資料庫系統

三級模式

兩級對映：

物理資料庫：一般表現為一個檔案
內模式：管理資料如何儲存（如何優化/儲存格式）
概念模式：資料空中的表
外模式：檢視（將表的部分資訊展示給使用者）

資料庫設計過程

E-R模型

整合的方法:

多個區域性E-R圖一次整合。
逐步整合，用累加的方式一次整合兩個區域性E-R.

整合產生的衝突及解決辦法:

①屬性衝突: 包括屬性域衝突和屬性取值衝突。
②命名衝突:包括同名異義和異名同義。
③結構衝突:包括同一物件在不同應用中具有不同的抽象，以及同一實體在不同區域性E-R圖中所包含的屬性個數和屬性排列次序不完全相同。

E-R模型轉關係模式注意點：

①一個實體型轉換為一個關係模式

I、當1：1時可以將聯絡單獨做一個關係模式，也可以將聯絡記錄到與它相關的任何一個實體裡面當一個屬性。
II、當1：n的可以將聯絡單獨做一個關係模式、或只能加入到n的那個實體裡面噹噹一個屬性。
III、當m：n的時候就只能轉為一個關係模式

③三個以上實體間的一個多元聯絡，聯絡只能轉為一個關係模式。

關係代數

對A、B兩個集合進行討論

①並（∪）：A、B合併，重複的只顯示一次。
②交（∩）：提出A、B公共部分。
③差（-）：去掉被減集合的公佈部分，即A-B=A-(A∩B)。
④笛卡爾積（X）：每個A的欄位都要和B的拼接
eg: A:

B:

AxB:

⑤投影(選列的一種操作):選擇某一列顯示出來。
eg：Πx（A）：

⑥選擇（選行的一種操作）：選擇某一行顯示出來。
eg：σx=x1（A）：

⑦聯結：連線後，若相同的列名就保留一個。（帶列明的連線是等值連線，沒帶列明的是自然連線）
eg：A⋈B：

規範化理論

規範化的概念

規範化就是消除資料冗餘、更新異常，插入異常、刪除異常。

函式依賴

如Y=X2，我們可以通過X的值得到Y的值，那麼就就稱X函式決定Y，或Y函式依賴於X，記為X→Y。

①部分函式依賴：我們可以通過AB來確定C，但是我們發現用A/B也可以確定C（依賴於主鍵的一部分）。

②傳遞函式依賴：A可以確定B，B可以確定C，則A可以確定C，但不能逆著確定。

care:候選鍵可以有多個，但是主鍵只能有一個，外來鍵是用於關聯查詢

求候選鍵

圖示法：把一個關係模式化成圖形，將屬性畫作節點，然後標出屬性之間的依賴關係，找出入度為0的節點（如果沒有的話就找即有入度也有出度的節點），然後通過這個結點遍歷全部節點，如果可以遍歷他就是候選鍵。

正規化

當正規化級別越來越高的同時，資料的密度越小，效能會降低，一般第三正規化就夠了。（越高階的正規化，越將資料表拆分的越細）

1NF：在關係模式中，當且僅當所有域只含原子值（每個分量都是不可再分的資料項）

2NF：在滿足1NF的基礎上，每個非主屬性完全依賴主鍵（不存在部分依賴）。

3NF：在滿足1NF的基礎上，沒有非主屬性傳遞依賴。

BCNF：列出一個關係模式中的所有依賴情況，若左邊部分都含有候選鍵則為BCNF。

模式分解

①保持函式依賴：分解前後的函式依賴不變（冗餘函式依賴如果能夠推匯出來也是可以的）。
②無損分解：可以還原
③無損聯接分解：通過連線操作可以還原回原來的表格

④判斷無損分解的公式法（比較多用於一分為二中）

將R分為R1和R2，F是R的函式依賴集
記R1∩R2=A，R1-R2=B，R2-R1=C
若A→B或A→C出現在F中，則為無損。

⑤表法

將分分裂的內容列為下面的表格：
總表應該有的屬性
關係模式名稱1	
然後將所有的關係模式帶入到1中，如果可以替換成功就是無損。

反規範化

①為何需要反規範化：

由於規範化會使表不斷的拆分。從而導致資料表過多。這樣雖然減少了資料冗餘，提高了增、刪、改的速度，但會增加查詢的工作量。系統需要進行多次連線，才能進行查詢操作。使得系統效率大大下降

技術手段（規範化的反面）：

	增加派生性冗餘列
	增加冗餘列
	重新組表
	分割表

care：其實用空間換時間的做法

併發控制

①基本概念：

事務：將多個操作封裝起來看作一個整體
事務特性：原子性（不可拆分）、一致性（類似於能量守恆）、隔離性、持續性

③併發產生的問題：

i、丟失更新：一個使用者的操作事務如果和另外一個使用者的操作事務相同，會將先進行的一方覆蓋掉。
ii、不可重複讀：一個使用者在兩次讀一個事務的時候，中間插入了另外一個使用者對這個事務的寫操作，就會使得第二次讀的時候的資料發生了改變。
iii、讀“髒”資料：一個使用者讀到的資料是另外一個使用者的臨時值。

④封鎖協議：

1級封鎖協議。事務T在修改資料R之前必須先對其加X鎖，直到事務結束才釋放。可防止丟失修改
2級封鎖協議。一級封鎖協議加上事務T在讀取資料R之前先對其加S鎖，讀完後即可釋放S鎖。可防止丟失修改，還可防止讀“髒”資料
3級封鎖協議。一級封鎖協議加上事務T在讀取資料R之前先對其加S鎖，直到事務結束才釋放。可防止丟失修改、防止讀“髒”資料與防止資料重複讀

care:

可序列化：通過加鎖解鎖兩個階段使併發事務<font color=blue>排隊</font>做
兩段鎖協議，可序列化的，可能發生死鎖。
X是排它鎖，只能T讀取修改。
S是共享鎖，只能讀，不能修改。

資料庫

資料庫的完整性約束

①實體完整性約束：給資料表定義主鍵（不可為空/重複）
②參照完整性約束：外來鍵
③使用者自定義完整性約束：使用者設定某一個值的具體要求
④觸發器：遇到複雜的要求，寫指令碼來約束資料庫資料的要求。

資料庫安全

資料備份

①分類方式1：

冷備份也稱為靜態備份,是將資料庫正常關閉，在停止狀態下，將資料庫的檔案全部備份（複製）下來。

熱備份也稱為動態備份，是利用備份軟體，在資料庫正常執行的狀態下，將資料庫中的資料檔案備份出來。

②分類方式2：

Ⅰ、完全備份:備份所有資料
Ⅱ、差量備份:僅備份上一次完全備份之後變化的資料
Ⅲ、增量備份:備份上次備份之後變化的資料（恢復很麻煩，如果出錯，就要全面的重新恢復）

(1)靜態海量轉儲:在系統中無執行事務時進行，每次轉儲全部資料庫。
(2)靜態增量轉儲:在系統中無執行事務時進行，每次只轉儲上一次轉儲後更新過的資料。
(3)動態海量轉儲:轉儲期間允許對資料庫進行存取或修改，每次轉儲全部資料庫。
(4)動態增量轉儲:轉儲期間允許對資料庫進行存取或修改,每次只轉儲上一次轉儲後更新過的資料。

Ⅳ、日誌檔案:事務日誌是針對資料庫改變所做的記錄，它可以記錄針對資料庫的任何操作，並將記錄結果儲存在獨立的檔案中

資料庫故障與恢復

資料倉庫與資料探勘

①資料倉庫（特殊資料庫）特點

	面向主題
	整合的
	相對穩定的(非易失的)

②反映歷史變化(隨著時間變化)

	清理：資料格式統一、冗餘資料去除
	重新整理：新增
	資料集市：小的資料倉庫

③資料探勘：發現人類無法發現的資料分析（類似於大資料）

Ⅰ、方法：

	決策樹
	神經網路
	遺傳演算法
	關聯規則挖掘演算法

Ⅱ分類：

	關聯分析:挖掘出隱藏在資料間的相互關係。
	序列模式分析:側重點是分析資料間的前後關係(因果關係)。
	分類分析:為每個記錄賦予一個標記再按標記分類。
	聚類分析:分類分析法的逆過程。

大資料：對海量資料的處理

特點：

	高度可擴充套件性
	高效能
	高度容錯
	支援異構環境
	較短的分析延遲
	易用且開放的介面
	較低成本
        下相容性