《数据库系统概论》知识整理
第一节
一、相关概念
1. Data：数据，是数据库中存储的基本对象，是描述事物的符号记录。
2. Database：数据库，是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合。
3. DBMS：数据库管理系统，是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，用于科学地组织、存储和管理数据、高效地获取和维护数据。
4. DBS：数据库系统，指在计算机系统中引入数据库后的系统，一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员（DBA）构成。
5. 数据模型：是用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息的工具，是对现实世界的模拟，是数据库系统的核心和基础；其组成元素有数据结构、数据操作和完整性约束。
6. 概念模型：也称信息模型，是按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计。
7. 逻辑模型：是按计算机系统的观点对数据建模，用于DBMS实现。
8. 物理模型：是对数据最底层的抽象，描述数据在系统内部的表示方式和存取方法，在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法，是面向计算机系统的。
9. 实体和属性：客观存在并可相互区别的事物称为实体。实体所具有的某一特性称为属性。
10.E-R图：即实体-关系图，用于描述现实世界的事物及其相互关系，是数据库概念模型设计的主要工具。
11.关系模式：从用户观点看，关系模式是由一组关系组成，每个关系的数据结构是一张规范化的二维表。
12.型/值：型是对某一类数据的结构和属性的说明；值是型的一个具体赋值，是型的实例。
13.数据库模式：是对数据库中全体数据的逻辑结构（数据项的名字、类型、取值范围等）和特征（数据之间的联系以及数据有关的安全性、完整性要求）的描述。
14.数据库的三级系统结构：外模式、模式和内模式。
15.数据库内模式：又称为存储模式，是对数据库物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的表示方式。一个数据库只有一个内模式。
16.数据库外模式：又称为子模式或用户模式，它是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图。通常是模式的子集。一个数据库可有多个外模式。
17.数据库的二级映像：外模式/模式映像、模式/内模式映像。
二、重点知识点
1. 数据库系统由数据库、数据库管理系统、应用系统和数据库管理员构成。
2. 数据模型的组成要素是：数据结构、数据操作、完整性约束条件。
3. 实体型之间的联系分为一对一、一对多和多对多三种类型。
4. 常见的数据模型包括：关系、层次、网状、面向对象、对象关系映射等几种。
5. 关系模型的完整性约束包括：实体完整性、参照完整性和用户定义完整性。
6. 阐述数据库三级模式、二级映象的含义及作用。
数据库三级模式反映的是数据的三个抽象层次： 模式是对数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。内模式又称为存储模式，是对数据库物理结构和存储方式的描述。外模式又称为子模式或用户模式，是对特定数据库用户相关的局部数据的逻辑结构和特征的描述。
数据库三级模式通过二级映象在 DBMS 内部实现这三个抽象层次的联系和转换。外模式面向应用程序， 通过外模式/模式映象与逻辑模式建立联系， 实现数据的逻辑独立性。 模式/内模式映象建立模式与内模式之间的一对一映射， 实现数据的物理独立性。
第二节
一、相关概念
1. 主键： 能够唯一地标识一个元组的属性或属性组称为关系的键或候选键。 若一个关系有多个候选键则可选其一作为主键(Primary key)。
2. 外键：如果一个关系的一个或一组属性引用(参照)了另一个关系的主键，则称这个或这组属性为外码或外键(Foreign key)。
3. 关系数据库： 依照关系模型建立的数据库称为关系数据库。 它是在某个应用领域的所有关系的集合。
4. 关系模式： 简单地说，关系模式就是对关系的型的定义， 包括关系的属性构成、各属性的数据类型、 属性间的依赖、 元组语义及完整性约束等。 关系是关系模式在某一时刻的状态或内容， 关系模型是型， 关系是值， 关系模型是静态的、 稳定的， 而关系是动态的、随时间不断变化的，因为关系操作在不断地更新着数据库中的数据。
5. . 实体完整性：用于标识实体的唯一性。它要求基本关系必须要有一个能够标识元组唯一性的主键，主键不能为空，也不可取重复值。
6. 参照完整性 ： 用于维护实体之间的引用关系。 它要求一个关系的外键要么为空， 要么取与被参照关系对应的主键值，即外键值必须是主键中已存在的值。
7. 用户定义的完整性：就是针对某一具体应用的数据必须满足的语义约束。包括非空、 唯一和布尔条件约束三种情况。
二、重要知识点
1. 关系数据库语言分为关系代数、关系演算和结构化查询语言三大类。
2. 关系的 5 种基本操作是选择、投影、并、差、笛卡尔积。
3.关系模式是对关系的描述，五元组形式化表示为：R（U，D，DOM，F），其中
R —— 关系名
U —— 组成该关系的属性名集合
D —— 属性组 U 中属性所来自的域
DOM —— 属性向域的映象集合
F —— 属性间的数据依赖关系集合
4.笛卡尔乘积，选择和投影运算如下
第三节
一、相关概念
1. SQL：结构化查询语言的简称， 是关系数据库的标准语言。SQL 是一种通用的、 功能极强的关系数据库语言， 是对关系数据存取的标准接口， 也是不同数据库系统之间互操作的基础。集数据查询、数据操作、数据定义、和数据控制功能于一体。
2. 数据定义：数据定义功能包括模式定义、表定义、视图和索引的定义。
3. 嵌套查询：指将一个查询块嵌套在另一个查询块的 WHERE 子句或 HAVING 短语的条件中的查询。
二、重要知识点
1. SQL 数据定义语句的操作对象有：模式、表、视图和索引。
2. SQL 数据定义语句的命令动词是：CREATE、DROP 和 ALTER。
3. RDBMS(关系型数据库管理系统) 中索引一般采用 B+树或 HASH 来实现。
4. 索引可以分为唯一索引、非唯一索引和聚簇索引三种类型。
6.SQL 创建表语句的一般格式为
CREATE TABLE <表名>
( <列名> <数据类型>[ <列级完整性约束> ]
[，<列名> <数据类型>[ <列级完整性约束>] ] …
[，<表级完整性约束> ] ) ；
其中<数据类型>可以是数据库系统支持的各种数据类型，包括长度和精度。
列级完整性约束为针对单个列(本列)的完整性约束， 包括 PRIMARY KEY、 REFERENCES表名(列名)、UNIQUE、NOT NULL 等。
表级完整性约束可以是基于表中多列的约束，包括 PRIMARY KEY ( 列名列表) 、FOREIGN KEY REFERENCES 表名(列名) 等。
7. SQL 创建索引语句的一般格式为
CREATE [UNIQUE] [CLUSTER] INDEX <索引名>
ON <表名> (<列名列表> ) ；
其中UNIQUE：表示创建唯一索引，缺省为非唯一索引；
CLUSTER：表示创建聚簇索引，缺省为非聚簇索引；
<列名列表>：一个或逗号分隔的多个列名，每个列名后可跟 ASC 或 DESC，表示升/降序，缺省为升序。多列时则按为多级排序。
8. SQL 查询语句的一般格式为
SELECT [ALL｜DISTINCT] <算术表达式列表> FROM <表名或视图名列表>
[ WHERE <条件表达式 1> ]
[ GROUP BY <属性列表 1> [ HAVING <条件表达式 2 > ] ]
[ ORDER BY <属性列表 2> [ ASC｜DESC ] ] ；
其中
ALL／DISTINCT： 缺省为 ALL， 即列出所有查询结果记录， 包括重复记录。 DISTINCT则对重复记录只列出一条。
算术表达式列表：一个或多个逗号分隔的算术表达式，表达式由常量(包括数字和字符串)、列名、函数和算术运算符构成。每个表达式后还可跟别名。也可用 *代表查询表中的所有列。
<表名或视图名列表>： 一个或多个逗号分隔的表或视图名。 表或视图名后可跟别名。
条件表达式 1：包含关系或逻辑运算符的表达式，代表查询条件。
条件表达式 2：包含关系或逻辑运算符的表达式，代表分组条件。
<属性列表 1>：一个或逗号分隔的多个列名。
<属性列表 2>： 一个或逗号分隔的多个列名， 每个列名后可跟 ASC 或 DESC， 表示升/降序，缺省为升序。
关于SQL语句的知识这里先作如上简略介绍，具体写法下次将专门拿出一篇来叙述。
第四节
一、相关概念和知识
1.触发器是用户定义在基本表上的一类由事件驱动的特殊过程。由服务器自动激活， 能执行更为复杂的检查和操作，具有更精细和更强大的数据控制能力。使用 CREATE TRIGGER 命令建立触发器。
2.计算机系统存在技术安全、管理安全和政策法律三类安全性问题。
3. TCSEC/TDI 标准由安全策略、责任、保证和文档四个方面内容构成。
4. 常用存取控制方法包括自主存取控制(DAC)和强制存取控制(MAC)两种。
5. 自主存取控制(DAC)的 SQL 语句包括 GRANT 和 REVOKE 两个。 用户权限由数据对象和操作类型两部分构成。
6. 常见SQL 自主权限控制命令和例子。
1) 把对 Student 和 Course 表的全部权限授予所有用户。
GRANT ALL PRIVILIGES ON TABLE Student，Course TO PUBLIC ；
2) 把对 Student 表的查询权和姓名修改权授予用户 U4。
GRANT SELECT，UPDATE(Sname) ON TABLE Student TO U4 ；
3) 把对 SC 表的插入权限授予 U5 用户，并允许他传播该权限。
GRANT INSERT ON TABLE SC TO U5 WITH GRANT OPTION ；
4) 把用户 U5 对 SC 表的 INSERT 权限收回，同时收回被他传播出去的授权。
REVOKE INSERT ON TABLE SC FROM U5 CASCADE ；
5) 创建一个角色 R1，并使其对 Student 表具有数据查询和更新权限。
CREATE ROLE R1；
GRANT SELECT，UPDATE ON TABLE Student TO R1；
6) 对修改 Student 表结构的操作进行审计。
AUDIT ALTER ON Student ；
数据库知识总结范式
一、相关概念和知识点
22. 数据库常用的存取方法包括索引方法、聚簇方法和 HASH方法三种。
23. 确定数据存放位置和存储结构需要考虑的因素主要有： 存取时间、 存储空间利用率和维护代价等。
二、细说数据库三范式
第一范式（1NF）中数据库表的每一列都是不可分割的基本数据项
同一列中不能有多个值
即实体中的某个属性不能有多个值或者不能有重复的属性。
简而言之，第一范式就是无重复的列。
在任何一个关系数据库中，第一范式（1NF）是对关系模式的基本要求，不满足第一范式（1NF）的数据库就不是关系数据库。
2.2 第二范式（2NF）属性完全依赖于主键[消除部分子函数依赖]
第二范式（2NF）要求数据库表中的每个实例或行必须可以被惟一地区分。
简而言之，第三范式（3NF）要求一个数据库表中不包含已在其它表中已包含的非主关键字信息。
1）学生有那些基本信息
2）学生选了那些课，成绩是什么
3）每个课的学分是多少
4）学生属于那个系，系的基本信息是什么。
根据依赖关系我们可以把选课关系表SelectCourse改为如下三个表：
学生：Student(学号，姓名, 年龄，性别，系别，系办地址、系办电话)；
课程：Course(课程名称, 学分)；
选课关系：SelectCourse(学号, 课程名称, 成绩)。
删除异常 ： 假设一批学生已经完成课程的选修，这些选修记录就应该从数据库表中删除。但是，与此同时，课程名称和学分信息也被删除了。很显然，这也会导致插入异常。
我们再考虑如何将其改成满足第三范式的数据库表，接着看上面的学生表Student(学号，姓名, 年龄，性别，系别，系办地址、系办电话)，关键字为单一关键字"学号"，因为存在如下决定关系：
学生：(学号, 姓名, 年龄, 性别，系别)；
系别：(系别, 系办地址、系办电话)。
SQL语句总结
1）SELECT
将资料从数据库中的表格内选出，两个关键字：从 (FROM) 数据库中的表格内选出 (SELECT)。语法为
SELECT "栏位名" FROM "表格名"。
2）DISTINCT
在上述 SELECT 关键词后加上一个 DISTINCT 就可以去除选择出来的栏位中的重复，从而完成求得这个表格/栏位内有哪些不同的值的功能。语法为
SELECT DISTINCT "栏位名" FROM "表格名"。
3）WHERE
这个关键词可以帮助我们选择性地抓资料，而不是全取出来。语法为
SELECT "栏位名" FROM "表格名" WHERE "条件"
4）AND OR
上例中的 WHERE 指令可以被用来由表格中有条件地选取资料。这个条件可能是简单的 (像上一页的例子)，也可能是复杂的。复杂条件是由二或多个简单条件透过 AND 或是 OR 的连接而成。语法为：
SELECT "栏位名" FROM "表格名" WHERE "简单条件" {[AND|OR] "简单条件"}+
5）IN
在 SQL 中，在两个情况下会用到 IN 这个指令；这一页将介绍其中之一：与 WHERE 有关的那一个情况。在这个用法下，我们事先已知道至少一个我们需要的值，而我们将这些知道的值都放入 IN 这个子句。语法为：
SELECT "栏位名" FROM "表格名" WHERE "栏位名" IN ('值一', '值二', ...)
6）BETWEEN
IN 这个指令可以让我们依照一或数个不连续 (discrete)的值的限制之内抓出资料库中的值，而 BETWEEN 则是让我们可以运用一个范围 (range) 内抓出资料库中的值，语法为：
SELECT "栏位名" FROM "表格名" WHERE "栏位名" BETWEEN '值一' AND '值二'
7）LIKE
LIKE 是另一个在 WHERE 子句中会用到的指令。基本上， LIKE 能让我们依据一个模式(pattern) 来找出我们要的资料。语法为：
SELECT "栏位名" FROM "表格名" WHERE "栏位名" LIKE {模式}
8）ORDER BY
我们经常需要能够将抓出的资料做一个有系统的显示。这可能是由小往大 (ascending) 或是由大往小(descending)。在这种情况下，我们就可以运用 ORDER BY 这个指令来达到我们的目的。语法为：
SELECT "栏位名" FROM "表格名 [WHERE "条件"] ORDER BY "栏位名" [ASC, DESC]
9）函数
函数允许我们能够对这些数字的型态存在的行或者列做运算，包括 AVG (平均)、COUNT (计数)、MAX (最大值)、MIN (最小值)、SUM (总合)。语法为：
SELECT "函数名"("栏位名") FROM "表格名"
10）COUNT
这个关键词能够帮我我们统计有多少笔资料被选出来，语法为：
SELECT COUNT("栏位名") FROM "表格名"
11）GROUP BY
GROUP BY 语句用于结合合计函数，根据一个或多个列对结果集进行分组。语法为：
SELECT "栏位1", SUM("栏位2") FROM "表格名" GROUP BY "栏位1"
12）HAVING
该关键词可以帮助我们对函数产生的值来设定条件。语法为：
SELECT "栏位1", SUM("栏位2") FROM "表格名" GROUP BY "栏位1" HAVING (函数条件)
13）ALIAS
我们可以通过ALIAS为列名称和表名称指定别名，语法为：
SELECT "表格别名"."栏位1" "栏位别名" FROM "表格名" "表格别名"
下面为一个例子，通过它我们应该能很好地掌握以上关键词的使用方法。
Student(S#,Sname,Sage,Ssex) 学生表
Course(C#,Cname,T#) 课程表
SC(S#,C#,score) 成绩表
Teacher(T#,Tname) 教师表
问题：
1、查询“001”课程比“002”课程成绩高的所有学生的学号；
select a.S#
from (select s#,score from SC where C#=’001′) a,
(select s#,score from SC where C#=’002′) b
where a.score>b.score and a.s#=b.s#;
2、查询平均成绩大于60分的同学的学号和平均成绩；
select S#,avg(score)
from sc
group by S# having avg(score) >60;
3、查询所有同学的学号、姓名、选课数、总成绩；
select Student.S#,Student.Sname,count(SC.C#),sum(score)
from Student left Outer join SC on Student.S#=SC.S#
group by Student.S#,Sname
4、查询姓“李”的老师的个数；
select count(distinct(Tname))
from Teacher
where Tname like ‘李%’;
5、查询没学过“叶平”老师课的同学的学号、姓名；
select Student.S#,Student.Sname
from Student
where S# not in (select distinct( SC.S#) from SC,Course,Teacher where SC.C#=Course.C# and Teacher.T#=Course.T# and Teacher.Tname=’叶平’);
6、查询学过“001”并且也学过编号“002”课程的同学的学号、姓名；
select Student.S#,Student.Sname
from Student,SC
where Student.S#=SC.S# and SC.C#=’001′and exists( Select * from SC as SC_2 where SC_2.S#=SC.S# and SC_2.C#=’002′);
7、查询学过“叶平”老师所教的所有课的同学的学号、姓名；
select S#,Sname
from Student
where S# in
(select S#
from SC ,Course ,Teacher
where SC.C#=Course.C# and Teacher.T#=Course.T# and Teacher.Tname=’叶平’ group by S# having count(SC.C#)=(select count(C#) from Course,Teacher where Teacher.T#=Course.T# and Tname=’叶平’));
8、查询所有课程成绩小于60分的同学的学号、姓名；
select S#,Sname
from Student
where S# not in (select Student.S# from Student,SC where S.S#=SC.S# and score>60);
9、查询没有学全所有课的同学的学号、姓名；
select Student.S#,Student.Sname
from Student,SC
where Student.S#=SC.S#
group by Student.S#,Student.Sname having count(C#) <(select count(C#) from Course);
10、查询至少有一门课与学号为“1001”的同学所学相同的同学的学号和姓名；
select S#,Sname
from Student,SC
where Student.S#=SC.S# and C# in （select C# from SC where S#='1001'）;
11、删除学习“叶平”老师课的SC表记录；
Delect SC
from course ,Teacher
where Course.C#=SC.C# and Course.T#= Teacher.T# and Tname='叶平';
12、查询各科成绩最高和最低的分：以如下形式显示：课程ID，最高分，最低分
SELECT L.C# 课程ID,L.score 最高分,R.score 最低分
FROM SC L ,SC R
WHERE L.C# = R.C#
and
L.score = (SELECT MAX(IL.score)
FROM SC IL,Student IM
WHERE IL.C# = L.C# and IM.S#=IL.S#
GROUP BY IL.C#)
and
R.Score = (SELECT MIN(IR.score)
FROM SC IR
WHERE IR.C# = R.C#
GROUP BY IR.C# );
13、查询学生平均成绩及其名次
SELECT 1+(SELECT COUNT( distinct 平均成绩)
FROM (SELECT S#,AVG(score) 平均成绩
FROM SC
GROUP BY S# ) T1
WHERE 平均成绩 > T2.平均成绩) 名次, S# 学生学号,平均成绩
FROM (SELECT S#,AVG(score) 平均成绩 FROM SC GROUP BY S# ) T2
ORDER BY 平均成绩 desc;
14、查询各科成绩前三名的记录:(不考虑成绩并列情况)
SELECT t1.S# as 学生ID,t1.C# as 课程ID,Score as 分数
FROM SC t1
WHERE score IN (SELECT TOP 3 score
FROM SC
WHERE t1.C#= C#
ORDER BY score DESC)
ORDER BY t1.C#;
15、查询每门功成绩最好的前两名
SELECT t1.S# as 学生ID,t1.C# as 课程ID,Score as 分数
FROM SC t1
WHERE score IN (SELECT TOP 2 score
FROM SC
WHERE t1.C#= C#
ORDER BY score DESC )
ORDER BY t1.C#;
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