关系数据库设计与数据库学习指南

那段时间为了准备 SQL Server 数据库考试，前后用了两个星期把整本书完整过了一遍。这部分内容就是当时整理下来的笔记，主要围绕老师划出的重点展开。后来转到 Java 学习，又做了几个项目，再回头看这些知识点，才发现不少地方其实还没真正吃透，所以又专门复习了一遍，也顺手把自己的理解往前推进了一些。有兴趣的话，也可以看看 GitHub 上的相关文章。

1.关系的基本概念和性质

关系就是一张特定的二维表。

-|关系的数学定义：域（同类型值集合），由笛卡儿积（任意域各自相乘）推出关系的定义。

-|性质：同一个关系中，同列同数据类型，不同列属性名不同且不可再分，元组不同，列和行次序无关紧要。

-|实体及实体间的联系用关系来表示（冗余属性，主码外码的关系）。

2.关系的完整性有哪三类？

数据完整性是指关系模型中数据正确性和一致性。

三类完整性约束：

-|实体完整性：关系的主码属性值不为空。

-|参照完整性：F是关系R的外码，F是关系S的主码，称R为参照关系，S为被参照关系。定义了外码与主码之间的引用规则，保证数据一致性。

-|用户自定义完整性：用户根据实际情况对数据进行的规定，也称域完整性规定。（有效性、可靠性）

3.专门的关系运算

关系代数是以关系为运算对象的一组高级运算的集合，是一种抽象的查询语言，是关系数据操作语言的一种传统表达方式。

（运算对象是关系，运算结果也是关系）

关系代数通常分成两类。先看这一类——传统的集合操作，包括交（R∩S={t | t∈R∧t∈S}）、并（R∪S＝｛t｜t∈R∨t∈S｝）、差（R-S={t | t∈R∧t S}）、笛卡儿积（R×S）。

-|专门的关系操作：

选择（σF(R)＝{t | t∈R^ F(t)＝'真'}，F为属性名，右边为返回的值）

投影（πA(R)＝{t[A]|t∈R}，A为属性名，右边为返回的值）

连接（从两个关系的笛卡儿积中选择规定条件的元组），也称θ连接。

-|等值连接：θ为“＝”。

-|自然连接：去掉重复属性的等值连接。

（补充个人思考，要利用另外一张二维表（关系）就需要使用自然连接，也就是说学习数据操作时，就可以先写传统的表达方式再写SQL）

除法……。

-两类辅助运算符（传统和专门都可用）：

-|比较运算符：＞、 ≥、 ＜、 ≤、 ＝、 ≠

-|逻辑运算符：∨（或）、 ∧（与）、 ┐（非）

4.关系规范化的目的以及第一、二、三范式的定义

关系模式中各个属性之间的相互关联，就是数据依赖。

-|函数依赖：X、Y是关系R的属性，每个X只有一个Y，(X→Y)称Y函数依赖X。

例：（主码→其他属性；学号→姓名；学号→性别；学号→出生日期）

-|非平凡函数依赖：X→Y，且Y ! X。（学号、课程号→成绩）

-|平凡函数依赖：X→Y，且Y X。（学号、课程号→课程号）

-|完全函数依赖：Z为X的真子集，X→Y，且Z !→Y。（学号、课程号 !→成绩）

-|部分函数依赖：Z为X的真子集，X→Y，且Z →Y。（学号、课程号→姓名）

-|传递函数依赖：Z为关系R属性，X→Y，Y→Z。（学号→系主任）（所在系号→系主任）

-|多值依赖：4NF

-|连接依赖：5NF

由于在关系模式中的某些不合适的数据依赖引起（数据冗余、更新异常、插入异常、删除异常）。

关系模式规范化的目的：是解决关系模式中存在的异常问题，消除数据依赖中不合适部分。

规范化：一个低一级关系模式，通过模式分解转换成若干个高一级范式的关系模式的集合。

范式（不同的规范化程度的标准）R为一个关系模式。

-|第一范式：R的每个属性的值域都是不可分的简单数据项的集合。

-|第二范式：R的每个非主属性都完全函数依赖于（主或者候选）码。（前提：R∈1NF）

-|第三范式：R的每个非主属性不存在传递函数依赖于（主或者候选）码。（前提：R∈2NF）

-|BC范式：R中每个主属性不存在部分函数依赖和传递函数依赖。（前提：R∈3NF）

5.数据库设计的6个阶段是什么？

按照规范设计方法，数据库设计分为六个阶段：

-|需求分析：分析用户（对象）的要求。

-|概念结构设计：将需求分析得到的数据抽象为反映用户观点的概念模型（事物联系）。

-|逻辑结构设计：将概念设计阶段得到的概念模式转换为具体DBMS所支持的，并建立相应外模式。

-|数据库物理设计：将逻辑设计阶段成型的数据库逻辑模型结合制定的DBMS，设计适合的物理结构。

-|数据库实施：根据逻辑和物理设计的结果，在计算机上建立起实际的数据库结构，并转入数据，进行试运行和评价。

-|数据库运行和维护：数据库实施阶段试运行结果符合设计目标后。

6.逻辑结构设计中怎么将E-R转换为关系数据模型

将实体、属性和实体之间的联系转化为关系模式：

-|实体的转化：将实体转换为一个关系模式。

-|联系的转化：1：1的联系、1：n的联系（选择性建）、m：n的联系（需建立新关系）。