舉例說明一個三元關係不等於三個二元關係結合
三元關係，能同時表示三個實體在一個關係的參與情況，卻無法表示任兩個實體間單獨關係
供應商供應某零件給某項目
三個二元關係沒法同時間關聯供應商、零件、項目三者，故無法準確表達三元關係「供應」因此兩者不同
資料庫與資料庫管理系統定義
1. 資料庫（Database）：資料庫是一種有系統地儲存數據的集合，用於管理和存取大量資料。這些資料通常組織成表格形式，以便能夠有效地進行查詢、更新和管理操作。資料庫的目標是提供一個便於儲存和檢索的環境，適合應用於不同領域，例如商業、教育、醫療等。
2. 資料庫管理系統（Database Management System, DBMS）：DBMS 是一套軟體，用於建立、管理和維護資料庫。它提供了使用者與資料庫互動的介面，讓使用者能夠方便地執行資料操作（如插入、查詢、更新和刪除資料）。DBMS 還能確保資料的一致性、安全性和完整性，並提供資料備份與恢復功能，常見的 DBMS 包括 MySQL、Oracle、Microsoft SQL Server 等
ANSI/SPARC 資料庫三層架構
ANSI/SPARC 資料庫三層架構是什麼
- 一種標準化的資料庫設計模型。模型是什麼？簡化的表示，如地圖是現實世界的模型。
- 分層架構，為解決資料庫設計問題，提供資料抽象化與獨立性。
ANSI/SPARC 資料庫三層架構
外部層（External/View layer）：
不同使用者/應用程式觀點，不同終端使用者（End User）看到資料庫不同部分的資料（有不同view）。
概念層（Conceptual/Logical layer）：
以資料庫管理員觀點，看到資料庫的整體性資料（基礎表格base table）。
內部層（Internal/Physical layer）：
看到資料存在資料庫之資料結構。
資料獨立
改資料庫系統某層綱要，不用跟著該其上層綱要，類型：
邏輯資料獨立（logical data independence）定義/做法
改資料庫邏輯結構（概念綱要），不用跟著改使用者/應用程式（外部綱要），如擴大資料規模。
例如：在員工資料庫增加欄位，不影響現有應用程式對資料庫查詢。
實體資料獨立（physical data independence）定義/做法
改資料實際儲存方式（內部綱要），不用跟著改資料庫邏輯結構（概念綱要），與使用者/應用程式（外部綱要），如重組某些實體檔案結構。
例子：加一個新的索引來提高效能，不影響應用程式操作。
優點
減少應用程序的維護成本：因改資料庫的邏輯結構或物理存儲結構不影響應用程式，故能節省時間和資源。
靈活性：資料庫的設計和存儲方式可靈活變動。如，據需要優化查詢效能或存儲空間，而不影響應用程式的運行。
改進系統性能：資料庫管理員可以根據硬體和效能需求對物理存儲結構進行優化（如添加索引、調整存取方法），從而提高數據存取速度，這一切都不會影響數據庫的邏輯結構或應用程式。
簡化資料庫設計：設計者可以專注於數據的邏輯結構，而不必過度關注數據如何實際存儲。這種抽象層級的設計，使得數據模型的構建和管理更加容易和可控。
應對資料結構變更：隨著業務需求的改變，可能需要修改資料庫結構。資料獨立性允許在不影響應用層的情況下進行這些修改，從而提高了資料庫系統的可擴展性。
ANSI/SPARC 資料庫三層架構之綱要
或稱資料庫管理系統之三層模式（三層綱要架構/three-schema architecture），由 ANSI/SPARC討論，在資料庫系統內描述描述資料的資料（schema/meta data)亦分為三層。
三層定義參考ANSI/SPARC資料庫三層架構定義。
建三層綱要目的
實現資料獨立性：
邏輯資料獨立性：通過概念模式，應用程式可以在不依賴物理存儲結構的情況下正常運作，即使底層的物理結構發生改變，應用層不會受到影響。
物理資料獨立性：內部模式的改變（如文件結構或索引的優化）不會影響概念模式，這樣應用程式和使用者不需要知道資料如何具體存儲，只需關注數據的邏輯結構。
2. 提供靈活性：
三層架構允許數據在不同層次上進行獨立變更。例如，內部模式的變更不會影響概念模式或外部模式，這樣可以靈活地調整存儲結構、優化效能或應對硬體更新，而不會干擾應用層邏輯。
3. 加強數據的安全性和隱私性：
外部模式允許為不同的使用者和應用程式定義專屬的數據視圖，從而控制每個使用者能夠存取的數據範圍。這樣可以保護敏感資料，防止未經授權的存取或操作，從而增強資料庫系統的安全性。
4. 簡化資料庫的管理和維護：
通過三層架構，資料庫管理員可以專注於不同層次上的問題。例如，內部層主要關注存儲效率和資源使用，概念層則關注數據模型設計和約束條件，外部層則關注使用者需求和應用程式的整合。這樣可以簡化資料庫系統的設計、優化和管理。
常見題目
- 繪圖說明ANSI/SPARC 資料庫架構
- 指出資料獨立概念在架構圖的位置與意義
- 舉例描述三層資料庫綱要與定義
關聯式資料模型的完整性限制
完整性限制（Integrity constraints）
- 實體完整性限制（entity integrity constraints）
- 參考完整性限制（referential integrity constraints）
實體完整性限制（entity integrity constraints）
表格中的主鍵須為唯一且不能為空（NULL），確保主鍵能識別表格中的每筆紀錄，避免資料重複與不一致。
參考完整性限制（referential integrity constraints）
表格中的外部鍵可以為空或必參考到另一個表格的主鍵，該主鍵需存在。確保表格間的關聯。避免資料不存在，如引用某個不存在的資料表。當主鍵被更新或刪除需考慮如何影響到外部鍵，如連鎖更新（cascade update）或連鎖刪除（cascade delete）
分治法
資料結構應用分治法的排序有合併/快速/堆排序，時間複雜度為O(nlogn)，分治法（divide and conquer）就是將一個大問題分解為小問題，解決小問題將之合併成最終答案。以分治法考慮為何需要有完整性限制，首先沒完整性限制會遇到表格中有資料重複的問題，當你用一個屬性值取資料時，因為該屬性值重複，所以會取到多筆紀錄，你得從多筆記錄中發現那筆自己想找的記錄很花時間。如果取資料能一次就找到想找的那筆資料就好了，這時我們把表格中的一個屬性設為唯一，即該屬性沒有重複值，之後我們找資料就能用唯一的屬性一次取得想要的那筆資料了。
另一個問題是，我們用一個表格中的一個屬性關聯（關聯屬性）另一個表格的一個屬性（被關聯屬性），可以想成樂高積木的凸面與凹面，當凸面與凹面規格一致就可以組合，而兩個表格就像兩塊積木，它倆的組合面是關聯屬性與被關聯屬性，當兩屬性值一樣時就能結合在一起。如果一個關聯屬性值存在，一個被關聯屬性值不存在時，會出現一個問題，就是我找出來的那筆記錄有少資料，因為被關聯屬性值不存在，以至於無法判斷兩屬性值是否一樣，所以無法結合在一起，就如同兩塊積木規格不同而無法組合一樣。所以我們對表格加一道限制，被關聯屬性值需存在，如此就能解決無法結合的問題了。
解決了上述兩個問題，我們將解法合併為一個完整性限制，以後在設計資料表時，套用完整性限制，就能讓設計出來的資料表具完整性且沒有重複。
常考題目
- 對於關聯資料表哪些屬性需設為參考完整性限制，哪些外部鍵屬性需設不可為空？
- 實體/參考完整性限制的定義或特性
- 標示ERD 限制
- 用SQL 對已建立的表格新增限制
- 用SQL 建表格加入限制名稱
- 資料庫設計第二階段邏輯資料庫設計，將概念資料模型(ERD)轉邏輯資料模型含正規化表格與完整性限制。
資料庫設計的三個階段
概念資料塑模（conceptual data modeling）
產出
概念資料模型或ERD 用實體、屬性、關係描述系統資料結構關係。
ANSI/SPARC資料庫三層架構對應
概念層
邏輯資料庫設計（logical database design）
產出
據概念資料模型化為邏輯資料模型，含正規化表格與完整性限制定義
ANSI/SPARC資料庫三層架構對應
外部層
實體資料庫設計（physical database design）
產出
據邏輯資料模型轉具體實作，實體資料模型含實際資料庫結構（表格）及優化策略
ANSI/SPARC資料庫三層架構對應
內部層
各階段的產出為逐步將使用者需求轉成可用的資料庫結構。
階段可以逆序嗎？
階段逆序也就是說原本是階段1,2,3，改為階段3,2,1，要知道是否能逆序，首先要知道資料庫設計每個階段在做甚麼：
階段一、概念資料塑模，建立ERD 。
階段二、邏輯資料庫設計，據ERD 建邏輯資料模型，即正規化資料表與完整性限制，即SQL 定義。
階段三、實體資料庫設計，執行SQL 定義產生實體資料結構（資料表）。
有SQL 定義的執行才有實體資料結構，我們不能有實體資料結構在去生出SQL 定義，所以不能階段三後進行階段二。而進行階段二時，我們發現資料表有點問題，可能當初畫ERD 沒有考慮清楚，跳到階段一做ERD 修改。
因此我們可以得出一個新的階段順序：
階段 1<-->2 -> 3 ，其中<-->表示來回。
在階段二、三來回反覆修正SQL 定義直到正確，在執行階段三。
用SQL 建表格加入限制名稱
舉例
- 建立 Worker 表
CREATE TABLE Worker (
wID INT PRIMARY KEY, -- 工作人員編號
name VARCHAR(50) NOT NULL, -- 工作人員姓名
deptID INT NOT NULL, -- 所屬部門代號
CONSTRAINT fk_deptID FOREIGN KEY (deptID) REFERENCES Department(dID) -- 外鍵連接 Department 表的 dID
);
限制名稱功能
有助於查詢及修改限制，如沒加限制名稱系統會自動產生預設限制名稱。
如外部限制出錯，系統會回傳限制名稱有助除錯。
查詢限制舉例
SELECT
CONSTRAINT_NAME,
TABLE_NAME,
COLUMN_NAME,
REFERENCED_TABLE_NAME,
REFERENCED_COLUMN_NAME
FROM
INFORMATION_SCHEMA.KEY_COLUMN_USAGE
WHERE
CONSTRAINT_NAME = 'fk_deptID';
刪除外部限制舉例
ALTER TABLE Worker
DROP FOREIGN KEY fk_deptID;
修改外部限制舉例
ALTER TABLE Worker
DROP FOREIGN KEY fk_deptID;
ALTER TABLE Worker
ADD CONSTRAINT fk_deptID FOREIGN KEY (deptID) REFERENCES Department(dID) ON DELETE CASCADE;
用SQL 對已建立的表格新增限制
-- 現在更新 Department 表，將 managerID 設為外鍵，因為 Employee 已建立
ALTER TABLE Department
ADD CONSTRAINT fk_managerID FOREIGN KEY (managerID) REFERENCES Employee(eID);
資料庫目錄
資料庫概念
資料庫管理系統架構
資料模式概述與實體關聯模式
階層式資料模式與網路式資料模式
關連式資料庫
（一）關連式代數
（二）關連式計算法則
（三）資料庫管理系統
（四）SQL 語法與程式設計
資料庫設計
功能相依
正規化形式
資料庫發展生命週期
資料庫設計過程
資料庫管理
資料庫環境
（一）復原與交易管理
（二）同步控制
資料庫的應用
（一）資料庫趨勢
（二）分散式資料庫
（三）Client/Server 資料庫
（四）物件導向資料庫
（五）XML 資料庫
（六）資料倉儲
（七）名詞解釋
（八）資料分析與商業智慧
（九）資料探勘
（十）大數據
（十一）資料庫與安全
（十二）Nosql
（十三）關聯式資料庫
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