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数据库设计基础

 

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数据库设计基础

数据库的基本概念：数据库，数据库管理系统，数据库系统

数据模型，实体联系模型及 Ｅ－Ｒ 图，从 Ｅ－Ｒ 图导出关系数据模型

关系代数运算，包括集合运算及选择、投影、连接运算，数据库规范化理论

数据库设计方法和步骤：需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计的相关策略

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数据库的基本概念：数据库，数据库管理系统，数据库系统

数据库（Database）是指在计算机系统中存储、组织和管理数据的集合。它通常由一个或多个相关表组成，每个表包含一个特定类别的数据，并且这些数据之间存在着某种关系。

数据库管理系统（Database Management System，DBMS）是一种软件系统，用于管理和操作数据库。它提供了一个结构化的方式来存储和检索数据，可以支持多用户并发访问，保证数据的完整性、一致性和安全性，提高数据访问效率和管理能力。

数据库系统（Database System）是由数据库、数据库管理系统和相关应用程序构成的一个完整的信息系统。它可以帮助用户轻松地管理和访问大量数据，对数据进行审计、备份和恢复，并支持多种应用程序，例如财务、销售、人力资源等。

数据库的基本概念还包括：

1. 数据库模型：描述数据如何在数据库中组织和存储的规则和原则。常见的数据库模型有关系型模型、面向对象模型和文档型模型等。

2. 数据库表：由行和列组成的二维表格，用于存储特定类型的数据。每个表都有一个唯一的名称，并且包含一个或多个列，每个列描述一个特定的数据类型。

3. 主键：用于唯一标识数据库表中的每一行记录的一列或列组合。主键可以帮助识别和检索特定的记录。

4. 外键：用于在不同表之间建立关系的列，它引用另一个表的主键，并确保数据的完整性和一致性。

5. SQL：结构化查询语言（Structured Query Language）是一种用于管理关系型数据库的标准化语言，它可以用于检索、更新和管理数据库中的数据。

数据模型，实体联系模型及 Ｅ－Ｒ 图，从 Ｅ－Ｒ 图导出关系数据模型

数据模型是描述数据、数据之间关系以及数据操作的概念模型。常见的数据模型包括层次模型、网状模型和关系模型等。

实体联系模型（Entity-Relationship Model，E-R Model）是一种用于描述现实世界中实体、实体之间关系和属性的图形化表示方法。它主要由实体、联系和属性组成。

实体（Entity）是指现实世界中可以独立存在并具有唯一标识的事物，例如一个人、一本书或一个订单。实体通常用矩形框表示。

联系（Relationship）表示实体之间的关系。例如，一个学生和一个教师之间可能存在着“学习”关系。联系通常用菱形表示。

属性（Attribute）描述实体的特征或性质。例如，一个学生实体可能有姓名、年龄和性别等属性。属性通常用椭圆形表示。

E-R 图是使用实体、联系和属性表示现实世界中实体之间关系的图形化表示。它由实体框、联系线和属性表示符组成。

在根据 E-R 图导出关系数据模型时，需要将实体、联系和属性转换为对应的表和列。

1. 实体转换为表：每个实体会被转换为一个表，表的每个列对应实体的属性。

2. 联系转换为外键：在表中添加外键来表示实体之间的关系。外键是一个指向另一个表的列，它用于建立联系。

3. 属性转换为列：每个属性会被转换为表中的列，列的数据类型和约束条件根据属性的特性确定。

通过以上转换，可以得到关系数据模型，也即是用关系表表示实体、实体之间的关系以及属性的模型。

关系代数运算，包括集合运算及选择、投影、连接运算，数据库规范化理论

关系代数是一种用于操作关系数据库的形式化查询语言，主要包括集合运算和关系运算。

1. 集合运算：

• 并（Union）运算：将两个关系的元组合并在一起，去除重复元组。
• 交（Intersection）运算：找出同时出现在两个关系中的元组。
• 差（Difference）运算：找出存在于一个关系中但不存在于另一个关系中的元组。

1. 关系运算：

• 选择（Selection）运算：从一个关系中选择满足指定条件的元组。
• 投影（Projection）运算：从一个关系中抽取出指定的属性列，生成一个新的关系。
• 连接（Join）运算：通过共享的属性将两个关系连接在一起，生成一个新的关系。可以使用等值连接、自然连接或其他连接类型。

数据库规范化理论是指将关系数据库设计分解成更小、更规范的关系模式的过程。规范化的目的是消除冗余数据，提高数据的存储效率和查询性能，同时保持数据的一致性和完整性。

规范化理论通常包括以下几个范式：

• 第一范式（1NF）：确保每个属性都是原子的，不可再分。
• 第二范式（2NF）：在满足1NF的基础上，消除非主属性对主键的部分函数依赖。
• 第三范式（3NF）：在满足2NF的基础上，消除非主属性对主键的传递函数依赖。
• BCNF（Boyce-Codd范式）：在满足3NF的基础上，消除主属性对候选键的部分和传递函数依赖。
• 第四范式（4NF）：在满足BCNF的基础上，消除多值依赖。
• 第五范式（5NF）：在满足4NF的基础上，消除连接依赖。

数据库设计方法和步骤：需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计的相关策略

 

数据库设计是一个系统化和逐步的过程，通常包括需求分析、概念设计、逻辑设计和物理设计等步骤。以下是每个步骤的相关策略：

1. 需求分析：

• 理解业务需求：与业务相关的人员交流，了解业务需求、数据要求和操作流程。
• 收集和分析数据：收集相关数据并进行详细的分析，包括数据类型、数据量、数据关系等。
• 确定功能需求：明确数据库需要支持的功能和操作，例如查询、插入、更新、删除等。

1. 概念设计：

• 实体识别和关系建立：根据需求分析阶段的数据分析结果，识别实体和实体之间的关系，建立概念模型。
• 绘制E-R图：使用实体-联系图（E-R图）表示概念模型，清晰地展示实体、关系和属性的结构。

1. 逻辑设计：

• 范式分析：将概念模型转换为符合范式要求的逻辑数据模型，如第三范式（3NF）或BCNF。
• 设计关系模式：将实体和关系转换为关系表，确定表之间的关系、主键和外键等约束。

1. 物理设计：

• 数据库存储结构：确定数据库的存储结构，如表空间、数据文件和日志文件等。
• 索引设计：根据查询需求和性能考虑，在关键字段上创建适当的索引，提高查询效率。
• 安全和备份策略：制定数据安全策略，包括用户权限控制、备份和恢复策略，以保证数据的安全性和可靠性。