第2讲 数据模型

1、 信息有哪三种世界？各有什么特点，之间的联系？信息有哪三种世界？各有什么特点，之间的联系？ 什么是概念模型，什么是数据模型？什么是概念模型，什么是数据模型？ 什么是实体、属性、码、联系？什么是实体、属性、码、联系？ 实体的联系有哪三种？实体的联系有哪三种？ 分析层次模型、网状模型和关系模型的特点。分析层次模型、网状模型和关系模型的特点。 关系模型基本概念：关系、元组、属性、域、关系关系模型基本概念：关系、元组、属性、域、关系 模式、候选关键字、主键、外键、主属性。模式、候选关键字、主键、外键、主属性。 第第2 2讲讲 数据模型数据模型 问题导读问题导读 第第2章章 数据模型数据模型 在数据库系

2、统的形式化结构中，如何抽象、在数据库系统的形式化结构中，如何抽象、 表示、处理现实世界中的信息和数据表示、处理现实世界中的信息和数据 数据库的数据模型数据库的数据模型 主要内容主要内容 2.1 2.1 信息的三种世界信息的三种世界 2.2 2.2 概念模型概念模型 2.3 2.3 数据模型数据模型 2.1 2.1 信息的三种世界信息的三种世界 l计算机信息处理的对象是现实生活中的客观事物。计算机信息处理的对象是现实生活中的客观事物。 l从观测中抽象出大量描述客观事物的信息。从观测中抽象出大量描述客观事物的信息。 l对信息进行整理、分类和规范，进而将规范化的信息数对信息进行整理、分类和规范，进而

3、将规范化的信息数 据化，最终由数据库系统存储、处理。据化，最终由数据库系统存储、处理。 三个层次：三个层次： n现实世界现实世界 n信息世界信息世界 n机器世界机器世界(数据世界）数据世界） 经历了两次抽象和转换。经历了两次抽象和转换。 现实世界现实世界 n现实世界（现实世界（Real World）就是人们所能看到的、）就是人们所能看到的、 接触到的世界，是存在于人脑之外的客观世界。接触到的世界，是存在于人脑之外的客观世界。 n现实世界当中的事物是客观存在的，事物与事物现实世界当中的事物是客观存在的，事物与事物 之间的联系也是客观存在的。之间的联系也是客观存在的。 信息世界信息世界 n信息世界

4、就是现实世界在人们头脑中的反映，又称信息世界就是现实世界在人们头脑中的反映，又称 概念世界。概念世界。 n客观事物在信息世界中称为实体，反映事物间联系客观事物在信息世界中称为实体，反映事物间联系 的是实体模型或的是实体模型或概念模型概念模型。 n现实世界是物质的，信息世界是抽象的。现实世界是物质的，信息世界是抽象的。 数据世界数据世界 n 数据世界就是信息世界中的信息数据化后对应的产数据世界就是信息世界中的信息数据化后对应的产 物。物。 n现实世界中的客观事物及其联系，在数据世界中以现实世界中的客观事物及其联系，在数据世界中以 数据模型数据模型描述。描述。 n相对于信息世界，数据世界是量化的、

5、物化的。相对于信息世界，数据世界是量化的、物化的。 概念模型概念模型是现实世界的抽象反映，它表示实是现实世界的抽象反映，它表示实 体类型及实体间的联系，是独立于计算机系体类型及实体间的联系，是独立于计算机系 统的模型，是现实世界到机器世界的一个中统的模型，是现实世界到机器世界的一个中 间层次。间层次。 2.2 2.2 概念模型概念模型 ( (信息世界）信息世界） 1. 实体实体 (Entity) 客观存在并可以相互区分的事物叫实体。客观存在并可以相互区分的事物叫实体。 2. 属性属性 (Attribute) 属性是实体所具有的某些特性，通过属性对实体进行属性是实体所具有的某些特性，通过属性对实

6、体进行 描述。实体是由属性组成的。描述。实体是由属性组成的。 几个重要概念几个重要概念 3. 3. 码码(Key)(Key) n一个实体往往有多个属性，这些属性之间是有关系一个实体往往有多个属性，这些属性之间是有关系 的，它们构成该实体的属性集合。的，它们构成该实体的属性集合。 n如果其中有如果其中有一个属性或属性集能够唯一标识整个属一个属性或属性集能够唯一标识整个属 性集合性集合，则称该属性或属性集为该实体的码。，则称该属性或属性集为该实体的码。 4. 4. 实体型实体型(Entity Type)(Entity Type) n具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。具有相同属性的实体必然

7、具有共同的特征和性质。 n用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体， 称为称为实体型实体型。 n例如，例如，学生学生( (学号，姓名，性别，出生年份，系，入学号，姓名，性别，出生年份，系，入 学时间学时间) )就是一个就是一个实体型实体型。 5. 5. 实体集实体集(Entity Set)(Entity Set) 同型实体的集合称为同型实体的集合称为实体集实体集。 例如，例如，全体学生全体学生就是一个就是一个实体集实体集。 6. 联系联系(Relationship)： 现实世界的事物之间是现实世界的事物之间是 有联系的，即各有联系的，即各实体型之间

8、实体型之间是有联系的。是有联系的。 a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 A B (1) 一对一联系一对一联系(1:1) 对于实体集对于实体集A中的每一个实体，实中的每一个实体，实 体集体集B中至多有一个实体与之对应，中至多有一个实体与之对应， 反之亦然，则称实体集反之亦然，则称实体集A与实体集与实体集 B具有一对一联系，记为具有一对一联系，记为1:1。 例如，部门与经理之间联系，学校例如，部门与经理之间联系，学校 与校长之间的联系等等就是一对一与校长之间的联系等等就是一对一 的联系。的联系。 (2) 一对多联系一对多联系(1 : M) 对于实体集对于实体集A中的每一个实体，实中的每

9、一个实体，实 体集体集B中有多个实体与之对应；反中有多个实体与之对应；反 过来，对于实体集过来，对于实体集B中的每一个实中的每一个实 体，实体集体，实体集A中至多有一个实体与中至多有一个实体与 之对应，则称实体集之对应，则称实体集A与实体集与实体集B 具有一对多联系，记为具有一对多联系，记为1 : M。 例如，一个班可以有多个学生，但例如，一个班可以有多个学生，但 一个学生只能属于一个班。班级与一个学生只能属于一个班。班级与 学生之间的联系就是一对多的联系。学生之间的联系就是一对多的联系。 a1 a2 a3 b1 b2 b3 b4 b4 A B (3)多对多联系多对多联系(M : N) 对于实

10、体集对于实体集A中的每一个实体，实中的每一个实体，实 体集体集B中有多个实体与之对应；反中有多个实体与之对应；反 过来，对于实体集过来，对于实体集B中的每一个实中的每一个实 体，实体集体，实体集A中也有多个实体与之中也有多个实体与之 对应，则称实体集对应，则称实体集A与实体集与实体集B具具 有多对多联系，记为有多对多联系，记为M:N。 例如，学生在选课时，一个学生可例如，学生在选课时，一个学生可 以选多门课程，一门课程也可以被以选多门课程，一门课程也可以被 多个学生选，则学生和课程之间具多个学生选，则学生和课程之间具 有多对多联系。有多对多联系。 a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4

11、 A B 实体实体-联系模型联系模型 n概念模型的表示方法很多，其中最为著名和使用最概念模型的表示方法很多，其中最为著名和使用最 为广泛的是为广泛的是P.P.Chen于于1976年提出的年提出的 E-R(Entity-Relationship)模型。模型。 nE-R模型是直接从现实世界中抽象出实体类型及实模型是直接从现实世界中抽象出实体类型及实 体间的联系，是对现实世界的一种抽象，它的主要体间的联系，是对现实世界的一种抽象，它的主要 成分是实体、联系和属性。成分是实体、联系和属性。 nE-R模型的图形表示称为模型的图形表示称为E-R图。图。 E-RE-R图通用的表示方式如下：图通用的表示方式如

12、下： （1 1）用）用矩形矩形表示实体，在框内写上实体名。表示实体，在框内写上实体名。 （2 2）用）用椭圆椭圆形表示实体的属性，并用无向边把实体和形表示实体的属性，并用无向边把实体和 属性连接起来。属性连接起来。 （3 3）用）用菱形菱形表示实体间的联系，在菱形框内写上联系表示实体间的联系，在菱形框内写上联系 名，用无向边分别把菱形框与有关实体连接起来，在名，用无向边分别把菱形框与有关实体连接起来，在 无向边旁注明联系的类型。无向边旁注明联系的类型。 例如：学生实体和班级实体的联系的例如：学生实体和班级实体的联系的E-R图图 学生学生 班级班级 属于属于 学号学号姓名姓名 性别性别 出生日期

13、出生日期班级班级 班级名班级名 班主任班主任 n 1 高校信息数据库系统，包含学生、教师、专业、教科高校信息数据库系统，包含学生、教师、专业、教科 书和课程五个实体，实体联系的书和课程五个实体，实体联系的E-R图。图。 MN1N 1N N M N M 1 N 属于属于 所属所属 教科书教科书专业专业订购订购课程课程开课开课教师教师 学生学生 教学教学 选修选修 专业名专业名专业号专业号 学号学号姓名姓名性别性别年龄年龄 职工号职工号 姓名姓名 性别性别 民族民族 课程号课程号课程名课程名 学分学分 成绩成绩 书号书号书名书名出版社出版社 2.3 数据模型数据模型 （数据世界）（数据世界） l

14、数据模型是对客观事物及联系的数据描述，是概数据模型是对客观事物及联系的数据描述，是概 念模型的数据化，即数据模型提供表示和组织数念模型的数据化，即数据模型提供表示和组织数 据的方法。据的方法。 l 数据模型是严格定义的概念的集合，这些概念精数据模型是严格定义的概念的集合，这些概念精 确地描述系统的静态特性、动态特性和完整性约确地描述系统的静态特性、动态特性和完整性约 束条件。束条件。 l 数据模型通常由数据模型通常由数据结构、数据操作和数据的完数据结构、数据操作和数据的完 整性约束三部分整性约束三部分组成。组成。 （1）数据结构）数据结构 数据结构是对计算机的数据组织方式和数据之间联系进行框数

15、据结构是对计算机的数据组织方式和数据之间联系进行框 架性描述的集合，是对数据库静态特征的描述。架性描述的集合，是对数据库静态特征的描述。 （2）数据操作）数据操作 数据操作是指数据库中各记录允许执行的操作的集合，包括数据操作是指数据库中各记录允许执行的操作的集合，包括 操作方法及有关的操作规则等，例如插入、删除、修改、检索、操作方法及有关的操作规则等，例如插入、删除、修改、检索、 更新等操作，是对数据库动态特征的描述。更新等操作，是对数据库动态特征的描述。 （3）数据的完整性约束）数据的完整性约束 数据的约束条件是关于数据状态和状态变化的一组完整性约数据的约束条件是关于数据状态和状态变化的一组

16、完整性约 束规则的集合，以保证数据的正确性、有效性和一致性。束规则的集合，以保证数据的正确性、有效性和一致性。 （1）层次模型）层次模型 （2）网状模型）网状模型 （3）关系模型）关系模型 三种数据模型三种数据模型 l 数据库系统按照数据结构的类型来组织数据，按数据库系统按照数据结构的类型来组织数据，按 照数据结构的类型来命名数据模型。照数据结构的类型来命名数据模型。 l 层次结构，网状结构，关系结构层次结构，网状结构，关系结构 层次模型层次模型 层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。每层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。每 个结点表示一个记录类型，结点之间的连线表示

17、记录类型间的个结点表示一个记录类型，结点之间的连线表示记录类型间的 联系，这种联系只能是父子联系。联系，这种联系只能是父子联系。 学校学校 学院学院1学院学院3学院学院2 系系1系系2 教研室教研室1教研室教研室2 层次模型存在如下特点：层次模型存在如下特点： （1）只有一个结点没有双）只有一个结点没有双 亲结点，称为根结点。亲结点，称为根结点。 （2）根结点以外的其他结）根结点以外的其他结 点有且只有一个双亲结点。点有且只有一个双亲结点。 层次数据模型的操纵主要有查询、插入、删除和更新。层次数据模型的操纵主要有查询、插入、删除和更新。 进行插入、删除、更新操作时要满足层次模型的完整进行插入、

18、删除、更新操作时要满足层次模型的完整 性约束条件：性约束条件： （1）进行插入操作时，如果没有相应的双亲结点值）进行插入操作时，如果没有相应的双亲结点值 就不能插入子女结点值。就不能插入子女结点值。 （2）进行删除操作时，如果删除双亲结点值，则相）进行删除操作时，如果删除双亲结点值，则相 应的子女结点值也被同时删除。应的子女结点值也被同时删除。 （3）进行更新操作时，应更新所有相应记录，以保）进行更新操作时，应更新所有相应记录，以保 证数据的一致性。证数据的一致性。 网状模型网状模型 l网状数据模型是一种比层次模型更具网状数据模型是一种比层次模型更具 普遍性的结构，它去掉了层次模型的普遍性的结

19、构，它去掉了层次模型的 两个限制，允许多个结点没有双亲结两个限制，允许多个结点没有双亲结 点，也允许一个结点有多个双亲结点。点，也允许一个结点有多个双亲结点。 l网状模型是一种较为通用的模型，从网状模型是一种较为通用的模型，从 图论的观点看，它是一个不加任何条图论的观点看，它是一个不加任何条 件的无向图。件的无向图。 l层次模型是网状模型的特殊形式，网层次模型是网状模型的特殊形式，网 状模型是层次模型的一般形式。状模型是层次模型的一般形式。 课程课程1课程课程2课程课程3 学生学生2学生学生3学生学生4学生学生5学生学生1 网状数据模型的操纵主要包括查询、插入、删除和网状数据模型的操纵主要包括

20、查询、插入、删除和 更新数据。进行插入、删除、更新操作时要满足网更新数据。进行插入、删除、更新操作时要满足网 状模型的完整性约束条件：状模型的完整性约束条件： （1）插入操作允许插入尚未确定双亲结点值的子女结）插入操作允许插入尚未确定双亲结点值的子女结 点值。点值。 （2）删除操作允许只删除双亲结点值。）删除操作允许只删除双亲结点值。 （3）更新操作只需要更新指定记录即可。）更新操作只需要更新指定记录即可。 （4）查询操作可以有多种方法，可根据具体情况选用。）查询操作可以有多种方法，可根据具体情况选用。 关系数据模型关系数据模型 n 用二维表格结构表示实体以及实体之间的联系的数据用二维表格结构

21、表示实体以及实体之间的联系的数据 模型称为关系模型。模型称为关系模型。 n关系模型在用户看来是一个二维表格，其概念单一，关系模型在用户看来是一个二维表格，其概念单一， 容易被初学者接受。容易被初学者接受。 n关系模型以关系模型以关系数学关系数学为理论基础。为理论基础。 n在关系模型中，在关系模型中，操作的对象和操作结果都是二维表操作的对象和操作结果都是二维表。 关系数据模型的基本概念关系数据模型的基本概念 1.关系关系 一个关系就是一张二维表，每个关系都是一个关系一个关系就是一张二维表，每个关系都是一个关系 名，在计算机里，一个关系可以存储为一个文件。名，在计算机里，一个关系可以存储为一个文件

22、。 2.元组元组 二维表中的行称为元组，每一行是一个元组。元组二维表中的行称为元组，每一行是一个元组。元组 对应存储文件中的一个对应存储文件中的一个记录记录。 3.属性属性 二维表的列称为属性，每一列有一个属性名，属性值二维表的列称为属性，每一列有一个属性名，属性值 是属性的具体值。属性对应存储文件中的一个字段，是属性的具体值。属性对应存储文件中的一个字段， 属性的具体取值就形成表中的一个个元组。属性的具体取值就形成表中的一个个元组。 4.域域 域是属性的取值范围。域是属性的取值范围。 5.关系模式关系模式 对关系的信息结构及语义限制的描述称为关系模式，对关系的信息结构及语义限制的描述称为关系

23、模式， 用关系名和包含的属性名的集合表示。用关系名和包含的属性名的集合表示。 例如，例如，职工信息表的关系模式职工信息表的关系模式是：职工（职工号，是：职工（职工号， 姓名，性别，年龄，工资）。姓名，性别，年龄，工资）。 6.关键字或码关键字或码 在关系的属性中，能够用来唯一标识元组的属性在关系的属性中，能够用来唯一标识元组的属性 （或属性组合）称为关键字或码（或属性组合）称为关键字或码(Key)。 7.候选关键字或候选码候选关键字或候选码 如果在一个关系中，存在多个属性如果在一个关系中，存在多个属性(或属性组合或属性组合) 都能用来唯一标识该关系中的元组，这些属性都能用来唯一标识该关系中的元

24、组，这些属性(或或 属性组合属性组合)都称为该关系的候选关键字或候选码都称为该关系的候选关键字或候选码， 候选码可以有多个候选码可以有多个。 8.主键或主码主键或主码 l 在一个关系的在一个关系的若干候选关键字中，被指定作为关键字若干候选关键字中，被指定作为关键字 的候选关键字称为该关系的主键或主码的候选关键字称为该关系的主键或主码(Primary Key) l我们习惯选择号码作为一个关系的主码。我们习惯选择号码作为一个关系的主码。 9.主属性和非主属性主属性和非主属性 l 在一个关系中，包含在任何在一个关系中，包含在任何候选关键字中的各个属候选关键字中的各个属 性性称为主属性；不包含在任一候

25、选码中的属性称为称为主属性；不包含在任一候选码中的属性称为 非主属性。非主属性。 l 例如，职工信息表中的职工号和姓名是主属性，而例如，职工信息表中的职工号和姓名是主属性，而 性别、年龄和工资是非主属性。性别、年龄和工资是非主属性。 10.外键或外码外键或外码 l一个关系的某个属性一个关系的某个属性(或属性组合或属性组合)不是该关系的主不是该关系的主 键或只是主键的一部分，却是另一个关系的主码，键或只是主键的一部分，却是另一个关系的主码， 则称这样的属性为该关系的外键或外码则称这样的属性为该关系的外键或外码(Foreign Key)。 l外码是表与表联系的纽带。外码是表与表联系的纽带。 1、p

26、age 19 习题习题7 （工厂数据库设计）（工厂数据库设计） 2、page 20 习题习题8 （网上订书系统设计）（网上订书系统设计） 课后作业课后作业 E-R 模型模型 （工厂数据库设计）（工厂数据库设计） 关系模式：关系模式： n仓库（仓库（仓库号仓库号，仓库面积），仓库面积） n零件（零件（零件号零件号，零件名，规格，单价），零件名，规格，单价） n供应商（供应商（供应商号供应商号，供应商名，地址），供应商名，地址） n保管员（保管员（职工号职工号，姓名，仓库号），姓名，仓库号） n库存（库存（仓库号，仓库号，零件号零件号，库存量），库存量） 外键外键 n供应（供应（供应商号，供应商号

27、，零件号零件号，供应量），供应量） E-R 模型模型 （网上订书系统设计）（网上订书系统设计） 关系模式：关系模式： n客户（客户（客户号客户号，姓名，地址，联系电话，订单号），姓名，地址，联系电话，订单号） n图书（图书（书号书号，书名，出版社，单价），书名，出版社，单价） n订单（订单（订单号订单号，日期，付款方式，总金额），日期，付款方式，总金额） n订购（订购（订单号，订单号，书号书号，数量），数量） 习题解答习题解答 1信息有哪三种世界，它们各有什么特点，它们之间有什么联系？信息有哪三种世界，它们各有什么特点，它们之间有什么联系？ 答：现实世界、信息世界和机器世界答：现实世界、信息世

28、界和机器世界 现实世界就是存在于人脑之外的客观世界，客观事物及其相互联系就处于现现实世界就是存在于人脑之外的客观世界，客观事物及其相互联系就处于现 实世界中。实世界中。 信息世界就是现实世界在人们头脑中的反映，又称概念世界。客观事物在信信息世界就是现实世界在人们头脑中的反映，又称概念世界。客观事物在信 息世界中称为实体，反映事物间联系的是实体模型或概念模型。息世界中称为实体，反映事物间联系的是实体模型或概念模型。 数据世界就是信息世界中的信息数据化后对应的产物。现实世界中的客观事数据世界就是信息世界中的信息数据化后对应的产物。现实世界中的客观事 物及其联系，在数据世界中以数据模型描述。物及其联

29、系，在数据世界中以数据模型描述。 计算机信息处理的对象是现实生活中的客观事物，在对客观事物实施处理的计算机信息处理的对象是现实生活中的客观事物，在对客观事物实施处理的 过程中，首先要经历了解、熟悉的过程，从观测中抽象出大量描述客观事过程中，首先要经历了解、熟悉的过程，从观测中抽象出大量描述客观事 物的信息，再对这些信息进行整理、分类和规范，进而将规范化的信息数物的信息，再对这些信息进行整理、分类和规范，进而将规范化的信息数 据化，最终由数据库系统存储、处理。据化，最终由数据库系统存储、处理。 习题解答习题解答 2什么是概念模型，什么是数据模型？什么是概念模型，什么是数据模型？ 答：概念模型是现

30、实世界的抽象反映，它表示实体类型及实体答：概念模型是现实世界的抽象反映，它表示实体类型及实体 间的联系，是独立于计算机系统的模型，是现实世界到机器间的联系，是独立于计算机系统的模型，是现实世界到机器 世界的一个中间层次。世界的一个中间层次。 数据模型是对客观事物及联系的数据描述，是概念模型的数据数据模型是对客观事物及联系的数据描述，是概念模型的数据 化，即数据模型提供表示和组织数据的方法。化，即数据模型提供表示和组织数据的方法。 习题解答习题解答 3什么是实体、属性、码、联系？什么是实体、属性、码、联系？ 答：客观存在并可以相互区分的事物叫实体。答：客观存在并可以相互区分的事物叫实体。 属性是

31、实体所具有的某些特性，通过属性对实体进行描述。属性是实体所具有的某些特性，通过属性对实体进行描述。 一个实体往往有多个属性，这些属性之间是有关系的，它们构一个实体往往有多个属性，这些属性之间是有关系的，它们构 成该实体的属性集合。如果其中有一个属性或属性集能够唯成该实体的属性集合。如果其中有一个属性或属性集能够唯 一标识整个属性集合，则称该属性或属性集为该实体的码。一标识整个属性集合，则称该属性或属性集为该实体的码。 现实世界的事物之间是有联系的，即各实体型之间是有联系的现实世界的事物之间是有联系的，即各实体型之间是有联系的 。就两个实体型的联系来说，主要有以下。就两个实体型的联系来说，主要有

32、以下3种情况：一对一联种情况：一对一联 系系(1:1)、一对多联系、一对多联系(1 : M)和多对多联系和多对多联系(M : N)。 习题解答习题解答 4实体的联系有哪三种？实体的联系有哪三种？ 答：答： 一对一联系一对一联系(1:1)、一对多联系、一对多联系(1 : M)和多对多联系和多对多联系(M : N)。 习题解答习题解答 5分析层次模型、网状模型和关系模型的特点。分析层次模型、网状模型和关系模型的特点。 答：层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。每答：层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。每 个结点表示一个记录类型，结点之间的连线表示记录类型间的联个结点表示一

33、个记录类型，结点之间的连线表示记录类型间的联 系，这种联系只能是父子联系。系，这种联系只能是父子联系。 层次模型存在如下特点：层次模型存在如下特点： （1）只有一个结点没有双亲结点，称为根结点。）只有一个结点没有双亲结点，称为根结点。 （2）根结点以外的其他结点有且只有一个双亲结点。）根结点以外的其他结点有且只有一个双亲结点。 习题解答习题解答 5分析层次模型、网状模型和关系模型的特点。分析层次模型、网状模型和关系模型的特点。 答：答： 网状数据模型是一种比层次模型更具普遍性的结构，它去掉了层网状数据模型是一种比层次模型更具普遍性的结构，它去掉了层 次模型的两个限制，允许多个结点没有双亲结点，也允许一次模型的两个限制，允许多个结点没有双亲结点，也允许一 个结点有多个双亲结点。因此，网状模型可以方便地表示各个结点有多个双亲结点。因此，网状模型可以方便地表示各 种类型的