， 如 果 对 于 R 的 每 个 函 数 依 赖 X→Y，若Y不属于X，则X必含有候选码，那么R∈BCNF。
4.3 模 式 分 解
把泛关系模式R用一组关系模式的集合ρ={R1，R2，…， Rk}来表示(R1,R2,...,Rk)都是R的子集，ρ就是数据库模式。以ρ 代替R的过程称为关系模式的分解。实际上，关系模式的分解不 仅仅是属性集合的分解，它是对关系模式上的函数依赖集、以 及关系模式的当前值分解的具体表现。
4.1 数 据 依 赖
3. 最小函数依赖集 每一个函数依赖集F均等价于一个极小函数依赖集Fm。此
Fm称为F的最小依赖集。
4.2 关系的规范化
4.2.1 第一范式
如果一个关系模式R的所有属性都是不可分的基本数据项， 则R∈1NF。
第一范式是对关系模式的最起码的要求。不满足第一范式 的数据库模式不能称为关系数据库。但是满足第一范式的关系 模式并不一定是一个好的关系模式。
4.3 模 式 分 解
2.模式分解的具体算法 算法1 （合成法）转换为3NF的保持函数依赖的分解。 算法2 转换为3NF既有无损连接性又保持函数依赖的分解。
本章小结
4.1 数 据 依 赖
2. 三种函数依赖 在R(U)中，如果X→Y，并且对于X的任意一个真子集X‘，
都有X’不能确定Y，则称Y对X完全函数依赖。 若X →Y，但Y不完全函数依赖于X，则称Y对X部分函数依
赖。
在R(U)中，如果X→Y，（X不属于Y），Y→Z，(Z不属于
Y)，则称Z对X传递函数依赖。
关 系 模 式 R<U ， F>∈1NF ， 如 果 对 于 R 的 每 个 函 数 依 赖 X→Y，若Y不属于X，则X必含有候选码，那么R∈BCNF。
4.3 模 式 分 解
把泛关系模式R用一组关系模式的集合ρ={R1，R2，…， Rk}来表示(R1,R2,...,Rk)都是R的子集，ρ就是数据库模式。以ρ 代替R的过程称为关系模式的分解。实际上，关系模式的分解不 仅仅是属性集合的分解，它是对关系模式上的函数依赖集、以 及关系模式的当前值分解的具体表现。
4.1 数 据 依 赖
3. 最小函数依赖集 每一个函数依赖集F均等价于一个极小函数依赖集Fm。此
Fm称为F的最小依赖集。
4.2 关系的规范化
4.2.1 第一范式
如果一个关系模式R的所有属性都是不可分的基本数据项， 则R∈1NF。
第一范式是对关系模式的最起码的要求。不满足第一范式 的数据库模式不能称为关系数据库。但是满足第一范式的关系 模式并不一定是一个好的关系模式。
4.3 模 式 分 解
2.模式分解的具体算法 算法1 （合成法）转换为3NF的保持函数依赖的分解。 算法2 转换为3NF既有无损连接性又保持函数依赖的分解。
本章小结
《数据库原理及应用》教学课件 第四章数据操纵与查询
SELECT * FROM SC WHERE Grade>80
本例需要查询学生选课信息，即查询数据表 SC 中的所有属性，在 SELECT 后用“*”表示；在 WHERE 子句中使用比较运算符构造查询 条件，输出满足条件的元组。所得查询结果如图所示。
18
4.2 单表查询
4.2.2 无条件查询与条件查询
20
4.2 单表查询
4.2.2 无条件查询与条件查询
（4）确定集合查询
【例4-12】 从数据表 SC 中查询选修了课程“C0204”或“D0101”的学生的选课信息。
SELECT * FROM SC WHERE CNo IN('C0204','D0101')
IN 表示查询属性值属于指定集合的元组。本例查询结果如图 所示。
23
4.2 单表查询
4.2.2 无条件查询与条件查询
（6）空值查询
不同于零和空格，空值不占用任何存储空间。例如，某学生选修了某门课程，但没有参加考试， 这时就会出现数据表中有选课记录但考试成绩为空的情况，空值查询就可以对这类数据进行查询。 同样，也可以对不为空的数据进行查询。
【例4-14】 从数据表 SC中查询考试成绩有效的学生选课信息。 SELECT * FROM SC WHERE Grade IS NOT NULL
查询数据的 SQL 命令为 SELECT，具体语法格式如下：
SELECT [ALL|DISTINCT] <列名> [[AS] <列别名>] [ , N ] FROM <表名> [[AS] <表别名>] [WHERE <条件1>] [GROUP BY <列名1> [HAVING <条件2>] ] [ORDER BY <列名2> [ASC|DESC]]
本例需要查询学生选课信息，即查询数据表 SC 中的所有属性，在 SELECT 后用“*”表示；在 WHERE 子句中使用比较运算符构造查询 条件，输出满足条件的元组。所得查询结果如图所示。
18
4.2 单表查询
4.2.2 无条件查询与条件查询
20
4.2 单表查询
4.2.2 无条件查询与条件查询
（4）确定集合查询
【例4-12】 从数据表 SC 中查询选修了课程“C0204”或“D0101”的学生的选课信息。
SELECT * FROM SC WHERE CNo IN('C0204','D0101')
IN 表示查询属性值属于指定集合的元组。本例查询结果如图 所示。
23
4.2 单表查询
4.2.2 无条件查询与条件查询
（6）空值查询
不同于零和空格，空值不占用任何存储空间。例如，某学生选修了某门课程，但没有参加考试， 这时就会出现数据表中有选课记录但考试成绩为空的情况，空值查询就可以对这类数据进行查询。 同样，也可以对不为空的数据进行查询。
【例4-14】 从数据表 SC中查询考试成绩有效的学生选课信息。 SELECT * FROM SC WHERE Grade IS NOT NULL
查询数据的 SQL 命令为 SELECT，具体语法格式如下：
SELECT [ALL|DISTINCT] <列名> [[AS] <列别名>] [ , N ] FROM <表名> [[AS] <表别名>] [WHERE <条件1>] [GROUP BY <列名1> [HAVING <条件2>] ] [ORDER BY <列名2> [ASC|DESC]]
数据库课件 第四章 结构化查询语言
其中： ADD－增加新列和新的完整性约束条件； DROP－删除指定列或者完整性约束条件； ALTER－修改原有的列定义，包括修改列名和数据类型。
4.2.2 基本表的修改
【例4.4】向抢修工程计划表salvaging增加‚工程项目负 责人‛列，数据类型为字符型。
注意：不论基本表中原来是否已有数据，新增加的列一律为空值。
4.3 数据查询
执行过程：
(1)读取FROM子句中基本表、视图的数据,执行笛卡 儿积操作;
(2)选取满足WHERE子句中给出的条件表达式的元组; (3)按GROUP子句中指定列的值分组,同时提取满足 HAVING子句中组条件表达式的那些组;
(4)按SELECT子句中给出的列名或列表达式求值输出;
(5)ORDER子句对输出的目标表进行排序,可选择升序 或降序.
• 结果集
– 查询操作的对象是关系，结果还是一个关系， 是一个结果集，而且是一个动态数据集。
4.3 数据查询
我们以电力抢修工程数据库 为例说明SELECT语 句的各种用法.
(a) stock表
4.3 数据查询
(b) salvaging表
4.3 数据Βιβλιοθήκη 询(c) out_stock表
4.3.1 单表查询
4.2.1 基本表的定义
(3)配电物资领料出库表： out_stock（prj_num, mat_num, amount, get_date, department） 主码为（prj_num, mat_num） 各属性含义如下： 工程项目编号（prj_num） 物资编号（mat_num） 领取数量（amount） 领料日期（get_date） 领料部门（department）
4.2.1 基本表的定义
4.2.2 基本表的修改
【例4.4】向抢修工程计划表salvaging增加‚工程项目负 责人‛列，数据类型为字符型。
注意：不论基本表中原来是否已有数据，新增加的列一律为空值。
4.3 数据查询
执行过程：
(1)读取FROM子句中基本表、视图的数据,执行笛卡 儿积操作;
(2)选取满足WHERE子句中给出的条件表达式的元组; (3)按GROUP子句中指定列的值分组,同时提取满足 HAVING子句中组条件表达式的那些组;
(4)按SELECT子句中给出的列名或列表达式求值输出;
(5)ORDER子句对输出的目标表进行排序,可选择升序 或降序.
• 结果集
– 查询操作的对象是关系，结果还是一个关系， 是一个结果集，而且是一个动态数据集。
4.3 数据查询
我们以电力抢修工程数据库 为例说明SELECT语 句的各种用法.
(a) stock表
4.3 数据查询
(b) salvaging表
4.3 数据Βιβλιοθήκη 询(c) out_stock表
4.3.1 单表查询
4.2.1 基本表的定义
(3)配电物资领料出库表： out_stock（prj_num, mat_num, amount, get_date, department） 主码为（prj_num, mat_num） 各属性含义如下： 工程项目编号（prj_num） 物资编号（mat_num） 领取数量（amount） 领料日期（get_date） 领料部门（department）
4.2.1 基本表的定义
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35
① 属性冲突
属性值的类型、取值范围、取值单 位的冲突。
② 结构冲突
同一对象在不同应用中具有不同的 抽象。
③ 命名冲突
同名异义； 异名同义。
36
异名同义 教师：{职工号，姓名，性别，职称，是否为优 秀班主任} 将班主任改为教师后，教师与学生之间的联系在两 个局部视图中呈现两种不同的类型，由于指导联系 实际上可以包含在教学联系之中，因此可以将这两 种联系综合为教学联系。 在两个局部E-R图中，学生实体属性组成及次序都存 在差异，应将所有属性综合，并重新调整次序。 学生：{学号，姓名，出生日期，年龄，所在系， 年级，平均成绩}
5
1. 数据库设计的特点
数据库设计是一种"反复探寻，逐步求精"的 过程； 数据库设计分为两个方面——逻辑设计和 物理设计； 逻辑设计的任务：创建数据库模式并使 其能支持所有用户的数据处理，能从模 式中导出子模式供应用程序使用； 物理设计的任务：选择存储结构，实现 数据存取。
6
企业
数据分析
学生：{姓名，学号，性别，年龄，所在系， 年级，平均成绩}
课程：{课程号，课程名，学分} 教师：{职工号，姓名，性别，职称} 教科书：{书号，书名，价钱}
教室：{教室编号，地址，容量}
34
二、E-R图的合并
合并局部E-R图时都需要两步： 第一步：局部E-R图的合并；
第二步：消除冲突。
各分E-R图之间的冲突主要有三类： ① 属性冲突； ② 命名冲突； ③ 结构冲突。
② 更新异常
由于数据冗余，更新数据时，维护数 据完整性代价大。
例：某系更换系主任后，系统必须修改 与该系学生有关的每一个元组
44
③ 插入异常
该插入的数据无法存入数据库
例：如果一个系刚成立，尚无学生，无法把 这个系及其系主任的信息存入数据库。
④ 删除异常
不该删除的数据不得不删
例：如果某个系的学生全部毕业了，在删除 该系学生信息的同时，把这个系及其系主任 的信息也丢掉了。
17
第4章 数据库设计
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
18
数据库设计概念 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 物理设计及实施
4.3 概念结构设计
1. 概念结构
表达概念结构设计结果的工具称为概 念结构模型。概念结构模型应具备：
① 丰富的语义表达能力；
② 易于交流和理解；
③ 易于变动； ④ 易于向各种数据模型转换，易于从概念 模型导出与DBMS有关的逻辑模型。
1
管理
1
班级
1 组成
m
上课
n
教室
指导
n
宿舍
n
1
住宿
n
学生
1
归档
1
档案材料
学籍管理局部应用的分E-R图
32
同样方法，我们可以得到课程管理局部 应用的分E-R图：
教室 1 开设 n 课程 1 讲授 1 教科书 n m 教师 m 选修 成绩 n 学生 n 教学
课程管理局部应用的分E-R图 33
各实体的属性分别为：
45
结论
Student关系模式不是一个好的模式。 "好"的模式：不会发生插入异常、删除异常、 更新异常、数据冗余应尽可能少。
原因
由存在于模式中的某些函数依赖合适的数 据依赖。
46
假如把上述单一的模式改造一下，分 解成三个关系模式:
S(Sno, Sdept)
30
第三步：确定实体的属性；
学生：{学号，姓名，出生日期，……} 档案材料：{档案号，……} 班级：{班级号，学生人数} 班主任：{职工号，姓名，性别，是否为优 秀班主任} 宿舍：{宿舍编号，地址，人数} 教室：{教室编号，地址，容量}
第四步：确定联系的属性； 第五步：画出E-R图。
31
班主任
1
⑶ 逻辑结构设计
将概念结构转换为某个DBMS所支持的 数据模型（例如关系模型），并对其进 行优化。
⑷ 物理结构设计
为逻辑数据模型选取一个最适合应用环 境的物理结构（包括存储结构和存取方 法）。
10
⑸ 数据库实施
运用DBMS提供的数据语言（例如SQL） 及其宿主语言（例如C），根据逻辑设 计和物理设计的结果建立数据库，编制 与调试应用程序，组织数据入库，并进 行试运行。
SG(Sno,Cno,Grade)
DEPT(Sdept, Mname)
47
4.4.2 关系模式的函数依赖
函数依赖的定义
设R (U)是属性集U上的关系模式，X和 Y是U的子集，若对于R(U)的任一个关系f中 的任意两个元组t和s，只要t[X]=s[X]，就必 有t[Y]=s[Y]，则称"X函数决定Y"或"Y函数依 赖于X"，记作X→Y，并称X为决定因素。 1. 函数依赖不是指关系模式R的某个或某些
第一步：参照数据流图，确定局部应用中 的实体；
学籍管理局部应用中主要涉及的实体包括学生、 宿舍、档案材料、班级、班主任。
第二步：确定实体之间的联系及其类型；
宿舍与学生之间是1:n的联系。班级与学生之 间是1:n的联系。教室与班级之间是m:n的联系。 班主任与学生之间是1:n的联系。 而学生和他 自己的档案材料之间，班级与班主任之间都是 1:1的联系。
行为设计：决定数据库系统的功 能，包括设计应用程序、事务处 理等。
8
3. 数据库设计的步骤
⑴ 需求分析
需求收集和分析，结果得到数据字典 描述的数据需求和数据流图描述的处 理需求。
⑵ 概念结构设计
通过对用户需求进行综合、归纳与抽 象，形成一个独立于具体DBMS的概 念模型，可以用E-R图表示。
9
21
实体与属性是相对而言的。一般说 来，在给定的应用环境中： ① 属性不能再具有需要描述的性质， 即属性必须是不可分的数据项；
② 属性不能与其他实体具有联系， 联系只发生在实体之间。
22
货物 货号 货名 型号 价格 规格 存放仓库
仓库
仓库号
仓库名
地点
容量
负责人
23
一对一联系（1：1）
如果实体集E1中每个实体至多和实体集 E2中的一个实体有联系，反之亦然，那么实 体集E1和实体集E2的联系称为"一对一联系"， 记为"1：1"。
关系满足的约束条件，而是指R的一切关系 均要满足的约束条件。
逻辑结构设计的任务
把概念结构设计阶段设计好的基本E-R 图转换为与选用DBMS产品所支持的数 据模型的过程。
逻辑结构设计的步骤
1. 将概念结构转换为一般的关系、网状、 层次模型； 将转换来的关系、网状、层次模型向特 定DBMS支持下的数据模型转换； 对数据模型进行优化。
42
4.4.1 关系数据库逻辑结构设计的步骤
19
概念结构设计主要有以下几种：
① 自顶而下 ② 自底向上 ③ 由里向外 ④ 混合策略
20
2. E-R方法
E-R方法的基本术语 ① 实体：客观存在并可互相区分的事 物； ② 属性：用以描述实体的某一特征； ③ 联系：指实体之间存在的对应关系 （它也可以具有属性）。一般可分 为：一对一的联系（1：1）、一对 多的联系（1：n）、多对多的联系 （m：n）。
开设
n
课程
m
选修
n
1 教科书
n
m
39
教师
档案材料
班级
1
归档 1 宿舍 1
1
组成 n n 学生 m 成绩 选修 n 1 m
1 管理 1 教学 n 教师 n 讲授 1 教科书
住宿
教室
1
开设
n
课程
学生管理子系统基本E-R图 40
第4章 数据库设计
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
41
数据库设计概念 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 物理设计及实施
掌握根据E-R模型进行逻辑结构设计、 规范化，然后物理实现
3
重点与难点
• 重点
1. E-R模型 2. 数据库逻辑结构设计
• 难点
1. 关系规范化
4
4.1 数据库设计概念
数据库设计
对于一个给定的应用环境，构造 （设计）优化的数据库逻辑模式和 物理结构，并据此建立数据库及其 应用系统，使之能够有效地存储和 管理数据，满足各种用户的应用需 求（信息要求和处理要求）。
24
一对多联系（1：n）
如果实体集E1中每个实体与实体集E2中 任意个（零个或多个）实体间有联系，而E2 中每个实体至多和E1中一个实体有联系，那 么称E1和E2的联系是"一对多联系"，记为"1： n"。
25
多对多联系（m：n）
如果实体集E1中每个实体可以与实体集 E2中任意个（零个或多个）实体间有联系， 反之亦然，那么称E1和E2的联系是"多对多 联系"，记为"m：n"。
关系数据库的异常问题
[例] 建立一个描述学校教务的数据库：
学生的学号(Sno)、所在系(Sdept)、
系主任姓名(Mname)、课程号(Cno)、
成绩(Grade)
学生关系Student(Sno, Sdept, Mname, Cno, Grade)
43
① 数据冗余太大
浪费大量的存储空间。
例：每一个系主任的姓名重复出现
15
2. 数据流图与数据字典
数据流图是从"数据"和"处理"两方面来表达 数据处理过程的一种图形化的表示方法。
源点 数据流 PM 处理 数据流 终点
DN 数据存储
① 属性冲突
属性值的类型、取值范围、取值单 位的冲突。
② 结构冲突
同一对象在不同应用中具有不同的 抽象。
③ 命名冲突
同名异义； 异名同义。
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异名同义 教师：{职工号，姓名，性别，职称，是否为优 秀班主任} 将班主任改为教师后，教师与学生之间的联系在两 个局部视图中呈现两种不同的类型，由于指导联系 实际上可以包含在教学联系之中，因此可以将这两 种联系综合为教学联系。 在两个局部E-R图中，学生实体属性组成及次序都存 在差异，应将所有属性综合，并重新调整次序。 学生：{学号，姓名，出生日期，年龄，所在系， 年级，平均成绩}
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1. 数据库设计的特点
数据库设计是一种"反复探寻，逐步求精"的 过程； 数据库设计分为两个方面——逻辑设计和 物理设计； 逻辑设计的任务：创建数据库模式并使 其能支持所有用户的数据处理，能从模 式中导出子模式供应用程序使用； 物理设计的任务：选择存储结构，实现 数据存取。
6
企业
数据分析
学生：{姓名，学号，性别，年龄，所在系， 年级，平均成绩}
课程：{课程号，课程名，学分} 教师：{职工号，姓名，性别，职称} 教科书：{书号，书名，价钱}
教室：{教室编号，地址，容量}
34
二、E-R图的合并
合并局部E-R图时都需要两步： 第一步：局部E-R图的合并；
第二步：消除冲突。
各分E-R图之间的冲突主要有三类： ① 属性冲突； ② 命名冲突； ③ 结构冲突。
② 更新异常
由于数据冗余，更新数据时，维护数 据完整性代价大。
例：某系更换系主任后，系统必须修改 与该系学生有关的每一个元组
44
③ 插入异常
该插入的数据无法存入数据库
例：如果一个系刚成立，尚无学生，无法把 这个系及其系主任的信息存入数据库。
④ 删除异常
不该删除的数据不得不删
例：如果某个系的学生全部毕业了，在删除 该系学生信息的同时，把这个系及其系主任 的信息也丢掉了。
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第4章 数据库设计
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
18
数据库设计概念 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 物理设计及实施
4.3 概念结构设计
1. 概念结构
表达概念结构设计结果的工具称为概 念结构模型。概念结构模型应具备：
① 丰富的语义表达能力；
② 易于交流和理解；
③ 易于变动； ④ 易于向各种数据模型转换，易于从概念 模型导出与DBMS有关的逻辑模型。
1
管理
1
班级
1 组成
m
上课
n
教室
指导
n
宿舍
n
1
住宿
n
学生
1
归档
1
档案材料
学籍管理局部应用的分E-R图
32
同样方法，我们可以得到课程管理局部 应用的分E-R图：
教室 1 开设 n 课程 1 讲授 1 教科书 n m 教师 m 选修 成绩 n 学生 n 教学
课程管理局部应用的分E-R图 33
各实体的属性分别为：
45
结论
Student关系模式不是一个好的模式。 "好"的模式：不会发生插入异常、删除异常、 更新异常、数据冗余应尽可能少。
原因
由存在于模式中的某些函数依赖合适的数 据依赖。
46
假如把上述单一的模式改造一下，分 解成三个关系模式:
S(Sno, Sdept)
30
第三步：确定实体的属性；
学生：{学号，姓名，出生日期，……} 档案材料：{档案号，……} 班级：{班级号，学生人数} 班主任：{职工号，姓名，性别，是否为优 秀班主任} 宿舍：{宿舍编号，地址，人数} 教室：{教室编号，地址，容量}
第四步：确定联系的属性； 第五步：画出E-R图。
31
班主任
1
⑶ 逻辑结构设计
将概念结构转换为某个DBMS所支持的 数据模型（例如关系模型），并对其进 行优化。
⑷ 物理结构设计
为逻辑数据模型选取一个最适合应用环 境的物理结构（包括存储结构和存取方 法）。
10
⑸ 数据库实施
运用DBMS提供的数据语言（例如SQL） 及其宿主语言（例如C），根据逻辑设 计和物理设计的结果建立数据库，编制 与调试应用程序，组织数据入库，并进 行试运行。
SG(Sno,Cno,Grade)
DEPT(Sdept, Mname)
47
4.4.2 关系模式的函数依赖
函数依赖的定义
设R (U)是属性集U上的关系模式，X和 Y是U的子集，若对于R(U)的任一个关系f中 的任意两个元组t和s，只要t[X]=s[X]，就必 有t[Y]=s[Y]，则称"X函数决定Y"或"Y函数依 赖于X"，记作X→Y，并称X为决定因素。 1. 函数依赖不是指关系模式R的某个或某些
第一步：参照数据流图，确定局部应用中 的实体；
学籍管理局部应用中主要涉及的实体包括学生、 宿舍、档案材料、班级、班主任。
第二步：确定实体之间的联系及其类型；
宿舍与学生之间是1:n的联系。班级与学生之 间是1:n的联系。教室与班级之间是m:n的联系。 班主任与学生之间是1:n的联系。 而学生和他 自己的档案材料之间，班级与班主任之间都是 1:1的联系。
行为设计：决定数据库系统的功 能，包括设计应用程序、事务处 理等。
8
3. 数据库设计的步骤
⑴ 需求分析
需求收集和分析，结果得到数据字典 描述的数据需求和数据流图描述的处 理需求。
⑵ 概念结构设计
通过对用户需求进行综合、归纳与抽 象，形成一个独立于具体DBMS的概 念模型，可以用E-R图表示。
9
21
实体与属性是相对而言的。一般说 来，在给定的应用环境中： ① 属性不能再具有需要描述的性质， 即属性必须是不可分的数据项；
② 属性不能与其他实体具有联系， 联系只发生在实体之间。
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货物 货号 货名 型号 价格 规格 存放仓库
仓库
仓库号
仓库名
地点
容量
负责人
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一对一联系（1：1）
如果实体集E1中每个实体至多和实体集 E2中的一个实体有联系，反之亦然，那么实 体集E1和实体集E2的联系称为"一对一联系"， 记为"1：1"。
关系满足的约束条件，而是指R的一切关系 均要满足的约束条件。
逻辑结构设计的任务
把概念结构设计阶段设计好的基本E-R 图转换为与选用DBMS产品所支持的数 据模型的过程。
逻辑结构设计的步骤
1. 将概念结构转换为一般的关系、网状、 层次模型； 将转换来的关系、网状、层次模型向特 定DBMS支持下的数据模型转换； 对数据模型进行优化。
42
4.4.1 关系数据库逻辑结构设计的步骤
19
概念结构设计主要有以下几种：
① 自顶而下 ② 自底向上 ③ 由里向外 ④ 混合策略
20
2. E-R方法
E-R方法的基本术语 ① 实体：客观存在并可互相区分的事 物； ② 属性：用以描述实体的某一特征； ③ 联系：指实体之间存在的对应关系 （它也可以具有属性）。一般可分 为：一对一的联系（1：1）、一对 多的联系（1：n）、多对多的联系 （m：n）。
开设
n
课程
m
选修
n
1 教科书
n
m
39
教师
档案材料
班级
1
归档 1 宿舍 1
1
组成 n n 学生 m 成绩 选修 n 1 m
1 管理 1 教学 n 教师 n 讲授 1 教科书
住宿
教室
1
开设
n
课程
学生管理子系统基本E-R图 40
第4章 数据库设计
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
41
数据库设计概念 需求分析 概念结构设计 逻辑结构设计 物理设计及实施
掌握根据E-R模型进行逻辑结构设计、 规范化，然后物理实现
3
重点与难点
• 重点
1. E-R模型 2. 数据库逻辑结构设计
• 难点
1. 关系规范化
4
4.1 数据库设计概念
数据库设计
对于一个给定的应用环境，构造 （设计）优化的数据库逻辑模式和 物理结构，并据此建立数据库及其 应用系统，使之能够有效地存储和 管理数据，满足各种用户的应用需 求（信息要求和处理要求）。
24
一对多联系（1：n）
如果实体集E1中每个实体与实体集E2中 任意个（零个或多个）实体间有联系，而E2 中每个实体至多和E1中一个实体有联系，那 么称E1和E2的联系是"一对多联系"，记为"1： n"。
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多对多联系（m：n）
如果实体集E1中每个实体可以与实体集 E2中任意个（零个或多个）实体间有联系， 反之亦然，那么称E1和E2的联系是"多对多 联系"，记为"m：n"。
关系数据库的异常问题
[例] 建立一个描述学校教务的数据库：
学生的学号(Sno)、所在系(Sdept)、
系主任姓名(Mname)、课程号(Cno)、
成绩(Grade)
学生关系Student(Sno, Sdept, Mname, Cno, Grade)
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① 数据冗余太大
浪费大量的存储空间。
例：每一个系主任的姓名重复出现
15
2. 数据流图与数据字典
数据流图是从"数据"和"处理"两方面来表达 数据处理过程的一种图形化的表示方法。
源点 数据流 PM 处理 数据流 终点
DN 数据存储