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全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試四級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)工程師考試知識(shí)點(diǎn)總結(jié)-閱讀頁(yè)

2024-11-16 13:04本頁(yè)面
  

【正文】 完整性 關(guān)系的完整性( 完整性約束 ):是對(duì)關(guān)系的某種約束規(guī)則和關(guān)系滿足的定義。 靜態(tài)完整性約束規(guī)則: ( 1) 主碼約束:主碼必須滿足: ( A) 惟一性:在一個(gè)關(guān)系中不存在兩個(gè)元組,它們具有相同的主碼值; ( B) 最小性:不存在從組成主碼的屬性集中去掉一 個(gè)屬性,還仍能保持?jǐn)?shù)據(jù)的惟一性; 候選碼 :符合主碼條件,但沒(méi)有被選為主碼。(并、交、差、笛卡爾積); 專門的關(guān)系運(yùn)算。 ( 翻譯: 只要 X 上的屬性值相等,則 Y 上的屬性只 就相等 ) ( 2) 這里討論的函數(shù)關(guān)系與數(shù)學(xué)上的不同,是不能計(jì)算的,是一個(gè)關(guān)系中屬性之間存在的依賴關(guān)系;它是一種語(yǔ)義范疇的概念,只能根據(jù)兩個(gè)屬性之間的語(yǔ)義來(lái)確定一個(gè)函數(shù)依賴是否存在。 ( 2) 若 X?Y,但 Y 不完全函數(shù)依賴于 X,則稱 Y 對(duì) X 是部分函數(shù)依賴,記作 Xp?Y( 即至少存在一個(gè)真子集 X’函數(shù)決定 Y) ; 傳遞函數(shù)依賴: 在關(guān)系 R( U)模式中,如果 X 決定 Y, ( Y 不屬于 X), Y 不決定 X, Y 決定 Z,則稱 Z 對(duì) X 傳遞函數(shù)依賴。 函數(shù)依賴的推理規(guī)則: ( Armstrong 公理 及推論 ) ( 1) 自反律:若 Y(包含于) X(包含于) U,則 X?Y 成立; ( 2) 增廣律:若 X?Y,且 Z(包含于) U,則 XZ?YZ 成立; ( 3) 傳遞律:若 X?Y, Y?Z,則 X?Z 成立; 推論 ( 4) 合并規(guī)則:若 X?Y, X?Z 成立,則 X?YZ; ( 5) 分解規(guī)則:若 X?Y 和 Z(包含于) Y 成立,則 X?Z 也成立; ( 6) 偽傳遞規(guī)則:若 X?Y, YW?Z,則 XW?Z 成立; 屬性集閉包: ( 1) 設(shè) F 是屬性集 U 上的函數(shù)依賴集, X 為 U 的一個(gè)子集,那么對(duì)于 F,屬性集 X 關(guān)于 F 的閉包(用 X+表示)為: X+={A|X?A}( 最大的 Y 的集合 ) ( 2) 由屬性集團(tuán)包的定義可知,若想判斷函數(shù)依賴 X?Y 是否成立,只要計(jì)算 X 關(guān)于函數(shù)依賴集 F 的閉包,若 Y 是 X 閉包中的一個(gè)元素則 X?Y 成立; 確定關(guān)系的碼: ( 1) 利用 迭代算法 計(jì)算 X+,步驟如下: ( A) 選 X 作為閉包 X+的初值 X( 0); ( B) 由 X( i)計(jì) 算 X( i+1)時(shí),它是由 X( 0)并上屬性集合 A 所組成,其中 A 滿足下列條件: Y(包含于) X( i),且 F 中存在函數(shù)依賴 Y?Z,而 A(包含于) Z。 5. 3. 3 規(guī)范化設(shè)計(jì)方法 第一范式: ( 1) 定義:設(shè)關(guān)系模式 R( F, U), 如果 R 的每一個(gè)屬性都是不可分的數(shù)據(jù)項(xiàng) ,則此關(guān)系模式為第一范式; ( 2) 一個(gè)給定關(guān)系和第一范式( 1NF)的區(qū)別: ( A) 一個(gè)關(guān)系中的數(shù)據(jù)按照行和列的形式組織,每個(gè)元組具有相同數(shù)目的屬性個(gè)數(shù),且每一個(gè)元組的屬性值具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)類型和長(zhǎng)度;元 組或?qū)傩缘呐帕信c順序無(wú)關(guān),每個(gè)元組必須通過(guò)一個(gè)屬性或?qū)傩越M惟一識(shí)別; ( B) 第一范式實(shí)際上對(duì)關(guān)系增加了一個(gè)約束,即 關(guān)系中元組的每個(gè)屬性都只取一個(gè)值 ,第一范式是對(duì)關(guān)系模式的基本要求,不滿足第一范式的數(shù)據(jù)庫(kù)就不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。 ( 4) 第二范式實(shí)際上對(duì)關(guān)系增加了一個(gè)約束,就是 關(guān)系中的每一個(gè)屬性必須完全依賴于主碼(造成 分表 ) , 即在第一范式的基礎(chǔ)上,消除非主屬性對(duì)主碼的部分函數(shù)依賴可達(dá)到 2NF; 第三范式: ( 1) 定義:若關(guān)系 R( U, F)為第一范式,且 不存在非主屬性對(duì)主碼的傳遞函數(shù)依賴 ,則稱 R為第三范式; ( 2) 第三范式是在第二范式的基礎(chǔ)上對(duì)關(guān)系又增加了一個(gè)約束,就是關(guān)系中的 每一個(gè)非主屬性必須只依賴于主碼 。 改進(jìn)的第三范式 ( BCNF) : ( 1) 定義:如果關(guān)系模式 R 是 1NF,且 每個(gè)屬性既不 存在部分函數(shù)依賴也不存在傳遞函數(shù)依賴于候選碼 ,則稱 R 是改進(jìn)的第三范式( BCNF)。即是從 BCNF 范式中消除主碼內(nèi)的獨(dú)立依賴集(非平凡多值依賴)可達(dá) 4NF; 連接依賴與 5NF ( 1) 連接 依賴:設(shè)關(guān)系模式 R, R 的屬性子集為 R R R R R R R7? .,當(dāng)且僅當(dāng)R 的每個(gè)合法值等于 R R R R R R R7? 的投影連接時(shí),稱 R 滿足連接依賴; ( 2) 第五范式:設(shè) R 是一個(gè)滿足 5NF 的關(guān)系模式,當(dāng)且僅當(dāng) R 的每一個(gè)非平凡連接依賴都被R 的候選碼所蘊(yùn)含,即從 4NF 中消除非候選碼所蘊(yùn)含的連接依賴為 5NF; 總結(jié): ( 1) 范式表達(dá)了關(guān)系模式滿足的條件,也是衡量關(guān)系模式設(shè)計(jì)優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn); ( 2) 利用范式進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)的目的是消除數(shù)據(jù)冗余,避免出現(xiàn)異常,使結(jié)構(gòu)更合理; ( 3) 規(guī)范化設(shè)計(jì)的基本過(guò)程是對(duì)關(guān)系進(jìn)行的分解,消除屬性間不合理的數(shù)據(jù)依賴,用一組等價(jià)的子關(guān)系 代替原有的關(guān)系; ( 4) 數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)范化的程序越高,其關(guān)系表就越多,從而增加了表之間連接運(yùn)算的代價(jià),影響了數(shù)據(jù)庫(kù)的執(zhí)行速度和性能。 5. 4 數(shù)據(jù)庫(kù)模式設(shè)計(jì) 5. 4. 1 初始關(guān)系模式的設(shè)計(jì) 把 ER 圖轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式 : ( 1) 把 ER 模型中的每個(gè)實(shí)體集轉(zhuǎn)換成一個(gè)同名的關(guān)系,實(shí)體集的屬性就是關(guān)系的屬性,實(shí)體集的碼就是關(guān)系的碼; ( 2) 把 ER 模型中的每個(gè)聯(lián)系轉(zhuǎn)換成一個(gè)關(guān)系,與該聯(lián)系相連的各實(shí)體集的碼以及聯(lián)系的屬性轉(zhuǎn)換成為 關(guān)系的屬性。 優(yōu)化屬性:確定各字段的類型和長(zhǎng)度; 確認(rèn)模式滿足需要: 5. 4. 3 數(shù)據(jù)完整性設(shè)計(jì) 指定義數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)值滿足的約束條件,通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)值的約束維護(hù)關(guān)系的完整性。 從數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)角度需要解決如下 4 個(gè) 問(wèn)題 : ( 1) 文件的組織; ( 2) 文件的結(jié)構(gòu); ( 3) 文件的存取; ( 4) 索引技術(shù); 6. 1. 2 文件組織 數(shù)據(jù)庫(kù)與文件的對(duì)應(yīng)關(guān)系 ( 1) 在外存中, 數(shù)據(jù)庫(kù)以文件形式組織 ,文件由邏輯記錄組成,記錄由 多個(gè)域組成; ( 2) 一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)包括 一張或多張 關(guān)系表,關(guān)系表與文件的對(duì)應(yīng)關(guān)系有如下方式: ( A) 每張關(guān)系表單獨(dú)用一個(gè)文件來(lái)存儲(chǔ),由 DBMS 通過(guò) OS 的文件管理功能來(lái)管理; ( B) 現(xiàn)代中大型 DBMS 是由 OS 直接分配一塊大的磁盤空間, DBMS 將該磁盤空間作為數(shù)據(jù)庫(kù)磁盤文件直接管理, DB 的所有關(guān)系表都存儲(chǔ)在該文件中; ( 4) 關(guān)系表在邏輯上由一系列元組組成,元組由多個(gè)屬性組成,每個(gè)元組可以用磁盤文件中的一個(gè) 邏輯記錄 來(lái)存儲(chǔ),記錄包括多個(gè)域,對(duì)應(yīng)元組的多個(gè)屬性; 文件記錄格式: ( 1) 數(shù)據(jù)庫(kù)文件通常采用兩種邏輯記錄格式: 定長(zhǎng)記錄格式 和 變 長(zhǎng)記錄格式 ; 6. 2 文件結(jié)構(gòu)與存取 6. 2. 1 堆文件 堆文件也稱無(wú)序文件,記錄隨機(jī)在存儲(chǔ)在文件物理空間是, 新插入的記錄存儲(chǔ)在文件的末尾 ; 堆文件常常用作存儲(chǔ)那些 將來(lái)使用,但目前不清楚如何使用 的記錄,為了實(shí)現(xiàn)文件記錄的有效存取,堆文件經(jīng)常與附加的存取路徑一起使用; 查找操行平均需要搜索( B+1) /2 個(gè)磁盤塊,效率比較低; 插入操作十分簡(jiǎn)單 ,先讀文件頭,找到最末磁盤地址,將最末磁盤塊讀入內(nèi)存,將需插入的新記錄寫入磁盤塊的末端,最后將修改過(guò)的磁盤塊寫回磁盤; 刪除比較復(fù)雜,可以 先找到 被刪除記錄所在的 磁盤塊,讀入內(nèi)存后在內(nèi)存緩沖區(qū)刪除記錄,最后再寫回磁盤;也可以在每個(gè)記錄的磁盤空間增加一個(gè)刪除標(biāo)志位,當(dāng)需要?jiǎng)h除記錄時(shí),將標(biāo)示位置 1; 6. 2. 2 順序文件 順序文件按照文件記錄在 查詢碼上 的取值的大小順序排列各個(gè)記錄; 順序文件的每個(gè)記錄中有一個(gè) 指針 字段,根據(jù)查詢碼大小用指針將各個(gè)記錄按序連接起來(lái); 文件建立時(shí),應(yīng)盡量使記錄的物理順序與查找碼的順序一致,以減少訪問(wèn)磁盤塊的次數(shù); 根據(jù)查詢條件對(duì)順序文件進(jìn)行查詢時(shí),如 查詢條件定義在查找碼 上,則使用 二分法 查找技術(shù)快速找到記錄,如條件不在查找碼上,則必須從頭到尾依 次掃描磁盤塊,與堆文件一致,所以順序文件的訪問(wèn)效率也不高; 順序文件插入工作包括定位和插入: ( 1) 定位:在指針鏈中找到插入的位置,即插入記錄在哪個(gè)記錄的前面; ( 2) 插入:如有自由空間,則在該位置插入新記錄,如沒(méi)有自由空間,則只能插入 溢出塊 中,重新調(diào)整記錄指針鏈關(guān)系,保證記錄順序; 6. 2. 3 聚集文件 聚集文件是一種具有 多種記錄類型 文件,存儲(chǔ)了來(lái)自多個(gè)關(guān)系表的數(shù)據(jù),每個(gè)關(guān)系表對(duì)應(yīng)文件中的一種記錄類型; 當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)量效大時(shí),對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢需要多次訪問(wèn)磁盤文件,嚴(yán)重影響性能指標(biāo),為了降低多表操作時(shí)的磁盤訪問(wèn)次數(shù),提高 多表查詢速度,可采用聚集文件; 聚集文件 將不同關(guān)系表中有關(guān)聯(lián)關(guān)系的記錄存儲(chǔ)在同一磁盤塊內(nèi) ,從而減少多表查詢時(shí)磁盤塊的訪問(wèn)次數(shù),提高處理速度; 6. 2. 4 索引文件 是一種利用索引技術(shù)技術(shù)快速文件訪問(wèn)的文件組織和存取方法; 6. 2. 4 散列文件 是一種利用散列函數(shù)支持快速文件訪問(wèn)的文件組織和存取方法; 6. 3 索引技術(shù) 6. 3. 1 基本概念 索引技術(shù):是一種快速文件訪問(wèn)技術(shù),它將一個(gè)文件的每個(gè)記錄在某個(gè)或某些域(屬性)上的取值 與該記錄的物理地址直接聯(lián)系起來(lái) ,提供了一種根據(jù)記錄域的取 值快速訪問(wèn)文件記錄的機(jī)制;它 的關(guān)鍵是建立取值域到記錄的物理地址 的映射關(guān)系,這種 映射關(guān)系叫索引 ; 索引技術(shù)分類: ( 1) 有序索引技術(shù):利用 索引文件 ( 相當(dāng)于書的目錄 ) 實(shí)現(xiàn)記錄域(查找碼)取值到記錄物理地址間的映射關(guān)系,索引文件由索引記錄組成,每個(gè)記錄中記載一個(gè)索引項(xiàng),索引項(xiàng)記錄了某個(gè)特定的查找碼值和具有該值的數(shù)據(jù)文件記錄的物理地址; ( 2) 散列技術(shù):利用一個(gè) 散列函數(shù) 實(shí)現(xiàn)記錄域取值到記錄物理地址間的直接映射關(guān)系; 有序索引: 有序 索引作為基于索引文件的索引技術(shù),需要考慮兩個(gè)問(wèn)題: ( 1)如何組織索引文件中的索引記錄;( 2)如何從索引文件出發(fā),訪問(wèn)數(shù)據(jù) 文件中的數(shù)據(jù)記錄; ( A) 當(dāng)需要采用有序索引機(jī)制快速訪問(wèn)數(shù)據(jù)文件時(shí),首先要為該數(shù)據(jù)文件建立一個(gè)索引文件,它是索引記錄和索引項(xiàng)的集合; ( B) 索引文件建立的方法:首先選定某些記錄域作為查找碼,然后建立數(shù)據(jù)記錄在查找碼上的取值與物理地址間的映射關(guān)系,組成索引項(xiàng)。 首先指定文件記錄的一個(gè) 域作為查找碼 (散列域),然后定義一個(gè)查找碼上的函數(shù)(散列函數(shù)),函數(shù)的輸 入為查找碼值,輸出為物理地址; 一般使用桶作為基本的存儲(chǔ)單位 ,一個(gè)桶可存放多個(gè)文件記錄,物理地址可以是記錄所在的桶號(hào),散列函數(shù)的輸出可以是桶號(hào); 6. 4. 2 散列函數(shù) 散列方法依賴于好的散列函數(shù),它應(yīng)該盡可能均勻地將查找碼分布到各個(gè)桶中,具體要滿足如下兩個(gè)條件: ( 1) 地址的分布是均勻的; ( 2) 地址的分布是隨機(jī)的; 6. 4. 3 桶溢出 產(chǎn)生桶溢出的兩個(gè)原因: ( 1) 文件初始設(shè)計(jì)時(shí),為文件記錄預(yù)留的存儲(chǔ)空間不足; ( 2) 散列函數(shù)的均勻分布性不好; 設(shè)計(jì)散列函數(shù)時(shí),應(yīng)根據(jù)文件大小決定物理空間,一般應(yīng)有 20%余量,再設(shè)計(jì)合適的桶數(shù)目和 桶大小,盡可能留有一些空閑桶,降低桶溢出的可能性; 桶溢出的現(xiàn)象是難免的,需要 DBS 采用相應(yīng)的桶溢出處理機(jī)制; 散列方法的缺點(diǎn):為了避免桶溢出。 6. 5 數(shù)據(jù)字典 數(shù)據(jù)字典(系統(tǒng)目錄)中存儲(chǔ)了 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的各類描述信息和 DBMS 所需的控制信息 ,全稱 數(shù)據(jù)庫(kù)元數(shù)據(jù) ; 數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的各類描述信息:包括外模式、模式、內(nèi)模式以及它們之間的映射的描述; DBMS 所需的控制信息:包括查詢優(yōu)化、安全性檢查、用戶權(quán)限驗(yàn)證等; 數(shù)據(jù)字典主要包括 : ( 1) 關(guān)系模式信息; ( 2) 與視圖描述有關(guān)的信息; ( 3) 關(guān)系的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法信息; ( 4) 完整性約束信息; ( 5) 安全性有關(guān)信息; ( 6) 數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)信息; 6. 6 數(shù)據(jù)庫(kù)物理設(shè)計(jì) 6. 6. 1 設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容 數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):在具體的硬件環(huán)境、 OS、 DBMS 約束下,根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯設(shè)計(jì)結(jié)果,設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)。但散列文件組織不適合以下情況: ( A) 基于散列值域的非精確查詢; ( B) 基于非散列域進(jìn)行查詢時(shí); ( 4) B樹(shù)和 B+樹(shù)文件是實(shí)際數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中使用非常廣泛的索引文件結(jié)構(gòu),適合于定義在 大數(shù)據(jù)量 基本表上、基于查找碼的等值查詢等; ( 5) 如果某此重要而頻繁的用戶查詢經(jīng)常需要進(jìn)行多表 連接操作 ,可考慮將這些基本表組織為聚集文件; 設(shè)計(jì)存取路徑: ( 1) 為數(shù)據(jù)庫(kù)文件設(shè)計(jì) 合理的物理存儲(chǔ)位置; ( 2) 為基本表設(shè)計(jì)索引機(jī)制 ( 加快了數(shù)
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