数据模型与概念模型PPT课件

-,1,数据模型与概念模型,2.1信息的三种世界及其描述2.2概念模型及其表示2.2.1概念模型的基本概念2.2.2概念模型的表示方法2.3常见的三种数据模型2.3.1数据模型概述2.3.2层次模型及特点2.3.3网状模型及特点2.3.4关系模型概述,-,2,2.1信息的三种世界及其描述,信息的三种世界是指现实世界、信息世界和计算机世界（也称数据世界）。信息流用来描述现实世界中一些事物的某些方面的特征及事物间的相互联系。在处理信息流前，必须先对其进行分析并用一定的方法加以描述，然后将描述转换成计算机所能接受的数据形式。,-,3,2.1信息的三种世界及其描述1.信息的现实世界,1)什么是信息的现实世界2)概念模型是怎样产生的3)系统分析4)怎样划分和认识信息的现实世界,-,4,2.1信息的三种世界及其描述1.信息的现实世界,1)什么是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、事务之间的相互联系及事物的发生、变化过程,-,5,2.1信息的三种世界及其描述1.信息的现实世界,2)概念模型是怎样产生的通过对现实世界的了解和认识，使得我们对要管理的对象、管理的过程和方法有了概念模型。,-,6,2.1信息的三种世界及其描述1.信息的现实世界,3)系统分析认识信息的现实世界并用概念模型加以描述的过程称为系统分析。,-,7,2.1信息的三种世界及其描述1.信息的现实世界,4)怎样划分和认识信息的现实世界信息的现实世界通过实体、特征、实体集及联系进行划分和认识。（1）实体现实世界中存在的可以相互区分的事物或概念称为实体。实体可以分为事物实体和概念实体。（2）实体的特征尽管实体具有许多特征，但是我们在研究时，只选择其中对管理及处理有用的或有意义的特征。（3）实体集及实体集之间的联系具有相同特征或能用同样特征描述的实体的集合称为实体集。实体集不是孤立存在的，实体集之间有各种各样的联系。例如学生和课程之间有“选课”联系。,-,8,3.信息的计算机世界,2.信息世界1）信息的产生与信息世界2）信息世界对现实世界的描述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。3）实体与实例是不同的4）信息世界通过概念模型（也称信息模型）、过程模型和状态模型反映现实世界，它要求对现实世界中的事物、事物间的联系和事物的变化情况准确、如实、全面地表示。,1）信息世界中的信息，经过数子化处理形成计算机能够处理的数据，就进入了计算机世界。计算机世界也叫机器世界或数据世界。2）数据模型应符合具体的计算机系统和DBMS的要求。3）计算机世界中用到下列术语。,-,9,（1）数据项(Item)：数据项是对象属性的数据表示。（2）记录(Record)：记录是实例的数据表示。（3）文件(File)：文件是对象的数据表示，是同类记录的集合。（4）数据模型（DataModel）：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。,4.现实世界、信息世界和计算机世界的关系由客观到认识、由认识到使用管理的三个不同层次，后一领域是前一领域的抽象描述。,-,10,-,11,2.2概念模型及其表示,2.2.1概念模型的基本概念,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。,-,12,2.2概念模型及其表示,(1)对象（Object）和实例（Instance）对象也称为实体型。现实世界中，具有相同性质、服从相同规则的一类事物（概念）的抽象称为对象，对象是实体集数据化的结果。对象中的每一个具体的事物（实体）为该对象的实例。,2.2.1概念模型的基本概念,1.概念模型涉及的基本概念及内容,-,13,(2)属性（Attribute）属性为实体的某一方面特征的抽象表示。(3)主码（PrimaryKey）和次码(SecondaryKey)码也称关键字，它能够惟一标识一个实体；实体集中不能惟一标识实体属性的叫次码。(4)域（Domain）属性的取值范围称为属性的域。,2.实体联系的类型,(1)两个实体集之间的联系1)一对一联系（1:1）2)一对多联系（1:n）3)多对多联系（m:n）,-,14,两个实体型间的联系,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,-,15,两个实体型间的联系(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,-,16,两个实体型间的联系(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,-,17,(2)多实体集之间的联系1)多实体集之间的一对多联系2)多实体集之间的多对多联系,-,18,(3)实体集内部的联系,-,19,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,-,20,E-R图法：用E-R图来描述现实世界的概念模型，提供了表示实体集、属性和联系的方法。E-R图也称为E-R模型。1)用长方形表示实体集，长方形内写明实体集名。2)用椭圆形表示实体集的属性，并用线段将其与相应的实体集连接起来。3)用菱形表示实体集间的联系，菱形内写上联系名，并用线段分别与有关实体集连接起来，在线段旁标出联系的类型,2.2.2概念模型的表示方法,-,21,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,-,22,联系的表示方法,-,23,联系的表示方法示例,-,24,联系属性的表示方法,-,25,-,26,2.3常见的三种数据模型,2.3.1数据模型概述,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,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。,-,27,2.3常见的三种数据模型,2.3.1数据模型概述,数据模型具有数据结构、数据操作和完整性约束条件三要素。1.数据模型的三要素1)数据结构：所研究的对象类型（ObjectType）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。数据结构是对系统静态特性的描述。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。数据操作的类型有检索和更新（包括插入、删除、修改）。数据操作是对系统动态特性的描述。3)数据约束条件：一组数据完整性规则的集合。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。,-,28,2.3常见的三种数据模型,2.3.1数据模型概述,2.常见的数据模型层次模型（HierarchicalModel）、网状模型（NetworkModel）和关系模型（RelationalModel）,-,29,2.3.2层次模型及特点,1.层次模型的数据结构(1)层次模型的定义1)有且仅有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点。2)除根结点之外的其他结点有且只有一个双亲结点。(2)层次模型的数据表示方法实体集用记录类型描述，每个结点表示一个记录类型，记录值表示实体；属性用字段描述，每个记录类型可包含若干个字段；记录之间的联系使用基本层次联系表示，用结点之间的连线表示记录（类）型之间的一对多的联系。(3)层次模型的特点层次模型像一棵倒立的树，只有一个根结点，有若干个叶结点，结点的双亲是惟一的；只能直接处理一对多的实体联系；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,-,31,教学院系数据对应的一个实例,-,32,2.层次模型中多对多联系的表示将多对多的联系分解成多个一对多联系来表示。分解法主要由两种：1）冗余节点分解法2）虚拟节点分解法,-,33,3.层次模型的数据操作和完整性约束条件1）层次模型的数据操作主要是数据的查询、插入、删除和修改。2）层次模型必须满足的完整性约束条件：（1）在进行插入记录值操作时，如果没有指明相应的双亲记录值（首记录值），则不能插入子女记录值（属记录值）。（2）进行删除记录操作时，如果删除双亲记录值（首记录值），则相应的子女结点值（属记录值）也同时被删除。（3）进行修改记录操作时，应修改所有相应记录，以保证数据的一致性。,-,34,4.层次模型的存储结构在层次数据库中，不但要存储数据，而且还要存储数据之间的层次联系。层次模型数据的存储一般使用邻接存储法和链接存储法实现。,-,35,5.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,-,36,2.3.3网状模型及特点,1.网状模型的数据结构(1)网状模型结构的基本特征1)有一个以上的结点没有双亲。2)结点可以有多于一个的双亲。(2)网状模型的数据表示方法（与层次数据模型相同）1)使用记录和记录值表示实体集和实体；2)联系(系)用结点间的有向线段表示。2.网状模型的完整性约束条件1)支持记录码的概念。码即惟一标识记录的数据项的集合。2)保证一个联系中双亲记录和子女记录之间是一对多的联系。3)可以支持双亲记录和子女记录之间某些约束条件。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,-,37,网状数据模型的数据结构,-,38,网状数据模型的数据结构(续）,-,39,网状数据模型的数据结构(续）,特点只能直接处理一对多的实体联系任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义,-,40,1.关系模型的数据结构,2.3.4关系模型概述,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。,-,41,1.关系模型的数据结构(1)关系模型中的主要术语1)关系（Relation）。一个关系对应通常所说的一张二维表，如表2-2。2)元组（Tuple）。表中的一行称为一个元组。3)属性（Attribute）。表中的一列称为一个属性。给每一个属性起一个名称即属性名。4)主码（PrimaryKey）。表中的某个属性或属性组，它们的值可以惟一地确定一个元组，且属性组中不含多余的属性，这样的属性或属性组称为关系的码。5)域（Domain）。属性的取值范围称为域。6)分量（element）。元组中的一个属性值称为分量。,2.3.4关系模型概述,-,42,7)关系模式（Relationmode）。关系的型称为关系模式，关系模式是对关系的描述。关系模式一般的表示是：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）,(2)关系模型中的数据全部用关系表示例如，关系模型中，学生、课程、学生与课程之间的联系表示为：学生(学号，姓名，性别，年龄，所在系)；课程(课程号，课程名，先行课)；选修(学号，课程号，成绩).,-,43,-,44,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。,-,45,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,-,46,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）,-,47,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。,-,48,2.关系操作和关系的完整性约束条件关系操作主要包括数据查询和插入、删除、修改