MySQL數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用 單元2 數(shù)據(jù)庫基本原理教案

教案授課教師部門課程名稱MySQL數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用課次3，4，5，6，7單元標題單元2數(shù)據(jù)庫基本原理授課學時10學時授課班級授課時間上課地點合作教師日期節(jié)次教學目標知識目標1.掌握數(shù)據(jù)模型的概念、組成和類型。2.掌握實體-聯(lián)系模型的基本概念。3.掌握E-R圖的組成及畫法。4.掌握關(guān)系模型的組成要素和主要特點。5.了解數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)和二級映像。6.理解關(guān)系代數(shù)中的選擇、投影和連接運算。7.初步了解關(guān)系數(shù)據(jù)庫標準語言SQL。8.了解數(shù)據(jù)規(guī)范化的基本概念，范式理論。9.掌握數(shù)據(jù)庫設(shè)計的方法與步驟。能力目標1.會畫E-R圖。2.會用范式規(guī)范數(shù)據(jù)。3.能夠設(shè)計具體的數(shù)據(jù)庫。素質(zhì)目標1.引導學生了解國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀，增強文化自信，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。2.培養(yǎng)學生自主學習能力和自我提高能力。3.通過以小組為單位學習，培養(yǎng)學生的人際溝通能力和團隊協(xié)作意識。教學重點1.數(shù)據(jù)模型的概念、組成和類型。2.實體-聯(lián)系模型的概念及E-R圖的畫法。3.關(guān)系模型的概念4.關(guān)系代數(shù)、關(guān)系代數(shù)中的各種運算。5.關(guān)系數(shù)據(jù)庫標準語言SQL。6.數(shù)據(jù)規(guī)范化的概念，范式理論。7.數(shù)據(jù)庫設(shè)計的方法與步驟。繪制局部E-R圖，并集成全局E-R圖。E-R圖到關(guān)系模式的轉(zhuǎn)換方法。教學難點1.數(shù)據(jù)模型的概念。2.關(guān)系模型的概念、運算。3.數(shù)據(jù)規(guī)范化的概念，范式理論。教學方法線上自學，課堂理實一體化教學、項目式教學，第二課堂拓展學習等。教學資源教材數(shù)字資源教材配套微課、PPT、數(shù)據(jù)庫建庫建表腳本、習題解答等；智慧職教平臺：學習通平臺：其他：教學環(huán)境配備有電腦、電子教室或投影儀、有線或無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、黑板或白板等教學工具的計算機房或多媒體教室。MySQL、MySQLWorkbench或NavicatforMySQL等軟件。教學過程第3次課（任務(wù)1理解數(shù)據(jù)模型）教學環(huán)節(jié)教學活動主要內(nèi)容學生活動說明課前預習學生通過在線課程平臺預習本單元內(nèi)容。課中講練一、導入新課演示學生成績管理系統(tǒng)的查詢功能,讓學生對數(shù)據(jù)庫有一個感性認識。學習數(shù)據(jù)庫原理的好處？數(shù)據(jù)在計算機中如何組織起來？為什么要建模型？模型是人們對現(xiàn)實世界中的事物和過程的描述及抽象表達。二、新課講解任務(wù)1理解數(shù)據(jù)模型教師結(jié)合PPT講解，本次課以課堂講授為主。2.1.1數(shù)據(jù)模型1．數(shù)據(jù)模型的概念數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)特征的抽象和歸納，也就是說，數(shù)據(jù)模型是用來描述數(shù)據(jù)、組織數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)進行操作的。構(gòu)成數(shù)據(jù)模型的三要素為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)的完整性約束。（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對數(shù)據(jù)靜態(tài)特征的描述。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，通常按數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類型來命名數(shù)據(jù)模型，如關(guān)系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型是關(guān)系模型。（2）數(shù)據(jù)操作。數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)動態(tài)特征的描述，包括對數(shù)據(jù)進行的操作及相關(guān)操作規(guī)則。（3）數(shù)據(jù)的完整性約束。數(shù)據(jù)的完整性約束是對數(shù)據(jù)靜態(tài)和動態(tài)特征的限定，用來描述數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系應(yīng)該具有的制約和依存規(guī)則，以保證數(shù)據(jù)正確、有效和相容。2．數(shù)據(jù)模型的類型數(shù)據(jù)模型一般應(yīng)滿足3個條件：數(shù)據(jù)模型要能夠真實地描述現(xiàn)實世界；數(shù)據(jù)模型要容易理解；數(shù)據(jù)模型要能夠方便地在計算機上實現(xiàn)。根據(jù)數(shù)據(jù)模型應(yīng)用目的的不同，可以將數(shù)據(jù)模型分為兩類：一類是概念數(shù)據(jù)模型（簡稱概念模型），另一類是邏輯數(shù)據(jù)模型（簡稱邏輯模型）和物理數(shù)據(jù)模型（簡稱物理模型）。概念模型也稱信息模型，它是面向用戶的，用于按照用戶的觀點來對數(shù)據(jù)和信息建模，主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計，與具體的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)無關(guān)。邏輯模型和物理模型是面向計算機系統(tǒng)的。邏輯模型是概念模型的數(shù)據(jù)化，用于按照計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模，是現(xiàn)實世界的計算機模擬，與使用的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的種類有關(guān)，主要用于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實現(xiàn)。物理模型是對數(shù)據(jù)最底層的抽象，它用于描述數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)部的表示方式和存取方法，或在磁盤或磁帶上的存儲方式和存取方法。物理模型的具體實現(xiàn)是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的任務(wù)。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)?，F(xiàn)實世界轉(zhuǎn)化為計算機世界的過程如圖2-1所示。2.1.3邏輯模型數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中主要的邏輯模型包括層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型、對象關(guān)系數(shù)據(jù)模型、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型等。表2-1對4種常用的邏輯模型做了簡單的比較，本小節(jié)主要介紹關(guān)系模型。關(guān)系模型是目前應(yīng)用最廣的一種數(shù)據(jù)模型，也是理論研究最完備的一種數(shù)據(jù)模型。1．關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是關(guān)系。①關(guān)系（Relation）②元組（Tuple）③屬性（Attribute）表2-2學生情況表（部分顯示）④域（Domain）。⑤候選鍵（CandidateKey）⑥主鍵（PrimaryKey，PK）⑦外鍵或外部關(guān)鍵字（ForeignKey，F(xiàn)K）⑧關(guān)系模式（RelationSchema）例如，學生、課程、選課之間的聯(lián)系在關(guān)系模型中可以表示為如下形式。學生（學號，姓名，專業(yè)名，性別，出生時間，總學分，備注）主鍵：學號課程（課程號，課程名，開課學期，學時，學分）主鍵：課程號成績（學號，課程號，成績）主鍵：學號、課程號外鍵：學號、課程號⑨元數(shù)（Arity）⑩分量（Component）2．關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操作關(guān)系模型給出了關(guān)系操作的能力，關(guān)系操作的對象和結(jié)果都是集合，主要包括以下兩方面。①查詢操作：選擇（SELECT）、投影（PROJECT）、連接（JOIN）、除（DIVIDE）、并（UNION）、交（INTERSECTION）和差（DIFFERENCE）。②更新操作：插入（INSERT）、刪除（DELETE）和修改（UPDATE）。3．關(guān)系模型的完整性約束（1）實體完整性。實體完整性是指關(guān)系的關(guān)鍵字的所有屬性都不能為空。它可確保關(guān)系中的每個元組都是可識別的、唯一的。（2）參照完整性。參照完整性也稱引用完整性，是指兩個表的主鍵和外鍵的數(shù)據(jù)對應(yīng)一致。它可確保有主鍵的表中有對應(yīng)其他表的外鍵的行存在。例如，學生、課程、學生與課程之間的多對多聯(lián)系可以用如下3個關(guān)系表示。學生（學號，姓名，專業(yè)名，性別，出生時間，總學分，備注）課程（課程號，課程名，開課學期，學時，學分）選修（學號，課程號，成績）（3）用戶定義的完整性。用戶定義的完整性也稱域完整性或語義完整性。它是指不同的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，設(shè)定的一些特殊約束條件。4．關(guān)系模型的主要特點關(guān)系模型的主要特點如下。①關(guān)系中的每一個數(shù)據(jù)項不可再分，是最基本的單位。②每一列數(shù)據(jù)項是同屬性的。列數(shù)根據(jù)需要而定，且各列的順序是任意的。③每一行記錄由一個事物的諸多屬性構(gòu)成。記錄的順序可以是任意的。④一個關(guān)系可看作一張二維表，不允許有相同的字段名，也不允許有相同的記錄行。課堂小結(jié)：教師總結(jié)本次課學習的主要內(nèi)容。學生可以打開瀏覽樣本數(shù)據(jù)庫sakila或課后拓展提升熟悉某種國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫（如達夢數(shù)據(jù)庫）的用法。課后作業(yè)教材習題2教學總結(jié)第4次課（任務(wù)1理解數(shù)據(jù)模型、任務(wù)2了解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)）教學環(huán)節(jié)教學活動主要內(nèi)容說明課前預習學生通過在線課程平臺預習本單元內(nèi)容。課中講練一、復習鞏固教師依據(jù)上節(jié)課布置的作業(yè)完成情況，對學生吸收不好的知識點進行再次鞏固講解。二、導入新課數(shù)據(jù)在計算機中如何組織起來？三、新課講解任務(wù)1理解數(shù)據(jù)模型教師結(jié)合PPT講解。2.1.2概念模型1．信息世界的基本概念概念模型用于信息世界的建模，反映現(xiàn)實世界中的信息及其關(guān)系，能滿足用戶對數(shù)據(jù)的處理要求，是現(xiàn)實世界到信息世界的第一層抽象。概念模型也是用戶和數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員之間進行交流的工具，數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員在設(shè)計初期應(yīng)把主要精力放在概念模型的設(shè)計上。信息世界中常用的概念如下所述。（1）實體（Entity）。（2）屬性（Attribute）。（3）聯(lián)系（Relationship）。（4）關(guān)鍵字（Key）。（5）實體型（EntityType）。如學生（學號，姓名，專業(yè)，性別，出生時間，總學分，備注）就是一個實體型，它表示學生信息，不是指某一個具體的學生。（6）實體集（EntitySet）。（7）實體間的聯(lián)系的類型。實體間的聯(lián)系可以分為如下3類。①一對一聯(lián)系（1∶1）。②一對多聯(lián)系（1∶n）。③多對多聯(lián)系（m∶n）。2．概念模型的表示方法在概念模型的眾多表示方法中，最常用的一種是實體-聯(lián)系（E-R）方法，也稱E-R模型。該方法用E-R圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型，可以直觀地表示現(xiàn)實世界中各類對象的特征和對象之間的聯(lián)系?！纠}2.1】在學生選課的概念模型中，學生實體具有學號、姓名、專業(yè)名、性別、出生時間、總學分、備注等屬性，用E-R圖表示如圖2-3所示?！纠}2.2】用E-R圖表示學生選課的概念模型。任務(wù)2了解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)教師結(jié)合PPT講解。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)可以分為用戶級、邏輯級和物理級3個層次，反映觀察數(shù)據(jù)庫的3種角度。從數(shù)據(jù)庫最終用戶的角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為單用戶結(jié)構(gòu)、主從式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)、客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)、瀏覽器/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器多層結(jié)構(gòu)等，這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)外部的體系結(jié)構(gòu)。從數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)人員的角度看，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上通常都具有相同的外模式、模式和內(nèi)模式三級模式結(jié)構(gòu)的特征，各級模式之間通過映射關(guān)系進行聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，如圖2-5所示。這是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部的體系結(jié)構(gòu)。圖2-5數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)2.2.1了解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)1．模式在數(shù)據(jù)模型中有“型”（Type）和“值”（Value）的概念。型是指某一類數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和屬性的說明，值是型的一個具體值。模式（Schema）也稱邏輯模式或概念模式，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，它僅僅涉及型的描述，不涉及具體的值。模式的一個具體值稱為模式的一個實例（Instance）。同一個模式可以有很多實例。2．外模式外模式也稱子模式或用戶模式，它是數(shù)據(jù)庫用戶（包括應(yīng)用程序開發(fā)人員和用戶）能夠看見和使用的局部數(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，是與某一應(yīng)用程序有關(guān)的數(shù)據(jù)的邏輯表示，屬于視圖層抽象。外模式通常是模式的子集。一個數(shù)據(jù)庫可以有多個外模式。3．內(nèi)模式內(nèi)模式也稱存儲模式，是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)部表示，是數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲方式的描述，屬于物理層抽象，例如數(shù)據(jù)是否壓縮存儲、是否加密，數(shù)據(jù)的存儲記錄結(jié)構(gòu)有何規(guī)定等。內(nèi)模式是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理的最底層。2.2.2了解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的兩級映像數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三級模式是對數(shù)據(jù)進行抽象的3個級別，為了能夠在內(nèi)部實現(xiàn)這3個抽象層次的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在這3級模式之間提供了兩級映像：外模式/模式映像、模式/內(nèi)模式映像。這兩級映像保證了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)具有較強的邏輯獨立性和物理獨立性。（1）外模式/模式映像。模式描述的是數(shù)據(jù)的全局邏輯結(jié)構(gòu)，外模式描述的是數(shù)據(jù)的局部邏輯結(jié)構(gòu)。同一個模式可以有多個外模式。對于每一個外模式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都提供了一個外模式/模式映像，它定義了外模式與模式之間的對應(yīng)關(guān)系。映像定義通常包含在各自外模式的描述中。（2）模式/內(nèi)模式映像。數(shù)據(jù)庫中只有一個模式，也只有一個內(nèi)模式，所以模式/內(nèi)模式映像是唯一的，它用于定義數(shù)據(jù)全局邏輯結(jié)構(gòu)與存儲結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。數(shù)據(jù)庫的三級模式和兩級映像保證了數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間的獨立性，使得數(shù)據(jù)的定義和描述可以從應(yīng)用程序中分離出去。另外，由于數(shù)據(jù)的存取由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理，用戶不必考慮存取路徑等細節(jié)，從而簡化了應(yīng)用程序的開發(fā)，大大減少了應(yīng)用程序的維護和修改成本。課堂小結(jié)：教師總結(jié)本次課學習的主要內(nèi)容。課后拓展提升熟悉某種國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫（如達夢數(shù)據(jù)庫）的用法。課后作業(yè)教材習題2教學總結(jié)第3次課（任務(wù)5了解關(guān)系數(shù)據(jù)庫）教學環(huán)節(jié)教學活動主要內(nèi)容學生活動說明課前預習學生通過在線課程平臺預習本單元內(nèi)容。課中講練一、復習鞏固教師依據(jù)上節(jié)課布置的作業(yè)完成情況，對學生吸收不好的知識點進行再次鞏固講解。二、導入新課關(guān)系數(shù)據(jù)庫是現(xiàn)代流行的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍、最有效率的數(shù)據(jù)組織方式之一。教師提問學生：目前常用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫有哪些？Oracle、MySQL、DB2、SQLServer、Access等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)都是關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。三、新課講解任務(wù)3了解關(guān)系數(shù)據(jù)庫教師結(jié)合PPT講解。關(guān)系數(shù)據(jù)庫也有型和值之分。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型也稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式，是對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的描述。關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式包括若干域的定義和在這些域上定義的若干關(guān)系模式。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的值是這些關(guān)系模式在某一時刻對應(yīng)的關(guān)系的集合，通常稱為關(guān)系數(shù)據(jù)庫。關(guān)系數(shù)據(jù)庫是建立在關(guān)系模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)庫，是若干個依照關(guān)系模型設(shè)計的數(shù)據(jù)表文件的集合。關(guān)系（二維表）有3種類型：基本關(guān)系（通常稱為基本表或基表）、查詢表和視圖表。關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供SQL，SQL是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中定義和操作數(shù)據(jù)的標準語言。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點十分突出，其結(jié)構(gòu)簡單，格式唯一，理論基礎(chǔ)嚴格，數(shù)據(jù)表之間相對獨立，同時可以在不影響其他數(shù)據(jù)表的情況下進行數(shù)據(jù)的增加、修改和刪除。在進行查詢時，還可以根據(jù)數(shù)據(jù)表之間的關(guān)聯(lián)性，從多個數(shù)據(jù)表中查詢及抽取相關(guān)的數(shù)據(jù)。2.3.1關(guān)系代數(shù)在計算機上存儲數(shù)據(jù)的目的是使用數(shù)據(jù)，選擇好數(shù)據(jù)的組織形式后，就要確定如何使用這些數(shù)據(jù)。關(guān)系代數(shù)是一種抽象的查詢語言，它用關(guān)系的運算來表達查詢。關(guān)系代數(shù)的運算對象是關(guān)系，運算結(jié)果亦為關(guān)系，它主要運用高等數(shù)學中關(guān)系代數(shù)的集合的相關(guān)理論。關(guān)系代數(shù)的運算按運算符的不同可分為傳統(tǒng)的集合運算和專門的關(guān)系運算兩類。①傳統(tǒng)的集合運算將關(guān)系看成元組的集合，其運算是從關(guān)系的行的角度進行的。它包括并、差、交、笛卡兒積4種運算。②專門的關(guān)系運算包括選擇、投影、連接和除等，它不僅涉及行而且涉及列，常用比較運算符和邏輯運算符來輔助專門的關(guān)系運算符進行操作。關(guān)系代數(shù)中常用的運算如下。集合運算：關(guān)系運算：比較運算：邏輯運算：下面僅對部分運算做簡要介紹。1．投影運算投影運算是對關(guān)系中的列（屬性）進行的運算。它按給定的條件選取關(guān)系中的部分或全部列，將其重新排列后組成一個新的關(guān)系。投影運算屬于單目運算。【例題2.3】將表2-2“學生情況表”記作關(guān)系R，它是一個7度關(guān)系，查詢所有學生的姓名、專業(yè)名、總學分，將查詢結(jié)果組成新表“學生專業(yè)情況表”，如表2-3所示。2．選擇運算選擇運算是對關(guān)系中的行進行的運算，是從指定的關(guān)系中，選取滿足條件的部分或全部行，組成一個新的關(guān)系。選擇運算屬于單目運算，選擇的結(jié)果是原關(guān)系的一個子集，且關(guān)系的模型不變?！纠}2.4】在表2-2所示的“學生情況表”中，查詢網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的學生，查詢得到的關(guān)系如表2-4所示。3．連接運算連接運算是按照給定的條件，把兩個關(guān)系中的一切可能的組合方式拼接起來，形成一個新的關(guān)系，就是對兩個關(guān)系進行笛卡兒積的選擇運算。連接運算是雙目運算。連接運算中有兩種很重要也很常用的連接：等值連接和自然連接。（1）等值連接?！纠}2.5】將學生關(guān)系和選課關(guān)系進行連接，能得到學生及其選課的情況，如表2-5（關(guān)系R）和表2-6（關(guān)系S）。查詢關(guān)系R和S中姓名屬性值相等的元組。（2）自然連接。【例題2.6】例題2.5中關(guān)系R和S的自然連接結(jié)果如表2-8所示。2.3.2關(guān)系數(shù)據(jù)庫標準語言SQLSQL是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標準語言。1．SQL的主要特點SQL具有數(shù)據(jù)查詢（DataQuery）、數(shù)據(jù)操縱（DataManipulation）、數(shù)據(jù)定義（DataDefinition）和數(shù)據(jù)控制（DataControl）功能，其主要特點如下。①綜合統(tǒng)一。②SQL是非過程化的語言。③SQL采用面向集合的操作方式。④以同一種語法結(jié)構(gòu)提供多種使用方式。S⑤語言簡潔，易學易用。此外，SQL支持數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的三級模式結(jié)構(gòu)，模式對應(yīng)基本表，外模式對應(yīng)視圖或部分基本表，內(nèi)模式對應(yīng)存儲文件。2．SQL的組成SQL由以下幾部分組成。（1）DDL。（2）DML。（3）DCL。以上SQL語句的具體用法將會在后面逐一講解。課堂小結(jié)：教師總結(jié)本次課學習的主要內(nèi)容。學生分小組練習，教師巡視指導。課后拓展提升熟悉某種國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫（如達夢數(shù)據(jù)庫）的用法。課后作業(yè)教材習題2實驗2設(shè)計人力資源管理數(shù)據(jù)庫教學總結(jié)第6次課（任務(wù)4實現(xiàn)關(guān)系的規(guī)范化）教學環(huán)節(jié)教學活動主要內(nèi)容說明課前預習學生通過在線課程平臺預習本單元內(nèi)容。課中講練一、復習鞏固教師依據(jù)上節(jié)課布置的作業(yè)完成情況，對學生吸收不好的知識點進行再次鞏固講解。二、導入新課教師提問：如何合理地設(shè)計數(shù)據(jù)庫以確保數(shù)據(jù)的準確與可靠？在創(chuàng)建一個具體的關(guān)系數(shù)據(jù)庫時，需要確定構(gòu)造幾個關(guān)系模式，每個關(guān)系模式由哪些屬性組成。由于思考的角度不同，不同的人設(shè)計同一個數(shù)據(jù)庫時，標識的實體和實體的屬性可能不一樣。要找到一個最優(yōu)的方案，則需要使用一些規(guī)則對數(shù)據(jù)庫的設(shè)計進行規(guī)范。一個好的模式應(yīng)當不會發(fā)生插入異常、刪除異常和更新異常，數(shù)據(jù)冗余應(yīng)盡可能少。關(guān)系模型的規(guī)范化理論是研究如何將一個不好的關(guān)系模型轉(zhuǎn)化為一個比較好的關(guān)系模型的理論。三、新課講解任務(wù)4實現(xiàn)關(guān)系的規(guī)范化教師結(jié)合PPT講解。規(guī)范化理論認為，關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的每一個關(guān)系都要滿足一定的規(guī)范。規(guī)范化的關(guān)系簡稱范式（NormalForm，NF）。根據(jù)滿足規(guī)范的條件不同，可以分為第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、BC范式（BCNF）、第四范式（4NF）和第五范式（5NF）。各種范式之間的關(guān)系為1NF?2NF?3NF?BCNF?4NF?5NF。其中，1NF滿足規(guī)范的條件最低，5NF滿足規(guī)范的條件最高。一個低一級范式的關(guān)系模式通過模式分解可以轉(zhuǎn)換為若干個高一級范式的關(guān)系模式的集合，這個過程就叫規(guī)范化（Normalization）。通常情況下，能夠達到3NF或BCNF，就能減少數(shù)據(jù)冗余，消除插入異常、刪除異常和更新異常，從而基本滿足規(guī)范化的要求。下面簡要介紹關(guān)系數(shù)據(jù)庫的幾種常用范式。2.4.1第一范式（1NF）在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，對關(guān)系模式的基本要求是滿足第一范式，這樣的關(guān)系模式就是合法的、允許的。第一范式是指數(shù)據(jù)表的每一列都是不可分割的基本數(shù)據(jù)項，同一列中不能有多個值，即實體中的某個屬性不能有多個值或者不能有重復的屬性。例如，將學號、姓名、聯(lián)系電話組成一張表，但一個學生可能有一個移動電話和一個家庭電話，所以這張表就不是關(guān)系。將其規(guī)范成第一范式有以下3種方法。①重復存儲學號和姓名，關(guān)鍵字是聯(lián)系電話。②學號為關(guān)鍵字，聯(lián)系電話分為移動電話和家庭電話。③學號為關(guān)鍵字，但每條記錄只能有一個聯(lián)系電話，要么是移動電話，要么是家庭電話。以上3種方法中，第一種方法最不可取，按實際情況選取后兩種方法。這種將非關(guān)系的二維表轉(zhuǎn)化為關(guān)系，就是關(guān)系規(guī)范化的過程。通過規(guī)范化可以使從數(shù)據(jù)庫中得到的結(jié)果更加準確。2.4.2第二范式（2NF）第二范式是在第一范式的基礎(chǔ)上建立起來的，即滿足第二范式必須先滿足第一范式。有些滿足第一范式的關(guān)系模式存在插入異常、刪除異常、修改復雜、數(shù)據(jù)冗余等問題。例如，在分析學生基本信息時，得到表2-12所示的表。表2-12用于保存學生基本信息，其中包括學生學號、姓名及課程成績等信息，如果要刪除其中的一個學生，就必須同時刪除一個相應(yīng)的成績，規(guī)范化就是要解決這個問題?？梢詫⑦@個表轉(zhuǎn)化為兩個表，一個用于存儲每個學生的基本信息，另一個用于存儲每個學生的成績信息，這樣對其中一個表進行添加或刪除操作都不會影響另一個表。分解后的關(guān)系如表2-13和表2-14所示。第二范式要求數(shù)據(jù)表中的每個實例或行必須可以被唯一地區(qū)分。為實現(xiàn)區(qū)分通常需要為表加上一個列，以存儲各個實例的唯一標識。例如表2-12學生基本信息表中添加了學號列，因為每個學生的學號是唯一的，因此每個學生可以被唯一區(qū)分。這個唯一列被稱為主鍵。第二范式要求實體的屬性完全依賴主鍵。完全依賴是指不能存在僅依賴主鍵一部分的屬性。如果存在，那么這個屬性和主鍵這一部分應(yīng)該被分離出來形成一個新的實體，新實體與原實體之間具有一對多關(guān)系?！纠}2.7】在選課關(guān)系表SelectCourse（學號，姓名，出生時間，課程名稱，成績，學分）中，關(guān)鍵字為復合關(guān)鍵字（學號，課程名稱），因為存在如下決定關(guān)系：（學號，課程名稱）→（姓名，出生時間，成績，學分）。這個數(shù)據(jù)表不滿足第二范式，因為存在如下決定關(guān)系：（課程名稱）→（學分）；（學號）→（姓名，出生時間）。即存在復合關(guān)鍵字中的字段決定非關(guān)鍵字的情況。由于不符合第二范式，這個選課關(guān)系表會存在如下問題。（1）數(shù)據(jù)冗余。（2）更新異常。（3）插入異常。（4）刪除異常。假設(shè)把選課關(guān)系表SelectCourse改為如下3個表。學生：xs（學號，姓名，出生時間）。課程：kc（課程名稱，學分）。成績：cj（學號，課程名稱，成績）。這樣的數(shù)據(jù)表是符合第二范式的，它已消除了數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常和刪除異常。另外，所有單關(guān)鍵字的數(shù)據(jù)表都符合第二范式，因為其中不可能存在復合關(guān)鍵字。2.4.3第三范式（3NF）在第二范式的基礎(chǔ)上，第三范式要求一個數(shù)據(jù)表中不包含已在其他表中包含的非主鍵信息。例如，存在一個班級信息表，其中每個班級都有班級編號、班級名、班級簡介等信息。那么在學生信息表中列出班級編號后就不能再將班級名、班級簡介等與班級有關(guān)的信息加入學生信息表中。如果不存在班級信息表，則根據(jù)第三范式創(chuàng)建它，否則就會有大量的數(shù)據(jù)冗余。假定學生關(guān)系表為Student（學號，姓名，出生時間，所在學院，學院地點，學院電話），關(guān)鍵字為單一關(guān)鍵字“學號”，因為存在如下決定關(guān)系：（學號）→（姓名，出生時間，所在學院，學院地點，學院電話）。這個數(shù)據(jù)庫是符合第二范式的，但是不符合第三范式，因為存在如下決定關(guān)系：（學號）→（所在學院）→（學院地點，學院電話）。顯然它也存在數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常和刪除異常的問題。如果把學生關(guān)系表分為如下兩個表。學生：（學號，姓名，出生時間，所在學院）。學院：（學院，地點，電話）。則這樣的數(shù)據(jù)表是符合第三范式的，它已消除了數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常和刪除異常。2.4.4BC范式（BCNF）鮑依斯—科得范式（BoyceCoddNormalForm，BCNF）是由鮑依斯（Boyce）和科德（Codd）提出的，比3NF又進了一步，通常認為是修正的第三范式。BC范式是指在第三范式的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)表中如果不存在任何字段對任一候選關(guān)鍵字段的傳遞函數(shù)依賴。【例題2.8】假設(shè)學生基本信息管理關(guān)系表為StudentManage（學生ID，班級ID，班主任ID，學生姓名，班級名），且存在一名學生在一個班級里，一個班里有一名班主任的關(guān)系。這個數(shù)據(jù)表中存在如下決定關(guān)系：（學生ID，班級ID）→（學生姓名，班級名，班主任ID）；（班主任ID，學生ID）→（班級名，班級ID）。所以，（學生ID，班級ID）和（班主任ID，學生ID）都是StudentManage表的候選關(guān)鍵字，表中非候選關(guān)鍵字不存在傳遞函數(shù)依賴，它是符合第三范式的。但是，由于存在如下決定關(guān)系：（學生ID）→（班級ID，班主任ID）；（班主任ID，班級ID）→（學生ID）。即存在關(guān)鍵字段決定關(guān)鍵字段的情況，所以它不符合BC范式。它會出現(xiàn)如下異常情況。（1）刪除異常。（2）插入異常。（3）更新異常。假設(shè)把學生基本信息管理關(guān)系表分解為兩個關(guān)系表。學生信息管理：StudentManage（學生ID,學生姓名，班級ID）。班級信息管理：Class（班級ID，班級名，班主任ID）。這樣的數(shù)據(jù)表是符合BC范式的，它已消除了刪除異常、插入異常和更新異常。關(guān)系模式規(guī)范化目的是使結(jié)構(gòu)更合理，消除插入異常、刪除異常和更新異常，使數(shù)據(jù)冗余盡量少，便于插入、刪除和更新數(shù)據(jù)。關(guān)系模式規(guī)范化的基本思想是逐步消除數(shù)據(jù)依賴中不合適的部分，使模式中的各關(guān)系模式達到某種程度的“分離”，讓一個關(guān)系模式描述一個實體或?qū)嶓w間的一種聯(lián)系。關(guān)系模式規(guī)范化的方法是將關(guān)系模式投影分解為兩個或兩個以上的模式。如果一個關(guān)系模式中的每一個屬性都是不可再分的數(shù)據(jù)項，則稱它滿足第一范式。消除第一范式中非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴，則得到第二范式。消除第二范式中非主屬性對碼的傳遞函數(shù)依賴，則得到第三范式。消除第三范式中主屬性對碼的部分函數(shù)依賴和傳遞函數(shù)依賴，則得到BC范式。消除BC范式中非平凡且非函數(shù)依賴的多值依賴，則得到第四范式。課堂小結(jié)：教師總結(jié)本次課學習的主要內(nèi)容。學生小組練習，教師巡視指導。課后拓展提升熟悉某種國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫（如達夢數(shù)據(jù)庫）的用法。課后作業(yè)教材習題2實驗2設(shè)計人力資源管理數(shù)據(jù)庫教學總結(jié)第7次課（任務(wù)5了解數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程）教學環(huán)節(jié)教學活動主要內(nèi)容學生活動說明課前預習學生通過在線課程平臺預習本單元內(nèi)容。課中講練一、復習鞏固教師依據(jù)上節(jié)課布置的作業(yè)完成情況，對學生吸收不好的知識點進行再次鞏固講解。二、導入新課在實際項目開發(fā)中，如果系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲量較大，涉及的表較多，表與表之間的關(guān)系比較復雜，就必須先規(guī)范地設(shè)計數(shù)據(jù)庫，然后創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和表。三、新課講解任務(wù)5了解數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程教師結(jié)合PPT講解。數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，設(shè)計優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫的邏輯模式和物理結(jié)構(gòu)，并據(jù)此創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲和管理數(shù)據(jù)，滿足用戶的應(yīng)用需求，包括信息管理需求和數(shù)據(jù)操作需求。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的目標是為用戶提供一個高效、安全的數(shù)據(jù)庫，滿足用戶的使用需求。良好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計表現(xiàn)為訪問效率高；減少數(shù)據(jù)冗余，節(jié)省存儲空間，便于進一步擴展；可以使應(yīng)用程序的開發(fā)變得更容易。數(shù)據(jù)庫設(shè)計一般分為以下6個階段（以學生成績管理數(shù)據(jù)庫的設(shè)計為例）：1．數(shù)據(jù)庫的需求分析需求分析簡單地說就是分析用戶的要求。需求分析階段的主要任務(wù)是通過與用戶溝通，充分調(diào)查研究，搜集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，逐步明確用戶對系統(tǒng)的需求，包括數(shù)據(jù)需求和業(yè)務(wù)處理需求，確定系統(tǒng)的功能，最終得到系統(tǒng)需求分析說明書。需求分析做得是否充分和準確，直接決定了創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的速度與質(zhì)量。需求分析做得不好，會導致整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計返工重做。2．數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計將需求分析得到的用戶需求抽象為概念模型的過程就是概念結(jié)構(gòu)設(shè)計。它是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)主要包括兩個方面：概念數(shù)據(jù)庫模式設(shè)計和事務(wù)設(shè)計。通常采用自頂向下、自底向上逐步求精的方法進行概念結(jié)構(gòu)設(shè)計，產(chǎn)生多層E-R圖。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計大致分為3步進行：對數(shù)據(jù)進行抽象并設(shè)計局部E-R圖；將各局部E-R圖進行合并，形成初步E-R圖；消除不必要的冗余，形成基本的E-R圖。概念模型的作用是與用戶溝通，確認系統(tǒng)的信息和功能。3．數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是將概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段設(shè)計好的概念模型轉(zhuǎn)換為與使用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型相符合的邏輯模型，并對其進行優(yōu)化，定義數(shù)據(jù)完整性、安全性，評估性能。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，將E-R圖轉(zhuǎn)換為多張表，進行邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計，確認各表的主鍵和外鍵，并應(yīng)用數(shù)據(jù)庫設(shè)計的三大范式進行審核，對其進行優(yōu)化。