第1章 基本概念(2)

AnIntroductiontoDatabaseSystem,AnIntroductiontoDatabaseSystem,数据库系统概论,AnIntroductiontoDatabaseSystem,1.3数据模型,在数据库中用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。通俗地讲模型就是现实世界的模拟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,AnIntroductiontoDatabaseSystem,1.模型分类2.概念数据模型3.逻辑数据模型,数据库有关的模型,AnIntroductiontoDatabaseSystem,1.模型分类,利用模型对事物进行描述是人们在认识改造世界过程中广泛采用的一种方法，如汽车、飞机模型等。模型可更形象直观揭示事物的本质特征，使人们对事物有一个更全面深入的认识，从而帮助人们更好地解决问题。是否在进行数据库系统设计时也可以利用模型来帮助我们完成工作呢？如果可以，我们利用何种模型呢？,AnIntroductiontoDatabaseSystem,数据库有关的模型(续),分成两个不同的层次(1)概念数据模型也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。(2)逻辑数据模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模,AnIntroductiontoDatabaseSystem,数据库系统的世界观,三种世界,AnIntroductiontoDatabaseSystem,信息世界也叫观念世界，是现实世界在人脑中的反映。现实世界中的事物和事物特性在信息世界中分别反映为实体和实体的属性。用概念模型来描述信息世界数据世界是信息世界数据化后的产物。信息世界中的实体和属性在数据世界中分别成为记录和数据项。用数据模型来描述数据世界,三种世界,信息世界的抽象过程,AnIntroductiontoDatabaseSystem,数据模型(续),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支持的逻辑数据模型。概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次,AnIntroductiontoDatabaseSystem,概念模型,1.概念模型2.信息世界中的基本概念3.概念模型的表示方法,AnIntroductiontoDatabaseSystem,1.概念模型,概念模型的用途为了能把现实世界的具体事物抽象形成某一个DBMS支持的逻辑数据模型需要对事物所涉及到的各种资料数据及其关系有一个全面的清晰的认识,AnIntroductiontoDatabaseSystem,1.概念模型,概念模型的用途概念模型用于信息世界的建模是现实世界到机器世界的一个中间层次是数据库设计的有力工具数据库设计人员和用户之间进行交流的语言对概念模型的基本要求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简单、清晰、易于用户理解,AnIntroductiontoDatabaseSystem,2.信息世界中的基本概念,(1)实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2)属性（Attribute）实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画(3)码（Key）唯一标识实体的属性集称为码,AnIntroductiontoDatabaseSystem,信息世界中的基本概念(续),(4)域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域。(5)实体型（EntityType）用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型(6)实体集（EntitySet）同型实体的集合称为实体集,AnIntroductiontoDatabaseSystem,信息世界中的基本概念(续),(7)联系（Relationship）现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系实体型间联系两个实体型一对一联系（1:1）三个实体型一对多联系（1:n）同一实体集内各实体型多对多联系（m:n）,AnIntroductiontoDatabaseSystem,两个实体型间的联系,AnIntroductiontoDatabaseSystem,两个实体型间的联系,一对一联系如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。实例班级与班长之间的联系：一个班级只有一个正班长一个班长只在一个班中任职,AnIntroductiontoDatabaseSystem,两个实体型间的联系(续),一对多联系如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系记为1:n实例班级与学生之间的联系：一个班级中有若干名学生，每个学生只在一个班级中学习,AnIntroductiontoDatabaseSystem,两个实体型间的联系(续),多对多联系（m:n）如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系记为m:n实例课程与学生之间的联系：一门课程同时有若干个学生选修一个学生可以同时选修多门课程,AnIntroductiontoDatabaseSystem,多个实体型间的联系(续),多个实体型间的一对多联系若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实体集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的给定实体，最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说Ei与E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系是一对多的。,AnIntroductiontoDatabaseSystem,多个实体型间的联系(续),实例课程、教师与参考书三个实体型如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用课程与教师、参考书之间的联系是一对多的多个实体型间的一对一联系多个实体型间的多对多联系,顾客、商品、售货员,AnIntroductiontoDatabaseSystem,同一实体集内各实体间的联系,一对多联系实例职工实体集内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）“领导”若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系一对一联系多对多联系,一,二,三,AnIntroductiontoDatabaseSystem,3.概念模型的表示方法,概念模型的表示方法很多实体联系方法(E-R方法)用E-R图来描述现实世界的概念模型E-R方法也称为E-R模型,AnIntroductiontoDatabaseSystem,E-R图,实体型用矩形表示，矩形框内写明实体名,学生,教师,AnIntroductiontoDatabaseSystem,E-R图(续),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,AnIntroductiontoDatabaseSystem,E-R图(续),联系联系本身：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）联系的属性：联系本身也是一种实体型，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,AnIntroductiontoDatabaseSystem,联系的表示方法,AnIntroductiontoDatabaseSystem,联系的表示方法(续),AnIntroductiontoDatabaseSystem,联系的表示方法示例,AnIntroductiontoDatabaseSystem,联系的表示方法示例(续),AnIntroductiontoDatabaseSystem,联系属性的表示方法,两个以上实体间的多元联系旅行社和景点及游客三个实体间存在三元联系,AnIntroductiontoDatabaseSystem,E-R图(续),E-R图实例：P14物资管理E-R图,教师和课程关系的E-R图,图2教务管理E-R图,AnIntroductiontoDatabaseSystem,示例,学校有若干系,每个系有若干班级和教职室,每个教职室有若干教员,其中有的教授和副教授各带若干研究生.每个班级有若干学生,每个学生选修若干课程,每门课程可由若干学生选修.用E-R图画出该校的概念模型.,AnIntroductiontoDatabaseSystem,针对每一用户作出该用户信息的局部ER图,确定该用户的实体、属性、联系。注意,能作为属性的就不作为实体,利于简化ER图综合局部ER图,生成总体ER图。在综合过程中,同名实体只能出现一次,还要去掉不必要的联系,以消除冗余。,构建ER图的两条原则,AnIntroductiontoDatabaseSystem,1.3数据模型,在数据库中用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。通俗地讲模型就是现实世界的模拟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,AnIntroductiontoDatabaseSystem,逻辑数据模型是数据库系统的核心和基础,主要用于DBMS的实现各种DBMS软件都是基于某种逻辑数据模型逻辑数据模型从数据的组织方式的角度来描述信息,逻辑数据模型,AnIntroductiontoDatabaseSystem,逻辑数据模型的三要素,任何一种数据模型一般都是严格定义的概念的集合。这些概念必须能准确是描述系统的静态特征、动态特征和完整性约束条件组成数据模型的三要素是结构、操作和数据的约束条件,AnIntroductiontoDatabaseSystem,数据模型的组成要素,数据结构数据操作数据的约束条件,AnIntroductiontoDatabaseSystem,1.数据结构,什么是数据结构对象类型的集合两类对象与数据类型、内容、性质有关的对象与数据之间联系有关的对象数据结构是对系统静态特性的描述,AnIntroductiontoDatabaseSystem,数据结构（续）,客观事物及其联系的数据描述,应具有描述数据和数据联系两方面功能数据的描述在模型中包含哪些记录类型,并对记录类型进行命名;指明各个记录类型由哪些数据项组成,并对数据项进行命名,及指明其数据类型和取值范围数据联系各个不同记录类型间所存在的联系和联系方式,AnIntroductiontoDatabaseSystem,2.数据操作,数据操作对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则数据操作的类型检索更新（包括插入、删除、修改）,AnIntroductiontoDatabaseSystem,数据操作(续),数据模型对操作的定义操作的确切含义操作符号操作规则（如优先级）实现操作的语言数据操作是对系统动态特性的描述,AnIntroductiontoDatabaseSystem,3.数据的约束条件,一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容,AnIntroductiontoDatabaseSystem,数据的约束条件(续),数据模型对约束条件的定义反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。例如在关系模型中，任何关系必须满足实体完整性和参照完整性两个条件提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件,AnIntroductiontoDatabaseSystem,完整性规则,指模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容,AnIntroductiontoDatabaseSystem,数据结构用于描述数据的静态特征数据结构是所研究的对象类型的集合，是刻画一个数据模型最重要的方面通常可以按数据结构的类型来命名数据模型，可分为：网状模型、层次模型、关系模型、面向对象模型,数据模型的分类,AnIntroductiontoDatabaseSystem,1.3.4常用的结构数据模型,非关系模型层次模型（HierarchicalModel）网状模型(NetworkModel)数据结构：以基本层次联系为基本单位基本层次联系：两个记录以及它们之间的一对多（包括一对一)的联系,AnIntroductiontoDatabaseSystem,常用数据模型(续),关系模型(RelationalModel)数据结构：表面向对象模型(ObjectOrientedModel）数据结构：对象,AnIntroductiontoDatabaseSystem,1.3.4常用的结构数据模型,1层次模型2网状模型3关系模型,AnIntroductiontoDatabaseSystem,层次模型,1.层次数据模型的数据结构2.层次数据模型的数据操纵3.层次数据模型的与完整性约束4.层次数据模型的存储结构5.层次数据模型的优缺点6.典型的层次数据库系统,AnIntroductiontoDatabaseSystem,现实中很多实体呈现层次关系，如行政机构，因此，层次模型是数据库系统最早采用的数据模型层次模型最具代表性的系统是IBM的IMS,层次模型（HierarchicalModel）,AnIntroductiontoDatabaseSystem,层次模型中每个结点描述一个实体型,称为记录型一个记录型可有许多记录值,简称记录结点之间的有向边表示记录之间的联系,层次模型,AnIntroductiontoDatabaseSystem,1.层次数据模型的数据结构,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,AnIntroductiontoDatabaseSystem,层次数据模型的数据结构(续）,上层记录类型和下层记录类型之间的联系是1：n联系,AnIntroductiontoDatabaseSystem,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,AnIntroductiontoDatabaseSystem,AnIntroductiontoDatabaseSystem,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,AnIntroductiontoDatabaseSystem,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