关系数据库概述

为什么需要数据库？

因为应用程序需要保存用户的数据，比如Word需要把用户文档保存起来，以便下次继续编辑或者拷贝到另一台电脑。

要保存用户的数据，一个最简单的方法是把用户数据写入文件。例如，要保存一个班级所有学生的信息，可以向文件中写入一个CSV文件：

id,name,gender,score
1,小明,M,90
2,小红,F,95
3,小军,M,88
4,小丽,F,88

如果要保存学校所有班级的信息，可以写入另一个CSV文件。

但是，随着应用程序的功能越来越复杂，数据量越来越大，如何管理这些数据就成了大问题：

读写文件并解析出数据需要大量重复代码；
从成千上万的数据中快速查询出指定数据需要复杂的逻辑。
如果每个应用程序都各自写自己的读写数据的代码，一方面效率低，容易出错，另一方面，每个应用程序访问数据的接口都不相同，数据难以复用。

所以，数据库作为一种专门管理数据的软件就出现了。应用程序不需要自己管理数据，而是通过数据库软件提供的接口来读写数据。至于数据本身如何存储到文件，那是数据库软件的事情，应用程序自己并不关心：

┌──────────────┐
│ application  │
└──────────────┘▲│││read││write│││▼
┌──────────────┐
│   database   │
└──────────────┘

这样一来，编写应用程序的时候，数据读写的功能就被大大地简化了。

数据模型

数据库按照数据结构来组织、存储和管理数据，实际上，数据库一共有三种模型：

层次模型
网状模型
关系模型

层次模型就是以“上下级”的层次关系来组织数据的一种方式，层次模型的数据结构看起来就像一颗树：

            ┌─────┐│     │└─────┘│┌───────┴───────┐│               │┌─────┐         ┌─────┐│     │         │     │└─────┘         └─────┘│               │┌───┴───┐       ┌───┴───┐│       │       │       │
┌─────┐ ┌─────┐ ┌─────┐ ┌─────┐
│     │ │     │ │     │ │     │
└─────┘ └─────┘ └─────┘ └─────┘

网状模型把每个数据节点和其他很多节点都连接起来，它的数据结构看起来就像很多城市之间的路网：

     ┌─────┐      ┌─────┐┌─│     │──────│     │──┐│ └─────┘      └─────┘  ││    │            │     ││    └──────┬─────┘     ││           │           │
┌─────┐     ┌─────┐     ┌─────┐
│     │─────│     │─────│     │
└─────┘     └─────┘     └─────┘│           │           ││     ┌─────┴─────┐     ││     │           │     ││  ┌─────┐     ┌─────┐  │└──│     │─────│     │──┘└─────┘     └─────┘

关系模型把数据看作是一个二维表格，任何数据都可以通过行号+列号来唯一确定，它的数据模型看起来就是一个Excel表：

┌─────┬─────┬─────┬─────┬─────┐
│     │     │     │     │     │
├─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│     │     │     │     │     │
├─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│     │     │     │     │     │
├─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│     │     │     │     │     │
└─────┴─────┴─────┴─────┴─────┘

随着时间的推移和市场竞争，最终，基于关系模型的关系数据库获得了绝对市场份额。

为什么关系数据库获得了最广泛的应用？

因为相比层次模型和网状模型，关系模型理解和使用起来最简单。

关系数据库的关系模型是基于数学理论建立的。我们把域（Domain）定义为一组具有相同数据类型的值的集合，给定一组域D1,D2,…,Dn，它们的笛卡尔集定义为D1×D2×……×Dn={(d1,d2,…,dn)|di∈Di,i=1,2,…,n}，而D1×D2×……×Dn的子集叫作在域D1,D2,…,Dn上的关系，表示为R(D1,D2,…,Dn)，这里的R表示KaTeX parse error: Expected 'EOF', got '#' at position 1: #̲%&^@!&#;!~％¥%

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