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第2章 数据模型与概念模型,2.1 信息的三种世界及描述 2.2 概念模型及表示 2.3 常见的数据模型,2.1 信息的三种世界及描述,2.1.1 信息的三种世界及描述 信息的三种世界是指现实世界、信息世 界和计算机世界。,95班张三、李四,学生(学号、姓名、性别、成绩),信息的现实世界 信息的现实世界是指我们要管理的客观 存在的各种事物、事物之间的相互联系及事 物的发生、变化过程。,信息世界 在信息世界中:实体的特征在头脑中形成的知 识称为属性;实体通过其属性表示称为实例;同类 实例的集合称为对象,对象即实体集中的实体用属 性表示得出的信息集合;实体集之间的联系用对象 联系表示。,1)实体(Entity) 现实世界中存在的可以相互区分的事物 或概念称为实体。 实体有个体和总体之分。个体如 “张 三”、李四“等。总体泛指个体组成的集合。,2)属性(Attribute) 每个实体都有自己的特征,利用实体的 特征可以区别不同的实体。,3)码(Key) 唯一标识实体的属性集称为码。,4)域(Domain) 域是一组具有相同数据类型的数值的集合。,5)实体型(Entity Type) 具有相同属性的实体必然具有共同的特 征和性质。,6)实体集(Entity Set) 同一类型实体的集合称为实体集。,7)实体集及实体集间的联系(Relation) 实体(型)内部的联系和实体(型)之间的 联系。 实体内部的联系是指组成实体的各属性 之间的联系;实体之间的联系是指不同实体集 之间的联系。,信息的计算机世界,1)数据项(Item):对象属性的数据表示。,学生登记表,2)记录(Record):实例的数据表示。 3)文件(File):对象的数据表示,同类记 录的集合。 4)数据模型(Data Model):现实世界中的 事物和相互联系数据化的结果就是数据模型。,信息的三种世界术语的对应关系表,信息的三种世界的转换关系,现实世界 事物及联系,信息世界 概念(信息)模型,计算机世界 数据模型,系统分析,信息化,数据库分析,数据化,2.2 概念模型及表示,2.2.1 概念模型的基本概念 概念模型涉及的基本概念 实体联系的类型 1)两个实体集之间的联系 一对一联系(1:1):设有两个实体集A和B,对 于A中的每一个实体, B中至多有一个实体与之 联系;反之亦然。,经理,企业,(a)经理与企业一对一关系,一对多联系(1:N):设有两个实体集A和 B,对于A的每一个实体,B中有一个或多个实 体与之联系;而对于B的每一个实体,A中至 多有一个实体与之联系。,(b)仓库与产品一对多关系,仓库,产品,多对多联系(M:N):设有两个实体集A和 B,对于A的每一个实体,B中有一个或多个实 体与之联系;反之亦然。,(c)学生与课程多对多关系,M,N,2)多实体集之间的多对多联系 多实体集之间的一对多联系 多实体集之间的多对多联系 实体集内部的联系,入库,订货,验收,购进,付款,1,N,N,L,1,N,M,N,M,N,实体 属性 联系 联系方式 供方单位 单位号 单位名 地址 联系人 邮编 入库 1:N 物资 物资代码 名称 规格 备注 验收 1:N 库存 入库号 日期 货位 数量 购进 多对多 合同 合同号 数量 金额 备注 付款 多对多 结算 结算编号 用途 金额 经手人 订货 M:N:L,图2.5 某企业物资入库管理E-R图,包含实体集“图书”和“作者”的ER图,实例1,如何建立E-R模型呢?,第一步,建立局部的E-R模型图 先分析模型中涉及到的实体 再分析实体与实体间的联系,并标注出联系的类型 分析实体及其联系的属性 第二步,综合局部的E-R模型图,建立总的E-R模型图 先将具有相同实体的两个E-R图,以该相同实体为基准进行集成; 若还有相同实体的E-R图,则再次集成; 若还有相同实体的E-R图,则再次集成; 这样一直继续下去,直到所有相同实体的局部E-R图都被集成,便可得到全局E-R图,举例1:分析学生和课程之间的E-R模型 第一步,先找到模型中的实体,学生,课程,第二步,实体与实体之间的联系,第三步,分析实体以及联系的属性 学生(学号、姓名、系别、年级) 课程(课程号、课程名、先修课、主讲教师) 选修(成绩),第四步,完整的E-R模型如下:,学生,n,m,课程,年级,课程名,先修课,主讲老师,课程号,学生-课程的E-R模型图,举例2:工厂管理系统的E-R模型设计 这是一个工厂管理系统:考虑一个机械制造厂 的工厂技术部门和工厂供应部门。技术部门关心的 是产品性能参数、产品由哪些零件组成、零件的材 料和耗用量等;工厂供应部门关心的是产品的价 格、使用材料的价格和库存量等。 首先画出技术部门和供应部门的E-R模型图,再 画出系统总的E-R模型图。,技术部门的分E-R图,m,n,m,n,材料,产品,供 应 部 门 的 分 E-R 图,M,N,M,N,材料,产品,课后思考题:,某企业集团有若干工厂,每个工厂生产多种产 品,且每一种产品可以在多个工厂生产,每个工厂 按照固定的计划数量生产产品;每个工厂聘用多名 职工,且每名职工只能在一个工厂工作,工厂聘用 职工有聘期和工资。工厂的属性有工厂编号、厂 名、地址,产品的属性有产品编号、产品名、规 格,职工的属性有职工号、姓名。 根据上述语义画出E-R图,在E-R图中需注明 实体的属性、联系的类型。,如何将E-R模型转换成数据模型呢?,关系模式的转换规则 如果两实体间是1:N联系,就将“1”方的关键字 纳入“N”方实体对应的关系中作为外部关键字,同 时把联系的属性也一并纳入“N”方的关系中。如下 图所示,E-R图对应的关系数据模 型为:仓库(仓库号,地点,面积) 产品(货号,品名,规格,单价,仓库号,库存量),仓库,产品,库存,仓库号,地点,面积,货号,名称,规格,库存量,单价,1,N,如果两实体间是M:N联系,需对 联系单独建立一个关系,用来联系双 方实体,该关系的属性中至少要包括 被它所联系的双方实体的关键字,如 果联系有属性,也要归入这个关系 中。下图表示“学生”与“课程”两实体 间是M:N联系,根据上述转变原则, 对应的关系数据模型如下: 学生(学号,姓名,性别,助学金) 课程(课程号,课程名,学时数) 选修(学号,课程号,成绩),学生,课程,选修,学号,姓名,性别,课程号,课程名,学时数,成绩,M,N,助学金,课后思考题1:,某企业集团有若干工厂,每个工厂生产多种产 品,且每一种产品可以在多个工厂生产,每个工厂 按照固定的计划数量生产产品;每个工厂聘用多名 职工,且每名职工只能在一个工厂工作,工厂聘用 职工有聘期和工资。工厂的属性有工厂编号、厂 名、地址,产品的属性有产品编号、产品名、规 格,职工的属性有职工号、姓名。 根据上述语义画出ER图,在ER图中需注明 实体的属性、联系的类型。,课后思考题2:,2.3 常见的数据模型,数据库系统中最常使用的数据模型是层 次模型、网状模型和关系模型。,2.3.1 数据模型概述 数据模型的三要素 1)数据结构:所研究的对象类型的集合。包括与数据类型、内容、性质有关的对象;与数据之间联系有关的对象。 2)数据操作:对数据库中各种数据对象允许执行的操作集合。包括操作对象和有关的操作规则两部分。 3)数据约束条件:一组数据完整性规则的集合,2.3.2 层次数据模型 层次模型的数据结构 1)层次模型的定义 满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次 模型。 有且只有一个结点没有双亲结点,这个结点 称为根结点 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点,1,根结点,2,兄弟结点,3,叶结点,4,兄弟结点,5,叶结点,叶结点,2)层次模型的表示方法 实体型:用记录类型描述。每个结点表示一个记 录类型。 属性:用字段描述。每个记录类型可包含若干个 字段。 联系:用结点之间的连线表示记录(类)型之间 的一对多的联系,3)层次数据模型的特点 结点的双亲是唯一的 只能直接处理一对多的实体联系 每个记录类型定义一个排序字段,也称为码字段 任何记录值只有按其路径查看时,才能显出它的全部意义 没有一个子女记录值能够脱离双亲记录值而独立存在,例如:29页图2-9所示,层次数据模型中多对多联系的表示 方法 将多对多联系分解成一对多联系 分解方法 冗余结点法 虚拟结点法,例如:,学号,姓名,年龄,课程号,课程名,学分,选课,M,N,用冗余结点法表示多对多联系,学号,姓名,年龄,课程号,课程名,学分,学号,姓名,年龄,课程号,课程名,学分,用虚拟结点法表示多对多联系,学号,姓名,年龄,课程号,课程名,学分,V.课程,V.学生,层次数据模型的数据操作和完整性约束条件 层次数据模型的数据操作主要是数据的查询、 插入、删除和修改。 层次数据模型的完整性约束条件如下: 无相应的双亲结点值就不能插入子女结点值 如果删除双亲结点值,则相应的子女结点值也被同时删除 更新操作时,应更新所有相应记录,以保证数据的一致性,层次数据模型的存储结构 1)邻接法 按照层次树前序遍历的顺序把所有记录值依 次邻接存放,即通过物理空间的位置相邻来实现 层次顺序 2)链接法 用指引元来反映数据之间的层次联系,优点 层次数据模型简单,对具有一对多的层次关系的部门描述自然、直观,容易理解 性能优于关系模型,不低于网状模型 层次数据模型提供了良好的完整性支持 缺点 多对多联系表示不自然 对插入和删除操作的限制多 查询子女结点必须通过双亲结点 层次命令趋于程序化,2.3.3 网状数据模型 网状模型的数据结构 1)网状模型结构的基本特征 有一个以上的结点没有双亲; 结点可以有多于一个的双亲。 2)网状模型的数据表示方法 使用记录和记录值表示实体集和实体;每个结点表示一个记录,每个记录包含若干个字段。 联系(系)用结点间的有向线段表示。每个有向线段表示一个记录间的一对多的联系。,L1 L2 L1 L2 L1 L2 L3,有两个根结点 有一个结点有两个双亲,结点之间的联系有两种,2.3.4 关系数据模型 关系模型的数据结构 (1) 关系模型中的主要术语 1) 关系。一个关系对应通常所说的一张二维表。 2) 元组。表中的一行称为一个元组。 3) 属性。表中的一列称为一个属性。 4) 主码。表中的某个属性或属性组,可以惟一地确定一个元组,且属性组中不含多余的属性。 5) 域。属性的取值范围称为域。 6) 分量。元组中的一个属性值称为分量。 7) 关系模式。关系的型称为关系模式,是对关系的描述。 (2) 关系模型中的数据全部用关系表示,2.3.5 对象关系数据模型 对象关系数据模型使用二维表表示数据,它包 括关系表和对象表两种。关系表属于关系模型,关 系的属性对应于表的列,关系的元组对应于表的 行,关系模型装不支持方法。对象表属于面向对象 数据模型,支持面向对象的基本功能,对象的类抽 象对应二维表,类的实例(对象)对应于表中的 行,类的属性对应于表的列,通过对象可调用方 法。,对象表的数据类型和表结构特点 (1)对象表的属性支持复合数据类型 关系表强调属性数据只能是不可分割的 简单数据项,复合数据是不允许出现的。对 象表的数据可以是基本项,也可以是组合数 据项。,学生信息的对象表结构,(2)对象表的属性支持可变长数组类型 关系表的属性不支持数组类型,更不支持可变 长的数组类型。对于一些数据个数不确定的信息, 关系表只能独立新建表的方法解决。对象表增加了 数组类型,用户可以使用可变长的数组类型保存记 录中数据个数不一样的属性数据。,学生-选课的对象表,(3)对象表的属性支持嵌入表数据类型 对象表中的属性,不仅可以是复合数据、数组 数据等带结构的数据,还可以是嵌套表,信息结构 更复杂、更丰富。嵌套表有行和列,表的

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