第2章 数据模型

,第二章数据模型,2.1现实世界的信息化过程,为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型，在实际的数据处理过程中，首先将现实世界的事物及联系抽象成信息世界的信息模型，然后再抽象成计算机世界的数据模型。,1.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,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。2)实体的特征(EntityCharacteristic)：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)实体集(EntitySet)：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。4）实体集间的联系(Relationship),3.信息的计算机世界,2.信息世界在信息世界中：实体的特征称为属性；实体通过其属性表示称为实例；信息世界通过概念模型（也称信息模型）、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。,数据项(Item)字段：数据项是实体属性的数据表示。2)记录(Record)：记录是实例的数据表示。,3)文件(File)：文件是实体集的数据表示。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,通过以上的介绍，我们可总结出三个世界中各术语的对应关系如下所示。现实世界信息世界计算机世界事物总体实体集表事物个体实体型记录特征属性字段事物间联系实体模型数据模型,5.概念模型也称信息模型，它是按用户的观点对数据建模，主要用于数据库设计。该类模型应该具有较强的语义表达能力，易于用户理解，方便数据库设计人员与用户之间交流,在概念模型中，常用的主要概念如下：1.实体（Entity）客观存在并且可以相互区别的“事物”称为实体。实体可以是可触及的对象，如一个学生，一本书；也可以是抽象的事件，如一次考试等。2.属性(Attributes)实体的某一特性称为属性。如学生实体有学号、姓名、年龄、性别、系等方面的属性。,2.2概念模型及其表示,2.2.1概念模型的基本概念,3.域（Domain）属性值的取值范围称为该属性的域。如学号的域为6位整数，性别的域为（男，女）。4.实体型（EntityType）若干个属性型组成的集合可以表示一个实体的类型，简称实体型。如学生（学号，姓名，年龄，性别，系）就是一个实体型。5.实体集(EntitySet)同型实体的集合称为实体集。如所有的学生、所有的课程等。6.码（Key）能唯一标识一个实体的属性或属性集称为实体的码。如学生的学号，学生的姓名可能有重名，不能作为学生实体的键。,7.联系（Relationship）在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的，这些联系同样也要抽象和反映到信息世界中来，在信息世界中将被抽象为实体型内部的联系和实体型之间的联系。实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的联系；实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。,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1)一对一联系（1:1）2)一对多联系（1:n）3)多对多联系（m:n）,2.实体联系的类型,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,1）.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,2）.一对多的联系,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,3）.多对多联系,(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,3）多实体集之间的联系,一般地，两个以上的实体型之间也存在以上三类的联系。如：教师课程参考书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,同一个实体集内各实体之间也存在以上三类的联系。如：职工领导,3）单体集内部的联系,(3)实体集内部的联系,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,实例,某系排课系统课程:编号，课程名，教师名，周学时，年级，专业，人数等教室:编号，地点，可容纳人数上课时间:编号，说明,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。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。,层次模型（HierarchicalModel）、网状模型（NetworkModel）和关系模型（RelationalModel）任何一个DBMS都是基于某一种数据模型，通常按数据模型区分DBMS的类型。,2常见的数据模型分类,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:有且仅有一个结点没有父结点结点，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父结点结点。(2)层次模型的数据表示方法:实体集使用记录表示；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。,2.层次模型的数据操作和完整性约束条件1)在进行插入记录值操作时，如果没有指明相应的父结点记录值（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，如果删除父结点记录值（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。,3.层次模型的特点1）结点的父结点是唯一的2）只能直接处理一对多的实体联系3）每个记录类型定义一个排序字段，也称为码字段4）任何记录值只有按其路径查看时，才能显出它的全部意义5）没有一个子女记录值能够脱离父结点记录值而独立存在,4.层次模型的优点和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父结点结点层次命令趋于程序化,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父结点。2)结点可以有多于一个的父结点。(2)网状模型的数据表示方法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)保证一个联系中父结点记录和子女记录之间是一对多的联系。3)可以支持父结点记录和子女记录之间某些约束条件。,网状模型,特点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,3.网状模型与层次模型的区别1）网状模型允许多个结点没有父结点结点2）网状模型允许结点有多个父结点结点3）网状模型允许两个结点之间有多种联系（复合联系）4）网状模型可以更直接地去描述现实世界5）层次模型实际上是网状模型的一个特例,4.网状模型优点与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父结点具有良好的性能，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,1.关系模型的数据结构关系模型是目前主要采用的一种数据模型。本课程的重点。关系模型基于关系代数，用一张二维表描述实体型以及实体型之间的联系。,2.3.4关系模型概述,(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。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。4)关键字（Key）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)主键（PrimaryKey）表中可以有多个关键字，需选用其中的一个作为唯一性约束的称为主键。6)域（Domain）。属性的取值范围称为域。7)分量（element）。元组中的一个属性值称为分量。8)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).,(2)关系模型中的实体集间的联系全部用关系表示一对一与一对多的联系隐含在实体对应的关系中多对多的联系表示成关系。,例1系、系主任、系与系主任间的一对一联系系(系号，系名，办公地点)系主任（系主任号，姓名，年龄，性别，系号）,例2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3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).,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集合，即若干元组的集合,3.完整性约束1）实体完整性：关系中元组的关健字不能为空窃取值唯一。2）参照完整性