【数据库SQL server】自学终极笔记

本文涉及的产品
云数据库 RDS SQL Server,独享型 2核4GB
简介: 【数据库SQL server】自学终极笔记



🌌第一章 绪论

🌍1. 数据库系统概述

🪐1.1 数据库的四个基本概念

  1. 数据(Data): 描述事物的符号记录
    语义:数据的含义
  2. 数据库(DB):长期存储在计算机内、有组织、可共享的大量数据的集合
    特点:永久存储、有组织、可共享
  3. 数据库管理系统(DBMS):计算机的基础软件
  4. 数据库系统(DBS): 由  DB/DBA/DBMS+应用程序  组成的系统

注意:数据库管理员(DBA):不属于实体


🪐1.2 数据库管理三阶段

人工管理阶段--> 文件系统阶段 -->  数据库系统阶段   标志着数据管理技术的飞跃,以加工数据的程序为中心   转变为    围绕共享的数据库为中心


🪐1.3 DBS特点

  1. 数据结构化
  2. 数据共享性高、冗余度低且易扩充
  3. 数据独立性高(包括物理独立和逻辑独立)
  4. 数据由DBMS统一管理和控制

🌍2. 数据模型:对现实世界的抽象

🪐2.1 两类数据模型

1.两类数据模型:概念模型+逻辑模型和物理模型


🪐2.2 概念模型

概念模型:表示方法:实体-联系方法(E-R方法,用E-R图)

现实世界->概念模型基本知识

  1. 实体:客观存在且可相互区分的事物      ------对应概念模型的记录
              如:人、事、物...
  2. 属性:实体的某一特征    ------对应概念模型的字段(数据项)
              如:学生姓名、学号...
  3. 码(key):唯一标识属性集
              如:学号
  4. 实体型:实体名+属性名集合
              如:学生(学号,姓名,性别...)
  5. 实体集:同类型实体集合
              如:全体学生
  6. 联系:实体内部联系+实体之间联系,可一对一、一对多、多对多

🪐2.3 数据模型

1 组成要素:

  1. 数据结构:DB对象与对象之间的联系
  2. 数据操作:增删改查
  3. 数据的完整性约束:一组完整性规则

2 常用数据模型:

  1. 层次模型
  2. 网状模型
  3. 关系模型
  4. 待续..

注:层次模型与网状模型统称格式化模型


🌕2.3.1 层次模型

层次模型:一根一双亲      关系:一对多

定义:

  1. 有且只有根结点没有双亲结点
  2. 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点

示例:

数据操纵:增删改查

层次模型的完整性约束条件:

  1. 无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值
  2. 如果删除双亲结点值,则相应的子女结点值也被同时删除
  3. 更新操作时,应更新所有相应记录,以保证数据的一致性

优缺点

优点:

  1. 层次模型的数据结构比较简单清晰
  2. 查询效率高,性能优于关系模型

缺点:

  1. 结点之间的多对多联系表示不自然
  2. 对插入和删除操作的限制多,应用程序的编写比较复杂
  3. 查询子女结点必须通过双亲结点层次命令趋于程序化

🌕2.3.2 网状模型

网状模型:多根多双亲      关系:多对多

定义:

  1. 允许一个以上的结点无双亲
  2. 一个结点可以有多于一个的双亲

示例:

数据操纵:增删改查

层次模型的完整性约束条件:

优缺点

优点:

  1. 能够更为直接地描述现实世界,如一个结点可以有多个双亲
  2. 具有良好的性能,存取效率较高

缺点:

  1. 结构比较复杂,而且随着应用环境的扩大,数据库的结构就变得越来越复杂,不利于最终用户掌握
  2. DDL、DMIL语言复杂,用户不容易使用
  3. 记录之间联系是通过存取路径实现的,用户必须了解系统结构的细节

🌕2.3.3 关系模型

定义:二维表【规范表】,一般表示示例:  学生(学号,姓名,性别...)

示例:

术语:

  • 关系:表
  • 关系名:表名
  • 元组:行
  • 属性:列
  • 码:唯一标识行,如:学号
  • 域:相同数据类型值的集合,如性别的域是(男,女)
  • 分量:元组中的一个属性值,如姓名中的王小明
  • 关系模式:表头
  • 非规范表:表中含表

数据操纵【操作对象和操作结果都是关系】:增删改查

层次模型的完整性约束条件:

  1. 实体完整性
  2. 参照完整性
  3. 用户定义的完整性

优缺点

优点:

  1. 建立在严格的数学概念的基础上概念单一
  2. 实体和各类联系都用关系来表示对数据的检索结果也是关系,关系模型的存取路径对用户透明
  3. 具有更高的数据独立性,更好的安全保密性简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作

缺点:

  1. 存取路径对用户透明,查询效率往往不如格式化数据模型
  2. 为提高性能,必须对用户的查询请求进行优化,增加了开发数据库管理系统的难度

🌍3. 数据库系统的结构

🪐3.1 数据库系统模式的概念

模式=型+值

  1. 型(type):数据类型,如varchar
  2. 值(value):具体赋值,如男

如:

学生记录:    (学号,姓名,性别,系别,年龄,籍贯)

一个记录值;   (201315130,李明,男,计算机系,19,江苏南京市)

模式(schema)=DB中全体数据的 逻辑结构+特征  的描述,涉及型不涉及值

实例:是模式的具体值,涉及值

注意:一个模式可有多个实例。


🪐3.2 数据库系统的三级模式结构

数据库系统的三级模式结构

  1. 模式:全局逻辑结构
  2. 外模式:局部逻辑结构
  3. 内模式:物理结构

关系数据库的三级模式结构

1. 模式:全局逻辑结构

定义:数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述所有用户的公共数据视图

2. 外模式:局部逻辑结构

定义:

  1. 数据库用户(包括应用程序员和最终用户)使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述
  2. 数据库用户的数据视图,是与某一应用有关的数据的逻辑表示

3. 内模式:存储模式

定义:

  1. 是数据物理结构和存储方式的描述
  2. 是数据在数据库内部的表示方式

注:

  1. 一个DB只有一个模式和内模式,可有多个外模式
  2. 一个应用程序只有一个外模式

🪐3.3 数据库的二级映像功能

数据库的二级映像功能

  • 外模式/模式映像【多个】:模式变->外模式不变->应用程序不变(体现逻辑独立性)
  • 模式/内模式映像【唯一】:存储变->模式不变->应用程序不变(体现物理独立性)

🌌第二章 关系数据库

🌍1. 关系数据结构及形式化定

🪐1.1 关系

关系模型的数据结构:关系【二维表】

1. 域:相同数据结构值的集合,如sex属于域:{“男”,“女”}

2. 笛卡儿积:域运算

示例:

给出3个域:

D1={a1,a2}

D2={b1,b2}

D3={c1,c2,c3}

D1,D2,D3的笛卡尔积为

D1×D2×D3={

       (a1,b1,c1),(a1,b1,c2),(a1,b1,c3),

       (a1,b2,c1),   (a1,b2,c2),(a1,b2,c3),

       (a2,b1,c1),(a2,b1,c2),(a2,b1,c3),

       (a2,b2,c1),(a2,b2,c2),(a2,b2,c3) }

元组:(a1,b1,c1)...

分量:a1...

基数为2×2×3=12

笛卡尔积的定义:

给定一组域D1,D2,…,Dn,允许其中某些域是相同的。

   D1×D2×…×Dn ={(d1,d2,…,dn)|di∈Di,i=1,2,…,n}

域的所有取值的一个组合不重复

元组:笛卡尔积中每一个元素(d1,d2,…,dn)叫作一个n元组(n-tuple)或简称元组

分量:笛卡尔积元素(d1,d2,…,dn)中的每一个值di 叫作一个分量

基数:Di(i=1,2,…,n)为有限集,其基数为mi(i=1,2,…,n),则D1×D2×…×Dn

          的基数M为:

表示方法:一张二维表,行对应元组,列对应属性【域】

3. 关系

定义:

D1×D2×…×Dn的子集叫作在域D1,D2,…,Dn上的关系,表示为

             R(D1,D2,…,Dn)     R:关系名,n:关系的目或度

当n=1时,称该关系为一元关系                            

当n=2时,称该关系为二元关系

相关概念

  1. 元组:关系中的每个元素
  2. 候选码:若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组
  3. 全码:所有属性组是候选码
  4. 主码:若一个关系有多个候选码,则选定其中一个为主码
  5. 主属性:候选码的诸属性称为主属性
  6. 非主属性:不包含在任何侯选码中的属性

关系的三种类型:

  1. 基本表【基本关系】:实际存在的表
  2. 查询表:查询结果对应的表
  3. 视图表:由基本表或其他视图表导出的表,是虚表

基本关系性质:

  1. 列同质不同名
  2. 行列无序
  3. 键值唯一不为空
  4. 分量不可分

🪐1.2 关系模式

关系模式是型、关系是值,关系模式是对关系的描述

关系模式的表示

       R(U,D,DOM,F)

       R                关系名

       U                组成该关系的属性名集合

       D                U中属性所来自的域

       DOM           属性向域的映象集合

       F                 属性间数据的依赖关系的集合

关系模式和关系的区别

  1. 关系模式是对关系的描述,是静态的、稳定的
  2. 关系是关系模式在某一时刻的状态或内容,是动态的、随时间不断变化的

注意:

  1. 关系是元组的集合,由主码唯一标识。
  2. 关系模型的逻辑结构是表,物理结构交给OS完成。

🌍2. 关系操作

常用的关系操作【集合操作】

  1. 查询操作:选择、投影、连接、除、并、差、交、笛卡尔积,其中选择、投影、并、差、笛卡尔基是5种基本操作
  2. 数据更新:插入、删除、修改

🌍3. 关系的完整性

三类完整性约束:

  1. 实体完整性:键值唯一不为空
    示例:
    选修(学号课程号,成绩)
    “学号、课程号”为主码,则“学号”和“课程号”两个属性都不能取空值

  2. 参照完整性:定义外码与主码使用规则
    示例:
    学生学号,姓名,性别,专业号,年龄)
    专业专业号,专业名)
    专业号专业的主码,但不是学生的主码,并且专业号学号相对应,则专业号是学生的外码。
  3. 用户定义的完整性:如某值不能为空,某值唯一,sex范围限制为{"男","女"}...

🌍4. 关系代数

运 算 符

含 义

传统的

运算符

-

×

笛卡尔积

专门的

运算符

σ

选择

π

投影

连接

÷


🪐4.1 传统的运算符

🌕1. U

R∪S 仍为n目关系,由属于R或属于S的元组组成   R∪S = { t|t ∈ R∨t ∈S }


🌕2. 差 -

R - S 仍为n目关系,由属于R而不属于S的所有元组组成      R -S = { t|t∈R∧t∈S }


🌕3. 交

R∩S仍为n目关系,由既属于R又属于S的元组组成    R∩S = { t|t R∧t S }

【R∩S = R –(R-S)】


🌕4. 笛卡尔积  R×S

R×S

列:(n+m)列元组的集合,元组的前n列是关系R的一个元组,后m列是关系S的一个元组

行:k1×k2个元组         R×S = {tr ts |tr ∈R ∧ ts∈S }


🪐4.2 专门的运算符

基本概念:

设关系模式为R(A1,A2,…,An),它的一个关系设为R

  1. tR 表示t是R的一个元组
  2. t[Ai] 则表示元组t中相应于属性Ai的一个分量

象集  

  1. x1在R中的象集     Zx1 ={Z1,Z2,Z3}
  2. x2在R中的象集     Zx2 ={Z2,Z3}
  3. x3在R中的象集     Zx3 ={Z1,Z3}


🌕1. 选择 σ

在关系R中选择满足给定条件的诸元组    σF(R) = {t|t∈R∧F(t)= '真'}

示例:

查询信息系(IS系)全体学生。

σSdept = 'IS' (Student)

Sno

Sname

Ssex

Sage

Sdept

201215125

张立

19

IS

查询年龄小于20岁的学生。

σSage < 20(Student)

Sno

Sname

Ssex

Sage

Sdept

201215122

刘晨

19

IS

201215123

王敏

18

MA

201215125

张立

19

IS


🌕2. 投影 π

从R中选择出若干属性列组成新的关系   πA(R) = { t[A] | t ∈R } ,A:R中的属性列

示例:

查询学生的姓名和所在系。
即求Student关系上学生姓名和所在系两个属性上的投影
πSname,Sdept(Student)

Sname

Sdept

李勇

CS

刘晨

CS

王敏

MA

张立

IS

查询学生关系Student中都有哪些系。          

πSdept(Student)

Sdept

CS

IS

MA


🌕3. 连接

从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组

A和B:分别为R和S上度数相等且可比的属性组;θ:比较运算符

 

1. 连接分成   等值连接+自然连接

等值连接

θ为“=”的连接运算称为等值连接

自然连接

两个关系中进行比较的分量必须是相同的属性组+在结果中把重复的属性列去掉

2. 外连接与左外连接和右外连接

悬浮元组:两个关系R和S在做自然连接时,关系R中某些元组有可能在S中不存在公共属性上值相等的元组,从而造成R中这些元组在操作时被舍弃了

两个关系中相同的属性组联合

3.3 外连接:把悬浮元组也保存在结果关系中,而在其他属性上填空值(Null)

3.4 左外连接:只保留左边关系R中的悬浮元组

3.5 右外连接:只保留右边关系S中的悬浮元组


🌕4. 除运算 ÷

给定关系R (X,Y) 和S (Y,Z),其中X,Y,Z为属性组。

R中的Y与S中的Y可以有不同的属性名,但必须出自相同的域集。

R与S的除运算得到一个新的关系P(X),

P是R中满足下列条件的元组在 X 属性列上的投影:

元组在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合,记作:

      R÷S={tr[X] | tr∈R∧πY(S)∈Yx}

      Yx:x在R中的象集,x = tr[X]

示例

解释:

在关系R中,A可以取四个值{a1,a2,a3,a4}

  • a1的象集为 {(b1,c2),(b2,c3),(b2,c1)}
  • a2的象集为 {(b3,c7),(b2,c3)}
  • a3的象集为 {(b4,c6)}
  • a4的象集为 {(b6,c6)}

S在(B,C)上的投影为     {(b1,c2),(b2,c1),(b2,c3) }

只有a1的象集包含了S在(B,C)属性组上的投影

    所以     R÷S ={a1}


🌌第三章 关系数据库标准语言SQL


📝总结

数据库SQL Server领域就像一片未被勘探的信息大海,引领你勇敢踏入数据科学的神秘领域。这是一场独特的学习冒险,从基本概念到算法实现,逐步揭示更深层次的模式分析、匹配算法和智能模式识别的奥秘。

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