2绪论数据模型

1、1.2 1.2 数据模型数据模型2数据模型数据模型概念模型概念模型逻辑模型逻辑模型小结和作业小结和作业3模型模型对现实世界特征的模拟或抽象对现实世界特征的模拟或抽象例：公式、地图、建筑沙盘例：公式、地图、建筑沙盘数据模型数据模型对现实世界中的对现实世界中的数据数据进行模拟和抽象的模型进行模拟和抽象的模型在数据库系统中，使用在数据库系统中，使用数据模型数据模型抽象现实世界中的抽象现实世界中的数据，以便在系统中来处理这些数据，达到系统模数据，以便在系统中来处理这些数据，达到系统模拟现实世界的目的。拟现实世界的目的。是数据库系统的是数据库系统的核心和基础核心和基础，是数据库设计，是数据库设计的有利的

2、有利工具工具4对数据模型的要求对数据模型的要求能比较真实地模拟现实世界能比较真实地模拟现实世界容易为人所理解容易为人所理解便于在计算机上实现便于在计算机上实现6数据模型的两个层次数据模型的两个层次概念模型概念模型不涉及数据在计算机中的表示不涉及数据在计算机中的表示是按是按用户的观点用户的观点对数据建模，强调其语义表达能力对数据建模，强调其语义表达能力是对现实世界的是对现实世界的第一层抽象第一层抽象是用户和数据库设计人员交流的工具是用户和数据库设计人员交流的工具逻辑模型和物理模型逻辑模型和物理模型与具体的与具体的dbmsdbms有关有关按按计算机系统计算机系统的观点对数据建模，面向数据库的结构的

3、观点对数据建模，面向数据库的结构是对现实世界的是对现实世界的第二层抽象第二层抽象由由dbmsdbms自身实现逻辑模型和物理模型的转换自身实现逻辑模型和物理模型的转换7模型的应用模型的应用现实世界现实世界信息世界信息世界机器世界机器世界概念模型概念模型逻辑、物逻辑、物理模型理模型8数据模型的形式化定义数据模型的形式化定义严格定义的一组概念的集合严格定义的一组概念的集合数据结构数据结构数据操作数据操作完整性约束条件完整性约束条件9什么是数据结构什么是数据结构描述数据库的组成描述数据库的组成对象及对象之间对象及对象之间的联系的联系两类对象两类对象与数据类型、内容、性质有关的对象与数据类型、内容、性质

4、有关的对象与数据之间联系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数据结构是对系统静态特性的描述10数据操作数据操作数据库中各种对象的实例允许执行的数据库中各种对象的实例允许执行的操作操作及及有关的有关的操作规则操作规则数据操作的类型数据操作的类型检索（查询）检索（查询）更新（包括插入、删除、修改）更新（包括插入、删除、修改）11数据模型对操作的定义数据模型对操作的定义操作的确切含义操作的确切含义操作符号操作符号操作规则（如优先级）操作规则（如优先级）实现操作的语言实现操作的语言数据操作是对系统动态特性的描述。数据操作是对系统动态特性的描述。12完整性约束条件完整性约束条

5、件一组完整性规则的集合。一组完整性规则的集合。完整性规则完整性规则是给定的数据模型中数据及其联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、相容保证数据的正确、有效、相容。13数据模型对约束条件的定义数据模型对约束条件的定义反映和规定反映和规定数据模型数据模型必须遵守的基本的必须遵守的基本的通用通用完整性约束条件完整性约束条件。提供定义完整性约束条件的机制提供定义完整性约束条件的机制，以反映具，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义

6、体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。约束条件。14概念模型的用途概念模型的用途概念模型用于概念模型用于信息世界信息世界的建模的建模是现实世界到机器世界的一个是现实世界到机器世界的一个中间层次中间层次是是数据库设计数据库设计的有力工具的有力工具数据库设计人员和用户之间进行数据库设计人员和用户之间进行交流交流的语言的语言15对概念模型的基本要求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达应用中的各种语义知识简单、清晰、易于用户理解。简单、清晰、易于用户理解。16概念模型的相关内容概念模型的相关内容信息世界中的信

7、息世界中的基本概念基本概念概念模型的表示方法概念模型的表示方法（e-re-r图）图）17实体（实体（entityentity） 客观存在并可相互区别的事物称为实体。客观存在并可相互区别的事物称为实体。具体的：如学生张三、工人李四具体的：如学生张三、工人李四抽象的：如计算机系、数据库概论抽象的：如计算机系、数据库概论属性（属性（attributeattribute） 实体所具有的某一特性称为属性。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。一个实体可以由若干个属性来刻画。18属性的分类：属性的分类：简单属性简单属性复合属性复合属性构成构成值值单值属性单值属性多值属性多值属性来源

8、来源基属性基属性派生属性派生属性19简单属性简单属性 不可再分的属性不可再分的属性如学号、年龄、性别如学号、年龄、性别 复合（复合（compositecomposite）属性）属性可以划分为更小的属性可以划分为更小的属性可以把相关属性聚集起来，使模型更清晰可以把相关属性聚集起来，使模型更清晰如电话号码如电话号码=区号区号+ +本地号码本地号码 出生日出生日=年年+ +月月+ +日日20单值属性单值属性每一个特定的实体在该属性上的取值唯一每一个特定的实体在该属性上的取值唯一如学生的学号，年龄、性别、系别等如学生的学号，年龄、性别、系别等多值属性多值属性某个特定的实体在该属性上有多于一个的取某个特

9、定的实体在该属性上有多于一个的取值值如学生（学号，如学生（学号，所选课程所选课程，联系电话联系电话）学号与课程之间是一种学号与课程之间是一种多值依赖多值依赖关系关系21派生（派生（derivedderived）属性与基属性）属性与基属性可以从其他相关的属性或实体可以从其他相关的属性或实体派生出来派生出来的属的属性值性值如学生（学号，姓名，如学生（学号，姓名，平均成绩平均成绩）选课（学号，课程号，选课（学号，课程号，成绩成绩）成绩为基属性，平均成绩为派生属性成绩为基属性，平均成绩为派生属性数据库中，一般只存基属性值，而派生属性数据库中，一般只存基属性值，而派生属性只存其定义或依赖关系，用到时再从

10、基属性只存其定义或依赖关系，用到时再从基属性中计算出来中计算出来22实体型实体型用用实体名及其属性名集合实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类来抽象和刻画同类实体称为实体型。实体称为实体型。例：例：学生学生( (学号，姓名，性别，系，入学时间学号，姓名，性别，系，入学时间) )实体集实体集同型实体的集合同型实体的集合码（码（keykey） 唯一标识实体的唯一标识实体的属性集属性集称为码。称为码。 域（域（domaindomain） 属性的取值范围称为该属性的域。属性的取值范围称为该属性的域。23联系联系现实世界中现实世界中事物内部以及事物之间事物内部以及事物之间的联系在的联系在信息世界中反映为信

11、息世界中反映为实体型内部的联系和实体实体型内部的联系和实体型之间的联系型之间的联系。两个实体型两个实体型 多个实体型多个实体型同一实体型同一实体型一对一联系（一对一联系（1:11:1） 一对多联系（一对多联系（1:n1:n） 多对多联系（多对多联系（m:nm:n）24联系的元或度（联系的元或度（degreedegree）参与联系的实体集的个数称为联系的元参与联系的实体集的个数称为联系的元如学生选修课程是二元联系，供应商向工程如学生选修课程是二元联系，供应商向工程供应零件则是三元联系供应零件则是三元联系25实体型实体型a联系名联系名实体型实体型b111:1联系联系实体型实体型a联系名联系名实体型

12、实体型bmnm:n联系联系实体型实体型a联系名联系名实体型实体型b1n1:n联系联系26一对一联系一对一联系 如果对于实体集如果对于实体集a a中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集b b中中至多至多有一个实体与之联系，反之亦然，有一个实体与之联系，反之亦然，则则称实体集称实体集a a与实体集与实体集b b具有一对一联系具有一对一联系。记为。记为1:11:1。 实例实例 班级与班长之间的联系：班级与班长之间的联系：27一对多联系一对多联系如果对于实体集如果对于实体集a a中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集b b中中有有n n个实体个实体（n0n0）与之联系，反之，对）与之联系，

13、反之，对于实体集于实体集b b中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集a a中中至多至多只有一个实体与之联系，则称只有一个实体与之联系，则称实体集实体集a a与实与实体集体集b b有一对多联系记为有一对多联系记为1:n1:n实例实例 班级与学生之间的联系班级与学生之间的联系：28多对多联系（多对多联系（m:nm:n）如果对于实体集如果对于实体集a a中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集b b中有中有n n个实体个实体（n0n0）与之联系，反之，对）与之联系，反之，对于实体集于实体集b b中的每一个实体，实体集中的每一个实体，实体集a a中也有中也有m m个实体个实体（m0m0）与之

14、联系，则称实体集）与之联系，则称实体集a a与与实体集实体集b b具有多对多联系。记为具有多对多联系。记为m:nm:n实例实例课程与学生之间的联系：课程与学生之间的联系：29多个实体型间的一对多联系多个实体型间的一对多联系若实体集若实体集e e1 1，e e2 2，.，e en n存在联系存在联系，对于实，对于实体集体集e ej j（j=1j=1，2 2，.，i-1i-1，i+1i+1，.，n n）中的给定实体，中的给定实体，最多只和最多只和e ei i中的一个实体中的一个实体相联相联系，则我们说系，则我们说e ei i与与e e1 1，e e2 2，.，e ei-1i-1，e ei+1i+1

15、，.，e en n之间的联系是一对多的。之间的联系是一对多的。例：课程、教师与参考书三个实体型例：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。书只供一门课程使用。30多个实体型间的一对一联系多个实体型间的一对一联系多个实体型间的多对多联系多个实体型间的多对多联系实例实例一个供应商可以供给多个项目多种零件，而每个一个供应商可以供给多个项目多种零件，而每个项目可以使用多个供应商供应的零件，每种零件项目可以使用多个供应商供

16、应的零件，每种零件可由不同供应商供给可由不同供应商供给。供应商供应商供应供应项目项目零件零件mnp31一对多联系一对多联系实例实例 职工实体集内部具有领导与被领导的联系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一对一联系多对多联系多对多联系32班级班级班级班级- -班长班长班长班长1 11 11:11:1联系联系课程课程选修选修学生学生m mn nm:nm:n联系联系班级班级组成组成学生学生1 1n n1:n1:n联系联系33职工职工领导领导1n同一实体型内部同一实体型内部的的1:n联系联系课程课程讲授讲授教

17、师教师1m多个实体型间的多个实体型间的1:n联系联系参考书参考书n34概念模型的表示方法很多概念模型的表示方法很多实体实体联系模型联系模型面向对象模型面向对象模型语义数据模型语义数据模型功能数据模型功能数据模型实体联系模型实体联系模型(e-r(e-r模型模型) )用用e-re-r图来描述现实世界的概念模型图来描述现实世界的概念模型35历史历史- -模型：模型：entity-relationship modelentity-relationship model19761976年，年，p.p.s.chenp.p.s.chen提出提出- -模型模型，用用- -图来描述概念模型图来描述概念模型观点观点

18、世界是由一组称作世界是由一组称作的基本对象和这些对的基本对象和这些对象之间的象之间的构成的构成的36表示方法表示方法e-re-r图实例图实例讨论讨论练习练习erer图辅助设计工具图辅助设计工具erwinerwin、powerdesignerpowerdesigner37用矩形表示实用矩形表示实体型，在框内体型，在框内写上实体名写上实体名用椭圆表示实用椭圆表示实体的属性体的属性用无向边用无向边把实体与把实体与其属性连其属性连接起来接起来用菱形表示实用菱形表示实体间的联系体间的联系将参与联系的实将参与联系的实体用无向边连接体用无向边连接联系的联系的数量数量例：学生选修课程例：学生选修课程学生学生课

19、程课程选修选修姓名姓名学号学号系别系别课程名课程名先修课先修课学分学分成绩成绩mn联系的属性联系的属性38e-re-r图实例：图实例：某工厂物资管理某工厂物资管理e-re-r图，步骤：图，步骤：(1)(1)实体及属性图实体及属性图(2)(2)实体及联系图实体及联系图(3)(3)完整的实体联系图（完整的实体联系图（e-re-r图）图）39 工厂物资管理描述如下：物资管理涉及的实体：物资管理涉及的实体：仓库：仓库：仓库号、面积、电话号码零件：零件：零件号、名称、规格、单价、描述供应商：供应商：供应商号、姓名、地址、电话号码、帐号项目：项目：项目号、预算、开工日期职工：职工：职工号、姓名、年龄、职称

20、40实体及属性图：实体及属性图：仓库仓库号面积电话号码项目项目号预算开工日期零件零件号规格单价名称描述职工职工号姓名年龄职称41实体及属性图：实体及属性图：供应商供应商供应商号供应商号地址地址电话号码电话号码姓名姓名帐号帐号确定需求描述中的实体，其属性可确定需求描述中的实体，其属性可最后确定最后确定42实体之间的联系描述实体之间的联系描述实体及其联系图：实体及其联系图：仓库仓库零件零件存放存放mn职工职工n1工作工作1n领导领导库存量库存量供应商供应商项目项目nmp供应供应供应量供应量确定实体间的联系，一般是动词，也可名词确定实体间的联系，一般是动词，也可名词确定联系的属性确定联系的属性43实

21、体之间的联系描述实体之间的联系描述（1 1）一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个）一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓库中，用库存量量表示某种零件在仓库中的数量。仓库中，用库存量量表示某种零件在仓库中的数量。（2 2）一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一）一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一个仓库工作。个仓库工作。（3 3）仓库主任领导若干保管员。）仓库主任领导若干保管员。（4 4）一个供应商可以供给若干项目多种零件，每个项目可以）一个供应商可以供给若干项目多种零件，每个项目可以使用不同供应商供应的零件，每种零件可由不同供应商供使用不同供应商供

22、应的零件，每种零件可由不同供应商供给。用供应量表示供应商供给多少数量的零件给项目。给。用供应量表示供应商供给多少数量的零件给项目。44如何区分实体和属性？如何区分实体和属性？如何区分如何区分2 2元联系和元联系和n n元联系？元联系？45l实体实体 vs vs 属性属性职工职工姓名姓名电话电话适于一个员适于一个员工只有一部工只有一部电话的情况电话的情况职工职工电话电话联系联系电话电话姓名姓名号码号码地址地址适于多个员工共有适于多个员工共有一部电话，一个员一部电话，一个员工多个电话，电话工多个电话，电话本身具有多个属性本身具有多个属性的情况的情况46u实体有多方面性质，属性没有实体有多方面性质，

23、属性没有项目项目名称名称城市城市项目项目城市城市位于位于名称名称名称名称面积面积人口人口47u若实体中除了多值属性之外还有其它若干属性，若实体中除了多值属性之外还有其它若干属性，则将该多值属性定义为另一实体则将该多值属性定义为另一实体供应商可以供应多种零件供应商可以供应多种零件供应商供应商姓名姓名零件零件零件零件供应供应名称名称供应商供应商姓名姓名地址地址电话电话供应商除零件属性供应商除零件属性外只有一个作为主外只有一个作为主码的姓名属性码的姓名属性供应商除零件供应商除零件属性外另有其属性外另有其它很多属性它很多属性48供应商供应商供应供应项目项目零件零件项目项目零件零件供应商供应商供应供应生

24、产生产使用使用多元联系转换为二元联系多元联系转换为二元联系49上述转换会有信息丢失，所以这种转换上述转换会有信息丢失，所以这种转换是不等价的是不等价的s sc cp ps1s1c1c1p1p1s2s2c1c1p2p2s2s2c2c2p1p1s sc cs1s1c1c1s2s2c1c1s2s2c2c2c cp pc1c1p1p1c1c1p2p2c2c2p1p1s sp ps1s1p1p1s2s2p2p2s2s2p1p150多元联系转换为二元联系多元联系转换为二元联系学生学生教学教学教师教师课程课程51教学教学学生学生选修选修教师教师讲授讲授课程课程开课开课缺点缺点浪费存储空间浪费存储空间语义不清

25、晰，难于体现参与联系的各方语义不清晰，难于体现参与联系的各方52一个图书借阅管理数据库要求提供下述服务一个图书借阅管理数据库要求提供下述服务：可随时查询书库中现有书籍的品种、数量与存放位置。所可随时查询书库中现有书籍的品种、数量与存放位置。所有各类书籍均可由书号唯一标识。可随时查询书籍借还情有各类书籍均可由书号唯一标识。可随时查询书籍借还情况。包括借书人单位、姓名、借书证号、借书日期和还书况。包括借书人单位、姓名、借书证号、借书日期和还书日期。日期。 我们约定：任何人可借多种书，任何一种书可为多个人所我们约定：任何人可借多种书，任何一种书可为多个人所借，借书证号具有唯一性。借，借书证号具有唯一

26、性。当需要时，可通过数据库中保存的出版社的电报编号、电当需要时，可通过数据库中保存的出版社的电报编号、电话、邮编及地址等信息向相关书籍的出版社增购有关书籍。话、邮编及地址等信息向相关书籍的出版社增购有关书籍。一个出版社可出版多种书籍，同一本书仅为一个出版社出一个出版社可出版多种书籍，同一本书仅为一个出版社出版，出版社名具有唯一性。根据以上情况和假设，构造满版，出版社名具有唯一性。根据以上情况和假设，构造满足需求的足需求的e-re-r图图 逻辑模型主要内容逻辑模型主要内容主要数据模型主要数据模型层次模型层次模型网状模型网状模型关系模型关系模型对象模型对象模型层次模型的数据结构层次模型的数据结构层

27、次模型层次模型用树结构表示实体类型及实体间联系的模型用树结构表示实体类型及实体间联系的模型树的结点是记录类型树的结点是记录类型每个非根结点有且只有一个父结点每个非根结点有且只有一个父结点上一层记录类型和下一层记录类型的联系是上一层记录类型和下一层记录类型的联系是1 1：n n层次模型的数据结构层次模型的数据结构 办公地办公地系名系名系号系号教研室名教研室名教研室号教研室号年级年级姓名姓名学号学号职称职称姓名姓名职工号职工号e-re-r图图层次模型实例层次模型实例转换规则：转换规则：实体型实体型记录类型记录类型属性属性字段字段联系联系结点之间的连线结点之间的连线教师教师- -学生数据库的一个值学

28、生数据库的一个值xx205xx205计算机计算机d02d02软件软件r01r018080王明王明s0012s0012教授教授何璧何璧e1101e11019090郑直郑直s0020s00209595周密周密 s0099s0099网络网络r02r02应用应用r03r03讲师讲师刘新刘新e3721e3721教授教授王恩王恩e1234e1234助教助教付弈付弈e3721e3721优点：优点：模型简单模型简单 查询效率高查询效率高缺点：缺点：多对多联系表示不自然多对多联系表示不自然 数据操作复杂（结点不独立）数据操作复杂（结点不独立）典型的层次数据库系统典型的层次数据库系统imsims数据库管理系统数据

29、库管理系统第一个大型商用第一个大型商用dbmsdbms19681968年推出年推出ibmibm公司研制公司研制网状模型的数据结构网状模型的数据结构网状模型网状模型19691969年由年由codasylcodasyl组织下属组织下属dbtgdbtg提出提出用有向图表示实体类型及实体间联系的模型用有向图表示实体类型及实体间联系的模型有向图中的结点是记录类型有向图中的结点是记录类型箭头表示从箭尾的记录类型到箭头的记录类型间联箭头表示从箭尾的记录类型到箭头的记录类型间联系是系是1 1：n n的的层次模型是网状模型的特例层次模型是网状模型的特例网状模型实例网状模型实例网状模型的数据结构网状模型的数据结构

30、学号学号 姓名姓名 系别系别课程号课程号 课程名课程名 学分学分学号学号 课程号课程号s-scs-scc-scc-sc选课选课课程课程学生学生成绩成绩科室号科室号 科室名科室名医生号医生号 专业级别专业级别病房号病房号 人数人数病人号病人号 住院时间住院时间网状模型的一个值网状模型的一个值a ac1c1s1s1a ac2c2s1s1b bc1c1s2s2a ac2c2s2s2c cc1c1s3s3s1 s1 s2 s2 s3 s3 c1 c1 c2 c2 优点：优点：多对多联系实现容易多对多联系实现容易 查询效率高查询效率高缺点：缺点：结构复杂结构复杂 数据操作复杂数据操作复杂典型的网状数据库

31、系统典型的网状数据库系统实际系统实际系统cullinet software inc.cullinet software inc.公司的公司的 idmsidmsunivacunivac公司的公司的 dms1100dms1100honeywellhoneywell公司的公司的ids/2ids/2hphp公司的公司的imageimage关系模型的数据结构关系模型的数据结构关系模型关系模型19701970年由美国年由美国ibmibm公司公司san josesan jose研究室的研究研究室的研究员员e.f.codde.f.codd提出提出用用二维表格二维表格表示实体集表示实体集由若干个由若干个关系模式

32、关系模式组成的集合组成的集合关系名（属性名关系名（属性名1 1，属性名，属性名2 2，属性名，属性名n n）其其实例实例称为关系，每个关系实际上是一张二维表格称为关系，每个关系实际上是一张二维表格关系模型的数据结构关系模型的数据结构 关系模型实例关系模型实例e-re-r图图系（系（系号系号，系名，办公地），系名，办公地）教研室（教研室（教研室号教研室号，教研室名，教研室名，系号系号）教师（教师（职工号职工号，职称，姓名，职称，姓名，教研室号教研室号）学生（学生（学号学号，姓名，年级，姓名，年级，系号系号）转换：转换：实体型实体型- -关系模式关系模式 属性属性- -关系模式的属性关系模式的属性

33、 1:11:1、1:n1:n联系隐含在关系中联系隐含在关系中 m:nm:n联系直接用关系模式表示联系直接用关系模式表示关系模型的一个值关系模型的一个值系号系号系名系名办公地办公地d02d02计算机计算机信息楼信息楼教研室号教研室号 教研室名教研室名系号系号r01r01软件软件d02d02r02r02网络网络d02d02r03r03应用应用d02d02学号学号姓名姓名成绩成绩 系系号号s63871s63871文继荣文继荣 a ad02d02s63874s63874刘华刘华c cd02d02s63876s63876张孝张孝a ad02d02职工职工号号职称职称姓名姓名教研教研室号室号e1101e1101教授教授何璧何璧r02r02e1102e1102讲师讲师刘新刘新r02r02e1103e1103教授教授王恩王恩r03r03e1104e1104助教助教付弈付弈r03r03概念：概念：元组、属性、域元组、属性、域 主码、分量主码、分量关系模型的优缺点关系模型的优缺点优点优点有严格的数学基础（集合论、数理逻辑）有严格的数学基础（集合论、数理逻辑）概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用易用实体和各类联系都用关系来表示。实体和