数据模型与概念模型.ppt

数据库原理第二章,第二章数据模型与概念模型,数据库原理第二章,目录,2.1数据模型概述2.2信息的三种世界与数据模型的分类2.3概念模型2.4逻辑模型,数据库原理第二章,2.1数据模型概述,现实世界,数据模型,数字化,数据库,数据库原理第二章,2.1.1数据模型的定义,数据库原理第二章,数据模型（DataModel）：现实世界数据特征的模拟和抽象,（1）数据模型既要反映数据，也要反映数据之间的联系（2）数据模型是数据库的框架（3）数据模型是数据库系统的核心和基础,数据库原理第二章,数据模型应满足的要求：,（1）较真实的模拟现实世界（2）容易被理解（3）便于计算机实现,数据库系统应针对不同的使用对象和应用目的，采用不同的数据模型。,数据库原理第二章,2.1.2数据模型的三要素,1.数据结构,描述数据库的组成对象及对象间的联系,（1）描述数据的类型、内容、性质等字段、记录、属性,（2）描述与数据间联系相关的对象主码、外码,数据库原理第二章,按照数据结构的类型命名数据模型,层次结构网状结构关系结构,层次模型网状模型关系模型,数据库原理第二章,2.数据操作,各种数据对象允许执行的操作集合,（1）数据检索（2）数据更新插入、删除、修改,数据库原理第二章,3.数据约束条件,一组数据完整性规则的集合，保证数据的正确、有效、相容,（1）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实体完整性，参照完整性（2）反映具体应用中的数据必须遵守的特定的语义约束条件,数据库原理第二章,数据结构,数据操作,数据的完整性约束,层次结构,网状结构,关系结构,查询,插入,删除,修改,更新,正确,有效,相容,数据模型,数据库原理第二章,2.2.1信息的三种世界及其描述,1.现实世界,客观存在的世界存在着各种事物及其联系，每个事物都有自己的特征。选用感兴趣的、最能表征该事物的若干特征来描述该事物。,2.2信息的三种世界与数据模型的分类,数据库原理第二章,（1）实体（Entity）现实世界中存在的可以相互区分的事物或概念事物实体：一个学生、一本书、一辆车概念实体：一个班级、一门课程,（2）特征以区分不同实体学生：学号、姓名、性别、年龄、身高职工：编号、姓名、政治面貌,（3）实体集（EntitySet）具有相同特征的实体的集合,数据库原理第二章,（1）对象和实例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。对象中的每一个具体的事物（实体）为该对象的实例。学生李明实体（101111，李明，男，22岁）实例,2.信息世界,现实世界在人们头脑中的反映，事物用信息描述。,数据库原理第二章,（2）属性实体的某一方面特征的抽象表示,（3）码和次码码：能够唯一标识一个实体；属性或属性集合次码：不能惟一标识实体的属性,数据库原理第二章,（学号，姓名，性别，年龄）,码,次码,（学号，身份证号，姓名，性别，年龄）,码,次码,数据库原理第二章,（4）域属性的取值范围,（5）实体间的联系,实体集（对象）间的联系、实体内部的联系,数据库原理第二章,a.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。,数据库原理第二章,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。,数据库原理第二章,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。,1:1联系是1:n联系的特例，1:n联系是m:n联系的特例。,数据库原理第二章,b.多个实体集之间的联系,一对多联系,如：设有三个实体集：课程，教师，参考书一门课程由若干名教师讲授每个教师只讲授一门课程；一门课程使用若干本参考书一本参考书只供一门课程使用。,数据库原理第二章,多对多联系,如：设有三个实体集：供应商，项目，零件一个供应商可给多个项目提供产品每个项目可选择多个供应商；一个供应商可提供多种零件一种零件可由多个供应商提供。,数据库原理第二章,c.单个实体集内部之间的联系,同一实体集内各个实体之间存在着联系,如：职工实体集内部有领导与被领导的关系一个职工领导若干名职工一个职工仅被另一个职工直接领导,数据库原理第二章,3.计算机世界,信息数据化，将信息用字符和数值等数据表示，可被计算机识别处理。,（1）数据项标记对象属性的命名单位“型”“值”,数据库原理第二章,（2）记录数据项的有序集合记录型数据项型记录值数据项值,实例,记录型（学号，姓名，年龄，性别，系别）记录值（990001，张立，20，男，计算机）,数据库原理第二章,（3）文件同类记录的集合，一个文件中的记录型一样,学生数据文件,数据库原理第二章,三个领域中的术语对照,数据库原理第二章,2.2.2数据模型的分类,现实世界,抽象,信息世界,转换,计算机世界,数据库原理第二章,数据模型,概念模型/信息模型,逻辑模型/数据模型,物理模型,用于DBMS的实现,数据的存储和存取方式,用于数据库的设计,数据库原理第二章,陈品山（PeterPin-ShanChen）,2.3.1概念模型的E-R表示,实体联系模型（EntityRelationshipModel）E-R模型,2.3概念模型,数据库原理第二章,1.E-R图的基本成分,（1）矩形框：表示实体集，框中写实体集名称,（2）椭圆形框：表示实体集的属性，框中写属性名称,学号,数据库原理第二章,（3）菱形框：表示实体集间的联系，框中写联系名称,选课,（4）直线：连接相关实体集，注明联系的类型（1:1,1:n，m:n）连接实体集与属性连接联系与属性,数据库原理第二章,学生与课程联系的E-R图,数据库原理第二章,1,1,1,n,m,n,数据库原理第二章,2.3.2E-R图的绘制步骤,（1）确定实体集（2）确定实体集的各种属性（3）确定实体集间的联系（2）确定联系的各种属性,数据库原理第二章,设有三个实体集：课程，教师，参考书一门课程由若干名教师讲授每个教师只讲授一门课程；一门课程使用若干本参考书一本参考书只供一门课程使用。,数据库原理第二章,设有三个实体集：供应商，项目，零件一个供应商可给多个项目提供零件每个项目可选择多个供应商；一个供应商可提供多种零件一种零件可由多个供应商提供。,数据库原理第二章,设计高校学生选课管理系统的E-R图，涉及学生、教师、课程、专业,学生选课管理系统E-R图,数据库原理第二章,课程实体集及其属性,数据库原理第二章,2.4常见的逻辑数据模型,数据库原理第二章,逻辑数据模型（数据模型/逻辑模型），按照计算机系统的观点对数据和信息建模，用于数据库的实现。,逻辑数据模型,层次数据模型,网状数据模型,关系数据模型,面向对象数据模型,非关系模型,数据库原理第二章,在非关系模型中，实体集用记录表示，实体的属性对应记录的数据项（或字段）。实体集之间的联系转换成两两记录之间的联系。非关系模型中数据结构的单位是基本层次联系。,双亲结点,子女结点,联系,数据库原理第二章,2.4.1层次数据模型,1.层次模型的数据结构,代表：IBMIMS数据库管理系统1968年,（1）层次模型的定义,有且仅有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点,除根结点之外的其他结点有且只有一个双亲结点,同一双亲的子女结点称为兄弟结点,没有子女结点称为叶结点,数据库原理第二章,无双亲,数据库原理第二章,（2）层次模型的表示方法,实体集使用记录表示；记录用结点表示；记录型包含若干个字段；记录值表示实体；记录之间的联系使用基本层次联系表示。,数据库原理第二章,（3）层次模型的特点,只有一个根结点，有若干个叶结点，结点的双亲是唯一的。（倒立树）,双亲结点和子女结点之间是1:n联系,数据库原理第二章,教学院系数据模型,院系,教研室,学生,教师,教学院系数据库的一个实例,数据库原理第二章,2.层次模型的操作和完整性约束条件,完整性约束条件：（1）插入记录值：如果没有指明相应的双亲记录值，则不能插入子女记录值。（2）删除记录：如果删除双亲记录值，则相应的子女结点值也同时被删除。（3）修改记录：应修改所有相应记录，以保证数据的一致性。,操作：查询、插入、删除、修改,数据库原理第二章,3.层次模型的存储结构,邻接存储,链接存储,数据库原理第二章,4.层次模型的优缺点,优点,（1）结构简单，层次分明，便于计算机实现（2）查询效率高从根结点到任一结点存在唯一一条层次路径，当存取某一结点的记录值时，沿此路径很快找到该记录。（3）提供了良好的数据完整性支持,数据库原理第二章,缺点,（1）无法直接表示实体集间的多对多联系冗余结点分解法虚拟结点分解法（2）查询子女结点必须通过双亲结点（3）数据插入和删除操作限制过多,数据库原理第二章,2.4.2网状数据模型,代表：DBTG系统20世纪70年代,（1）网状模型的定义,有一个以上的结点没有双亲结点,允许结点有多个双亲结点,1.网状模型的数据结构,允许两个结点之间有多种联系,数据库原理第二章,数据库原理第二章,（2）网状模型的表示方法,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。联系必须命名,数据库原理第二章,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。,数据库原理第二章,3.网状模型的存储结构,链接存储,4.网状模型的优缺点,优点,（1）可表示实体间的多种复杂联系，更为直接的描述客观世界（2）具有良好的性能和存储效率,数据库原理第二章,缺点,（1）数据结构复杂（2）数据定义语言DDL、数据操纵语言DML复杂（3）用户需要了解系统结构的细节,数据库原理第二章,2.4.3关系数据模型,1.关系模型的数据结构,代表：IBMSystemR数据库管理系统1977年,（1）关系模型的术语,关系：一张规范化的二维表组成：表名、表头、表体,数据库原理第二章,学生,表头,表体,数据库原理第二章,学生,元组,属性,属性：表中的一列称为一个属性,元组：表中的一行称为一个元组（记录）,数据库原理第二章,学生,元组,属性,域,分量,码：表中的某个属性或属性组，值可以唯一确定一个元组，且属性组中不含多余属性。,域：属性的取值范围称为域,分量：元组中的一个属性值称为分量,数据库原理第二章,学生（学号，姓名，性别，年龄，系别）,关系模式：关系的型称为关系模式，是对关系的描述关系名(属性1，属性2，属性n)表名（表头）,数据库原理第二章,（2）关系模型中的数据全部用关系表示,学生（学号，姓名，性别，年龄，系别）,课程（课程号，课程名，学分）,选修（学号，课程号，成绩）,数据库原理第二章,2.关系模型的操作,（1）关系操作主要包括数据查询和插入、删除、修改（2）关系中的数据操作是集合操作（3）关系操作语言都是高度非过程的语言关系操作可用关系代数和关系演算来表示。,数据库原理第二章,4.关系模型的存储结构,文件形式存储,3.关系模型的完整性约束条件,关系的完整性约束条件包括三类：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性,数据库原理第二章,5.关系模型的优缺点,优点,（1）建立在严格的数学理论基础之上（2）关系数据模型的概念单一，容易理解（3）关系数据模型的存取路径对用户隐蔽（4）关系数据库中的数据联系是靠数据冗余实现的,数据库原理第二章,缺点,查询效率不如非关系模型，需要优化,数据库原理第二章,数据库原理第二章,2.4.4面向对象数据模型,面向对象概念与数据库技术相结合具有丰富的表达力，但模型复杂，尚未达到关系模型的普及程度