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【软件设计师03】数据库系统

article 2025/1/11 22:50:03

数据库系统

重点章节，上午下午题都有考察；规范化理论、关系代数必考

数据库模式、ER模型、关系代数与演算、规范化理论、并发控制、数据库完整性约束、分布式数据库、数据仓库与数据挖掘

1. 三级模式 - 两级映射

内模式：和物理层次数据库直接管理，负责管理数据的存储方式。

概念模式：对应数据库的“表”，根据业务应用分成若干张表，表之间有相应关联

外模式：对应数据库中的“视图”，使用户在对数据的控制上有了更多的手段，为了更灵活的处理方式。例如一些敏感信息可以进行过滤，或者在用户登录时只给予用户密码等基础信息给登录模块用，在用户信息模块不包含用户密码等；将一些字段组合成一个表整合成视图。

外模式 - 概念模式映射：即表与视图之间的映射关系

概念模式 - 内模式映射：即用户想改变存储结构，可以调整这种映射关系，而不需要修改用户应用程序。
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2. 数据库设计过程

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3. E-R模型

矩形-实体、椭圆-属性、菱形-联系

不会的回炉重造

4. 关系代数

主要出现在综合题里面选择题形式，一般给一个关系代数表达式找出与之等价的关系代数表达式，或者一个业务场景要完成什么职能写出关系代数表达式。

并、交、差、笛卡尔积、投影、选择、连接

并、交、差

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s1-s2即s1中存在s2中不存在的部分

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笛卡尔积

所有字段组成一张表，两个每一条记录之间进行排列组合；即属性数等于属性只和，记录数等于记录数之积。
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投影、选择

是指定列的数据的操作；

是根据条件选择指定行

有时用数字来表示：Π1，2即1，2两列，σ1=No003即Sno=No003
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连接

将相同的字段只保留一个；S1.Sno=S2.Sno;

如果没有写连接条件则是自然连接，对相同的字段进行等值过滤，相同字段保留时以左边为主保留；在下面两个关系表S1、S2中即只有Sno字段相同，根据它来判断。
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5. 规范化理论 - 函数依赖

部分函数依赖：主键是两个属性的组合建，主键中一部分可以确定某个属性，则为部分函数依赖。

传递函数依赖：A -> B, B -> C 则可确定 A -> C

6. 规范化理论 - 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

7. 规范化理论 - 键

超键、候选键、主键、外键

超键：唯一标识元组(一行记录)，可以是多个属性，可以存在冗余属性
候选键：特殊的超键、在超键的基础上消除多余的冗余属性
主键：只能有一个
外键：其他关系的主键、表关联

图示法求候选键：

(1)将关系模式的函数依赖关系用“有向图”的方式表示

(2)找入度为0的属性，并以该属性集合为起点，尝试遍历有向图，若能遍历图中所有结点，则该属性集即为关系模式的候选键。注：入度即为第一个只有指向箭头，没有被指箭头的属性

(3)若入度为0的属性集不能遍历图中所有结点(或没有入度为0的属性)，则需要尝试性的将一些中间结点(既有入度，也有出度的结点)并入入度为0的属性集中，直至该集合能遍历所有结点，该集合即为候选键

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1.A 2.ABCD 3.B

8. 规范化理论 - 范式

随着范式等级的提高，规范程度就会越高，数据表的拆分也将越来越细，而数据表拆分过细会造成性能方面的问题，因此，我们通常对范式的等级采取折中的方式，即做到三级范式。

第一范式：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

第二范式：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

第三范式：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

BC 范式：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

如图：主属性即为构成候选键的属性，在该关系图中，ST和SJ都是候选键，因此，S,J,T三个属性都属于主属性

判断下图是否为BCNF：SJ，ST都是候选码
当SJ为候选码，存在依赖 SJ -> T
当ST为候选吗，存在依赖 T -> J，此依赖的决定因素是T不包含候选键ST，所以还没有达到BCNF

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例题：C、D、A

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9. 规范化理论 - 模式分解

详细解释：https://blog.csdn.net/a2272062968/article/details/116518009
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例题：无损分解
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10. 并发控制

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1.一级封锁协议：事务T在修改数据R之前必须先对其加X(写锁或排他锁)锁，直到事务结束才释放。可防止丢失修改，该锁可以使得除了T以外的所有事务将不能访问R，而事务T则可以阅读或者修改R

2.二级封锁协议：一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前先对其加S(读锁或共享锁)锁，读完后即可释放S锁。可防止丢失修改，还可防止读"脏"数据，该锁的作用是，所有的事务都可以访问R，但包括T在内的所有事务都不能修改R

3.三级封锁协议：一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前先对其加S锁，直到事务结束才释放。可防止丢失修改，防止读"脏"数据与防止数据重复读

4.两段锁协议：可串行化(通过加锁解锁两个阶段使并发事务排队进行)的。可能发生死锁

11. 完整性约束

实体完整性：给数据表定义主键

参照完整性：即外键中的约束，如果表中有外键，该外键值只能为对应表中的主键内容，或者为null

用户自定义完整性：用户可以设置属性值的要求，如不能为负数

触发器：可以写脚本约束数据库，设置更复杂的约束逻辑

12. 数据库安全

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13. 备份与恢复

备份

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故障与恢复

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14. 数据仓库与数据挖掘

数据仓库

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数据仓库是一种特殊的数据库；数据库系统在刚刚建立时运行速度很快，但随着时间的推移，其存储的数据量越来越大，速度也将逐步下降，而为了提高速度，人们会优化存储，通常采用删除较久远历史数据来进行优化，而这些数据仍然具有部分价值，因此我们会专门用一个数据库来对其进行存放，而用来存放这种数据的数据库并不需要插入，添加，修改等操作，更多的操作是查询，因此我们将这种特殊用途的数据库称之为数据仓库

数据仓库的特点：
面向主题：不同与一般数据库的面向业务，数据仓库的数据是面向主题的
集成性：数据仓库会存储诸如月报表，周报表等集成式的数据，而普通数据库并不会这么干
相对稳定性：进去的数据将不会进行修改，删除等操作
反映历史变化(随着时间变化)：隔一段时间会将数据导入进来

首先是从数据源中抽取，清理(使数据格式一致)，装载(放到数据仓库中)，刷新(定期向仓库中添加数据);数据集市即部门级的数据仓库，因为数据仓库的建立从企业全局的战略上讲具有非常大的风险，因此只建立部分数据库最后再将其整合则会降低风险，而其中部门级的数据库则称为数据集市

OLAP服务器的概念：即联机分析处理服务器，专门做分析处理工作的，最表层是数据的前端工具，前端工具最普通的如查询工具，报表工具，分析工具以及比较独特的数据挖掘工具