6 - 数据库基础
数据库三级模式
三级模式 - 两级映射
外模式（External Schema）
定义：也称子模式（Subschema）或用户模式，是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。
理解： ① 一个数据库可以有多个外模式； ② 外模式就是用户视图； ③ 外模式是保证数据安全性的一个有力措施。
概念模式（Schema）
定义：概念模式又称逻辑模式，是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。
理解： ① 一个数据库只有一个模式； ② 是数据库数据在逻辑级上的视图； ③ 数据库模式以某一种数据模型为基础； ④ 定义模式时不仅要定义数据的逻辑结构（如数据记录由哪些数据项构成，数据项的名字、类型、取值范围等），而且要定义与数据有关的安全性、完整性要求，定义这些数据之间的联系。
内模式（Internal Schema）
定义：也称存储模式（Storage Schema），它是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式（例如，记录的存储方式是顺序存储、按照B树结构存储还是按hash方法存储；索引按照什么方式组织；数据是否压缩存储，是否加密；数据的存储记录结构有何规定）。
理解： ① 一个数据库只有一个内模式； ② 一个表可能由多个文件组成，如：数据文件、索引文件。 它是数据库管理系统(DBMS)对数据库中数据进行有效组织和管理的方法 其目的有： ① 为了减少数据冗余，实现数据共享； ② 为了提高存取效率，改善性能。
例1
例2
数据模型
还有一个：面向对象数据模型
数据模型三要素： 数据结构、数据操作、数据的约束件(完整性约束等)
数据仓库
数据仓库四大特点：面向主题、集成、相对稳定、反映历史变化。
数据挖掘的方法
-
关联分析：关联分析主要用于发现不同事件之间的关联性，即一个事件发生的同时，另一个事件也经常发生。
-
序列分析：序列分析主要用于发现一定时间间隔内接连发生的事件，这些事件构成一个序列，发现的序列应该具有普遍意义。
-
分类分析：按照某种已有的标准给对象贴标签，再根据标签来分类。其首先为每个记录赋予一个标记（一组具有不同特征的类别），即按标记分类记录，然后检查这些标定的记录，描述出这些记录的特征。
-
聚类分析：聚类分析是根据“物以类聚”的原理，将本身没有类别的样本聚集成不同的组，并且对每个这样的组进行描述的过程。
关系数据库
关系模型
E-R图
ER图
ER 图三要素
- 实体：通常是现实世界的业务对象，当然使用一些逻辑对象也可以。比如对于一个校园管理系统，会涉及学生、教师、课程、班级等等实体。在 ER 图中，实体使用矩形框表示。
- 属性：即某个实体拥有的属性，属性用来描述组成实体的要素，对于产品设计来说可以理解为字段。在 ER 图中，属性使用椭圆形表示。
- 联系：即实体与实体之间的关系，这个关系不仅有业务关联关系，还能通过数字表示实体之间的数量对照关系。例如，一个班级会有多个学生就是一种实体间的联系。
实体之间的关系
- 一对一联系（1:1）
如班级和班长，一个班级只有一个班长，一个班长只能在一个班级任职。 - 一对多联系（1：n）
如班级和学生，一个班级有多名学生，一名学生只能属于一个班级。 - 多对多联系（m：n）
如课程和学生，一门课程可以被多名学生选修，一名学生可以同时选修多门课程。
关系代数
1、交、并、差
| 符号 | 意义 | 说明 |
|---|---|---|
| ∩ | R∩S，集合的交集 | 列与行都相同的行数 |
| ∪ | R∪S，集合的并集 | 两个集合的所有行 |
| - | R-S，集合的差集 | 去掉与S中相同的数据行后的结果 |
交、并、差的 前提两个集合的结构必须相同
2、笛卡尔积、投影、选择
| 符号 | 意义 | 说明 |
|---|---|---|
| × | R×S，笛卡尔积 | 结果列数为二者属性列数之和,行数为二者元素数乘积。 |
| ⋈ | R⋈S，连接 |
|
| π | π姓名(学生表)，是对列的选择 |
对应 select distinct 姓名 from 学生表
|
| σ | σ年龄=18 ^ 性别='男' ，是对行的过滤 |
对应 where 年龄=18 and 性别='男'
|
3、逻辑运算符
| 符号 | 意义 | 说明 |
|---|---|---|
| ¬ | 非 | 对应sql的 not 或 !=
|
| ∧ | 与 | 对应sql的 and
|
| ∨ | 或 | 对应sql的 or
|
例1
例2
函数依赖
保持函数依赖：对于关系模式R，有依赖集F，若对R进行分解，分解出来的多个关系模式，保持原来的依赖集不变，则为保持函数依赖的分解。另外，注意要消除掉冗余依赖(如传递依赖)
保持函数依赖
公理系统
无损分解
无损分解:指将一个关系模式分解成若干个关系模式后，通过自然联接和投影等运算仍能还原到原来的关系模式。
无损分解
这种方法只能够用于一个关系模式分解为两个关系模式的时候：
各种键（码）
候选键的计算
完整性约束
数据库三范式
image.png
- 第一范式：每个属性都是原子属性
- 第二范式：非主属性完全依赖于候选码（不存在部分依赖）
- 第三范式：非主属性没有传递依赖于候选码
- BC范式：主属性对候选键没有部分依赖和传递依赖
例题：
- 某公司有若干个仓库；
- 每个仓库只能有一名管理员，一名管理员只能在一个仓库中工作；
- 一个仓库中可以存放多种物品，一种物品也可以存放在不同的仓库中。每种物品在每个仓库中都有对应的数量。
那么关系模式 仓库（仓库名，管理员，物品名，数量） 属于哪一级范式？
答：已知函数依赖集：仓库名 → 管理员，管理员 → 仓库名，（仓库名，物品名）→ 数量
码：（管理员，物品名），（仓库名，物品名）
主属性：仓库名、管理员、物品名
非主属性：数量
因为 不存在非主属性对码的部分函数依赖和传递函数依赖。∴ 此关系模式属于3NF。
存在主属性【仓库名】对于码【（管理员，物品名）】的部分函数依赖。所以不属于BC范式
