數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用課件(共9章)第一章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用第一章數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)本章導(dǎo)讀隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息已成為當(dāng)今社會各種活動的核心資源。通過對信息資源的進(jìn)一步開發(fā)利用，人們可以有效地提高工作效率，使各種社會資源得到最大限度的節(jié)約和利用。對信息資源的開發(fā)利用離不開數(shù)據(jù)庫技術(shù)。本章從數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理入手，介紹數(shù)據(jù)庫相關(guān)的基礎(chǔ)知識，包括數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的新技術(shù)等內(nèi)容。學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念。了解數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展過程。熟悉數(shù)據(jù)模型的基本概念，掌握概念模型的E-R圖表示方法。理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)與二級映像等概念。了解數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的新技術(shù)。目錄1.1認(rèn)識數(shù)據(jù)庫1.2數(shù)據(jù)模型1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.4數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的新技術(shù)1.5實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練——概念模型的應(yīng)用數(shù)據(jù)與信息01數(shù)據(jù)是對客觀事物、事件的記錄與描述，也是對客觀事物的邏輯歸納。數(shù)據(jù)可以是連續(xù)的，如聲音、圖像等；也可以是離散的，如符號、文字等。數(shù)據(jù)與其語義密不可分，語義指數(shù)據(jù)的含義。例如，“95”是一個數(shù)據(jù)，被賦予特定的語義后，它可以表示某學(xué)生某門課的成績，這就是信息。簡單來講，信息是對數(shù)據(jù)的解釋，即信息=數(shù)據(jù)+語義例如，有一條學(xué)生成績信息：信息學(xué)院計算機(jī)一班的張三同學(xué)在數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用考試中取得了95分的成績，轉(zhuǎn)換成計算機(jī)中的數(shù)據(jù)，可以描述為（張三，信息學(xué)院，計算機(jī)一班，數(shù)據(jù)庫原理及應(yīng)用，95）。數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理02數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)處理的核心，其過程比較復(fù)雜，主要包括數(shù)據(jù)的分類、組織、編碼、存儲、維護(hù)、檢索等操作。對于這些數(shù)據(jù)管理操作，人們需要一個通用、高效且使用方便的管理軟件，將數(shù)據(jù)有效地管理起來。數(shù)據(jù)庫技術(shù)正是瞄準(zhǔn)這一目標(biāo)，研究、發(fā)展并完善起來的。

數(shù)據(jù)處理是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息的過程，包括對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、加工、變換和傳輸?shù)纫幌盗谢顒?。?shù)據(jù)處理的目的有兩個，其一是從大量的原始數(shù)據(jù)中抽取和推導(dǎo)出有價值的信息，作為決策的依據(jù)；其二是借助計算機(jī)科學(xué)地保存和管理大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)，便于人們能夠充分地利用這些信息資源。數(shù)據(jù)與信息01

數(shù)據(jù)庫（DataBase，DB）是存儲在計算機(jī)內(nèi)，有組織的、可共享的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合，這種集合按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述并長期存儲，同時能夠以安全可靠的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)具有冗余度小、獨(dú)立性高、延展性強(qiáng)、共享性好，以及結(jié)構(gòu)化和永久性等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)02

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DataBaseManagementSystem，DBMS）是指建立、運(yùn)用、管理和維護(hù)數(shù)據(jù)庫，并對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一控制的系統(tǒng)軟件。SQLServerMySQLAccessOracle常見的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)03

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DataBaseSystem，DBS）是指在計算機(jī)系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)。

它主要由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫用戶、計算機(jī)硬件系統(tǒng)和計算機(jī)軟件系統(tǒng)等幾部分組成，如右圖所示。有時人們也將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫用戶指開發(fā)、管理和使用數(shù)據(jù)庫的人員，包括系統(tǒng)分析員、數(shù)據(jù)庫設(shè)計員、應(yīng)用程序員、數(shù)據(jù)庫管理員和最終用戶等。系統(tǒng)分析員負(fù)責(zé)確定應(yīng)用系統(tǒng)的需求分析和規(guī)范說明，他們和最終用戶及數(shù)據(jù)庫管理員一起確定系統(tǒng)的硬件配置，參與數(shù)據(jù)庫的概要設(shè)計；數(shù)據(jù)庫設(shè)計員負(fù)責(zé)確定數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和設(shè)計數(shù)據(jù)庫的各級模式；應(yīng)用程序員負(fù)責(zé)編寫使用數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序；數(shù)據(jù)庫管理員負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的總體信息控制；最終用戶利用系統(tǒng)的接口或查詢語言訪問數(shù)據(jù)庫。人工管理文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)隨著計算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展，數(shù)據(jù)管理經(jīng)歷3個發(fā)展階段。人工管理階段01在20世紀(jì)50年代中期以前，計算機(jī)主要用于科學(xué)計算。當(dāng)時的計算機(jī)硬件和軟件都不完善，硬件存儲設(shè)備只有卡片、紙帶和磁帶；軟件方面只有匯編語言，沒有操作系統(tǒng)和管理數(shù)據(jù)的軟件，因此只能采用人工方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)不保存數(shù)據(jù)不共享人工管理數(shù)據(jù)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)不具獨(dú)立性無專門的數(shù)據(jù)管理軟件文件系統(tǒng)階段02在20世紀(jì)50年代后期至60年代中期，計算機(jī)硬件和軟件都有了極大的發(fā)展，計算機(jī)開始用于數(shù)據(jù)管理。這一時期，硬件方面出現(xiàn)了磁盤、磁鼓等直接存儲設(shè)備；軟件方面出現(xiàn)了高級語言和操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)就是專門用來管理數(shù)據(jù)的軟件。文件系統(tǒng)階段相較于人工管理階段有了新的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)以文件的形式長期存儲，文件系統(tǒng)提供文件管理功能及存取方法，應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)間具有一定的獨(dú)立性，文件形式多樣化，數(shù)據(jù)間具有一定的共享性等。1234文件系統(tǒng)階段的問題數(shù)據(jù)不一致性。由于相同的數(shù)據(jù)在不同的文件中重復(fù)存儲且各自管理，在應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行更新操作時，容易造成不同應(yīng)用程序更新的數(shù)據(jù)不一致的狀況。數(shù)據(jù)共享性差、冗余度較大。一個文件基本上只對應(yīng)一個應(yīng)用程序（下圖），文件仍然是面向應(yīng)用的。數(shù)據(jù)間聯(lián)系弱。文件與文件之間是獨(dú)立的，文件間的聯(lián)系必須通過應(yīng)用程序來構(gòu)造。數(shù)據(jù)獨(dú)立性差。應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)緊密耦合，當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，需要修改相應(yīng)的應(yīng)用程序；反之，若應(yīng)用程序發(fā)生變化，也需改變數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段03到了20世紀(jì)60年代后期，硬件方面出現(xiàn)了大容量、存取快速的磁盤；硬件價格下降且軟件價格上升，使開發(fā)和維護(hù)系統(tǒng)軟件的成本相對增加。文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方法無法適應(yīng)各種應(yīng)用程序的需要，于是數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，出現(xiàn)了統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)的專門軟件系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，這標(biāo)志著數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段的開始。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理上有了明顯的功能提升。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)共享性高、冗余度小有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和控制功能特點(diǎn)（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不僅僅只針對某個應(yīng)用，而是面向整個組織；數(shù)據(jù)庫中不僅描述了數(shù)據(jù)，還描述了數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，能夠較好地反映現(xiàn)實(shí)世界中事物之間的自然聯(lián)系。（2）數(shù)據(jù)共享性高、冗余度小數(shù)據(jù)共享是指數(shù)據(jù)庫中的一組數(shù)據(jù)集合可為多個應(yīng)用程序和多個用戶共同使用，節(jié)省存儲空間。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，用戶和應(yīng)用程序不需要各自建立數(shù)據(jù)文件，而是從數(shù)據(jù)庫中存取其中的數(shù)據(jù)子集，該數(shù)據(jù)子集是通過DBMS從數(shù)據(jù)庫中經(jīng)過映射形成的邏輯文件。（3）數(shù)據(jù)獨(dú)立性高數(shù)據(jù)的獨(dú)立性是指數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序間相互獨(dú)立，即數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)和存取方式的改變不影響應(yīng)用程序。

數(shù)據(jù)的獨(dú)立性可分為如下兩種。①數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。

物理獨(dú)立性是指當(dāng)數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，通過修改映射可以使數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)不受影響，進(jìn)而使用戶邏輯結(jié)構(gòu)及應(yīng)用程序不必改變。②數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性。邏輯獨(dú)立性是指數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，通過修改映射可以使用戶應(yīng)用程序不必改變。（4）有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和控制功能在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理和控制，數(shù)據(jù)庫可為多個用戶和應(yīng)用程序共享。數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的共享是并發(fā)的，多個用戶可以同時存取數(shù)據(jù)庫中的同一數(shù)據(jù)。

為確保數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的正確性和有效性，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)的安全性控制、數(shù)據(jù)的完整性控制、并發(fā)控制和數(shù)據(jù)恢復(fù)4個方面的數(shù)據(jù)控制功能。數(shù)據(jù)模型的概念01數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象描述?，F(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)換為抽象的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過現(xiàn)實(shí)世界、信息世界、計算機(jī)世界這3個階段。數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實(shí)世界兩級抽象的結(jié)果。數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的組成要素02數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)完整性約束數(shù)據(jù)操作是指允許對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)執(zhí)行的操作的集合，同時包括相應(yīng)的操作規(guī)則。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是實(shí)體和實(shí)體間聯(lián)系的表達(dá)和實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)完整性約束給出數(shù)據(jù)及其聯(lián)系應(yīng)具有的制約和依賴規(guī)則。數(shù)據(jù)模型的類型03概念模型也稱信息模型，屬于信息世界中的模型。它按照用戶的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)信息建模，是對現(xiàn)實(shí)世界的事物及其聯(lián)系的第一級抽象。邏輯模型屬于計算機(jī)世界中的模型，這類模型以計算機(jī)的觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，是對現(xiàn)實(shí)世界的第二級抽象。物理模型是對數(shù)據(jù)最底層的抽象，是面向計算機(jī)系統(tǒng)的模型，它描述數(shù)據(jù)在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法。數(shù)據(jù)模型按應(yīng)用層次分為相關(guān)術(shù)語01客觀存在并且可以相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。實(shí)體（Entity）實(shí)體所具有的某一特性。一個實(shí)體可以由多個屬性刻畫。屬性（Attribute）用實(shí)體名及其屬性名集合來抽象描述同類實(shí)體。實(shí)體型（EntityType）同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。實(shí)體集（EntitySet）在實(shí)體型中能夠唯一標(biāo)識一個實(shí)體的屬性或?qū)傩约Q為實(shí)體的碼。碼（Key）（鍵、關(guān)鍵字）某一屬性的取值范圍稱為該屬性的域。域（Domain）現(xiàn)實(shí)世界中的聯(lián)系同樣也要抽象和反映到信息世界中來。聯(lián)系（Relationship）概念模型中實(shí)體型之間的聯(lián)系02實(shí)體型之間的聯(lián)系按照聯(lián)系中實(shí)體的個數(shù)可分為兩個實(shí)體型之間的聯(lián)系、兩個以上實(shí)體型之間的聯(lián)系和單個實(shí)體型內(nèi)部的聯(lián)系3種情況。一對一聯(lián)系（1∶1）多對多聯(lián)系（m∶n）一對多聯(lián)系（1∶n）這3種情況中，按照一個實(shí)體型中的實(shí)體個數(shù)與另一個實(shí)體型中的實(shí)體個數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，均可分為以下3種類型。（1）一對一聯(lián)系（1∶1）實(shí)體集A中的一個實(shí)體至多與實(shí)體集B中的一個實(shí)體（也可沒有）相聯(lián)系，反之情況相同，則稱實(shí)體型A與實(shí)體型B有一對一聯(lián)系。（2）一對多聯(lián)系（1∶n）實(shí)體集A中的一個實(shí)體與實(shí)體集B中的n（n≥0）個實(shí)體相聯(lián)系，且實(shí)體集B中的一個實(shí)體至多與實(shí)體集A中的一個實(shí)體相聯(lián)系，則稱實(shí)體型A與實(shí)體型B有一對多聯(lián)系。（3）多對多聯(lián)系（m∶n）實(shí)體集A中的一個實(shí)體與實(shí)體集B中的n（n≥0）個實(shí)體相聯(lián)系，且實(shí)體集B中的一個實(shí)體與實(shí)體集A中的m（m≥0）個實(shí)體相聯(lián)系，則稱實(shí)體型A與實(shí)體型B之間有多對多聯(lián)系。概念模型的E-R圖表示方法03概念模型的表示方法有很多，其中最著名、最常用的是陳品山（PeterChen）于1976年提出的實(shí)體-聯(lián)系方法（Entity-RelationshipApproach），簡稱為E-R圖。E-R圖提供了表示實(shí)體、屬性和聯(lián)系的方法。在E-R圖中，用矩形表示實(shí)體，矩形內(nèi)部寫上實(shí)體名；用橢圓形表示屬性，內(nèi)部寫上屬性名，并用無向邊與相應(yīng)的實(shí)體相連。菱形表示聯(lián)系，內(nèi)部寫上聯(lián)系名，并用無向邊分別與有關(guān)實(shí)體相連，同時在無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型（1∶1，1∶n，m∶n）。E-R圖也可以表示兩個以上實(shí)體型之間或單個實(shí)體型內(nèi)部的聯(lián)系。例如，班級、學(xué)生和班干部3個實(shí)體型之間的一對多聯(lián)系，學(xué)生、教師和課程3個實(shí)體型之間的多對多聯(lián)系，以及教師實(shí)體內(nèi)部具有管理和被管理的一對多或多對多聯(lián)系（a）三個實(shí)體型一對多聯(lián)系

（b）三個實(shí)體型多對多聯(lián)系

（c）單個實(shí)體型內(nèi)部聯(lián)系層次模型

網(wǎng)狀模型面向?qū)ο竽Ｐ完P(guān)系模型邏輯模型層次模型01用樹形結(jié)構(gòu)表示實(shí)體類型及實(shí)體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為層次模型。它將實(shí)體之間的聯(lián)系抽象成一種自上而下的層次關(guān)系，用樹形結(jié)構(gòu)表示出來。父子節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系是一對多聯(lián)系（1∶n）一個模型有且只有一個節(jié)點(diǎn)沒有雙親節(jié)點(diǎn)，這個節(jié)點(diǎn)稱為根節(jié)點(diǎn)。層次模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)根節(jié)點(diǎn)以外的其他節(jié)點(diǎn)有且只有一個雙親節(jié)點(diǎn)。層次模型的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單清晰、提供了良好的完整性支持、結(jié)構(gòu)間聯(lián)系簡單及數(shù)據(jù)查詢效率高等。但是這類模型不能直接表示兩個以上實(shí)體型間的復(fù)雜聯(lián)系，也不能表示實(shí)體型間的多對多聯(lián)系。模型受限、物理成分復(fù)雜等原因，使其不能用于表示非層次性的聯(lián)系。網(wǎng)狀模型02網(wǎng)狀模型在層次模型的基礎(chǔ)上去掉了兩個限制，可以更直接地描述現(xiàn)實(shí)世界。允許兩個節(jié)點(diǎn)之間有多種聯(lián)系允許一個節(jié)點(diǎn)有多個雙親節(jié)點(diǎn)允許一個以上的節(jié)點(diǎn)沒有雙親節(jié)點(diǎn)網(wǎng)狀模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)網(wǎng)狀模型具有比層次模型更好的性能和高效率的存儲方式，但其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，數(shù)據(jù)模式和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)均不理想。關(guān)系模型03關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一張規(guī)范化的二維表，每個二維表都可以稱為關(guān)系，實(shí)體與實(shí)體之間的聯(lián)系也用關(guān)系表示。不同于前兩種模型，關(guān)系模型具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論依據(jù)，結(jié)構(gòu)簡單易懂，存取路徑對用戶透明，具有更高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和安全保密性面向?qū)ο竽Ｐ?4以面向?qū)ο蟮挠^點(diǎn)描述實(shí)體的邏輯組織、對象間限制與聯(lián)系的模型是面向?qū)ο竽Ｐ汀＿@類模型具有抽象性、封裝性、繼承性和多態(tài)性等特性，是面向?qū)ο蟮乃枷肱c數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它能更完整地描述現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有豐富的表達(dá)能力。但這類模型相對復(fù)雜，涉及知識比較多，目前普及程度不如關(guān)系模型。面向?qū)ο竽Ｐ蛿?shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)不同的層次和角度可分為外部體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)。從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的角度看，雖然不同的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方式各不相同，但它們在內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)上均可表示為三級模式結(jié)構(gòu)，并提供二級映像?；谙鄬Ψ€(wěn)定的數(shù)據(jù)模式實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)從邏輯上分為外模式、模式和內(nèi)模式三級抽象模式結(jié)構(gòu)，并提供外模式/模式、模式/內(nèi)模式二級映像。

對于用戶而言，外模式、模式和內(nèi)模式分別對應(yīng)一般用戶模式、概念模式和物理模式，它們反映了看待數(shù)據(jù)庫的3個角度。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)和二級映像功能如右圖所示。模式01模式也稱為概念模式或概念視圖，是數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，處于三級模式結(jié)構(gòu)的中間層，不涉及數(shù)據(jù)的物理存儲和硬件環(huán)境，與開發(fā)工具及程序設(shè)計語言無關(guān)。一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式，模式是數(shù)據(jù)的邏輯表示，它描述了數(shù)據(jù)庫中存儲的具體數(shù)據(jù)及其之間存在的聯(lián)系。外模式02外模式又稱子模式或用戶模式，它是三級結(jié)構(gòu)的最外層，是數(shù)據(jù)庫用戶能夠看到并允許使用的那部分?jǐn)?shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，是數(shù)據(jù)庫用戶的數(shù)據(jù)視圖。外模式是模式的子集，一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。用戶可以根據(jù)系統(tǒng)所給的外模式，用查詢語言或應(yīng)用程序去操作部分?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫中的其余數(shù)據(jù)對于用戶來說是不可見的，所以外模式也是保證數(shù)據(jù)庫安全的一種有力措施。內(nèi)模式03內(nèi)模式又稱存儲模式或物理模式，是三層結(jié)構(gòu)中的最內(nèi)層，也是最靠近物理存儲的一層。它是對數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)的描述，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表達(dá)方式。為了在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)3個抽象層次的聯(lián)系與轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在這三級模式之間提供了外模式/模式和模式/內(nèi)模式的二級映像。外模式/模式映像01數(shù)據(jù)庫中的同一個模式可以有任意多個外模式，對于每一個外模式，都存在一個外模式/模式映像，它確定了數(shù)據(jù)庫的局部邏輯結(jié)構(gòu)與全局邏輯結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。

例如，在學(xué)生的邏輯結(jié)構(gòu)（學(xué)號，姓名，性別）中添加新的屬性“系別”時，學(xué)生的邏輯結(jié)構(gòu)變?yōu)椋▽W(xué)號，姓名，性別，系別），由數(shù)據(jù)庫管理員對各個外模式/模式映像做出相應(yīng)的改變，保證了數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)不變，也就是保證了外模式不變。同樣，因?yàn)閼?yīng)用程序是依據(jù)數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)所編寫，所以應(yīng)用程序不必改變，保證了數(shù)據(jù)與程序間的邏輯獨(dú)立性。模式/內(nèi)模式映像02數(shù)據(jù)庫中只有一個模式和一個內(nèi)模式，所以模式/內(nèi)模式映像是唯一的。模式/內(nèi)模式映像定義了數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)，也就是模式與內(nèi)模式之間的關(guān)系。當(dāng)數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，只需數(shù)據(jù)庫管理員對模式/內(nèi)模式映像做出相應(yīng)的改變，就能使模式保持不變，從而使應(yīng)用程序也不用發(fā)生改變，確保了數(shù)據(jù)的物理獨(dú)立性。隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的進(jìn)步，特別是大數(shù)據(jù)、云計算的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)獲得了快速發(fā)展，新技術(shù)和新系統(tǒng)層出不窮。云數(shù)據(jù)庫01

云數(shù)據(jù)庫（CloudDataBase）是指被優(yōu)化或部署到一個虛擬計算環(huán)境中的數(shù)據(jù)庫。具有按需付費(fèi)、按需擴(kuò)展、高可用性及存儲整合等優(yōu)勢。01020304可以使用戶按照存儲容量和帶寬的需求付費(fèi)因?yàn)樵茢?shù)據(jù)庫基本采用多租戶的形式，能夠以共享資源的形式節(jié)省用戶的開銷?？蓪?shí)現(xiàn)按需擴(kuò)展理論上云數(shù)據(jù)庫具有無限的可擴(kuò)展性，具有良好的彈性。云的可移植性可移植性是指可以將數(shù)據(jù)庫從一個地方移到另一個地方。用戶不必控制運(yùn)行原始數(shù)據(jù)庫，只需要一個有效的連接字符串就可以使用云數(shù)據(jù)庫。高可用性不存在單點(diǎn)失效的問題，一個節(jié)點(diǎn)失效，剩余的節(jié)點(diǎn)會接管任務(wù)。將一個現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫優(yōu)化到云環(huán)境，有以下好處：分布式數(shù)據(jù)庫02

分布式數(shù)據(jù)庫（DistributedDataBase）是指數(shù)據(jù)分別存儲在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的各臺計算機(jī)上的數(shù)據(jù)庫。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常使用較小的計算機(jī)系統(tǒng)，每臺計算機(jī)可單獨(dú)放在一個地方，其中都可能有DBMS的一份完整拷貝副本，或者部分拷貝副本，并具有自己局部的數(shù)據(jù)庫，位于不同地點(diǎn)的許多計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)互相連接，共同組成一個完整的、全局的、邏輯上集中且物理上分布的大型數(shù)據(jù)庫。分布式數(shù)據(jù)庫相對傳統(tǒng)集中式數(shù)據(jù)庫具有更高的數(shù)據(jù)訪問速度、更強(qiáng)的可擴(kuò)展性和更高的并發(fā)訪問量等優(yōu)點(diǎn)。大數(shù)據(jù)01

大數(shù)據(jù)（BigData）也稱海量數(shù)據(jù)或巨量數(shù)據(jù)，是指數(shù)據(jù)量大到無法利用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)在合理的時間內(nèi)獲取、存儲、管理和分析的數(shù)據(jù)集合。

“大數(shù)據(jù)”一詞除用來描述信息時代產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)外，也用來命名與之相關(guān)的技術(shù)、創(chuàng)新與應(yīng)用。大數(shù)據(jù)的特征（4V）海量的數(shù)據(jù)規(guī)模（Volume）快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)（Velocity）價值密度低（Value）多樣的數(shù)據(jù)類型（Variety）大數(shù)據(jù)采集大數(shù)據(jù)預(yù)處理大數(shù)據(jù)存儲與管理大數(shù)據(jù)分析與挖掘大數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)是指用非傳統(tǒng)的方式對大量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以挖掘出數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的價值的技術(shù)。根據(jù)大數(shù)據(jù)的處理流程，可以將其關(guān)鍵技術(shù)分為右側(cè)展現(xiàn)的技術(shù)。對于網(wǎng)絡(luò)上各種來源的數(shù)據(jù)，包括社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、電子商務(wù)交易數(shù)據(jù)、網(wǎng)上銀行交易數(shù)據(jù)、搜索引擎點(diǎn)擊數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)等，在被采集前都是零散的，沒有任何意義。大數(shù)據(jù)采集就是將這些數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)倉庫，整合在一起，以便對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

大數(shù)據(jù)采集包括網(wǎng)絡(luò)日志采集、網(wǎng)絡(luò)文件采集（提取網(wǎng)頁中的圖片、文本等）、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的接入等，常用的工具有Flume，Kakfa，Sqoop等。（1）大數(shù)據(jù)采集由于大數(shù)據(jù)的來源和種類繁多，這些數(shù)據(jù)有殘缺的、有虛假的、有過時的，因此，想要獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，必須在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，即對大數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

大數(shù)據(jù)預(yù)處理是指將雜亂無章的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相對單一且便于處理的結(jié)構(gòu)（數(shù)據(jù)抽?。?，或去除沒有價值甚至?xí)Ψ治鲈斐筛蓴_的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)清洗），從而為后期的數(shù)據(jù)分析奠定基礎(chǔ)。（2）大數(shù)據(jù)預(yù)處理大數(shù)據(jù)存儲是指用存儲器把采集到的數(shù)據(jù)存儲起來，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，以便對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和調(diào)用。目前，主要采用HDFS分布式文件系統(tǒng)（HadoopDistributedFileSystem）和非關(guān)系型分布式數(shù)據(jù)庫（NoSQL）來存儲和管理大數(shù)據(jù)。常用的NoSQL數(shù)據(jù)庫包括HBase，Redis，Cassandra，MongoDB，Neo4j等。（3）大數(shù)據(jù)存儲與管理大數(shù)據(jù)分析與挖掘是指通過各種算法從大量的數(shù)據(jù)中找出潛在的有用信息，并研究數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律和相互間的關(guān)系。常用的大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術(shù)包括Spark，MapReduce，Hive，Pig，F(xiàn)link，Impala，Kylin，Tez，Akka，Storm，S4，Mahout，MLlib等。（4）大數(shù)據(jù)分析與挖掘大數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)是指利用可視化手段對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果用圖表或文字等形式展現(xiàn)出來，從而使讀者對數(shù)據(jù)的分布、發(fā)展趨勢、相關(guān)性和統(tǒng)計信息等一目了然。目前，常用的大數(shù)據(jù)可視化工具有Echarts和Tableau等。（5）大數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)主動數(shù)據(jù)庫02傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫一般只根據(jù)應(yīng)用程序的要求對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行基本操作，僅作為一種被動的數(shù)據(jù)倉庫存在。主動數(shù)據(jù)庫（ActiveDataBase）是指在沒有用戶干預(yù)的情況下，能夠主動地對系統(tǒng)內(nèi)部或外部所發(fā)生的事件做出反應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，是數(shù)據(jù)庫技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。主動數(shù)據(jù)庫最大的特點(diǎn)就是讓數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)具有主動服務(wù)的功能，并以一種統(tǒng)一的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)各種主動服務(wù)需求。系統(tǒng)提供一個自動監(jiān)視模塊，不時地檢查著規(guī)劃中包含的各種事件是否發(fā)生，一旦發(fā)現(xiàn)某事件發(fā)生，就主動觸發(fā)執(zhí)行某個動作。這樣一來，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)就可以自動執(zhí)行由用戶預(yù)先設(shè)定的動作，可把諸如完整性約束、存取控制、例外處理、監(jiān)督和警告、狀態(tài)開關(guān)自動切換及檢索策略的切換，乃至復(fù)雜的演繹推理和實(shí)時處理等功能以一種統(tǒng)一的機(jī)制實(shí)施。雖然主動數(shù)據(jù)庫還有待發(fā)展，但其已經(jīng)在計算機(jī)集成制造、網(wǎng)絡(luò)管理和辦公自動化等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)倉庫01反映歷史變化。數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)通常記錄一個單位從過去某一時間點(diǎn)到目前時間點(diǎn)所有時期的信息，可通過這些信息對這一單位的發(fā)展歷程和未來趨勢做出分析和預(yù)測。面向主題。數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)按照一定的主題域進(jìn)行組織，它們劃分為各自獨(dú)立的領(lǐng)域，每個領(lǐng)域都有自己的邏輯內(nèi)涵且互補(bǔ)不交叉。數(shù)據(jù)倉庫（DataWarehouse）是面向主題的、集成的、相對穩(wěn)定的、反映歷史變化的數(shù)據(jù)集合，通常用于輔助決策支持。集成性。數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)是對原有分散的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)做抽取、清理后經(jīng)過加工匯總得到的，源數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)一與綜合之后才能進(jìn)入數(shù)據(jù)倉庫。相對穩(wěn)定。數(shù)據(jù)一旦加載到數(shù)據(jù)倉庫，一般情況下不會再修改或刪除，而是作為數(shù)據(jù)檔案長期保存。數(shù)據(jù)挖掘02

數(shù)據(jù)挖掘（DataMining）是從大量數(shù)據(jù)中獲取有效的、新穎的、潛在有用的、最終可理解的模式的非平凡過程，也稱為知識發(fā)現(xiàn)。

簡單來講，數(shù)據(jù)挖掘就是從大量數(shù)據(jù)中提取或“挖掘”知識。數(shù)據(jù)挖掘間接挖掘在所有的屬性中尋找某種關(guān)系，如關(guān)聯(lián)規(guī)則和聚類等。直接挖掘利用可用的數(shù)據(jù)建立一個模型，這個模型是對一個特定屬性的描述，如分類、估值和預(yù)測等數(shù)據(jù)挖掘是交叉性學(xué)科，它是數(shù)據(jù)庫技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計學(xué)、人工智能、可視化分析和模式識別等多門學(xué)科的融合。

它把現(xiàn)代企業(yè)中的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為人工智能的來源，對數(shù)據(jù)進(jìn)行操縱，提供可靠的、可以用來決策的信息。實(shí)戰(zhàn)目的01（1）學(xué)習(xí)使用PowerDesigner建模工具繪制概念模型圖（即E-R圖）。（2）學(xué)習(xí)使用PowerDesigner建模工具生成物理模型圖及對應(yīng)的SQL語句。實(shí)戰(zhàn)內(nèi)容及步驟02下面以訂貨管理系統(tǒng)（見右圖）為例，介紹在PowerDesigner中繪制概念模型圖的操作步驟。步驟1啟動PowerDesigner，其操作界面如圖所示。步驟2新建概念模型圖。在“ObjectBrowser”窗口中右擊“Workspace”，在彈出的快捷菜單中選擇“New”→“ConceptualDataModel”選項(xiàng)，打開“NewConceptualDataModel”對話框，將模塊名修改為“訂貨管理”，單擊“OK”按鈕，如圖所示。步驟3添加客戶實(shí)體。在“Toolbox”窗口中選擇“Entity”選項(xiàng)

，然后在編輯窗口的合適位置單擊，即可添加實(shí)體。右擊編輯窗口空白處，使鼠標(biāo)變