数据库系统原理（04735） · 数据库系统与三级模式至SQL、索引与视图的职责

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先理解数据如何建模，再设计表和约束，最后学习数据库编程、并发与恢复。SQL 增删改查集中在 MySQL 入门课程，本篇保留原理与设计方法，避免重复铺一遍命令。

数据库系统原理（04735）

先理解数据如何建模，再设计表和约束，最后学习数据库编程、并发与恢复。SQL 增删改查集中在 MySQL 入门课程，本篇保留原理与设计方法，避免重复铺一遍命令。

数据库系统与三级模式

数据库是按一定模型组织的数据；DBMS 提供定义、查询、更新、并发控制与恢复等能力。数据库系统还包括应用、使用者及运行环境，不能把数据库文件与整个系统当成同一个概念。

外模式、模式与内模式

层次	描述	例子
外模式	某类用户看到的数据视图	客服只能查看客户基本资料
模式	全局逻辑结构和约束	客户、订单及其关联
内模式	数据的物理组织与存储	数据页、文件、索引布局

外模式/模式映射支持逻辑独立性：逻辑结构调整时尽量不影响应用视图。模式/内模式映射支持物理独立性：存储组织变化时尽量不影响逻辑模式。

C/S 与 B/S 描述应用部署结构；三级模式描述数据抽象层次，两者不是同一套分层。

从业务对象到关系模型

概念、逻辑与物理模型

建模先识别实体、属性与联系，再将概念模型转换成关系表，最后选择字段类型、索引及存储方式。数据模型共同关心数据结构、数据操作和完整性约束。

E-R 图通常用矩形表示实体、椭圆表示属性、菱形表示联系。层次、网状、关系、面向对象等逻辑模型是不同组织方式，不要将 E-R 图直接当成建表语句。

表、元组、属性与键

概念	含义
关系 / 元组 / 属性	表 / 行 / 列
域	一个属性允许的取值范围
候选键	能唯一标识元组的最小属性集合，可以有多个
主键	从候选键中选定的一个；可能由多列组成
主属性	属于任意候选键的属性
外键	引用另一关系或本关系候选键的属性集合
全键	所有属性构成候选键的情况

关系模式描述结构，关系实例是某一时刻的数据。理论关系不依赖行列排列顺序；SQL 查询如需固定结果顺序必须写 ORDER BY。SQL 表允许的重复与空值也应通过约束明确。

关系代数如何对应查询

运算	解决的问题	SQL 中常见表达
选择 σ	留下满足条件的行	WHERE
投影 π	取需要的属性	选择列；理论投影会去重
连接 ⋈	按关联条件组合记录	JOIN ... ON
并、交、差	合并共同结构的集合	集合运算，具体支持与版本有关
笛卡尔积	两侧全部组合	CROSS JOIN
除	“满足全部条件”的对象	常用两层不存在判断等方式表达

关系代数中的集合语义与 SQL 默认多重集语义有区别，不能忽略重复记录对统计的影响。

用函数依赖消除冗余与异常

先找依赖，再判断范式

X → Y 表示 X 的值确定 Y 的值。完全依赖表示 Y 依赖整个 X；若 X 的真子集已能确定 Y，则是部分依赖。传递依赖需要结合候选键与非主属性判断。

例如 选课(学号, 姓名, 课程号, 课程名, 成绩)，候选键可为 (学号, 课程号)：

• 学号 → 姓名，课程号 → 课程名：非主属性只依赖组合键的一部分。
• 同一学生或课程名称重复存多次，会产生更新、插入、删除异常。
• 拆成 学生(学号, 姓名)、课程(课程号, 课程名)、选课(学号, 课程号, 成绩)，将不同事实分别存储。

1NF、2NF、3NF 与 BCNF

范式	检查重点
1NF	每个属性值在当前数据模型中不可再分，不在一个单元格塞重复组
2NF	满足 1NF，非主属性完全依赖候选键，消除对组合键的部分依赖
3NF	对每个非平凡依赖 X → A，X 是超键或 A 是主属性；常见问题是非主属性经非键属性传递依赖于键
BCNF	每个非平凡函数依赖的决定因素都是超键，比 3NF 更严格

分解还要检查无损连接与依赖保持，不能只看表变小。反规范化应由明确查询瓶颈驱动，并说明冗余数据如何维护。

按设计流程落到表结构

需求分析到上线维护

1. 需求分析：确定数据范围、读写流程、数据量、权限与一致性需求，形成数据字典和需求报告。
2. 概念设计：识别实体、属性与联系，合并局部 E-R 模型并解决命名与含义冲突。
3. 逻辑设计：转换成关系模型，确定候选键、外键及范式，再设计应用视图。
4. 物理设计：按查询条件、排序及数据规模选择类型、索引和存储组织。
5. 实施与试运行：建立结构、加载数据，验证功能、约束和性能。
6. 运行维护：监测容量、慢查询、备份恢复及结构变更，持续评估影响。

新奥尔良方法、E-R 方法与基于规范化的设计，分别强调阶段、概念表达与关系分解；实际设计可结合使用，不必反复列同一套六步流程。

一对一、一对多与多对多转换

• 一对一：可在一侧保存另一侧的键并加唯一约束；是否合表取决于生命周期、空值与权限。
• 一对多：通常在“多”的一侧保存“一”的键，例如订单保存客户编号。
• 多对多：增加关系表，保存两侧键和联系自身的属性，并限制关系重复。

例如师生联系用关系表表达，不能把多个教师编号拼进学生表的一个字段。逻辑上有关联不代表数据库会自动校验；是否使用实际外键需明确系统边界。

SQL、索引与视图的职责

各类 SQL 各做什么

类别	典型语句	核心目的
数据定义	CREATE、ALTER、DROP	定义数据库对象
查询与更新	SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE	读取和修改数据
权限控制	GRANT、REVOKE	授予与撤回权限
事务控制	START TRANSACTION、COMMIT、ROLLBACK	组织工作单元

SQL 标准与产品扩展要区分；MySQL 的 LIMIT、客户端 DELIMITER 等不能直接当成所有数据库通用语法。

索引与视图

索引支持特定访问路径，同时占空间并增加写入成本；普通、唯一、组合索引的作用不同。用真实查询和执行计划评估，不能把“建索引”当成所有性能问题的解法。

视图保存查询定义，用于复用查询、提供稳定视角或限制可见列；普通视图不自动复制结果数据。可更新性取决于查询结构，WITH CHECK OPTION 检查通过可更新视图写入的行是否仍满足条件。权限隔离还需配置实际授权。

SQL 的可运行示例统一见 MySQL 入门 与 查询语法和函数。