8.1 数据、数据库、管理系统与数据库系统#

• 数据：记录信息的可识别符号，可为数值、文字、图像、声音等；数据处理包含采集、存储、加工、分类、检索、传播。
• DB 数据库：长期存储、有组织、可共享的数据集合；DBMS 数据库管理系统：管理数据库的软件；DBS 数据库系统：数据库、DBMS、相关应用、人员、软硬件环境等构成的系统；DBA：数据库管理员。
• DBMS 主要功能：数据定义、查询操纵、运行控制、数据库建立维护；运行控制包括安全、完整性、并发与恢复等。
• 数据库系统特点：结构化、共享性较高、冗余较少、独立性较高、由 DBMS 统一管理控制；“冗余较少”不是绝不允许任何冗余。
• DBMS 如 Oracle、SQL Server、MySQL、PostgreSQL、Access；SQL 是语言，不是某一数据库产品。
• 数据模型通常包含 数据结构、数据操作、完整性约束 三部分。【第 223 页第 7 题】

8.2 数据模型与 E-R 图#

• 概念模型面向业务和用户需求，尽量独立于具体 DBMS；逻辑模型面向某种数据库类型，常见层次、网状、关系模型。
• 层次模型：树，一个非根节点通常只有一个父节点，适合一对多；网状模型允许多个父节点；关系模型用二维表表示数据与联系。
• E-R 图三要素：实体矩形、属性椭圆、联系菱形。实体类型与实体实例不同，如“学生”与“某个学生”。
• 联系类型：1:1、一对多 1、多对多 m，必须由业务约束确定。例如系—教师通常 1，学生—课程通常 m。
• 联系本身可有属性：学生选某课程的“成绩”应属于选课联系，不仅是学生属性，也不仅是课程属性。
• 一门课程有先修课属于同类实体的自联系；需辨别“每课程一个先修课”不代表“每门课程最多只能作为另一门课程的先修课”。

8.3 关系模型术语、键与完整性#

• 关系中属性名区分各列，同列值属于同域；理论关系行列顺序无关，无重复元组，分量不可再分。SQL 查询结果可含重复行，与数学集合式关系要区分。
• 主键可由多列组成；一张表只能有一个主键约束，但这个键可含多个字段，也可有多个其他候选键。
• 外键不一定唯一，也可能同时属于本表主键；允许 NULL 与否由约束决定。教材“外键必然不是本表键”的说法不成立。
• 实体完整性：主键不能重复、不能空；参照完整性：外键非空值应能对应被参照键；用户定义完整性：年龄、成绩等业务限制。
• 选课表 SC(Sno,Cno,Grade) 常以 (Sno,Cno) 为联合主键；Sno、Cno 分别参照学生、课程表。
• NULL 表示未知、缺失或不适用等，不等于数字 0、不等于空格，也不等于普通字符串 'NULL'。

8.4 关系代数#

• 运算对象和结果都是关系；五个基本运算：并、差、笛卡尔积、选择、投影。交、连接、除可由基本运算表达。
• “三种常用专门运算”是选择、投影、连接，和“五种基本运算”是不同问题。

• 并相容：属性数量相同、对应域兼容，不能把任何两个表随意并起来。
• R 有 m 行 a 列，S 有 n 行 b 列，R×S 有 mn 行、a+b 列。
• R(A,B,C,D) 与 S(B,C,D) 自然连接结果为 4 列，不是 7 列；行数由实际匹配数据决定。
• σ_{年龄>22且性别='男'}(学生) 先筛行，再 π_{学号,姓名} 选列。
• 投影不是 SQL 中任意一个 SELECT 的完整同义词；SQL SELECT 默认可保留重复，需要 DISTINCT 才与去重投影更接近。

8.5 数据库设计与三级模式#

• 一般设计过程【补充完整框架】：需求分析→概念设计→逻辑设计→物理设计→实施→运行维护。
• 概念设计：先局部 E-R 图，综合为初步全局图，消除冲突与冗余，优化为基本 E-R 图；常用自底向上，也有自顶向下、逐步扩张、混合策略。
• 冲突：属性冲突（类型／范围／单位不同）、命名冲突（同名异义、异名同义）、结构冲突（实体／属性抽象不同、联系类型不同）。
• 逻辑设计：转换到选定 DBMS 支持的模型，形成关系模式、规范化、评价修正。
• E-R 转关系：实体变表；1 常在 n 端加入 1 端主键作外键和联系属性；m 新建联系表，包含两端键和联系属性；1:1 可选择一端纳入对方键并约束唯一，或单独建表。
• 本书把每种联系都先转换为一个关系再合并，是一种转换路线；不能据此说“每个 1 联系都必须永久多一张表”。
• 三级模式：外模式是用户视图，模式是全局逻辑结构，内模式是物理存储结构。
• 物理独立性：改变存储组织尽量不改逻辑结构与应用；逻辑独立性：逻辑结构变化时尽量保持用户视图与应用稳定。
• 规范化【延伸】：1NF 属性原子；2NF 消除对候选键的部分依赖；3NF 进一步消除不合适的传递依赖；其目的包括减少更新、插入、删除异常。考试若仅限本书，优先掌握键、E-R 和 SQL。

8.6 SQL 分类、类型与建表#

• SQL：Structured Query Language，结构化查询语言，高度非过程化，重在表达“要什么”；可交互使用或嵌入程序。
• DDL 数据定义：CREATE、ALTER、DROP；DML 数据操纵：INSERT、UPDATE、DELETE；SELECT 常单列为查询 DQL，也可归入广义 DML；DCL 数据控制：GRANT、REVOKE。
• 类型：INTEGER/INT、SMALLINT、DECIMAL(p,s)、FLOAT、CHAR(n)、VARCHAR(n)、DATE、TIME 等。p 是总精度、s 是小数位；DECIMAL(3,1) 最大正值 99.9，无法表示 100.0，成绩可考虑 DECIMAL(5,2)。
• CHAR 定长、VARCHAR 变长；不同 DBMS 中 n 表示字符数还是字节数等细节可能不同。学号、身份证等编号通常使用字符类型。
• 关键字不区分大小写的使用很常见，字符串值是否区分依排序规则；字符串一般用英文单引号，日期字面量规则依产品。

1
CREATE TABLE Student (
2
    Sno   VARCHAR(8) PRIMARY KEY,
3
    Sname VARCHAR(30) NOT NULL,
4
    Sex   CHAR(2),
5
    Age   INTEGER CHECK (Age BETWEEN 0 AND 150),
6
    Dept  VARCHAR(30)
7
);
8

9
CREATE TABLE Course (
10
    Cno    VARCHAR(8) PRIMARY KEY,
11
    Cname  VARCHAR(60) NOT NULL,
12
    Credit INTEGER
13
);
14

15
CREATE TABLE SC (
16
    Sno   VARCHAR(8),
17
    Cno   VARCHAR(8),
18
    Grade DECIMAL(5,2) CHECK (Grade BETWEEN 0 AND 100),
19
    PRIMARY KEY (Sno, Cno),
20
    FOREIGN KEY (Sno) REFERENCES Student(Sno),
21
    FOREIGN KEY (Cno) REFERENCES Course(Cno)
22
);

• 联合主键需按表级约束列出；不能把两个字段各自写成 PRIMARY KEY。
• 外键先建被参照表再建参照表；参照字段类型应兼容。
• ALTER TABLE Student ADD Email VARCHAR(100); 增字段。
• 修改字段类型语法依产品不同，如 SQL Server ALTER COLUMN、MySQL MODIFY、PostgreSQL ALTER COLUMN ... TYPE；不把不同方言拼在一个语句中。
• DROP TABLE 删除表定义及数据；被外键／视图等依赖时可能报错或需要显式处理依赖，不一定自动删除所有依赖。

8.7 SELECT 查询框架与条件#

1
SELECT [DISTINCT] 字段或表达式
2
FROM 数据源
3
WHERE 行条件
4
GROUP BY 分组字段
5
HAVING 组条件
6
ORDER BY 排序字段 ASC或DESC;

书写顺序如上；可用 FROM/JOIN→WHERE→GROUP BY→HAVING→SELECT→DISTINCT→ORDER BY 理解逻辑处理，不等于数据库实际执行计划一定逐步如此。

• SELECT * 是选全部列，不等于绕过 WHERE 选择所有行；ALL 为保留重复的默认语义，DISTINCT 对整个结果列组合去重。
• 列表用逗号；别名可用 AS；表达式如 Grade+5 AS NewGrade 不会直接改原表数据。
• 比较 = <> > >= < <=；AND 优先于 OR，NOT 优先于 AND；复杂条件最好加括号。
• BETWEEN a AND b 包含边界；IN 是集合成员判断；LIKE % 匹配任意长度，_ 匹配一个字符。
• 查姓刘：Sname LIKE '刘%'；两个字的刘姓姓名：Sname LIKE '刘_'。
• 标准 SQL 的 %/_ 与 Windows/Excel 的 */? 不同；某些 Access 模式使用 */?，先看题目环境。
• 判断空值用 IS NULL／IS NOT NULL，不能用 = NULL 或 <> NULL。

1
SELECT Sno, Sname
2
FROM Student
3
WHERE Sex = '男' AND Age > 22;
4

5
SELECT DISTINCT Sno
6
FROM SC
7
WHERE Cno IN ('C1', 'C2') AND Grade >= 80;
8

9
SELECT Sno, Cno
10
FROM SC
11
WHERE Grade IS NULL;

8.8 聚合、分组和排序#

• COUNT(*) 数行，包含某些列为 NULL 的行；COUNT(列) 数非 NULL 值；COUNT(DISTINCT 列) 数不同的非 NULL 值。
• SUM、AVG、MAX、MIN 通常忽略 NULL。AVG 不会把未录入成绩当 0，除非事先按要求转换。
• WHERE 筛选分组之前的行；HAVING 筛选分组后的组。不能在同一查询层的 WHERE 直接写 AVG(Grade)>80。
• SELECT 非聚合列通常应出现在 GROUP BY 中；不能一边按课程分组，一边随意选择学生姓名。
• ORDER BY 默认 ASC 升序，DESC 降序；多字段排序按书写先后比较。未写 ORDER BY 不保证输出顺序。

1
-- 各课程已录入成绩的人数、平均分
2
SELECT Cno, COUNT(Grade) AS N, AVG(Grade) AS AvgGrade
3
FROM SC
4
GROUP BY Cno;
5

6
-- 选课记录数超过 20 的课程
7
SELECT Cno, COUNT(*) AS N
8
FROM SC
9
GROUP BY Cno
10
HAVING COUNT(*) > 20;
11

12
-- 各系升序，同系年龄降序
13
SELECT * FROM Student
14
ORDER BY Dept ASC, Age DESC;

【纠错】COUNT 不需要“一般都加 DISTINCT”，看计数对象；HAVING 也不在所有 SQL 实现中都必须与显式 GROUP BY 一起出现。

8.9 连接、嵌套查询与集合查询#

• 多表查询先找关联键，再写字段和筛选条件；漏连接条件可能产生笛卡尔积。
• 同名列需用表名／别名限定；连接列不必同名，但应有可比较的类型与符合业务的关联意义。
• 内连接保留匹配项；左连接保留左侧所有行，右侧不匹配列为 NULL；自身连接为同表起不同别名。

1
SELECT s.Sno, s.Sname, c.Cname, sc.Grade
2
FROM Student AS s
3
JOIN SC AS sc ON s.Sno = sc.Sno
4
JOIN Course AS c ON c.Cno = sc.Cno
5
WHERE c.Cname = '计算机基础' AND sc.Grade >= 85;

• 子查询可在 WHERE 等位置使用。标量子查询须至多得到单个值；多值通常用 IN、ANY、ALL 等方式处理。
• 不相关子查询不引用外查询当前行；相关子查询引用外层列，逻辑上随外层候选行判断，实际优化执行方式由 DBMS 决定。
• EXISTS 判断子查询是否存在至少一行；NOT EXISTS 判断无行，尤其适合“不存在符合条件的关联记录”。
• 在非空且无 NULL 的集合中：> ANY 等价于大于其最小值；> ALL 等价于大于其最大值。空集和 NULL 需另按 SQL 逻辑处理。
• NOT IN 若子查询含 NULL，可能产生未知值，导致结果与直觉不同，排除记录常优先考虑 NOT EXISTS。

1
-- 没有选 C2 的学生，包括完全未选课者
2
SELECT s.Sno, s.Sname
3
FROM Student AS s
4
WHERE NOT EXISTS (
5
    SELECT 1 FROM SC AS sc
6
    WHERE sc.Sno = s.Sno AND sc.Cno = 'C2'
7
);

SELECT Sno FROM SC WHERE Cno <> 'C2' 只能找“有非 C2 选课记录的人”，其中可能包含也选了 C2 的人，且漏掉完全未选课者。

• UNION 合并并去重，UNION ALL 保留重复；INTERSECT 求交；EXCEPT 求差，Oracle 常用 MINUS；各数据库支持程度有差异。
• 集合查询要求列数相同、对应类型可兼容，不一定要字段名、字段宽度完全相同。
• 教材把“所有子查询都禁止 ORDER BY”等写成通则不严谨：带 LIMIT／TOP／FETCH 等具体语法时另有规则；外层最终顺序仍需外层 ORDER BY。

8.10 INSERT、UPDATE、DELETE#

1
INSERT INTO Student (Sno, Sname, Sex, Age, Dept)
2
VALUES ('S08', '赵普', '男', 20, '数学');
3

4
UPDATE SC
5
SET Grade = Grade + 5
6
WHERE Cno = 'C1' AND Grade <= 95;
7

8
DELETE FROM SC
9
WHERE Sno = 'S08';

• INSERT 明确列名可避免列序错误；字符串加引号，NULL 不加引号。
• 未指定的列可能取默认值、NULL、自动生成值，或因约束报错；不是统一取空值。
• INSERT INTO 目标表(列...) SELECT ... 可插入查询结果，目标列数与类型需匹配。
• UPDATE 无 WHERE 修改全部行；DELETE 无 WHERE 删除全部行，但通常保留表结构；DROP TABLE 删除表；TRUNCATE 为额外清空方式，权限、事务和外键行为依 DBMS。
• 关系表没有应依赖的自然“最后一行”；INSERT 不保证随后 SELECT 按插入次序输出。
• 删除父表记录时先处理子表外键引用，或使用已定义的级联规则；不能随便先删父表。
• 对多个相关表的修改最好放在事务中，全部成功后提交，失败回滚【延伸】。

8.11 视图、权限与事务补充#

• 普通视图是查询定义形成的虚拟表，通常保存定义而不是一份独立持久结果；物化视图是另一类对象。
• 视图可限制可见行列、封装复杂查询、提供统一接口；权限配置正确时有助于数据保护，但不是绝对安全保证。
• 可在视图上查询、嵌套定义；是否可更新取决于能否明确映射到基本表与 DBMS 规则，含聚合、分组等视图通常不直接更新。

1
CREATE VIEW MathStudent AS
2
SELECT Sno, Sname, Sex, Age, Dept
3
FROM Student
4
WHERE Dept = '数学'
5
WITH CHECK OPTION;
6

7
SELECT Sno, Sname FROM MathStudent WHERE Age < 19;
8
DROP VIEW MathStudent;

• WITH CHECK OPTION 检查经视图插入／更新后的行是否仍满足视图条件，不自动替用户给缺省字段填上筛选常量。
• DROP VIEW 通常只删视图定义，不删原表数据；依赖视图的处理按数据库规则。
• GRANT SELECT ON Student TO user1; 授权；REVOKE SELECT ON Student FROM user1; 收回权限。用户创建、标识符、授权细节依具体 DBMS。
• 事务 ACID【延伸】：原子性、一致性、隔离性、持久性；COMMIT 提交，ROLLBACK 回滚。备份恢复、日志和并发控制支撑系统可靠运行。

本章自检：能否根据业务找主外键和联系类型？能否算笛卡尔积／自然连接列数？能否写分组查询、三表连接和“未选某课”查询？能否区分 WHERE/HAVING、COUNT(*)/COUNT(列)、DELETE/DROP、DB/DBMS/DBS？

系列目录与阅读说明 · 上一篇：07｜多媒体技术与信息安全