Lecture #01: Relational Model & Relational Algebra

本文是对CMU15-445课程第一节笔记的一个粗略总结和翻译。仅供个人(M1kanN)复习使用。如果能对其他同学学习这门课有帮助的话，不胜荣幸。

1. Database

数据库(Database) 是一个有组织的、互相关联的、对现实世界的某些方面进行建模的集合。注意：数据库(DB) != 数据管理系统(DBMS)。Database management system是一种管理数据库的软件。本笔记中，用一个存储着艺术家和对应的专辑信息的数据库作为例子，亦即数字音乐商店(A database that models adigital music store)。

【资料图】

2. Flat File Strawman

数据库常常以CSV(comma-separated value)文件的形式存储，由DBMS进行管理。每次应用程序要读取或者更新记录时，都必须解析文件(parse files)。

以数字音乐商店的例子，会有两个文件，一是艺术家，二是专辑。

每个实体都有自己的属性集，所以在每个文件中，不同的记录都用新的行来划分，而一条记录中的每个相应属性都用逗号隔开。

例子：

Name	Year	Coutry
Wu-Tang Clan	1992	USA
Notorious BIG	1992	USA
GZE	1990	USA

关于平面文件(Flat File)

Data Integrity
数据完整性
Implementation执行
Durability耐受性

3. Database Management System

一个DBMS是一个能让应用在数据库中保存与分析数据的软件

通常，DBMS设计的目的是允许定义、创建、查询、更新和管理符合某种数据模型的数据库。

Data model：数据模型是描述数据库中数据的概念的集合。
Schema：模式是对基于数据模型的特定数据集合阿尼普拉提哦那的描述。

Early DBMSs

早期，数据库应用很难建立和维护，因为逻辑层和物理层之间存在着紧密的耦合。

逻辑层：描述了数据库有哪些实体和属性。
物理层：是这些实体和属性的存储方式。

所以早期的数据库，一旦改变了物理层，逻辑层也得跟着变。

4. Relational Model

人们每次改变物理层都要重新写数据管理系统，故Ted Codd注意到后提出了关系模型。

Relational Model：
关系模型定义了一个基于关系的数据库抽象概念，有3个关键点：
- Store database in simple data structures (relations).
- Access data through high-level language, DBMS figures out best execution strategy.
- Physical storage left up to the DBMS implementation.
简单来说就是：用简单的数据结构保存，用高级语言来访问，并让DBMS来执行最优策略以及处理物理层存储。
关系模型定义的三个概念：
- Structure：关系定义和内容。也就是关系具有的属性以及可以有的值。
- Integrity：确保数据库的内容满足约束条件。比如：年份必须是数字。
- Manipulation：如何访问和修改数据库的内容。
关系：关系是一个无序的集合(unordered_set)，包含代表的实体的属性关系。因为是无序的，所以DBMS可以用它想要的任何方式存储它们，并允许优化。
元组(tuple)：元组指的是关系中的一组属性值(也叫域 domain)。起初，值必须是原子的或者标量，但现在值也可以是一个特殊的值--NULL，表示为定义。
有n个属性的关系，叫做：n-ary relation。
Keys：一个关系的primary key唯一的定义了单个元组。很多DBMSs都支持autogenerated keys，所以程序就不需要手动增加了，但primary key还是在某些DBMSs是需要的。
- Primary key：唯一的定义了单个元组。
- Foreign key：指定一个关系中的属性必须映射到另一个关系中的元组。

5. Data Manipulation Languages (DMLs)

有两类语言去保存和检索在数据库中的信息。

Procedural：The query specifies the (high-level) strategy the DBMS should use to find the desired result based on sets / bags. (relational algebra)
Non-Procedural(Declarative)：The query specifies only what data is wanted and not how to find it. (relational calculus)

一般现在都是用第二种的，我不管DBMS用什么策略，我只需要你给我我想要的数据。