软考架构师笔记-数据库系统

1.7 数据库系统

三级模式-两级映射

• 三级模式
  • 外模式：用户视图
  • 概念模式：只涉及描述
  • 内模式：存储方式的描述
• 两级映射
  • 外模式-概念模式映射
  • 概念模式-内模式映射

数据库的设计 步骤

• 需求分析
  • 输出为需求分析、数据流图(Data FLow Diagram-DFD)、数据字典、需求说明文档
    • 数据流图
      • 数据流图DFD是描述系统中数据流程的一种图形工具，它标志了一个系统的逻辑输入和逻辑输出，以及把逻辑输入转换逻辑输出所需的加工处理
      • 箭头表示数据流；圆或椭圆表示加工；双杠或者单杠表示数据存储；矩形框表示数据的源点或终点，即外部实体。
    • 数据字典：数据字典是指对数据的数据项、数据结构、数据流、数据存储、处理逻辑、外部实体等进行定义和描述，其目的是对数据流程图中的各个元素做出详细的说明。
• 概念结构设计
  • 输出为实体-联系(ER图)
    • 构件
      • 实体 - 矩形
      • 属性 - 椭圆
      • 联系 - 菱形
• 逻辑结构设计
  • 输出为关系模型
  • ER模型转换为关系模型，理解就是将ER图转成表(关键字,属性)
    • 1:1 联系
      • 在两个关系模式中的任意一个模式中，加入另一个模式的键和联系类型的属性
      • 案例
        • 将实体E1,E2和联系R转成关系模式，三种情形
          • E1 -> (K1, A), E2 -> (K2, B), R -> (K1, K2, r)
          • E1 -> (K1, A), E2 -> (K2, B, K1, R)
          • E1 -> (K1, A, K2, r), E2 -> (K2, B)
    • 1:n 联系
      • 在n端的类型对应的关系模式中加入1端实体类型的键和联系类型的属性
      • 部门:员工 ,将联系放在员工中，一个员工对应一个部门。反之，部门之中就会有好多员工的信息。
    • m:n 联系
      • m的关系模式，n的关系模式，联系类型也转换成关系模式，属性为两端实体类型的键加上联系类型的属性
• 物理结构设计
  • 物理设备上的存储结构和存取方法
  • DBMS(Database Management System)

关系代数

• 并 - U
• 交 - ∩
• 差 - -
• 笛卡尔积 - X
  • 属性为两个关系的属性相加
  • 行数为两个关系的行数相乘
• 投影 - π
  • 选择列
• 选择 - σ
  • 类似根据关键字查找
• 自然联接 - ∞
  • 筛选相同的属性下的条件，最终对所有非重复的属性拼接。
  • 如果没写条件，就是默认属性的联接

规范化理论

函数依赖

• 部分函数依赖
  • 主键 + 其他属性 -> 属性
  • 主键的一部分能够确定一个属性，就称为部分函数依赖。
• 传递函数依赖
  • A -> B -> C，但是 由B 不能到 A。

规范化理论

• 非规范化理论可能存在问题:数据冗余、更新异常、插入异常、删除异常

键

• 超键(唯一标志元组)
  • 可以有冗余
  • A->C, (A,B)->C，B就是冗余
• 候选键
  • 将超键的冗余去掉，可以有多个候选键
• 主键
  • 从候选键选择一个
• 外键
  • 其他关系的主键

求候选关键字

• 将关系模式中的函数依赖关系用“有向图”表示
• 找入度为0的属性，并以该属性集合为起点，尝试遍历图中所有节点，则为候选键
• 如果入度为0的属性不能遍历所有节点，将既有入度又有出度的并入入度为0的节点中，直该集合能遍历所有节点。

范式

• 主属性，属于候选关键字的一部分
• 1NF
  • 属性值都是不可分割的原子值
• 1NF->2NF
  • 每一个非主属性完全依赖主键(否则会数据冗余)
  • 消除非主属性对候选键的部分函数依赖
  • 单属性的主键一定消除了部分函数依赖。
• 2NF->3NF
  • 消除非主属性对候选键的传递依赖
  • 例如 A(主键)、B、C，A->B->C, BC存在数据冗余
• 3NF->BCNF
  • 消除主属性对候选键的传递依赖
  • 所有函数依赖中，左边部分一定是某个候选键
• BCNF与第三范式的 不同之处在于：第三范式中不允许非主属性被另一个非主属性决定，但第三范式允许主属性被非主属性决定；而在BCNF中，任何属性（包括非主属性和主属性）都不能被非主属性所决定。

模式分解

• 保持函数依赖分解
  • 分解之前和分解之后函数依赖仍然存在。
• 关系模式 R(U, F)
  • 属性集U{A, B, C, D},
  • 依赖关系F{A->B}
• 无损分解 (可以还原)
  • 指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运算仍能还原到原来的关系模式。
  • 判断方式1
    • 自然联接分析
      • 容易出错，经验:必须在某一个模式下使用依赖关系还原才可以
    • 表格法分析(重点)
      • a 为确定的值，b12 为不能确定的值。
  • 模式分解，适用一个模式分为两个关系为二个关系模式
    • R1,R2求交集
    • R1 - R2
    • R2 - R1
    • 交集和另外两个集知否存在函数依赖，只要满足一个函数依赖即可。