數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理及應(yīng)用教程 第4版 劉瑞新 第2章新

本章教學(xué)目標(biāo)、重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生了解三種世界中術(shù)語的定義、描述方法和關(guān)聯(lián)，了解信息模型的概念，掌握信息模型的表示方法。

教學(xué)重點(diǎn)：信息模型的表示方法，關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，關(guān)系操作和完整性約束條件，關(guān)系模型的特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)：信息模型的表示方法。關(guān)系模型和關(guān)系完整性約束條件。

1/13/20231第2章

數(shù)據(jù)模型與概念模型

2.1信息模型及表示2.2常見的數(shù)據(jù)模型1/13/202322.1信息模型及其表示2.1.1信息模型的基本概念

1.信息模型的術(shù)語

(1)對象和實(shí)例：現(xiàn)實(shí)世界中具有相同性質(zhì)、服從相同規(guī)則的一類事物（概念）的抽象稱為對象。對象中的每一個(gè)具體的事物（實(shí)體）為該對象的實(shí)例。

(2)屬性：屬性為實(shí)體的某一方面特征的抽象表示。

(3)主碼和次碼：碼能夠惟一標(biāo)識一個(gè)實(shí)體；不能惟一標(biāo)識實(shí)體的屬性叫次碼。

(4)域：屬性的取值范圍稱為屬性的域。信息模型是對信息世界的管理對象、屬性及聯(lián)系等信息的描述形式。信息模型不依賴計(jì)算機(jī)及DBMS，它是現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)全面反映。1/13/202332.實(shí)體聯(lián)系的類型(1)兩個(gè)實(shí)體集之間的聯(lián)系

1)一對一聯(lián)系（1:1）:設(shè)有兩個(gè)實(shí)體集A和B，對于A中的每一個(gè)實(shí)體，B中至多有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系；反之亦然。

2)一對多聯(lián)系（1:n）:設(shè)有兩個(gè)實(shí)體集A和B，對于A的每一個(gè)實(shí)體，B中有一個(gè)或多個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系；而對于B的每一個(gè)實(shí)體，A中至多有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系。

3)多對多聯(lián)系（m:n）:設(shè)有兩個(gè)實(shí)體集A和B，對于A的每一個(gè)實(shí)體，B中有一個(gè)或多個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系；反之亦然。1/13/20234兩個(gè)實(shí)體集之間的聯(lián)系工廠

負(fù)責(zé)廠長11學(xué)校

工作教師1n職工

參加體育團(tuán)體mn兩個(gè)實(shí)體集聯(lián)系的例子1/13/20235(2)多實(shí)體集之間的聯(lián)系1)多實(shí)體集之間的一對多聯(lián)系。

設(shè)實(shí)體集E1,…En，對于實(shí)體集Ej(j=1,…n)中的一個(gè)給定實(shí)體，最多只和其他實(shí)體集Ei(ij)中的一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系，則稱Ej與E1…,En之間的聯(lián)系是一對多的。

2)多實(shí)體集之間的多對多聯(lián)系。

在兩個(gè)以上的多個(gè)實(shí)體集之間，當(dāng)一個(gè)實(shí)體集與其他實(shí)體集之間均存在多對多聯(lián)系，而其他實(shí)體集之間沒有聯(lián)系時(shí)，這種聯(lián)系稱為多實(shí)體集間的多對多聯(lián)系。課程講授教師參考書1nm供應(yīng)商供應(yīng)項(xiàng)目零件mpn1/13/202362.1.2信息模型的表示方法1)用長方形表示實(shí)體集，長方形內(nèi)寫明實(shí)體集名。2)用橢圓形表示實(shí)體集的屬性，并用線段將其與相應(yīng)的實(shí)體集連接起來。3)用菱形表示實(shí)體集間的聯(lián)系，菱形內(nèi)寫上聯(lián)系名，用線段分別與有關(guān)實(shí)體集連接起來，在線段旁標(biāo)出聯(lián)系的類型。如果聯(lián)系具有屬性，則該屬性仍用橢圓框表示，仍需要用線段將屬性與其聯(lián)系連接起來。學(xué)生學(xué)號姓名性別年齡所在系1/13/202372.2

常見的數(shù)據(jù)模型2.2.1數(shù)據(jù)模型概述

1.數(shù)據(jù)模型的三要素

1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：所研究的對象類型的集合。包括與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象；與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象。

2)數(shù)據(jù)操作：對數(shù)據(jù)庫中各種數(shù)據(jù)對象允許執(zhí)行的操作集合。包括操作對象和有關(guān)的操作規(guī)則兩部分。

3)數(shù)據(jù)約束條件：一組數(shù)據(jù)完整性規(guī)則的集合。

2.常見的數(shù)據(jù)模型

層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型。

在非關(guān)系模型中，實(shí)體集用記錄表示，實(shí)體的屬性對應(yīng)記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)（或字段）。實(shí)體集之間的聯(lián)系轉(zhuǎn)換成兩兩記錄之間的聯(lián)系。非關(guān)系模型中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的單位是基本層次聯(lián)系。RiRjLij1/13/202382.2.2層次數(shù)據(jù)模型1.層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(1)層次模型的定義

1)有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)。

2)除根結(jié)點(diǎn)之外的其他結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)。

(2)層次模型的數(shù)據(jù)表示方法

實(shí)體集使用記錄表示；記錄型包含若干個(gè)字段；記錄值表示實(shí)體；記錄之間的聯(lián)系使用基本層次聯(lián)系表示。

(3)層次模型的特點(diǎn)

層次模型像一棵倒立的樹，只有一個(gè)根結(jié)點(diǎn)，有若干個(gè)葉結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)的雙親是惟一的。

1/13/20239院系編號院系名稱辦公地點(diǎn)教研室編號教研室學(xué)號姓名年齡專業(yè)方向職工號姓名教學(xué)院系數(shù)據(jù)模型院系教研室學(xué)生教師D10計(jì)算機(jī)系9號樓C01硬件教研室C02軟件教研室00001王平2000002李麗20電器92001王海自動化92002張錚數(shù)據(jù)庫92003許明人工智能92004陳真教學(xué)院系數(shù)據(jù)庫的一個(gè)實(shí)例1/13/2023102.層次模型的完整性約束條件在進(jìn)行插入記錄值操作時(shí)，如果沒有指明相應(yīng)的雙親記錄值（首記錄值），則不能插入子女記錄值（屬記錄值）。(2)進(jìn)行刪除記錄操作時(shí)，如果刪除雙親記錄值（首記錄值），則相應(yīng)的子女結(jié)點(diǎn)值（屬記錄值）也同時(shí)被刪除。(3)進(jìn)行修改記錄操作時(shí)，應(yīng)修改所有相應(yīng)記錄，以保證數(shù)據(jù)的一致性。

1/13/2023112.2.3網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型1.網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(1)網(wǎng)狀模型結(jié)構(gòu)的基本特征

1)有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)沒有雙親。2)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親。

(2)網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)表示方法

1)使用記錄和記錄值表示實(shí)體集和實(shí)體；每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄，每個(gè)記錄包含若干個(gè)字段。

2)聯(lián)系(系)用結(jié)點(diǎn)間的有向線段表示。每個(gè)有向線段表示一個(gè)記錄間的一對多的聯(lián)系。

R1R2R1R2R3R4R1R3R2

L1L2L1L2L1L2L31/13/2023122.網(wǎng)狀模型的完整性約束條件支持記錄碼的概念。碼即惟一標(biāo)識記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合。2)保證一個(gè)聯(lián)系中雙親記錄和子女記錄之間是一對多的聯(lián)系。3)可以支持雙親記錄和子女記錄之間某些約束條件。1/13/2023132.2.4關(guān)系數(shù)據(jù)模型1.關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(1)關(guān)系模型中的主要術(shù)語1)關(guān)系：一個(gè)關(guān)系對應(yīng)通常所說的一張二維表。2)元組：表中的一行稱為一個(gè)元組。3)屬性：表中的一列稱為一個(gè)屬性。4)主碼：表中的某個(gè)屬性或?qū)傩越M，值可以唯一確定一個(gè)元組，且屬性組中不含多余的屬性。5)域：屬性的取值范圍稱為域。6)分量：元組中的一個(gè)屬性值稱為分量。7)關(guān)系模式：關(guān)系的型稱為關(guān)系模式，是對關(guān)系的描述。(2)關(guān)系模型中的數(shù)據(jù)全部用關(guān)系表示關(guān)系模式一般的表示：關(guān)系名(屬性1，屬性2，…，屬性n).1/13/202314學(xué)生學(xué)籍表

學(xué)號姓名性別年齡所在系00001王平男20計(jì)算機(jī)系00002李麗女20計(jì)算機(jī)系00010張曉剛男19數(shù)學(xué)系……………1/13/2023152.關(guān)系操作和完整性約束條件3.關(guān)系模型與非關(guān)系模型比較

1)關(guān)系數(shù)據(jù)模型建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上。

2)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的概念單一，容易理解。

3)關(guān)系數(shù)據(jù)模型的存取路徑對用戶隱蔽。

4)關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)聯(lián)系是靠數(shù)據(jù)冗余實(shí)現(xiàn)的。

關(guān)系操作主要包括數(shù)據(jù)查詢和插入、刪除、修改數(shù)據(jù)。關(guān)系中的數(shù)據(jù)操作是集合操作。關(guān)系操作語言都是高度非過程的語言關(guān)系的完整性約束條件包括三類：實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性。1/13/2023162.2.6對象關(guān)系數(shù)據(jù)模型1.對象關(guān)系數(shù)據(jù)模型的概念對象關(guān)系數(shù)據(jù)模型使用二維表表示數(shù)據(jù)，它包括關(guān)系表和對象表兩種。關(guān)系表屬于關(guān)系模型，關(guān)系的屬性對應(yīng)于表的列，關(guān)系的元組對應(yīng)于表的行，關(guān)系模型裝不支持方法。對象表屬于面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，支持面向?qū)ο蟮幕竟δ?，對象的類抽象對?yīng)二維表，類的實(shí)例（對象）對應(yīng)于表中的行，類的屬性對應(yīng)于表的列，通過對象可調(diào)用方法。1/13/202317２.對象表的數(shù)據(jù)類型和表結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）對象表的屬性支持復(fù)合數(shù)據(jù)類型關(guān)系表強(qiáng)調(diào)屬性數(shù)據(jù)只能是不可分割的簡單數(shù)據(jù)項(xiàng)，復(fù)合數(shù)據(jù)是不允許出現(xiàn)的。對象表的數(shù)據(jù)可以是基本項(xiàng)，也可以是組合數(shù)據(jù)項(xiàng)學(xué)生信息的對象表結(jié)構(gòu)學(xué)號姓名年齡班級家庭聯(lián)系人姓名與學(xué)生關(guān)系電話單位1/13/202318（2）對象表的屬性支持可變長數(shù)組類型關(guān)系表的屬性不支持?jǐn)?shù)組類型，更不支持可變長的數(shù)組類型。對于一些數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不確定的信息，關(guān)系表只能獨(dú)立新建表的方法解決。對象表增加了數(shù)組類型，用戶可以使用可變長的數(shù)組類型保存記錄中數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不一樣的屬性數(shù)據(jù)。學(xué)生-選課的對象表學(xué)號姓名年齡班級課程名成績040011王剛2004（2）數(shù)據(jù)庫72C語言87軟件工程76040012李力2104（2）數(shù)據(jù)庫67040013田紅2004（3）數(shù)據(jù)庫86軟件工程751/13/202319（3）對象表的屬性支持嵌入表數(shù)據(jù)類型

對象表中的屬性，不僅可以是復(fù)合數(shù)據(jù)、數(shù)組數(shù)據(jù)等帶結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，還可以是嵌套表，信息結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、更豐富。嵌套表有行和列，表的長短與具體元組有關(guān)。學(xué)號姓名年齡班級

選課040011王剛2004（2）040012李力2104（2）040013田紅2004（3）課程號 課程名 成績 C20 數(shù)據(jù)庫 72 C11 C語言 87 C32 軟件工程 76 課程號 課程名 成績 C20 數(shù)據(jù)庫 86 C32 軟件工程75 課程號 課程名 成績 C20 數(shù)據(jù)庫 67 1/13/202320習(xí)題22.1答：①實(shí)體：現(xiàn)實(shí)世界中存在的可以相互區(qū)分的事物或概念稱為實(shí)體。②實(shí)體型：現(xiàn)實(shí)世界中，對具有相同性質(zhì)、服從相同規(guī)則的一類事物（或概念，即實(shí)體）的抽象稱為實(shí)體型。③實(shí)體集：具有相同特征或能用同樣特征描述的實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。④屬性：屬性為實(shí)體的某一方面特征的抽象表示。⑤碼：也稱為關(guān)鍵字，能夠唯一標(biāo)識一個(gè)實(shí)體。⑥實(shí)體聯(lián)系圖（E-R圖）：實(shí)體聯(lián)系方法（E-R圖法）是用來描述現(xiàn)實(shí)世界中概念模型的一種著名方法，提供了表示實(shí)體集、屬性和聯(lián)系的方法。⑦數(shù)據(jù)模型：一組嚴(yán)格定義的概念集合。這些概念精確地描述了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)完整性約束條件。1/13/2023212.2答：①數(shù)據(jù)模型是一組嚴(yán)格定義的概念集合，這些概念精確地描述了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)完整性約束條件。數(shù)據(jù)模型是通過概念模型數(shù)據(jù)化處理得到的。②數(shù)據(jù)庫是根據(jù)數(shù)據(jù)模型建立的，因而數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)。③數(shù)據(jù)模型的三要素是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束條件。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合；數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫中各種數(shù)據(jù)對象允許執(zhí)行的操作集合；數(shù)據(jù)約束條件是一組數(shù)據(jù)完整性規(guī)則的集合。2.3答：信息模型是對信息世界的管理對象、屬性及聯(lián)系等信息的描述形式。信息模型不依賴于計(jì)算機(jī)及DBMS，它是現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)而全面的反映。信息模型數(shù)據(jù)化處理后可得到數(shù)據(jù)模型。1/13/2023222.4答：見圖1：圖1題2.4E-R圖圖中：部門和負(fù)責(zé)人間的聯(lián)系是一對一的聯(lián)系；一個(gè)學(xué)生可以借閱多本書，一本書只能一個(gè)人借，學(xué)生和借閱間的聯(lián)系為一對多的聯(lián)系；一個(gè)學(xué)生可以參加多個(gè)社會團(tuán)體，一個(gè)社會團(tuán)體有多個(gè)學(xué)生參加，學(xué)生和社會團(tuán)體間的聯(lián)系為多對多的聯(lián)系。1/13/2023232.5答：用E-R圖畫出的學(xué)校的概念模型圖如圖2所示。1/13/2023242.6答：在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，定義滿足下面兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型：有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有雙親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)；除根結(jié)點(diǎn)之外的其他結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)。模型實(shí)例如圖3所示。1/13/2023252.7答：滿足以下兩個(gè)條件的基本層次聯(lián)系的集合稱為網(wǎng)狀模型：有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)沒有雙親，結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)的雙親。模型實(shí)例如圖4所示。2.8答：關(guān)系數(shù)據(jù)庫是以關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)的組織方式，關(guān)系模型是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念基礎(chǔ)上的，關(guān)系數(shù)據(jù)庫的主要優(yōu)點(diǎn)是概念簡單清晰，用戶不需了解復(fù)雜的存取路徑，不需說明“怎么干”，只需說明“干什么”，易懂易學(xué)。因此，關(guān)系數(shù)據(jù)模型逐漸取代了層次、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型，成為了商業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主流。1/13/2023262.9答：概念模型的特點(diǎn)是：對現(xiàn)實(shí)世界的第一層抽象；與軟件、硬件無關(guān)；從用戶觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)建模。邏輯模型特點(diǎn)是：對現(xiàn)實(shí)世界的第二層抽象；與硬件無關(guān)，與軟件有關(guān)；從計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)觀點(diǎn)對數(shù)據(jù)建模。2.10答：①四種主要的數(shù)據(jù)模型是層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ汀＂跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束條件這三方面的內(nèi)容完整地描述了一個(gè)數(shù)據(jù)模型。2.11答：①對象：現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的模型化，它與記錄、元組相似，但比它們復(fù)雜。②對象標(biāo)識：每個(gè)對象有一個(gè)唯一的標(biāo)識。③封裝：每個(gè)對象是其狀態(tài)與行為的封裝。④類：共享同一屬性和方法集合的所有對象組合在一起構(gòu)成了一個(gè)對象類。⑤類層次：一個(gè)系統(tǒng)中所有類集成的一個(gè)有根的有向無環(huán)圖稱為類層次。1/13/2023272.12答：現(xiàn)實(shí)世界的任一實(shí)體都被統(tǒng)一地模型化為一個(gè)對象，每個(gè)對象有一個(gè)唯一的標(biāo)識，稱為對象標(biāo)識。關(guān)系模型中的“碼”也稱為關(guān)鍵字，它能夠唯一標(biāo)識一個(gè)實(shí)體。2.13答：例如，職工是個(gè)實(shí)體集，技術(shù)人員、干部也是實(shí)體集，但是技術(shù)人員、干部均是職工的子集。我們把職工稱為超類，技術(shù)人員、干部稱為職工的子類。1/13/2023282.14答：①如果一個(gè)子類只能繼承一個(gè)超類的特性（包括屬性、方法和消息），這種繼承稱為單繼承。②如果一個(gè)子類能繼承多個(gè)超類的特性，這種繼承稱為多重繼承。③繼承性有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是繼承性是建模的有力工