高等資料庫 ( 持續更新...)

高等資料庫 ( 持續更新...)

高等資料庫

2017 Fall

Review：

DBMS：

Evolution of DBMS：

Punched-Card Record
1914 - 1918 WWI
1929 - 1933 Big Depression ( Bank )
1939 - 1945 WWII
1950 magnetic tape
1955 Programmed Record Managers ( Batch Processing )

Con：

Transaction error 無法即時被偵測
didn't know the current situation.

1965 - 1980 On-line Network Database

Indexed sequential records 建立索引
Data independence 資料獨立性

Physical
Logical

Concurrent Access 一致性
Con：

Programming interface are too low level.

1970 E.F. Codd Outline the Relational Model
1976 Peter Chen E-R Model
SQL ...( still adding ...

ACID：

Atomicity：

happen or none happen 全有全無
IDEA : keep a log ( history ) for all actions

Consistency
Isolation：每一筆 transaction 都是獨立的
Durability：耐久性

Relational Model：

Data Model - a language to description data
相關名詞：

Relation = Table
Attribute / Field = Column
Record / Tuple = Row

Constraint Type：關聯模型的限制

Domain constraints - for value of each attribute

將 attribute 設定好後，DBMS 會進行檢查，若欄位設定是年齡，則輸入值只能是正整數！（若都設定成 str ，則只檢查長度，反而要另外寫程式進行 input 檢查）

Key constraints - for Primary key

All tuples in a relation must be distinct !

Entity integrity constraints 實體完整性限制 - for Primary key

No Primary key value can be null !

Referential Integrity constraints 參考完整性限制 - for Primary key and Foreign key

If a foreign key (FK) is refers to another relation's primary key (PK), then FK's values MUST EXIST in PK's value or null ! 外鍵的值必須存在在主鍵的鍵值中，或是 null 值。
A foreign key can refer to its own relation.
Circular referential integrity constraints are allowed.

Normalization of relations 資料正規化

Normalization - to process of decomposing（分解） unsatisfactory（令人不滿的）"bad" relation by breaking up their attributes into smaller relations.
Summary of five Normal Forms 五種正規化：

第一正規化 ( 1 NF )：

attribute value is "atomic value"

第二正規化 ( 2 NF )：

non-key field must totally dependent on primary key

第三正規化 ( 3 NF )：

It must independent between non-key field ( just dependent on primary key or candidate key )

第四正規化 ( 4 NF )：

A record type should not contain two or more independent multi-values facts about an entity.

第五正規化 ( 5 NF )：

E-R Model：

一般實體關係：|實體| ----- <關係> ----- |實體|
弱實體關係：|實體| ------ <<關係>> ----- ||實體||
實體關係模型由：

Entity 實體（方形）

包含：

Entity type name 即 Table name
Entity 的 Attribute 即 column name
Entity 的 Attribute value 即欄位的值

Entity set：instance 的集合
Entity class：described by Attribute
Entity Instance 實例（ a tuple or a record )
Entity Type：

Weak Entity（弱實體）：須依靠其他實體才能存在。（雙實線方框）

Strong Entity ( regular entity ，一般實體)

Relationship 關係（菱形）<R>

弱關係以雙實線菱形表示
一般關係以單實線菱形表示
High-Level Entity：（講義 p.19）？！
N-ary relationship：

Unary relationship (Degree 1)：

又稱 Recursive Relationship（遞迴關係）
只與自己產生關係
_________
| people |---- supervisor ----/ R \
|________|---- employee ----- \ /

Binary relationship (Degree 2)：

|Entity A|--<R>--|Entity B|
<Relationship> 只與兩個 Entity 產生關係

Ternary relationship (Degree 3)：

<Relationship> 與三個以上的 Entity 產生關係

Type：

|Entity|---M----<R>----N----|Entity|
1 : 1 （一對一）Binary relationship

1 : N （一對多）Binary relationship

N : 1 （多對一）Binary relationship

M : N （多對多）Binary relationship

Cardinality（參與數的限制，基數）

|Entity|--{min,max}--<R>--{min,max}--|Entity|

Participation 參與（實體與關係的連接線）

完全參與（ Total Participation ）：以雙橫線表示

1 = 1 （一對一完全參與）
M = N （多對多完全參與）
...

部份參與（ Partial Participation ）：以單橫線表示

1 — 1 （一對一部份參與）
M — N （多對多部份參與）
...

Attribute 屬性（橢圓）

Key Attribute：

具唯一性
不可重複
不可為 Null

regular entity 的 PK 鍵畫實線底線

weak entity 的 PK 鍵畫虛線底線

Atomic attribute（不能再分割的最小屬性）
Derived attribute（推導屬性）以虛線橢圓表示。（如：年齡 - 可由生日與目前時間推導出來）
Composite attribute（複合屬性）：若某個屬性可在細分成多個小屬性，就再細分延伸一層。（如：姓名 - 可以在細分成姓 & 名）
Single value（單值屬性）：如性別。
Multi-valued attribute（多值屬性）：當某個屬性有一個以上的值時，以雙實線橢圓表示

ER model 轉換成 relational model：

針對 Strong Entity：

Entity 是 table
Attribute 化為 column，放入不同 attribute 特性：

Primary Key
Foreign Key

針對 Weak Entity：

Entity 是 table
Attribute 包含：

所有 weak entity attribute +
依賴的 strong entity PK 鍵

PK 鍵包含：

部份 weak entity attribute +
依賴的 strong entity PK 鍵

針對 M:N relationship：

|Entity A1|---M---<R>---N---|Entity A1|：打破成 M:1 & 1:N
新增一個多對多關係的關聯表，將 M 與 N 的 PK 組合起來成為此表的 Primary key

針對 1:N / N:1 relationship：

N 端的 Table 加入一個 Foreign key 參考到 1端的 Primary key

針對 1:1 relationship：

|Entity A|---1---<R>---1---|Entity B|
擇一加入一個 Foreign key：

若只有一端完全參與，則選擇該端加入 Foreign key
如果兩端都不是「完全參與」，則選擇其中「基數」較少者加入 Foreign key
如果兩端都是「完全參與」，可以將兩個 Entity 與 <R>結合成一個關聯表格。

Extended ER（ EER，擴充實體關聯模型）：

當某些 Relationship 只關聯到一個 Entity Set（ex: 員工）中的某些 Entity（ex: IT, sales, marketing...）。

一個 Super type 可以有多個 Sub type 繼承其屬性：（類似多載觀念）

Super type：共通的超類型屬性
Sub type：共通的超類型屬性 + 特殊屬性

以 ISA ( is a ) 倒三角形表示特殊化關係
Specialization： Super Type --> 依特殊性區分出 Sub Type
Generalization：Sub Type --> 歸納出 Super Type

依照實體在子類型中的隸屬關係，可區分為：

disjoint 不相交（d) ex: 學生--(d)-- 大學生 / 國中生 ...
overlap 重疊（o）ex: 客戶--(o)-- 租屋者 / 買屋者 ...

SQL：

Object-Relational Databases
Web Database Format: XML, JSON
Spatial Databases
Multidimensional Databases
Multimedia Databases
Graph Databases
Big Data (and NoSQL)

留言