数据模型与概念模型2.ppt

1 第2章数据模型与概念模型 2 本章基本概念 实体 属性 实体集 实例 对象 数据项 文件 概念模型 码 域 实体联系 1 1 1 N M N E R模型 数据模型 层次模型 网状模型 关系模型 重点 概念模型 数据模型 数据模型的三要素 3 2 1信息的三种世界及描述 信息的三种世界 现实世界信息世界 概念模型 计算机世界 数据世界 数据模型 现实世界 信息世界 概念模型 计算机世界 数据模型 认识抽象 转换 4 数据模型 模型 是现实世界特征的模拟和抽象 地图 航模飞机 在数据库中用数据模型这个工具来抽象 表示和处理现实世界中的数据和信息 通俗地讲数据模型就是现实世界的模拟 数据模型应满足三方面要求能比较真实地模拟现实世界容易为人所理解便于在计算机上实现 5 客观对象的抽象过程 两步抽象现实世界中的客观对象抽象为概念模型 把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型 概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次 6 2 1 1现实与信息世界的数据描述 实体 entity 客观存在 可以相互区别的事物称为实体 实体集 entityset 性质相同的同类实体的集合 称为实体集 属性 attribute 实体有很多特性 每一个特性称为属性 每一个属性有一个值域 其类型可以是整数型 实数型 字符串型等 实体标识符 identifier 能惟一标识实体的属性或属性集 称为实体标识符 有时也称为关键码 key 或简称为键 7 2 1 2计算机世界的数据描述 一 字段 field 标记实体属性的命名单位称为字段 或数据项 它是可以命名的最小信息单位 所以又称为数据元素或初等项 记录 record 字段的有序集合称为记录 是实例的具体表示 文件 file 同一类记录的集合称为文件 关键码 key 能惟一标识文件中每个记录的字段或字段集 称为记录的关键码 简称为键 8 术语的对应关系 9 2 2 1概念模型及表示 1 概念模型 也称信息模型 它是按用户的观点来对数据和信息建模 是对现实世界的真实反映 概念模型用于信息世界的建模 概念模型不依赖于某一个DBMS支持的数据模型 概念模型可以转换为计算机上某一DBMS支持的特定数据模型 10 概念模型的特点 1 具有较强的语义表达能力 能够方便 直接地表达应用中的各种语义知识 2 应该简单 清晰 易于用户理解 是用户与数据库设计人员之间进行交流的语言 通常 用E R图来描述现实世界的概念模型 11 2 2 2数据联系的描述 一 联系 relationship 是实体之间的相互关系 与一个联系有关的实体集个数 称为联系的元数 二元联系有以下三种类型 一对一联系 如果实体集E1中每个实体至多和实体集E2中的一个实体有联系 反之亦然 那么实体集E1和E2的联系称为 一对一联系 记为 1 1 例如 一个班而一个班长也只在一个班中任职 一对多联系 如果实体集E1中每个实体可以与实体集E2中任意个 零个或多个 实体间有联系 而E2中每个实体至多和E1中一个实体有联系 那么称E1对E2的联系是 一对多联系 记为 1 N 多对多联系 如果实体集E1中每个实体可以与实体集E2中任意个 零个或多个 实体有联系 反之亦然 那么称E1和E2的联系是 多对多联系 记为 M N 12 2 2 2数据联系的描述 一 例1 1 13 E R途中联系的表示方法 14 例1 2ER图表示 15 1 3 4数据联系的描述 二 例1 3 16 联系的表示方法 续 17 联系的表示方法示例 续 18 2 2 3实体联系模型 一 表示概念模型的实体 联系方法 Entity RelationshipApproach E R方法 ER图有三个基本成分 矩形框 用于表示实体类型 考虑问题的对象 菱形框 用于表示联系类型 实体间联系 椭圆形框 用于表示实体类型和联系类型的属性 19 实体型 用矩形表示 矩形框内写明实体名 属性 用椭圆形表示 并用无向边将其与相应的实体连接起来联系 用菱形表示 菱形框内写明联系名 并用无向边分别与有关实体连接起来 同时在无向边旁标上联系的类型 1 1 1 n或m n 联系也可以有属性 如果一个联系具有属性 则这些属性也要用无向边与该联系连接起来 20 2 2 3实体联系模型 二 例1 4首先确定实体类型 本问题有三个实体类型 零件PART 工程项目PROJECT 零件供应商SUPPLIER 确定联系类型 PROJECT和PART之间是M N联系 PART和SUPPLIER之间也是M N联系 分别命名为P P和P S 把实体类型和联系类型组合成ER图 确定实体类型和联系类型的属性 确定实体类型的键 在ER图中属于码的属性名下画一条横线 21 实体联系模型 三 22 实体联系模型 四 例1 5 23 例1 6 24 2 3 1数据模型的定义 数据模型的简单定义 数据模型用来抽象 表示和处理现实世界中的数据和信息 即数据模型就是现实世界的模拟 数据模型应满足三个方面的要求 比较真实的模拟现实世界 容易为人们理解 便于计算机表达 数据模型应包含数据结构 数据操作和数据完整性约束三个部分 数据结构是指对实体类型和实体间联系的表达和实现 数据操作是指对数据库的检索和更新 包括插入 删除和修改 两类操作 数据完整性约束给出数据及其联系应具有的制约和依赖规则 25 2 3 2层次模型 用树型 层次 结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为层次模型 hierarchicalmodel 层次模型的特点是记录之间的联系通过指针来实现 查询效率较高 与文件系统的数据管理方式相比 层次模型是一个飞跃 用户和设计者面对的是逻辑数据而不是物理数据 用户不必花费大量的精力考虑数据的物理细节 逻辑数据与物理数据之间的转换由DBMS完成 26 1 层次数据模型的数据结构 层次模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型 1 有且只有一个结点没有双亲结点 这个结点称为根结点2 根以外的其它结点有且只有一个双亲结点层次模型中的几个术语根结点 双亲结点 兄弟结点 叶结点 27 层次数据模型的数据结构 续 28 层次数据模型的数据结构 续 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实例 教员 学生数据模型 P28 29 层次数据模型的数据结构 续 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 30 层次数据模型的数据结构 续 多对多联系在层次模型中的表示用层次模型间接表示多对多联系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 31 2 层次模型的数据操纵 查询插入删除更新 32 3 层次模型的完整性约束 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 33 4 层次数据模型的存储结构 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链接法用指引元来反映数据之间的层次联系子女 兄弟链接法P31层次序列链接法P31 34 5 层次模型的优缺点 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 35 6 典型的层次数据库系统 IMS数据库管理系统第一个大型商用DBMS1968年推出IBM公司研制 36 2 3 3网状模型 用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据模型称为网状模型 networkmodel 网状模型的特点是记录之间联系通过指针实现 M N联系也容易实现 一个M N联系可拆成两个1 N联系 查询效率较高 网状模型的缺点是数据结构复杂和编程复杂 37 1 网状数据模型的数据结构 网状模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型 1 允许一个以上的结点无双亲 2 一个结点可以有多于一个的双亲 38 网状数据模型的数据结构 39 网状数据模型的数据结构 续 表示方法 与层次数据模型相同 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 型之间的一对多的父子联系 40 网状数据模型的数据结构 续 网状模型与层次模型的区别网状模型允许多个结点没有双亲结点网状模型允许结点有多个双亲结点网状模型允许两个结点之间有多种联系 复合联系 网状模型可以更直接地去描述现实世界层次模型实际上是网状模型的一个特例 41 网状数据模型的数据结构 续 42 网状数据模型的数据结构 续 43 网状数据模型的数据结构 续 44 网状数据模型的数据结构 续 45 网状数据模型的数据结构 续 多对多联系在网状模型中的表示用网状模型间接表示多对多联系方法将多对多联系直接分解成一对多联系 46 2 网状模型的数据操纵 查询插入删除更新 47 3 网状数据模型的完整性约束 网状数据库系统 如DBTG 对数据操纵加了一些限制 提供了一定的完整性约束码双亲结点与子女结点之间是一对多联系属籍类别加入类别 自动的 手工的 移出类别 固定的 必须的 随意的 48 3 网状数据模型的完整性约束 完整性约束条件允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值允许只删除双亲结点值 49 4 网状数据模型的存储结构 关键实现记录之间的联系常用方法单向链接双向链接环状链接向首链接 50 5 网状模型的优缺点 优点能够更为直接地描述现实世界 如一个结点可以有多个双亲具有良好的性能 存取效率较高缺点结构比较复杂 而且随着应用环境的扩大 数据库的结构就变得越来越复杂 不利于最终用户掌握DDL DML语言复杂 用户不容易使用 51 6 典型的网状数据库系统 DBTG系统 亦称CODASYL系统由DBTG提出的一个系统方案奠定了数据库系统的基本概念 方法和技术70年代推出实际系统CullinetSoftwareInc 公司的IDMSUnivac公司的DMS1100Honeywell公司的IDS 2HP公司的IMAGE 52 2 3 4关系模型 一 关系模型 relationalmodel 的主要特征是用二维表格表达实体集 与前两种模型相比 数据结构简单 容易为初学者理解 关系模型是由若干个关系模式组成的集合 关系模式相当于前面提到的记录类型 它的实例称为关系 每个关系实际上是一张二维表格 53 关系模型 最重要的一种数据模型 也是目前主要采用的数据模型1970年由美国IBM公司SanJose研究室的研究员E F Codd提出本课程的重点 54 关系数据模型的数据结构 在用户观点下 关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表 它由行和列组成 55 关系模型的基本概念 关系 Relation 一个关系对应通常说的一张表 元组 Tuple 表中的一行即为一个元组 属性 Attribute 表中的一列即为一个属性 给每一个属性起一个名称即属性名 56 关系模型的基本概念 主码 Key 表中的某个属性组 它可以唯一确定一个元组 域 Domain 属性的取值范围 分量元组中的一个属性值 关系模式对关系的描述关系名 属性1 属性2 属性n 学生 学号 姓名 年龄 性别 系 年级 57 1 关系数据模型的数据结构 续 实体及实体间的联系的表示方法实体型 直接用关系 表 表示 属性 用属性名表示 一对一联系 隐含在实体对应的关系中 一对多联系 隐含在实体对应的关系中 多对多联系 直接用关系表示 58 关系数据模型的数据结构 续 例1学生 系 系与学生之间的一对多联系 学生 学号 姓名 年龄 性别 系号 年级 系 系号 系名 办公地点 例2系 系主任 系与系主任间的一对一联系 59 关系数据模型的数据结构 续 例3学生 课程 学生与课程之间的多对多联系 学生 学号 姓名 年龄 性别 系号 年级 课程 课程号 课程名 学分 选修 学号 课程号 成绩 60 关系数据模型的数据结构 续 关系必须是规范化的 满足一定的规范条件最基本的规范条件 关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项 61 2 关系模型的数据操纵 查询 插入 删除 更新数据操作是集合操作 操作对象和操作结果都是关系 即若干元组的集合存取路径对用户隐蔽 用户只要指出 干什么 不必详细说明 怎么干 62 3 关系模型的完整性约束 实体完整性参照完整性用户定义的完整性 63 4 关系数据模型的存储结构 表以文件形式存储有的DBMS一个表对应一个操作系统文件有的DBMS自己设计文件结构 64 5 关系模型的优缺点 优点建立在严格的数学概念的基础上概念单一 数据结构简单 清晰 用户易懂易用实体和各类联系都用关系来表示 对数据的检索结果也是关系 关系模型的存取路径对用户透明具有更高的数据独立性 更好的安全保密性简化了程序员的工作和数据库开发建立的工作 65 关系模型的优缺点 续 缺点存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据模型为提高性能 必须对用户的查询请求进行优化增加了开发数据库管理系统的难度 66 6 典型的关系数据库系统 ORACLESYBASEINFORMIXDB 2COBASEPBASEEasyBa