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  • 文章目录关系数据库关系数据库简介关系数据结构及形式化定义关系操作关系模型的完整性关系代数 关系数据库 关系数据库简介 美国????IBM公司的E.F.Codd 1970年提出关系数据模型E.F.Codd, “A Relational Model of ...

    本人就职于国际知名终端厂商,负责modem芯片研发。
    在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作,目前牵头6G算力网络技术标准研究。

    关系数据库

    关系数据库简介

    • 美国🗽IBM公司的E.F.Codd
      1970年提出关系数据模型E.F.Codd, “A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks”《Communication of the ACM》
      1970之后,提出了关系代数和关系演算的概念
      1972年提出了关系的第一、第二、第三范式的规范化理论
      1974年提出了关系的BC范式
      奠定了关系数据库的理论基础
    • 关系数据库系统是支持关系模型的数据库系统
    • 关系模型由数据结构、关系操作集合和完整性约束三部分组成
    • 单一的数据结构------关系🔗
      但关系模型的这种简单的数据结构能够表达丰富的语义,描述出现实世界的实体以及实体间的各种联系
    • 关系操作
      • 关系模型中常用的关系操作包括两类:
        ⭐查询操作:选择、投影、连接、除、并、交、差
        ⭐增加、删除、修改操作
      • 特点:操作的对象和结果均是集合;一次一集合
      • 关系数据语言:
        🔸三类:关系代数语言、关系演算语言和具有关系代数和关系演算双重特点的语言

    关系数据结构及形式化定义

    关系

    • 在关系模式中,数据是以二维表的形式存在的,这个二维表就叫做关系

    • 关系理论是以集合代数理论为基础的,因此我们可以用集合代数给出二维表的“关系”定义

    • 为了从集合论的角度给出关系的定义,我们先引入域和笛卡尔积的概念 :
      ⭐域(Domain)

      • 域是一组具有相同数据类型的值的集合,又称为值域(用D表示)
        例如,整数、实数、字符串的集合
      • 域中所包含的值的个数称为域的基数(用m表示)
      • 关系中用域表示属性的取值范围
        例如:
        D1={李力,王平,刘伟} m1=3
        D2={男,女} m2=2
      • 域中的值无排列次序,如D2={男,女}={女,男}

      ⭐笛卡尔积(Cartesian Product)

      • 给定一组域D1,D2,…,Dn(它们可以包含相同的元素,即可以完全不同,也可以部分或全部相同)。D1,D2,…,Dn的笛卡尔积为D1×D2×…×Dn={(d1,d2,…,dn)| di∈Di,i=1,2,…,n}
      • 有定义可以看出,笛卡尔积也是一个集合
        其中:
        元素中的每一个di叫做一个分量(Component),来自相应的域(di∈Di);
        每一个元素(d1,d2,…,dn)叫做一个n元组(n-tuple),简称元组(Tuple)。但元组不是di的集合,元组的每个分量(di)是按序排列的,如:(1,2,3)≠(2,3,1)≠(1,3,2);而集合中的元素是没有排序次序的,如:1,2,3)=(2,3,1)=(1,3,2)
        若Di(i=1,2,…,n)为有限集,Di中的集合元素个数称为Di的基数,用mi(i=1,2,…,n)表示,则笛卡尔积D1×D2×…×Dn的基数M(即元素(d1,d2,…,dn)的个数)为所有域的基数的累乘之积,即M=i=1nmi\prod_{i=1}^nm_i 例如:
        上述表示教师关系中姓名、性别两个域的笛卡尔积为
        D1×D2={李力,男),(李力,女),(王平,男),(王平,女),(刘伟,男),(刘伟,女)}
        其中:
        🔹 李力、王平、刘伟、男、女都是分量
        🔹(李力,男),(李力,女)等是元组
        🔹其基数M=m1×m2=3*2=6
        🔹元组的个数为6
        笛卡尔积可用二维表的形式表示
        例如,上述的6个元组可表示成下表👇
        姓名 性别
        李力
        李力
        王平
        王平
        刘伟
        刘伟
        由上例可以看出,笛卡尔积实际是一个二维表,表的框架由域构成,表的任意一行就是一个元组,表中的每一列来自同一域,如第一个分量来自D1,第二个分量来自D2。

      ⭐关系(Relation)

      • 笛卡尔积D1×D2×…×Dn的任一子集称为定义在域D1,D2,…,Dn上的n员关系,可用R(D1×D2×…×Dn)表示。
        如上例D1×D2笛卡尔积的子集可以构成教师关系T1,如下表:
        在这里插入图片描述
      • 几点说明
        • R为关系名,n称为关系的目或度(Degree)
          当n=1时,称为单元关系
          当n=2时,称为二元关系
          … …
          当n=n时,称为n元关系
        • 关系是笛卡尔积的有限子集,即是一个二维表,行对应一个元组、列对应一个域、每列的名称称为属性
        • n目关系必有n个属性

      ⭐属性、码的概念

      • 候选键与关键字
        • 能唯一标识关系中元组的属性或属性集,则称该属性或属性集为候选键(Candidate Key),也称候选关键字或候选码。如:
          ■ “学生关系”中的学号能唯一的标识每一个学生,则属性学号是学生关系的候选键
          ■ 在“选课关系”中,只有属性的组合“学号+课程号”才能唯一地区分每一条选课记录,则属性集“学号+课程号”是选课关系的候选键
        • 如果一个关系中有多个候选键,可以从中选择一个作为查询、插入和删除元组的操作变量,被选用的候选键称为主关系键(Primary Key),或简称为主键、主码、关系键、关系字。
          例如:在学生关系中假设存在身份证号属性,则“学号”和“身份证号”都可以作为学生关系的候选键,如果选定“学号”作为数据操作的依据,则“学号”为主关系键
        • 主关系键是关系模型中的一个重要概念。每一个关系必须选择一个主关系键,选定以后,不能随意改变。每个关系必定有且仅有一个主关系键,因为关系的元组无重复,至少关系的所有属性的组合可作为主关系键,通常用较小的属性组合作为主关系键
      • 主属性与非码属性
        • 主属性(Prime Attribute):包含在任何一个候选码中的各属性称为主属性
        • 非码属性(Non-Prime Attribute):不包含在任何候选码中的属性称为非码属性,或非主属性(Non-key Attribute)
        • 在最简单的情况下,一个候选码只包含一个属性,如学生关系中的“学号”,教师关系中的“教师号”
        • 在最极端的情况下,所有属性的组合是关系的候选码,这时称为全码(All-Key)
          例如:假设有教师课程参考书关系TCB,分别有三个属性 教师号(T)、课程号(C)和参考书(B)。一个教师可以讲授多门课程;一门课程可以为多个教师讲授,它们使用相同的一套参考书;同样每种参考书可以供多门课程使用。在这种情况下,T、C、B三者之间是多对多关系,(T,C,B)三个属性的组合是关系TCB的候选码,称为全码,T,C,B都是主属性
        • 关系的类型
          • 基本关系(通常又称为基本表或基表):实际存在的表,实际存储数据的逻辑表示
          • 查询表:查询结果对应的表
          • 视图表:由基本表或其它视图表导出的表,是虚表,不对应实际存储的数据

      ⭐关系的基本性质

      • 尽管关系与二维表格、传统的数据文件是非常类似的,但它们之间又有重要的区别
      • 严格地说,关系是种规范化了的二维表中行的集合,为了使相应的数据操作简化,在关系模型中,对关系做了种种限制,关系具有如下特性:
        • 关系中不允许出现相同的元组。因为数据上集合中没有相同的元素,而关系是元组的集合,所以作为集合元素的元组应该是唯一的
        • 关系中元组的顺序(即行序)是无关紧要的,在一个关系中可以任意交换两行的次序。因为集合中的元素是无序的,所以作为集合元素的元组也是无序的。根据关系的这个性质,可以改变元组的顺序使其具有某种排序,然后按照顺序查询数据,可以提高查询速度。
        • 关系中属性的顺序是无关紧要的,即列的顺序可以任意交换。交换时,应连同属性名一起交换,否者将得到不同的关系
        • 同一属性名下的各个属性值必须来自同一个域,是同一类型的数据。即列是同质的
        • 关系中各个属性必须有不同的名字,不同的属性可来自同一个域,即它们的分量可以取自同一个域
          例如:有下表中的关系,职业与兼职是两个不同的属性,但它们取自同一个域,职业={教师,公务员,企业主}👇
          在这里插入图片描述
        • 关系中的每一个分量必须是不可分的数据项,或者说所有属性值都是原子的,即是一个确定的值,而不是值的集合。属性值可以是空值,表示“未知”或“不可使用”,即不可“表中有表”。满足此条件的关系称为“规范化关系”,否则称为“非规范化关系”。
          例如:下表中,籍贯含有省、市/县两项,出现了“表中有表”的现象,则为非规范化关系,而把籍贯分成省、市/县两列,将其规范化👇
          在这里插入图片描述

    关系模式

    • 关系数据库中,关系模式是型,关系是值
    • 关系模式是对关系结构的描述,是关系的框架,或称为表框架。它应该:
      • 指出关系由哪些属性构成,这些属性来自哪些域,以及属性与域之间的映像关系
      • 刻画关系必须满足的完整性约束条件
    • 定义:关系的描述称为关系模式(Relation Schema)。一个关系模式应当是一个五元组。它可以形式化地表示为:R(U,D,DOM,F)
      其中R为关系名,U为组成该关系的属性名集合,D为属性组U中属性所来自的域,DOM为属性向域的映像集合,F为属性间数据的依赖关系集合
    • 关系模式通常可以简记为:R(A1,A2,…,An)
      其中R为关系名,A1,A2,…,An为属性名。而域名及属性向域的映像常常直接说明为属性的类型和长度
    • 关系模式是静态的、稳定的;关系是关系模式在某一时刻的状态或内容,动态的、随时间不断变化的

    关系数据库模式

    • 一组关系模式的集合叫做关系数据库模式
    • 关系数据库模式是对关系数据库结构的描述,或者说是对关系数据库框架的描述,与关系数据库模式对应的数据库中的当前值就是关系数据库的内容,称为关系数据库的实例,可以看作是关系的值。
      例如,在教学数据库中,共有五个大系,其关系模式分别为:
      🔹学生(学号,姓名,性别,年龄,系号)
      🔹教师(教师号,姓名,性别,年龄,系号)
      🔹课程(课程号,课程名,课时)
      🔹选课(学号,课程号,成绩)
      🔹授课(教师号,课程号)
      🔹系(系号,系名,地址)
      在每个关系中,又有其相应的数据库的实例,如下图是学生关系模式对应的数据库实例👇
      在这里插入图片描述

    关系数据库

    • 关系数据库是“一组随时间变化,具有各种度的规范化关系的集合”
    • 在关系模型中,实体以及实体间的联系都是用关系来表示。在一个给定的现实世界领域中,相应于所有实体及实体之间的联系的关系的集合构成一个关系数据库
    • 由此可见,关系数据库也有的概念,其型就是关系数据库模式,相对固定;其值就是关系数据库内容,代表现实世界中的实体,而实体是随着时间不断变化的,所以其值在不同的时刻会有所变化

    关系数据库——关系操作&&关系模型的完整性
    关系数据库——关系代数


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  • 关系数据库中常用的数据结构

    万次阅读 2017-06-26 14:38:39
    数据结构是元素之间的一种关系。...1.数组:array,关系数据库中数组的应用非常广泛,一个table就可以看作是一个二维数组。但是数组的访问效率较低,需要遍历所有数据才能找到满足条件的数据。 2.

    数据结构是元素之间的一种关系。有四种基本的数据结构。线性数据结构,树形数据结构,集合数据结构,图形数据结构



    其中线性数据(元素之间一对一的关系)结构又细分为,数组,链表,队列,堆栈。先详细讨论下线性数据结构的特点

    1.数组:array,关系数据库中数组的应用非常广泛,一个table就可以看作是一个二维数组。但是数组的访问效率较低,需要遍历所有数据才能找到满足条件的数据。

    2.链表:数据元素的增加,删除可以在链表的任意位置完成(插队)

    3.队列:只能在队尾插入,队首删除(

    4.栈:只能在队首进行插入和删除的动作(子弹夹)


    树形结构:树形结构有利于数据的存储和查找。数据元素之间一对多的关系,常见类型又树,比如二叉树,平衡二叉树,B+树


    二叉树,最多有2个分支,而平衡二叉树,保证每个节点都有2个分枝,

    B+树 常用于文件系统中:

    (1)有n棵子树的节点含有n个关键字;
    (2)所有的叶子节点包含了全部关键字的信息,及指向这些关键字记录的指针,且叶子节点本身按关键字大小自小到大顺序链接;
    (3)所有非终端节点可以看成是索引部分,节点中仅含有其子树(根节点)中最大(或最小)关键字,所有B+树更像一个索引顺序表;
    (4)对B+树进行查找运算,一是从最小关键字起进行顺序查找,二是从根节点开始,进行随机查


    字典树是一种以树形结构保存大量字符串。以便于字符串的统计和查找,经常被搜索引擎系统用于文本词频统计。它的优点是:利用字符串的公共前缀来节约存储空间,最大限度地减少无谓的字符串比较,查询效率比哈希表高。具有以下特点:
    (1)根节点为空;
    (2)除根节点外,每个节点包含一个字符;
    (3)从根节点到某一节点,路径上经过的字符连接起来,为该节点对应的字符串。
    (4)每个字符串在建立字典树的过程中都要加上一个区分的结束符,避免某个短字符串正好是某个长字符串的前缀而淹没。

    散列表(hash table):

    若结构中存在关键字和键值相等的记录,则该记录必定在hash 函数的存储位置上。由此不需要比较便可以直接取得所查记录。这个对应关系为hash function,按这个思想建立的表示hash表


    引用:http://blog.csdn.net/wypblog/article/details/8076324

    最大(最小)堆是一棵每一个节点的键值都不小于(大于)其孩子(如果存在)的键值的树。大顶堆是一棵完全二叉树,同时也是一棵最大树。小顶堆是一棵完全完全二叉树,同时也是一棵最小树。

    注意:

    • 堆中任一子树亦是堆。
    • 以上讨论的堆实际上是二叉堆(Binary Heap),类似地可定义k叉堆。

    下图分别给出几个最大堆和最小堆的例子:


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  • 文章目录0.思维导图1. 关系(1)域(Domain)(2)笛卡尔积(Cartesian Product)(3)关系...单一的数据结构----关系 现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示 逻辑结构----二维表 从用户角度,...


    0.思维导图

    在这里插入图片描述

    1. 关系

    什么是关系?

    • 单一的数据结构----关系
      现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示
    • 逻辑结构----二维表
      从用户角度,关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表
    • 建立在集合代数的基础上

    (1)域(Domain)

    • 是一组具有相同数据类型的值的集合。例:
      整数
      实数
      介于某个取值范围的整数
      长度指定长度的字符串集合
      {‘男’,‘女’}
      ………………

    (2)笛卡尔积(Cartesian Product)

    • 笛卡尔积
      给定一组域D1,D2,…,Dn,这些域中可以有相同的。
      D1,D2,…,Dn的笛卡尔积为:
      在这里插入图片描述
      所有域的所有取值的一个组合
      不能重复;

    • 元组(Tuple)
      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(Tuple);
      (张清玫,计算机专业,李勇)、(张清玫,计算机专业,刘晨)等都是元组 ;

    • 分量(Component)
      笛卡尔积元素(d1,d2,…,dn)中的每一个值di叫作一个分量;
      张清玫、计算机专业、李勇、刘晨等都是分量 ;

    • 基数(Cardinal number)
      可以把基数看做笛卡尔积元素的个数,及元组的个数;
      若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:
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    • 笛卡尔积的表示方法:
      笛卡尔积可表示为一个二维表;
      表中的每行对应一个元组,表中的每列对应一个;
      在这里插入图片描述

    (3)关系(Relation)

    • 关系
      ·笛卡尔积·D1×D2×…×Dn的子集叫作在D1,D2,…,Dn上的关系,表示为:
      在这里插入图片描述
      R:关系名
      n:关系的(Degree)

    • 元组
      ·关系·中的每个元素是关系中的元组,通常用t表示。

    • 单元关系与二元关系
      当n=1时,称该关系为单元关系(Unary relation)或一元关系 ;
      当n=2时,称该关系为二元关系(Binary relation);

    • ·关系的表示·
      关系也是一个二维表,表的每行对应一个元组,表的每对应一个
      在这里插入图片描述

    • 属性
      关系中不同列可以对应相同的域;
      为了加以区分,必须对每起一个名字,称为属性(Attribute);
      n目关系必有n个属性;

      • 候选码(Candidate key)
        若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组,则称该属性组为候选码;
        简单的情况:候选码只包含一个属性;
      • 全码(All-key)
        最极端的情况:关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码,称为全码(All-key);
      • 主码
        若一个关系有多个候选码,则选定其中一个为主码(Primary key);
      • 主属性
        候选码的诸属性称为主属性(Prime attribute);
        不包含在任何侯选码中的属性称为非主属性( Non-Prime attribute)或非码属性(Non-key attribute) ;
        在这里插入图片描述
    • D1,D2,…,Dn的笛卡尔积的某个子集才有实际含义
      ·例:·表2.1 的笛卡尔积没有实际意义
      取出有实际意义的元组来构造关系
      关系:SAP(SUPERVISOR,SPECIALITY,POSTGRADUATE)
      假设:导师与专业:1:1, 导师与研究生:1:n
      主码:POSTGRADUATE(假设研究生不会重名)
      SAP关系可以包含三个元组:{ (张清玫,计算机专业,李勇), (张清玫,计算机专业,刘晨),(刘逸,信息专业,王敏) }

    (4)三类关系

    • 基本关系(基本表或基表)
      实际存在的表,是实际存储数据的逻辑表示
    • 查询表
      查询结果对应的表
    • 视图表
      由基本表或其他视图表导出的表,是虚表,不对应实际存储的数据
    • 在 SQL 中,视图是基于 SQL 语句的结果集的可视化的表
    • 视图包含行和列,就像一个真实的表。视图中的字段就是来自一个或多个数据库中的真实的表中的字段。
    • 我们可以向视图添加 SQL 函数、WHERE 以及 JOIN 语句,我们也可以提交数据,就像这些来自于某个单一的表。
    • 注释:数据库的设计和结构不会受到视图中的函数、where 或 join 语句的影响。
    • 基本关系(二维表)的性质
      ① 列是同质的(Homogeneous);
      ② 不同的列可出自同一个域,其中的每一列称为一个属性,不同的属性要给予不同的属性名;
      ③ 列的顺序无所谓,列的次序可以任意交换;
      ④ 任意两个元组的候选码不能相同;
      ⑤ 行的顺序无所谓,行的次序可以任意交换;
      ⑥ 分量必须取原子值,这是规范条件中最基本的一条; 表2.3  非规范化关系

    2.关系模式

    (1)什么是关系模式

    关系模式(Relation Schema)是
    关系是
    关系模式是对关系描述:

    • 元组集合的结构
      • 属性构成
      • 属性来自的域
      • 属性与域之间的映象关系
    • 元组语义以及完整性约束条件
    • 属性间的数据依赖关系集合

    (2)定义关系模式

    关系模式可以形式化地表示为:

    • R(U,D,DOM,F)
    • R 关系名
    • U 组成该关系的属性名集合
    • D 属性组U中属性所来自的域
    • DOM 属性向域的映象集合
    • F 属性间的数据依赖关系集合

    ·例:·
    导师和研究生出自同一个域——人,取不同的属性名,并在模式中定义属性向域的映象,即说明它们分别出自哪个域;
    DOM(SUPERVISOR-PERSON)= DOM(POSTGRADUATE-PERSON)=PERSON

    关系模式通常可以简记为
    R (U) 或 R (A1,A2,…,An)
    R: 关系名
    A1,A2,…,An : 属性名
    注:域名及属性向域的映象常常直接说明为属性的类型、长度

    3.关系模式和关系的对比

    • 关系模式
      对关系的描述
      静态的、稳定的
    • 关系
      关系模式在某一时刻的状态或内容
      动态的、随时间不断变化的
      关系模式和关系往往统称为关系

    在数据库学科中可以把关系模式理解为表的结构、属性之间的关系、约束条件,把关系理解为二维表

    4.关系数据库

    • 关系数据库·
      在一个给定的应用领域中,所有·关系的集合·构成一个关系数据库
    • ·关系数据库模式包括
      若干域的定义;
      在这些域上定义的若干关系模式;
    • 关系数据库的··与
      关系数据库的: 关系数据库模式, 对关系数据库的描述。
      关系数据库的: 关系模式在某一时刻对应的关系的集合,简称为关系数据库
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  • 数据库索引及其数据结构

    千次阅读 2018-04-08 20:26:04
    数据库索引,是数据库管理系统中一个排序的数据结构,以协助快速查询、更新数据库表中数据。索引的实现通常使用B树及其变种B+树。在数据之外,数据库系统还维护着满足特定查找算法的数据结构,这些数据结构以某种...

    数据库索引,是数据库管理系统中一个排序的数据结构,以协助快速查询、更新数据库表中数据。索引的实现通常使用B树及其变种B+树

    在数据之外,数据库系统还维护着满足特定查找算法的数据结构,这些数据结构以某种方式引用(指向)数据,这样就可以在这些数据结构上实现高级查找算法。这种数据结构,就是索引。

    为表设置索引要付出代价的:一是增加了数据库的存储空间,二是在插入和修改数据时要花费较多的时间(因为索引也要随之变动)。

     

    上图展示了一种可能的索引方式。左边是数据表,一共有两列七条记录,最左边的是数据记录的物理地址(注意逻辑上相邻的记录在磁盘上也并不是一定物理相邻的)。为了加快Col2的查找,可以维护一个右边所示的二叉查找树,每个节点分别包含索引键值和一个指向对应数据记录物理地址的指针,这样就可以运用二叉查找在O(log2n)的复杂度内获取到相应数据。

     

    创建索引可以大大提高系统的性能。

    第一,通过创建唯一性索引,可以保证数据库表中每一行数据的唯一性。

    第二,可以大大加快数据的检索速度,这也是创建索引的最主要的原因。

    第三,可以加速表和表之间的连接,特别是在实现数据的参考完整性方面特别有意义。

    第四,在使用分组和排序子句进行数据检索时,同样可以显著减少查询中分组和排序的时间。

    第五,通过使用索引,可以在查询的过程中,使用优化隐藏器,提高系统的性能。 

     

    也许会有人要问:增加索引有如此多的优点,为什么不对表中的每一个列创建一个索引呢?因为,增加索引也有许多不利的方面。

    第一,创建索引和维护索引要耗费时间,这种时间随着数据量的增加而增加。

    第二,索引需要占物理空间,除了数据表占数据空间之外,每一个索引还要占一定的物理空间,如果要建立聚簇索引,那么需要的空间就会更大。

    第三,当对表中的数据进行增加、删除和修改的时候,索引也要动态的维护,这样就降低了数据的维护速度。

     

    索引是建立在数据库表中的某些列的上面。在创建索引的时候,应该考虑在哪些列上可以创建索引,在哪些列上不能创建索引。一般来说,应该在这些列上创建索引:在经常需要搜索的列上,可以加快搜索的速度;在作为主键的列上,强制该列的唯一性和组织表中数据的排列结构;在经常用在连接的列上,这些列主要是一些外键,可以加快连接的速度;在经常需要根据范围进行搜索的列上创建索引,因为索引已经排序,其指定的范围是连续的;在经常需要排序的列上创建索引,因为索引已经排序,这样查询可以利用索引的排序,加快排序查询时间;在经常使用在WHERE子句中的列上面创建索引,加快条件的判断速度。

     

    同样,对于有些列不应该创建索引。一般来说,不应该创建索引的的这些列具有下列特点:

    第一,对于那些在查询中很少使用或者参考的列不应该创建索引。这是因为,既然这些列很少使用到,因此有索引或者无索引,并不能提高查询速度。相反,由于增加了索引,反而降低了系统的维护速度和增大了空间需求。

    第二,对于那些只有很少数据值的列也不应该增加索引。这是因为,由于这些列的取值很少,例如人事表的性别列,在查询的结果中,结果集的数据行占了表中数据行的很大比例,即需要在表中搜索的数据行的比例很大。增加索引,并不能明显加快检索速度。

    第三,对于那些定义为text, image和bit数据类型的列不应该增加索引。这是因为,这些列的数据量要么相当大,要么取值很少。

    第四,当修改性能远远大于检索性能时,不应该创建索引。这是因为,修改性能和检索性能是互相矛盾的。当增加索引时,会提高检索性能,但是会降低修改性能。当减少索引时,会提高修改性能,降低检索性能。因此,当修改性能远远大于检索性能时,不应该创建索引。

     

    根据数据库的功能,可以在数据库设计器中创建三种索引:唯一索引、主键索引和聚集索引

     

    唯一索引 

     

    唯一索引是不允许其中任何两行具有相同索引值的索引。

     

    当现有数据中存在重复的键值时,大多数数据库不允许将新创建的唯一索引与表一起保存。数据库还可能防止添加将在表中创建重复键值的新数据。例如,如果在employee表中职员的姓(lname)上创建了唯一索引,则任何两个员工都不能同姓。

     

    主键索引

     

    数据库表经常有一列或列组合,其值唯一标识表中的每一行。该列称为表的主键。

     

    在数据库关系图中为表定义主键将自动创建主键索引,主键索引是唯一索引的特定类型。该索引要求主键中的每个值都唯一。当在查询中使用主键索引时,它还允许对数据的快速访问。

     

    聚集索引

     

    在聚集索引中,表中行的物理顺序与键值的逻辑(索引)顺序相同。一个表只能包含一个聚集索引。

     

    如果某索引不是聚集索引,则表中行的物理顺序与键值的逻辑顺序不匹配。与非聚集索引相比,聚集索引通常提供更快的数据访问速度。

     

     

     

    局部性原理与磁盘预读

     

    由于存储介质的特性,磁盘本身存取就比主存慢很多,再加上机械运动耗费,磁盘的存取速度往往是主存的几百分分之一,因此为了提高效率,要尽量减少磁盘I/O。为了达到这个目的,磁盘往往不是严格按需读取,而是每次都会预读,即使只需要一个字节,磁盘也会从这个位置开始,顺序向后读取一定长度的数据放入内存。这样做的理论依据是计算机科学中著名的局部性原理当一个数据被用到时,其附近的数据也通常会马上被使用。程序运行期间所需要的数据通常比较集中。

    由于磁盘顺序读取的效率很高(不需要寻道时间,只需很少的旋转时间),因此对于具有局部性的程序来说,预读可以提高I/O效率。

    预读的长度一般为页(page)的整倍数。页是计算机管理存储器的逻辑块,硬件及操作系统往往将主存和磁盘存储区分割为连续的大小相等的块,每个存储块称为一页(在许多操作系统中,页得大小通常为4k),主存和磁盘以页为单位交换数据。当程序要读取的数据不在主存中时,会触发一个缺页异常,此时系统会向磁盘发出读盘信号,磁盘会找到数据的起始位置并向后连续读取一页或几页载入内存中,然后异常返回,程序继续运行。

    B-/+Tree索引的性能分析

    到这里终于可以分析B-/+Tree索引的性能了。

    上文说过一般使用磁盘I/O次数评价索引结构的优劣。先从B-Tree分析,根据B-Tree的定义,可知检索一次最多需要访问h个节点。数据库系统的设计者巧妙利用了磁盘预读原理,将一个节点的大小设为等于一个页,这样每个节点只需要一次I/O就可以完全载入。为了达到这个目的,在实际实现B-Tree还需要使用如下技巧:

    每次新建节点时,直接申请一个页的空间,这样就保证一个节点物理上也存储在一个页里,加之计算机存储分配都是按页对齐的,就实现了一个node只需一次I/O。

    B-Tree中一次检索最多需要h-1次I/O(根节点常驻内存),渐进复杂度为O(h)=O(logdN)。一般实际应用中,出度d是非常大的数字,通常超过100,因此h非常小(通常不超过3)。

    而红黑树这种结构,h明显要深的多。由于逻辑上很近的节点(父子)物理上可能很远,无法利用局部性,所以红黑树的I/O渐进复杂度也为O(h),效率明显比B-Tree差很多。

     

    综上所述,用B-Tree作为索引结构效率是非常高的。

     

     

    应该花时间学习B-树和B+树数据结构

    =============================================================================================================

     

    1)B树

    B树中每个节点包含了键值和键值对于的数据对象存放地址指针,所以成功搜索一个对象可以不用到达树的叶节点。

    成功搜索包括节点内搜索和沿某一路径的搜索,成功搜索时间取决于关键码所在的层次以及节点内关键码的数量。

     

    在B树中查找给定关键字的方法是:首先把根结点取来,在根结点所包含的关键字K1,…,kj查找给定的关键字(可用顺序查找或二分查找法),若找到等于给定值的关键字,则查找成功;否则,一定可以确定要查的关键字在某个Ki或Ki+1之间,于是取Pi所指的下一层索引节点块继续查找,直到找到,或指针Pi为空时查找失败。

     

     

    2)B+树

     

    B+树非叶节点中存放的关键码并不指示数据对象的地址指针,非也节点只是索引部分。所有的叶节点在同一层上,包含了全部关键码和相应数据对象的存放地址指针,且叶节点按关键码从小到大顺序链接。如果实际数据对象按加入的顺序存储而不是按关键码次数存储的话,叶节点的索引必须是稠密索引,若实际数据存储按关键码次序存放的话,叶节点索引时稀疏索引。

     

    B+树有2个头指针,一个是树的根节点,一个是最小关键码的叶节点。

    所以 B+树有两种搜索方法:

    一种是按叶节点自己拉起的链表顺序搜索。

    一种是从根节点开始搜索,和B树类似,不过如果非叶节点的关键码等于给定值,搜索并不停止,而是继续沿右指针,一直查到叶节点上的关键码。所以无论搜索是否成功,都将走完树的所有层。

    B+ 树中,数据对象的插入和删除仅在叶节点上进行。

     

     

    这两种处理索引的数据结构的不同之处:
    a,B树中同一键值不会出现多次,并且它有可能出现在叶结点,也有可能出现在非叶结点中。而B+树的键一定会出现在叶结点中,并且有可能在非叶结点中也有可能重复出现,以维持B+树的平衡。
    b,因为B树键位置不定,且在整个树结构中只出现一次,虽然可以节省存储空间,但使得在插入、删除操作复杂度明显增加。B+树相比来说是一种较好的折中。
    c,B树的查询效率与键在树中的位置有关,最大时间复杂度与B+树相同(在叶结点的时候),最小时间复杂度为1(在根结点的时候)。而B+树的时候复杂度对某建成的树是固定的。

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