《软件设计师教程:数据库系统基础知识大总结》

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 ⛺️前言:各位铁汁们好啊!!!今天继续正式学习中级软件设计师考试相关的内容,后续不断更新中级软件设计师有关知识内容,通过这一个月的学习和总结冲刺通过中级软件设计师的软考认证!!希望各位铁汁多多支持!这一章节主要对数据库系统基础知识进行总结学习。(ps:这一章节在上午考试75道选择题中占比大概6道左右,下午的分析题中有一道15分的分析题,所以要好好学!!!考点: 规范化理论(必考,范式必考)、关系代数(必考))

目录

1、基本概念

1.1、数据库

1.2、数据库管理系统

1.3、DBMS的特征

1.4、DBMS 的分类

2、数据库三级模式两级映像

2.1、三级模式

2.2、两级映射

3、数据库的分析与设计过程

4、数据模型

1.1、ER模型由局部到全局的合成方式

1.2、ER模型转换为关系模型

1.3、关系模型

5、关系代数

5.1、关系模式相关名词

 5.2、七种基本运算

6、数据库完整约束

7、关系新数据库SQL简介 

8、关系型数据库的规范化

8.1、函数依赖

8.2、价值与用途

8.3、键

8.4、范式

 8.5、关系模式的分解

9、数据库的控制功能

9.1、事务管理

9.2、并非控制

​编辑9.3、 备份和我恢复

10、数据仓库与数据挖掘基础

11、大数据基本类型


1、基本概念

1.1、数据库

数据库(Database,缩写为DB)是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储,具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性,并可为各种用户共享。

1.2、数据库管理系统

数据库管理系统(Database Management System,DBMS)是数据库系统的核心软件,要在操作系统的支持下工作,解决如何科学地组织和存储数据、如何高效地获取和维护数据的系统软件问题。其主要功能包括数据定义功能、数据操纵功能、数据库的运行管理、数据组织、存储、管理和数据库的建立与维护。

1.3、DBMS的特征

        (1)数据结构化且统一管理。
        (2)有较高的数据独立性。
        (3)提供数据控制功能。

1.4、DBMS 的分类

(1)关系数据库系统:是支持关系模型的数据库系统。
(2)面向对象的数据库系统:是支持以对象形式对数据建模的数据库系统。
(3)对象关系数据库系统:在传统的关系数据模型基础上,提供元组、数组、集合等更丰富的数据类型以及处理新的数据类型操作的能力,这样形成的数据模型称为对象关系数据模型。基于对象关系数据模型的DBS称为对象关系数据库系统。

2、数据库三级模式两级映像

数据库系统分为了三个级别的层次,即:内模式,概念模式,外模式

2.1、三级模式

  • 内模式:(又称物理数据库模式);它是和物理层次数据库直接关联的,负责管理存储数据的方式,即数据应以什么格式存放在物理文件上面,以及如何优化这些存储方式;该模式的关注点在于数据如何存放上面
  • 概念模式:即数据库中的”表“,在该模式中,根据业务以及应用,数据被分成了若干张”表“,表之间会有相应的关联
  • 外模式:处于用户的应用层次,即数据库中的“视图”,使用户在对数据的控制上有了更多的手段,有了更为灵活的处置方式(表现就是我们现在电脑上看到的淘宝页面将数据展示给我们看)

2.2、两级映射

  • 外模式—概念模式映射:外模式和概念模式具有映射关系,该关系即“视图”和“表”之间的映射关系,表变化,改映射关系,不需要改应用程序
  • 概念模式—内模式映射:即用户想要改变存储结构,我们只需要调整这种映射关系,而不需要去修改用户的应用程序

3、数据库的分析与设计过程

考点:整个设计过程,不同设计阶段的产出物,E-R图

4、数据模型

模型就是对现实世界特征的模拟和抽象。
数学模型是对现实世界数据特征的抽象。
数据模型是用来描述数据的一组概念和定义。
数据模型的三要素是数据结构、数据操作、数据的约束条件。
数据结构:是所研究的对象类型的集合,是对系统静态特性的描述。
数据操作是对数据库中各种对象的实例(值)允许执行的操作的集合,包括操作及操作规则。数据操作是对系统动态特性的描述。
数据的约束条件:是一组完整性规则的集合。对于具体的应用数据必须遵循特定的
语义约束条件,以保证数据的正确、有效、相容。

在ER模型中,矩形表示实体(如学生,课程),椭圆表示属性(如学号,姓名,性别,年龄),菱形表示联系(如选课);其中学生和课程之间具有多对多关系

1.1、ER模型由局部到全局的合成方式

我们在绘制数据库的ER图时,常常从局部开始绘制,然后将许多局部的ER图合成位全局的ER图,而局部的ER图合成全局的ER图时可以有两种方式:逐步集成和一次集成

集成的方法:即逐步集成或者一次集成

  • 逐步集成即首先将两个局部图集成在一起,然后与第三个合并在一起…
  • 一次集成即将所有ER图一次集成;

集成的优点:方式简单,不易出错;缺点:一次集成容易出错,出错后难以纠错,逐步集成步骤繁锁

1.2、ER模型转换为关系模型

一个实体型转换为一个关系模式

  • 1:1联系:即一一对应的关系中,一个实体型转换为一个关系模式,再把这种联系放在任意一个其他实体中,因此在此种转换中需要两个实体的参与
  • 1:n联系:即一对多的关系中,如部门实体与和员工实体之间;仍然是一个实体型转换为一个关系模型,但这种联系只能记录在多这边,如员工
  • m:n联系,即多对多的关系中,此种关系至少需要三个实体参与(多对多的联系也必须转成一个实体

1.3、关系模型

5、关系代数

以选择题的形式出现;有如下运算:并;交;差;笛卡尔积;投影;选择;联接

各个运算的表示符号

        并(∪)、差(-)、笛卡尔积(×)、投影(π)、选择(σ)

5.1、关系模式相关名词

 5.2、七种基本运算

差运算:即得到A集合中B所没有的元素,如A-B即得到B在A中所没有的元素

笛卡尔积中若AXB,则将A第一行记录写下,然后将其重复记录三次,然后将B的三行记录与A重写的记录一一对应的写下,然后对A的第二行记录进行同样的重写,以及将B对应的记录重写…

投影:该操作即将所选的“列”记录下来
图示选择Sno、Sname,那么Sno实际是No001 003 004,Sname同理,所以只有三行

选择:该操作将所选的“行”记录下来
选择是根据某些条件对关系做水平切割,对元组行的选择列出如上述中Sn0-Soooo3(S1),是指从S1中选择Sno字段为Soooo3的数据。

自然联接

概念:自然连接的结果以左侧关系为主,右侧关系去除重复列,如R(A,B,C,D,E)和E(C,D,E,F)进行自然连接的结果为:(A,B,R.C,R.D,R.E,F)

 自然连接会去掉重复的列,所以自然连接后有(R.A、R.B、R.C、R.E、S.E、S.F),但是笛卡尔积不会掉重复列,将R和S笛卡尔积后选择第一列和第五列相同而且第三列和第六列相等的行(选择),然后投影(1、2、3、4、7、8)列的值就是自然选择的结果

根据提早执行选取操作,所以选D

6、数据库完整约束

7、关系新数据库SQL简介 

8、关系型数据库的规范化

8.1、函数依赖

函数依赖:即函数关系,如学号对应姓名,姓名可以重复,但学号是唯一的,且唯一的学号对应相应了可重复的姓名        X->Y

部分函数依赖(部分依赖):主键是两个属性的组合键,若主键中的一部分可以确定某个属性,则为部分函数依赖
通过(学号,课程号)的组合键,可以通过主键的一部分即学号确定姓名属性

传递函数依赖(传递依赖):即:若A可以确定B,B可以确定C,则A可以确定C(注意:B不能确定A,因为此时二者即为等价)

8.2、价值与用途

在非规范化的关系模式中,可能存在的问题包括:数据冗余,更新异常,插入异常,删除异常

解决数据冗余,如在记录大学生所属系别时,DNO和DNAME是唯一对应的,LOCATION也可以根据DNO唯一确定,这里存储重复冗余

8.3、键

考点:候选键的概念、求法、候选键和主键的关系、外键求法

主属性:包含诸为候选码中的所有属性,候选码(AC、AB)所以主属性(A、B、C)

8.4、范式

第一范式的概念:在关系模式R中,当且仅当所有域(列的取值范围,如性别的取值范围就是男和女)列的取值范围只包含原子值,即每个分量都是不可再分的数据项,则称R是第一范式

该表不是1NF,因为高级职称人数还可以分为教授和副教授。去掉高级职称人数,直接写教授、副教授就是1NF

第二范式的概念:当且仅当R是1NF,且每一个非主属性完全依赖(即:主键中的所有属性共同作用才能决定该属性)主键(且不存在部分依赖)时,则称R是第二范式

SNO学号和CNO共同确定成绩GRADE,存在部份依赖,CNO就可以确定课程学分CREDIT

解决方案:把CNO和CREDIT单独提取出来做一个新的关系模式,去掉原来的关系模式的CREDIT主键是单属性,即只有一个,不可能存在部分依赖

第三范式的概念:当且仅当R是2NF,且E中没有非主属性传递依赖于码时,则称R是第三范式

 DNO、DNAME、LOCATION单独提取出成为新的关系模式即为满足第三范式

BCNF的概念:设R是一个关系模式,F是它的依赖集,R属于BCNF当且仅当其F中每一个依赖的决定因素必定包含R的某个候选码
即把所以依赖写出来,左边部分必须是候选键

 

 8.5、关系模式的分解

关系模式实际上就是记录类型。它的定义包括:模式名,属性名,值域名以及模式的主键。 关系模式不涉及到物理存储方面的描述,仅仅是对数据特性的描述。

范式级别不够时我们采取模式的拆分,拆分完级别就提高了 

9、数据库的控制功能

9.1、事务管理

9.2、并非控制

9.3、 备份和我恢复

10、数据仓库与数据挖掘基础

11、大数据基本类型

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