数据库详解！外模式|概念模式|范式|ER图

数据库

数据库系统（DBS）由4部分组成：

1. 1. 数据库：统一管理、长期存储在计算机内的相关数据的集合

2. 2. 硬件：构成计算机系统包括存储数据所需的外部设备

3. 3. 软件：操作系统、数据库管理系统（DBMS）

4. 4. 人员：系统分析和数据库设计人员、用户、数据库管理员DBA

数据库管理系统（DBMS）的功能：

实现对共享数据有效的组织、管理和存取。包括数据定义、数据库操作、数据库运行管理、存储管理、数据库的建立和维护等。

三级模式

数据库三级模式

1. 内模式

管理如何存储物理等数据，对影具体物理存储文件

2. 概念模式

即使用的基本表，根据应用、需求将物理数据划分成一张张表

3.外模式

对应数据库中的视图级别，将表进行一定的处理后再提供给用户使用

两级映像

1. 外模式-概念模式映像

表和视图之间的映射，存在于概念级和外部级之间，若表中数据发送了修改，只需要修改此映射，无需修改应用程序。

2. 概念模式-内模式映像

表和数据的物理存储之间的映射，存在于概念级和内部级之间，若修改了数据存储方式，只需要修改此映射，而不需要修改应用程序。

数据库设计

需求分析：分析数据存储的要求，产出物有数据流图、数据字典、需求说明书

概念结构设计：设计E-R（实体-关系）图，与物理实现无关

逻辑结构设计：将E-R图转换成关系模式，转换成实际的表和表中的列属性

物理设计：根据生成的表等概念，生成物理数据库

数据模型三要素：数据结构（对象类型的集合）、数据操作（对象的实例允许的操作集合）、数据的约束条件（一组完整性规则的集合）

E-R图

椭圆：属性

长方形：实体

菱形：联系

E-R图

关系模型

T(C1, C2, C3)

关系代数运算

并：结果是两张表中所有记录数合并，相同结果只显示一次

交：结果是两张表中相同的记录

差：S1-S2，结果是S1表中有而S2表中没有的记录

笛卡尔积×：S1 × S2，结果包括S1和S2中的所有属性列，并且S1中每条记录和S2中每条记录组合成一条记录，最终属性列为S1+S2，记录数为S1*S2

投影π：按条件选择某关系模式中的某列，列也可以用数字表示– select

选择σ：按条件选择某关系模式中的某条记录– where

自然连接⋈：显示全部的属性列，相同的只显示一次，显示两个关系模型中属性相同且值相同的记录

函数依赖

给定一个X，能唯一确定一个Y，就称X确定Y，或者Y依赖于X。

完全函数依赖

（A，B）可以确定C，（A，B）的子集（A）和（B）都不能确定C，则称C完全依赖于（A，B）

部分函数依赖

A可确定C，（A，B）也可确定C，（A，B）的子集（A）也可以确定C，则称C部分依赖于（A，B）

传递函数依赖

A和B不等价，当A可确定B，B可以确定C时，A能确定C，则A，C满足传递依赖

键与约束

超键：能唯一标识此表的属性的组合

候选键：超键中去掉冗余的属性，剩余的属性就是候选键

主键：任选一个候选键，即可作为主键

外键：其他表的主键

主属性：候选键内的属性为主属性，其他属性为非主属性

实体完整性约束：主键约束，主键值不能为空，也不能重复

参照完整性约束：外键约束，外键必须时其他表中已经存在的主键的值，或者为空。

用户自定义完整性约束：自定义表达式约束

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第一范式1NF

所有属性都不可再分割，比如地址字段Address：XX省XX市XX区XX街道XXX就不满足第一范式，因为还可以细分为Province、City、District、Street等字段。

第二范式2NF

满足第一范式的前提下，每一个非主属性完全依赖于主键（不存在部分依赖）。即每一列都与主键相关，且不能只与主键（联合主键）的一部分相关。

比如一个学生成绩表，学生学号和课程号作联合主键

这个例子里非主属性姓名，部分依赖于主键，所以不满足第二范式。应该去掉姓名属性，也就不存在冗余列。

第三范式3NF

满足第二范式的前提下，没有非主属性传递依赖于主键。

比如员工信息表，员工号作唯一主键

存在员工号 -> 部门 -> 部门地址的传递依赖

BC范式BCNF

• • 所有非主属性都完全函数依赖于每个候选键

• • 所有主属性都完全函数依赖于每个不包含它的候选键

• • 没有任何属性完全函数依赖于非候选键的任何一组属性

满足3NF不一定满足BCNF，满足BCNF一定满足3NF。

事务

事务特性ACID

原子性Atomic：要么全部执行，要么全部不执行

一致性Consistents：事务发生后数据是一致的

隔离性Isolation：事务的更新操作直到其成功提交的整个过程对其他事务是不可见的，不同事务相互隔离

持续性Duration：事务完成后，对数据库数据的修改将被持久性存储

三级封锁协议

排他所X：事务T对数据D加排他锁X，只允许事务T读取和修改数据D， 其他事务不允许再加排他锁X和共享锁S。

共享锁S：事务T对数据D加共享锁S，事务T只能对数据D进行读取（共享锁也叫读锁），其他事务只能对数据D加共享锁S，不能加排他锁，知道T释放共享锁。

数据库故障

数据库备份

静态转储：冷备份，在转储期间不允许对数据进行任何存取、修改操作

• • 优点：快速、简单

• • 缺点：只能提供某一时间点上的恢复，不能按表或按用户恢复

动态转储：热备份，在转储期间允许对数据进行存取、修改操作

• • 优点：可在表空间或数据库文件级备份，数据库仍可使用，可达到秒级恢复

• • 缺点：不能出错

完全备份：备份所有数据

差量备份：仅备份上一次完全备份之后变化的数据

增量备份：备份上一次备份之后变化的数据

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题外话

“不是只有程序员才要学编程？！”

认真查了一下招聘网站，发现它其实早已变成一项全民的基本技能了。

连国企都纷纷要求大家学Python!

世界飞速发展，互联网、大数据冲击着一切，各行各业对数据分析能力的要求越来越高，这便是工资差距的原因，学习编程顺应了时代的潮流。

在这个大数据时代，从来没有哪一种语言可以像Python一样，在自动化办公、爬虫、数据分析等领域都有众多应用。

更没有哪一种语言，语法如此简洁易读，消除了普通人对于“编程”这一行为的恐惧，从小学生到老奶奶都可以学会。

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它的角色类似于现在Office，成了进入职场的第一项必备技能。

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五、实战案例

纸上得来终觉浅，要学会跟着视频一起敲，要动手实操，才能将自己的所学运用到实际当中去，这时候可以搞点实战案例来学习。

六、面试宝典

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