前置

1. Why：为什么需要 DBMS？ 文件已经可以保存数据，但当应用需要共享、查询和修改这些数据时，还需要解决下面的问题：

   问题	没有 DBMS 时，应用需要自己处理什么？
   数据完整性	阻止年份被写成无效字符串；避免同一艺人的信息互相矛盾；处理删除艺人后的引用
   数据建模	怎样表达“一张专辑有多位艺人，一位艺人有多张专辑”？
   数据访问与共享	自己解析文件、查找记录、修改记录；多个应用还可能重复实现这些逻辑
   并发访问	两个线程同时修改数据时，避免修改互相覆盖
   崩溃与可靠性	更新到一半机器崩溃，怎样恢复？已经报告保存成功的数据，怎样保证重启后仍然存在？
   存储方式变化	文件格式、数据布局或访问方式改变时，怎样减少对业务代码的影响？

2. What？：什么是 DBMS？ DBMS 是管理数据库的软件，为应用提供定义、创建、查询、修改和管理数据的能力。

   概念	含义	例子
   数据库 Database	被组织、保存的数据集合	学生、课程、选课记录
   数据模型 Data Model	描述数据如何组织、受什么约束、支持哪些操作的概念体系	关系模型、文档模型、键值模型
   数据库管理系统 DBMS	按某种数据模型管理数据的软件	MySQL、PostgreSQL

3. How：DBMS 怎样组织和操作数据？ 第一讲主要从逻辑设计层面回答，以关系模型为例，分成三个方面：

   方面	解决的问题	对应我们的练习
   结构 Structure	数据长什么样？	用 student、course、enrolled 三个关系组织数据；每行是元组，每列是属性，属性有取值域
   完整性 Integrity	什么样的数据才合法？	主键唯一标识记录；外键保证引用有效；其他约束规定非空、取值范围等
   操作 Manipulation	可以怎样查询和修改数据？	选择、投影、并集、交集、差集、笛卡尔积、连接等关系运算

基础概念

1. 关系数据模型三大概念：

   1. 结构（Structure）： 定义关系及其内容，而不依赖它们的物理表示。每个关系都有一组属性，每个属性都有一个取值域（Domain）。
   2. 完整性（Integrity）： 保证数据库内容满足特定约束。例如，一个人的年龄不能是负数。
   3. 操作（Manipulation）： 提供声明式 API，通过关系，也就是集合，来访问和修改数据库内容。程序员只需指定期望的结果；数据库系统决定执行查询时最有效的计划；

2. 结构：定义数据如何组织表示

   概念	定义	示例
   关系 Relation	元组组成的无序集合，用来表达一类事实；通常可以对应为一张表	student 表
   元组 Tuple	关系中的一条记录，由各个属性对应的值组成	(1, '张三', 20)
   属性 Attribute	描述数据的一个字段，通常对应表中的一列	sid、name、age
   取值域 Domain	某个属性允许取值的集合或类型范围	age 的值采用整数类型
   n 元关系 n-ary Relation	具有 n 个属性的关系	student(sid, name, age) 是三元关系
   关系模式 Relation Schema	对关系名称、属性及其取值域等结构的定义	定义 student 有哪些列、各列是什么类型

3. 完整性：规定什么样的数据状态是合法的。

   约束	作用	示例
   主键 Primary Key	唯一标识关系中的一个元组；主键值必须唯一且非 NULL	student.sid
   外键 Foreign Key	约束记录之间的引用，保证参照完整性	enrolled.sid 引用 student.sid
   唯一约束 UNIQUE	要求指定属性或属性组合的值具有唯一性；NULL 的处理依数据库规则而定	student.login
   非空约束 NOT NULL	要求属性必须有值，不能为 NULL	course.name
   检查约束 CHECK	要求属性值或一条记录满足指定条件	CHECK (age >= 0)

4. 数据操纵语言（Data Manipulation Languages，DML）：

   1. 声明式；（只表明结果，不表明过程）

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      SELECT：查询 INSERT：插入 UPDATE：修改 DELETE：删除

   2. 关系代数：定义了关系上的基本运算。每个运算接收一个或多个关系作为输入，输出一个新的关系；

      运算	定义与作用	记法
      选择 Selection	保留满足条件的元组，即筛选行	σ条件(R)
      投影 Projection	保留指定属性，即选择列；经典关系代数会去除重复结果	π属性列表(R)
      并集 Union	返回至少出现在一个输入关系中的元组	R ∪ S
      交集 Intersection	返回同时出现在两个输入关系中的元组	R ∩ S
      差集 Difference	返回出现在 R 中、但没有出现在 S 中的元组	R − S
      笛卡尔积 Cartesian Product	将两个输入关系的元组全部两两组合	R × S
      连接 Join	按匹配规则组合两个关系中的元组	R ⋈ S 或带条件的连接记法

lecture 02

1. 查看表结构

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   SHOW TABLES; DESCRIBE student; SELECT * FROM course;

2. 基础查询

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   SELECT ... FROM ... JOIN ... ON ... WHERE ... GROUP BY ... HAVING ... ORDER BY ... LIMIT ...;

   需求	写法
   等于、不等于	=、<>，不等于也可以用 !=
   同时满足、满足任意一个	AND、OR
   值为空、不为空	IS NULL、IS NOT NULL
   字符串模式匹配	LIKE
   任意长度的字符，包括零个	%
   恰好一个字符	_
   属于、不属于某个结果集合	IN、NOT IN

3. 聚合与NULL：统计“行数”还是“有值的数量”

   表达式	含义	本轮学生表的结果
   COUNT(*)	统计行数	6
   COUNT(gpa)	统计 GPA 非 NULL 的行数	5
   AVG(gpa)	对非 NULL 的 GPA 求平均	3.50
   MAX(gpa)	最大的非 NULL GPA	3.90
   MIN(gpa)	最小的非 NULL GPA	2.80

4. JOIN：连接方向、匹配条件与计数列；

   写法	结果含义
   CROSS JOIN	两边记录的所有组合
   JOIN ... ON ...	保留满足连接条件的组合
   LEFT JOIN ... ON ...	保留匹配结果，也保留未匹配的左表行，右侧字段补 NULL

5. 子查询：区分“一个值”“一组值”“有没有行”

   用法	子查询提供什么
   gpa > (SELECT AVG(...))	一个值，用于比较
   sid IN (SELECT sid ...)	一组值，用于判断归属
   EXISTS (SELECT ...)	判断是否至少返回一行
   FROM (SELECT ...) AS t	一张结果表，供外层继续查询

6. CTE 与窗口函数：保留明细，再计算排名

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   WITH result_name AS ( SELECT ... ) SELECT ... FROM result_name;

   对比	GROUP BY 聚合	窗口中的 PARTITION BY
   每行代表什么	一个组	一条原始明细
   是否保留个人记录	汇总成每组一行	保留
   典型需求	每门课程有多少人	每个学生在课程中的名次