《数据库解析》课件

库《数据解析》欢迎来到《数据库解析》的精彩旅程！本课程将带您深入了解数据库系统的核心概念、设计原则、实现技术以及高级应用我们将从数据库系统的基本概念入手，逐步探索关系数据库、SQL语言、数据库安全性、完整性、关系数据理论、数据库设计、恢复技术、并发控制以及数据仓库与数据挖掘等关键领域通过本课程的学习，您将掌握数据库设计的核心技能，能够独立完成数据库系统的设计、开发和管理任务，为未来的职业生涯奠定坚实的基础请与我们一同开启这段知识探索之旅！课程概述课标习程目学内容考核方式本课程旨在帮助学生理解数据库系统的基课程内容涵盖数据库系统概述、关系数据课程考核包括平时作业、实验报告和期末本原理、掌握关系数据库的设计方法和库、SQL语言、数据库安全性、数据库完考试三个部分平时作业主要考察学生对SQL语言的使用，培养数据库系统的设计整性、关系数据理论、数据库设计、数据基本概念和原理的理解；实验报告主要考、开发和管理能力，为学生未来从事相关库恢复技术、并发控制、数据仓库与数据察学生的实践能力；期末考试主要考察学工作奠定基础挖掘等核心主题生对整个课程内容的掌握程度库统第一章数据系概述数据数据的概念、类型和特征，为数据库系统的构建提供基础库数据数据库的定义、特点和分类，理解数据库在信息管理中的作用库统数据管理系DBMS的功能、组成和发展历程，掌握DBMS的核心技术库统

1.1数据系的基本概念库库统库统组数据、数据、数据管理系数据系的成数据是数据库中存储的基本对象，数据库是存储数据的容器，数据数据库系统由硬件、软件、数据和用户组成硬件提供存储和计算库管理系统是管理数据库的软件系统它们之间相互依赖，共同构资源，软件包括数据库管理系统和应用程序，数据是数据库中存储成一个完整的数据库系统的信息，用户通过应用程序与数据库交互库统

1.2数据系的特点结构1数据化2数据的共享性高、冗余度强低且独立性数据库中的数据按照一定的结构组织，便于存储、查询和管数据库中的数据可以被多个用理数据结构化是数据库系统户共享，减少了数据冗余，提的重要特征之一高了数据的一致性同时，数据与应用程序相互独立，便于维护和升级维护3数据一致性和可性数据库系统通过各种机制保证数据的一致性和完整性，提高了数据的质量同时，数据库系统提供了各种工具，便于维护和管理数据库统

1.3数据管理系的功能义纵库运数据定数据操数据的行管理定义数据库中的数据类实现数据的查询、插入管理数据库的运行，包型、结构和约束，描述、更新和删除，操作数括性能监控、安全管理数据的特征和关系据库中的数据和备份恢复等库维数据的建立和护功能创建数据库、维护数据库的结构和数据，确保数据库的正常运行

1.4数据模型物理模型1描述数据在物理存储介质上的组织方式逻辑模型2描述数据的逻辑结构和数据之间的关系概念模型3描述现实世界中的实体和实体之间的关系关库第二章系数据关结构系数据1理解关系数据库的基本组成元素关系、元组、属性、域、关系模式关系操作2掌握关系数据库的常用操作集合运算和专门的关系运算关系完整性3理解关系数据库的完整性约束实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性关结构义

2.1系数据及形式化定关组关关系、元、属性、域、系模式系的特性关系是二维表，元组是表中的一行，属性是表中的一列，域是属性关系具有原子性、唯一性、无序性和列的同质性原子性指属性不的取值范围，关系模式是关系的描述可再分，唯一性指元组不能重复，无序性指元组的顺序无关紧要，列的同质性指同一列的属性具有相同的数据类型关

2.2系操作运专门关运集合算的系算1包括并、差、交、笛卡尔积等操作，用包括选择、投影、连接、除等操作，用2于合并和比较关系于查询和转换关系关约

2.3系的完整性束实体完整性参照完整性保证关系中的主键不为空，确保每保证关系中的外键引用其他关系的个元组的唯一标识主键，维护关系之间的一致性户义用定的完整性根据用户的需求，定义关系中的属性取值范围和约束条件关

2.4系代数选择尔积复连基本操作、投影、并、差、笛卡合操作交、接、除选择用于筛选满足条件的元组，投影用于选择指定的属性列，并用交用于选择两个关系中都存在的元组，连接用于根据指定的条件合于合并两个关系，差用于删除一个关系中包含在另一个关系中的元并两个关系，除用于选择满足特定条件的关系组，笛卡尔积用于生成两个关系的组合语第三章SQL言义数据定使用SQL语句创建、修改和删除数据库中的表结构查询数据使用SQL语句查询数据库中的数据，包括单表查询、多表查询和子查询数据更新使用SQL语句插入、修改和删除数据库中的数据

3.1SQL概述组SQL的特点SQL的基本成SQL具有集成性、统一性和高效性集成性指SQL集数据定义、数SQL由数据定义语言（DDL）、数据操纵语言（DML）和数据控制据操纵和数据控制功能于一体，统一性指SQL使用统一的语法和语语言（DCL）组成DDL用于定义数据库的结构，DML用于操纵数义，高效性指SQL可以高效地查询和管理数据库中的数据据库中的数据，DCL用于控制数据库的访问权限义

3.2数据定创删建表修改表除表使用CREATE TABLE语句创建数据库中的表使用ALTER TABLE语句修改数据库中的表使用DROP TABLE语句删除数据库中的表，，定义表的结构和属性，包括添加、删除和修改属性释放表所占用的存储空间查询

3.3数据语结构单查询查询查询SELECT句的基本表、多表、子SELECT语句用于查询数据库中的数据，基本结构包括SELECT子单表查询用于查询单个表中的数据，多表查询用于查询多个表中的句、FROM子句、WHERE子句、GROUP BY子句和ORDER BY子数据，子查询用于嵌套查询，将一个查询的结果作为另一个查询的句SELECT子句指定要查询的属性列，FROM子句指定要查询的条件表，WHERE子句指定查询条件，GROUP BY子句用于分组查询，ORDER BY子句用于排序查询结果

3.4数据更新插入数据使用INSERT INTO语句向数据库中的表插入新的数据行修改数据使用UPDATE语句修改数据库中的表中的数据行删除数据使用DELETE FROM语句删除数据库中的表中的数据行视图

3.5视图视图创删视图的概念的建与除的更新视图是从一个或多个表中导出的虚拟表，使用CREATE VIEW语句创建视图，使用可以对视图进行更新操作，但不是所有的不存储实际数据，只存储查询语句视图DROP VIEW语句删除视图视图都可更新只有满足特定条件的视图可以简化复杂的查询，提高数据的安全性才能进行更新

3.6索引创删1索引的概念2索引的建与除索引是提高数据查询效率的数使用CREATE INDEX语句创建据结构，类似于书的目录索索引，使用DROP INDEX语句引可以加快查询速度，但会增删除索引加存储空间和维护成本优3索引的缺点优点是可以提高查询速度，缺点是会增加存储空间和维护成本需要根据实际情况选择是否创建索引库第四章数据安全性户鉴别用身份存取控制1验证用户的身份，确保只有授权用户才能控制用户对数据库的访问权限，限制用户2访问数据库只能访问其授权的数据审计数据加密4对敏感数据进行加密，防止未经授权的访记录用户的数据库操作，便于事后追踪和3问分析库

4.1数据安全性概述安全性控制的需求安全性控制的方法保护数据库中的数据免受未经授权的访问、修改和删除，维护数据包括用户身份鉴别、存取控制、视图机制、审计和数据加密等方法的完整性和可用性，共同构建一个完整的数据库安全体系户鉴别

4.2用身份态鉴别动态鉴别静口令口令用户使用预先设定的用户名和密码用户使用动态生成的口令进行身份进行身份验证，安全性较低验证，安全性较高鉴别生物特征用户使用指纹、人脸等生物特征进行身份验证，安全性最高

4.3存取控制强自主存取控制制存取控制角色存取控制用户可以自主地将自己的数据访问权限授数据库管理员根据数据的敏感程度，强制将用户分配到不同的角色，角色具有不同予其他用户，灵活性较高性地控制用户对数据的访问权限，安全性的数据访问权限，简化了权限管理较高视图

4.4机制视图在安全性方面的作用视图可以隐藏数据库中的敏感数据，只向用户提供其需要的数据，提高数据的安全性视图实现的通过CREATE VIEW语句创建视图，定义视图的查询语句审计

4.5审计审计实现的概念的审计是记录用户的数据库操作的过程，便于事后追踪和分析通过数据库管理系统提供的审计功能，记录用户的数据库操作，包括操作时间、操作用户和操作内容等

4.6数据加密加密的基本概念常用加密算法加密是将数据转换为不可读的形式，防止未经授权的访问解密是包括对称加密算法和非对称加密算法对称加密算法使用相同的密将加密的数据转换为可读的形式钥进行加密和解密，速度快，但安全性较低非对称加密算法使用不同的密钥进行加密和解密，安全性高，但速度慢库第五章数据完整性实体完整性保证关系中的主键不为空，确保每个元组的唯一标识参照完整性保证关系中的外键引用其他关系的主键，维护关系之间的一致性户义用定的完整性根据用户的需求，定义关系中的属性取值范围和约束条件实

5.1体完整性实实实现体完整性的概念体完整性的方法实体完整性是指关系中的主键不为空，且具有唯一性主键用于唯通过在创建表时定义主键约束来实现实体完整性主键约束可以保一标识关系中的每个元组证主键不为空，且具有唯一性

5.2参照完整性1参照完整性的概念参照完整性是指关系中的外键引用其他关系的主键，保证关系之间的一致性外键用于建立关系之间的联系实现2参照完整性的方法通过在创建表时定义外键约束来实现参照完整性外键约束可以保证外键的值要么为空，要么是其引用关系的主键值户义

5.3用定的完整性约属性上的束条件可以定义属性的取值范围、数据类型和是否允许为空等约束条件组约元上的束条件可以定义元组的取值范围和约束条件，保证元组的有效性实现

5.4完整性机制发触器触发器是与表关联的存储过程，当表中的数据发生变化时，触发器会自动执行，用于实现复杂的完整性约束储过存程存储过程是一组预编译的SQL语句，可以用于实现复杂的完整性约束约束声明约束声明是在创建表时定义的约束条件，用于实现简单的完整性约束关论第六章系数据理范式理解第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、2第三范式（3NF）和BC范式（BCNF）的概念和特点赖函数依理解函数依赖的概念和性质，掌握函数1依赖的推理规则模式分解3掌握无损连接分解和保持函数依赖分解的方法赖

6.1函数依赖赖质函数依的概念函数依的性函数依赖是指关系中属性之间的依赖关系，如果一个属性的值可以函数依赖具有传递性、分解性和合并性等性质传递性指如果A→B唯一确定另一个属性的值，则称这两个属性之间存在函数依赖关系，B→C，则A→C分解性指如果A→BC，则A→B，A→C合并性指如果A→B，A→C，则A→BC

6.2范式BC范式（BCNF）1最高的范式级别，消除了所有冗余数据第三范式（3NF）2消除了非主属性之间的传递依赖第二范式（2NF）3消除了非主属性对主键的部分依赖第一范式（1NF）4关系中的所有属性都是原子性的

6.3模式分解损连赖无接分解保持函数依分解将一个关系模式分解为多个关系模式，保证分解后的关系模式可以将一个关系模式分解为多个关系模式，保证分解后的关系模式可以通过连接操作恢复到原始关系模式，且不丢失任何信息保持原始关系模式中的所有函数依赖赖统

6.4数据依的公理系统1Armstrong公理系Armstrong公理系统是用于推理函数依赖的公理系统，包括自反律、增广律和传递律规则2推理推理规则是基于Armstrong公理系统推导出的规则，可以用于推理函数依赖，包括合并规则、分解规则和伪传递规则库设计第七章数据需求分析1分析用户的需求，确定数据库需要存储的数据和需要实现的功能结构设计概念2设计数据库的概念模型，包括实体、属性和关系逻辑结构设计3将概念模型转换为逻辑模型，选择合适的数据类型和约束条件结构设计物理4设计数据库的物理存储结构，包括存储介质和存取方法库实数据施5创建数据库、导入数据、测试数据库的功能和性能库设计

7.1数据概述库设计标库设计骤数据的目数据的步数据库设计的目标是创建一个高效、可靠、安全和易于维护的数据数据库设计的步骤包括需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、库系统，满足用户的需求物理结构设计和数据库实施

7.2需求分析数据需求分析分析数据库需要存储的数据，包括实体、属性和关系处理需求分析分析数据库需要实现的功能，包括查询、插入、更新和删除等操作结构设计

7.3概念图绘E-R模型E-R的制E-R模型是一种用于描述现实世界中的E-R图是E-R模型的图形表示，用于描实体、属性和关系的概念模型述实体、属性和关系逻辑结构设计

7.4图关转换关优E-R向系模式的系模式的化将E-R图转换为关系模式，确定关系模式的属性和主键对关系模式进行优化，消除冗余数据，提高数据库的性能结构设计

7.5物理储结构设计存选择合适的存储介质，包括硬盘、固态硬盘和云存储等设计存取方法选择合适的存取方法，包括索引、哈希和B+树等库实

7.6数据施库库试运1数据的建立2数据的行创建数据库、创建表、定义约导入数据、测试数据库的功能束和索引等和性能，修复错误库运维护3数据的行监控数据库的运行状态、备份数据、修复故障等库复术第八章数据恢技务种类事的概念故障的1理解事务的ACID特性原子性、一致性识别事务内部的故障、系统故障和介质故

2、隔离性和持久性障复具体恢策略4恢复的实现技术针对不同类型的故障，采取相应的恢复策3掌握数据转储和登记日志文件的技术略务

8.1事的概念务务态事的特性（ACID）事的状原子性指事务是一个不可分割的操作序列，要么全部执行，要么全事务的状态包括活动状态、部分提交状态、失败状态和提交状态部不执行一致性指事务执行前后，数据库的状态保持一致隔离活动状态指事务正在执行部分提交状态指事务已经执行完毕，但性指多个事务并发执行时，互不干扰持久性指事务一旦提交，其还没有将结果写入数据库失败状态指事务执行失败提交状态指结果将永久保存在数据库中事务已经成功执行，并将结果写入数据库种类

8.2故障的务统事内部的故障系故障由于程序错误、数据错误或并发操由于硬件故障、软件错误或操作系作等原因导致的事务执行失败统崩溃等原因导致的数据库系统崩溃质介故障由于存储介质损坏或丢失等原因导致的数据丢失复实现术

8.3恢的技转储记数据登日志文件定期将数据库中的数据备份到其他存储介质，以便在发生故障时进记录数据库中的所有事务操作，以便在发生故障时进行恢复行恢复复

8.4具体恢策略务复统复质复事故障的恢系故障的恢介故障的恢回滚事务，撤销事务已经执行的操作，将使用日志文件重做已经提交的事务，撤销使用备份数据和日志文件重构数据库，将数据库恢复到事务开始之前的状态尚未提交的事务，将数据库恢复到一致的数据库恢复到最新的状态状态发第九章并控制发问题并操作理解丢失修改、不可重复读和读脏数据等并发操作问题锁封掌握封锁的类型和封锁协议，解决活锁和死锁问题时间戳理解时间戳的概念，掌握基于时间戳的并发控制算法乐观控制法理解乐观控制法的基本思想，掌握乐观控制法的实现发多版本并控制理解多版本并发控制的概念，掌握多版本并发控制的实现发问题

9.1并操作丢复读失修改不可重多个事务同时修改同一数据，导致一个事务多次读取同一数据，由于一个事务的修改被另一个事务覆盖其他事务的修改，导致每次读取的结果不一致读脏数据一个事务读取了另一个事务尚未提交的数据，如果另一个事务回滚，则该事务读取的数据是无效的锁

9.2封锁类锁协议锁锁封的型封活和死包括排他锁和共享锁排他锁用于修改数包括两段锁协议和三段锁协议两段锁协活锁指事务一直无法获得所需的锁，导致据，只允许一个事务持有共享锁用于读议要求事务在执行过程中，只能申请锁，事务无法执行死锁指多个事务互相等待取数据，允许多个事务同时持有不能释放锁三段锁协议允许事务在执行对方释放锁，导致事务无法执行过程中，释放锁，但不能再申请锁时间

9.3戳时间1戳的概念时间戳是一个唯一标识事务的值，用于确定事务的执行顺序时间发2基于戳的并控制算法基于时间戳的并发控制算法通过比较事务的时间戳，确定事务的执行顺序，避免并发操作问题乐观

9.4控制法乐观乐观实现控制法的基本思想控制法的假设并发操作不会发生冲突，只有在事务提交时才检查是否发生冲在事务提交时，检查事务读取的数据是否被其他事务修改如果被突如果发生冲突，则回滚事务修改，则回滚事务发

9.5多版本并控制发多版本并控制的概念为每个数据项维护多个版本，每个事务读取数据项的特定版本，避免并发操作问题发实现多版本并控制的在事务修改数据项时，创建一个新的版本，并将事务的时间戳与版本关联事务读取数据项时，选择时间戳小于等于事务时间戳的最新版本仓库挖第十章数据与数据掘联处机分析理（OLAP）2掌握OLAP的概念、基本操作和实现方法仓库数据理解数据仓库的概念、特点和体系结构1挖数据掘理解数据挖掘的概念、功能和常用的数据3挖掘方法仓库

10.1数据仓库仓库仓库结构数据的概念数据的特点数据的体系数据仓库是一个面向主题、集成、非易失面向主题指数据仓库中的数据按照主题组数据仓库的体系结构包括数据源、数据抽性和时变的数据集合，用于支持管理决策织，便于分析集成指数据仓库中的数据取、数据转换、数据加载、数据仓库、来自多个数据源，经过清洗和转换后集成OLAP服务器和前端工具在一起非易失性指数据仓库中的数据一旦存储，就不会被修改时变指数据仓库中的数据反映了历史变化联处

10.2机分析理（OLAP）OLAP的概念OLAP是一种多维数据分析技术，用于支持决策分析OLAP的基本操作包括切片、切块、钻取、上卷和旋转等操作切片用于选择一个维度的一个值切块用于选择一个维度的多个值钻取用于从汇总数据向下查看更详细的数据上卷用于从详细数据向上查看汇总数据旋转用于改变维度的顺序实现OLAP的方法包括关系OLAP（ROLAP）、多维OLAP（MOLAP）和混合OLAP（HOLAP）ROLAP使用关系数据库存储多维数据MOLAP使用多维数组存储多维数据HOLAP结合了ROLAP和MOLAP的优点挖

10.3数据掘挖挖挖数据掘的概念数据掘的功能常用的数据掘方法数据挖掘是从大量数据中发现有价值的模式包括关联分析、分类、聚类和预测等功能包括决策树、神经网络、支持向量机和K-和知识的过程关联分析用于发现数据之间的关联关系分means等方法类用于将数据分为不同的类别聚类用于将数据分为不同的簇预测用于预测未来的数据课总结程顾1主要内容回回顾数据库系统的基本概念、关系数据库、SQL语言、数据库安全性、数据库完整性、关系数据理论、数据库设计、恢复技术、并发控制、数据仓库与数据挖掘等核心主题难强调2重点点强调关系数据理论中的范式、数据库设计中的E-R模型和关系模式转换、数据库恢复技术中的日志文件和并发控制中的封锁等重点难点习资参考文献与学源书线习资教材与参考目在学源《数据库系统概念》、《数据库系慕课网、中国大学MOOC、统设计》、《SQL Server数据库Coursera、B站等应用》等关库软相数据件MySQL、SQL Server、Oracle、PostgreSQL等。