數(shù)據(jù)庫(kù)第二章

第二章數(shù)據(jù)模型本章要點(diǎn)2.1數(shù)據(jù)建模的過(guò)程2.2概念模型2.3數(shù)據(jù)模型的組成要素2.4結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型2.5非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型2.1數(shù)據(jù)建模的過(guò)程數(shù)據(jù)模型（DataModel）是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中對(duì)象（事物）的數(shù)據(jù)抽象包含對(duì)象的數(shù)據(jù)特征和功能操作是信息系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建模應(yīng)滿足三方面要求能比較真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界容易為人所理解便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型分成三類(lèi)（三個(gè)抽象層次）：（1）概念模型

用某種語(yǔ)言或符號(hào)描述對(duì)象及其之間的聯(lián)系，如E-R圖，UML等獨(dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)便于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員與用戶間交流（2）邏輯模型用嚴(yán)格的形式化定義描述對(duì)象及其之間的聯(lián)系，如關(guān)系模型面向具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)（3）物理模型描述數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)，如存儲(chǔ)方式、索引結(jié)構(gòu)等面向具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)概念模型邏輯模型物理模型數(shù)據(jù)建模過(guò)程2.2概念模型概念模型是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的第一步是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人員和用戶之間進(jìn)行交流的載體好的概念模型應(yīng)簡(jiǎn)單清晰，易于理解，語(yǔ)義表達(dá)全面2.2概念模型基本術(shù)語(yǔ)：實(shí)體，聯(lián)系，碼，…常用表示方法：E-R圖，UML類(lèi)圖常用建模工具：Visio,PowerDesigner,MySQLWorkbench等

基本術(shù)語(yǔ)現(xiàn)實(shí)世界的信息是通過(guò)實(shí)體、屬性以及聯(lián)系等概念的劃分來(lái)認(rèn)識(shí)的。實(shí)體（Entity）

客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體，可以是具體的人、事、物或抽象的概念。屬性（Attribute）

實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性。一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來(lái)刻畫(huà)。

碼（Key）

唯一標(biāo)識(shí)實(shí)體的屬性（集）域（Domain）

屬性的取值范圍實(shí)體型（EntityType）具有相同屬性的實(shí)體必然具有共同的靜態(tài)特征，理解為類(lèi)型。用實(shí)體名及其屬性名集合來(lái)描述。例如，銷(xiāo)售記錄中服裝編號(hào)，顧客編號(hào)，購(gòu)買(mǎi)日期，數(shù)量等屬性構(gòu)成一個(gè)銷(xiāo)售記錄的實(shí)體型

實(shí)體集（EntitySet）具有相同特征的實(shí)體集合例如，所有銷(xiāo)售記錄就是一個(gè)實(shí)體集聯(lián)系（Relationship）

現(xiàn)實(shí)世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中抽象為實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系實(shí)體型間的聯(lián)系類(lèi)型一對(duì)一聯(lián)系（1:1）一對(duì)多聯(lián)系（1:n）多對(duì)多聯(lián)系（m:n）兩個(gè)實(shí)體型間的一對(duì)一聯(lián)系

如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有一對(duì)一聯(lián)系。記為1:1。實(shí)例班級(jí)—班長(zhǎng)

實(shí)體集A實(shí)體集B兩個(gè)實(shí)體型間的一對(duì)多聯(lián)系如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B有一對(duì)多聯(lián)系，記為1:n實(shí)例

班級(jí)—學(xué)生服裝廠商—服裝

實(shí)體集A實(shí)體集B兩個(gè)實(shí)體型間的多對(duì)多聯(lián)系（m:n）如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中也有m個(gè)實(shí)體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體B具有多對(duì)多聯(lián)系。記為m:n實(shí)例

顧客—服裝學(xué)生—課程實(shí)體集A實(shí)體集B多個(gè)實(shí)體型間的一對(duì)多聯(lián)系若實(shí)體集E1，E2，...，En存在聯(lián)系，對(duì)于實(shí)體集Ej（j=1，2，...，i-1，i+1，...，n）中的給定實(shí)體，最多只和Ei中的一個(gè)實(shí)體相聯(lián)系，則我們說(shuō)Ei與E1，E2，...，Ei-1，Ei+1，...，En之間的聯(lián)系是一對(duì)多的。實(shí)例

設(shè)有課程、教師與參考書(shū)三個(gè)實(shí)體型，如果一門(mén)課程可以有若干個(gè)教師講授，使用若干本參考書(shū)，每一個(gè)教師只講授一門(mén)課程，每一本參考書(shū)只供一門(mén)課程使用，則課程與教師、參考書(shū)之間的聯(lián)系是一對(duì)多的。課程選修教師1m參考書(shū)n多個(gè)實(shí)體型間的一對(duì)多聯(lián)系多個(gè)實(shí)體型間的多對(duì)多聯(lián)系網(wǎng)上商店供應(yīng)服裝mn供應(yīng)商p工程項(xiàng)目承擔(dān)機(jī)械工具mn施工隊(duì)p同一實(shí)體型內(nèi)的一對(duì)多聯(lián)系實(shí)例：職工實(shí)體集內(nèi)部具有領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)系，某一職工（干部）“領(lǐng)導(dǎo)”若干名職工，一個(gè)職工僅被另外一個(gè)職工直接領(lǐng)導(dǎo)，這是一對(duì)多的聯(lián)系同一實(shí)體型內(nèi)的一對(duì)一聯(lián)系同一實(shí)體型內(nèi)的多對(duì)多聯(lián)系職工領(lǐng)導(dǎo)1nPeterPin-ShanChen于1976年提出基本繪圖規(guī)則：實(shí)體型——用矩形表示屬性——用橢圓形表示碼——用下劃線表示服裝編號(hào)顏色型號(hào)品牌價(jià)格一種概念模型表示方法—E-R圖聯(lián)系——用菱形表示，同時(shí)標(biāo)注聯(lián)系的類(lèi)型實(shí)體型1聯(lián)系名實(shí)體型2111:1聯(lián)系實(shí)體型1聯(lián)系名實(shí)體型2mnm:n聯(lián)系實(shí)體型1聯(lián)系名實(shí)體型21n1:n聯(lián)系若聯(lián)系本身有自己的屬性，也用橢圓表示課程選修學(xué)生mn成績(jī)舉例—零件供應(yīng)系統(tǒng)E-R圖年齡職稱電話號(hào)電話號(hào)職工號(hào)庫(kù)存量項(xiàng)目號(hào)零件號(hào)負(fù)責(zé)人倉(cāng)庫(kù)號(hào)供應(yīng)商號(hào)地址姓名賬號(hào)供應(yīng)量名稱描述規(guī)格預(yù)算面積姓名零件項(xiàng)目倉(cāng)庫(kù)供應(yīng)商職工供應(yīng)庫(kù)存領(lǐng)導(dǎo)工作單價(jià)1nnnnmm1p數(shù)據(jù)建模工具采用數(shù)據(jù)建模工具將使數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程更簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)模型描述更規(guī)范，并有助于后續(xù)處理（如生成SQL）。常用數(shù)據(jù)庫(kù)建模工具，如Visio,PowerDesigner等，大多采用圖形元素和參數(shù)設(shè)置相結(jié)合的方法來(lái)描述以下信息（但不局限于）：實(shí)體型的名稱、注解屬性的名稱、類(lèi)型、長(zhǎng)度、默認(rèn)值、強(qiáng)制條件碼（主碼），索引，唯一性約束聯(lián)系（外碼）的名稱、類(lèi)型輕松掌握和運(yùn)用數(shù)據(jù)建模技術(shù)的最好方法是，從小型工具開(kāi)始，逐漸深入和提高。舉例—學(xué)生選課系統(tǒng)E-R圖（Visio）舉例—員工管理系統(tǒng)E-R圖（Visio）舉例—員工管理系統(tǒng)E-R圖（PowerDesigner）舉例—圖書(shū)借閱系統(tǒng)E-R圖（MySQLWorkbench）另一種概念模型表示方法—UML統(tǒng)一建模語(yǔ)言簡(jiǎn)稱UML(UnifiedModelingLanguage)，是一種通用的建模語(yǔ)言，具有創(chuàng)建系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為等多種模型的能力。它包含用例圖、類(lèi)圖、對(duì)象圖、狀態(tài)圖、序列圖、協(xié)作圖、活動(dòng)圖、組件圖和展開(kāi)圖等九種主要圖例。用例圖序列圖類(lèi)圖——主要用于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)兩個(gè)類(lèi)間的關(guān)聯(lián)類(lèi)的繼承參考附錄A—網(wǎng)上服裝銷(xiāo)售系統(tǒng)服裝，會(huì)員，訂單，倉(cāng)庫(kù)，供應(yīng)商，…作業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)概念模型設(shè)計(jì)連鎖超市管理系統(tǒng)（商店、職工、商品、客戶）校園社團(tuán)組織管理系統(tǒng)（社團(tuán)、學(xué)生、活動(dòng)）醫(yī)院病患信息管理系統(tǒng)（病房、病床、病人、醫(yī)生）體育館運(yùn)動(dòng)器材管理系統(tǒng)（器材、供應(yīng)商、運(yùn)動(dòng)員、管理員）科技競(jìng)賽信息管理系統(tǒng)（學(xué)生，團(tuán)隊(duì)，導(dǎo)師，競(jìng)賽，項(xiàng)目）網(wǎng)上書(shū)店系統(tǒng)（圖書(shū)，出版社，客戶，購(gòu)物籃）……分析系統(tǒng)需求，描述對(duì)象及其關(guān)系，畫(huà)出E-R圖！2.3數(shù)據(jù)模型的組成要素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)的完整性約束數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)庫(kù)的組成對(duì)象以及對(duì)象之間的聯(lián)系。通常包含兩類(lèi)：與對(duì)象的類(lèi)型、內(nèi)容、性質(zhì)相關(guān)的（比如關(guān)系模型中的域、屬性、關(guān)系等）與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是刻畫(huà)一個(gè)數(shù)據(jù)模型性質(zhì)的最重要方面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各種對(duì)象（型）的實(shí)例（值）允許執(zhí)行的操作及有關(guān)的操作規(guī)則數(shù)據(jù)操作的類(lèi)型查找更新（包括插入、刪除、修改）數(shù)據(jù)操作是對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的描述數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)的約束條件一組完整性規(guī)則的集合。完整性規(guī)則是給定的數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)及其聯(lián)系所具有的制約規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)模型對(duì)約束條件的定義反映和規(guī)定本數(shù)據(jù)模型必須遵守的基本的通用的完整性約束條件。例如在關(guān)系模型中，任何關(guān)系必須滿足實(shí)體完整性和參照完整性兩個(gè)條件。提供定義完整性約束條件的機(jī)制，以反映具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須遵守的特定的語(yǔ)義約束條件。2.4結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型層次模型(HierarchicalModel)網(wǎng)狀模型(NetworkModel)關(guān)系模型(RelationalModel)面向?qū)ο竽Ｐ?ObjectOrientedModel）非關(guān)系模型層次模型按照層次結(jié)構(gòu)的形式組織數(shù)據(jù)，即用樹(shù)型結(jié)構(gòu)表示實(shí)體集與實(shí)體集之間的聯(lián)系，其中用結(jié)點(diǎn)表示實(shí)體集，結(jié)點(diǎn)之間聯(lián)系的基本方式是1:n。網(wǎng)狀模型用圖型結(jié)構(gòu)表示實(shí)體集與實(shí)體集之間的聯(lián)系，更具普遍性，可以方便地表示各種類(lèi)型的聯(lián)系。關(guān)系模型美國(guó)IBM公司的研究員E.F.Codd于1970年提出關(guān)系模型，1981年為此獲得圖靈獎(jiǎng)。關(guān)系模型是目前最重要的一種數(shù)據(jù)模型目前很多數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品都是基于關(guān)系模型的，如Oracle(甲骨文)、MicrosoftSQLServer、IBMDB2、Sybase、MySQL等。關(guān)系模型1.關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.關(guān)系模型的基本術(shù)語(yǔ)3.關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束4.關(guān)系模型的優(yōu)缺點(diǎn)關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型用二維表格表示實(shí)體集及其屬性設(shè)實(shí)體集R有屬性A1,

A2,…,An，實(shí)體集的型可用一個(gè)二維表的框架表示，表中每一元組表示實(shí)體集的值A(chǔ)1A2A3…Ana11…am1a12…am2a13…am3………a1n…amnA1A2A3…An

（a）關(guān)系R的型（b）關(guān)系R的值服裝編號(hào)品牌型號(hào)顏色價(jià)格W001佐丹奴YH287藍(lán)239W002佐丹奴JK946綠189W003李寧LI143紅499W004美津濃U7896紫699關(guān)系模型的基本概念關(guān)系（Relation）一個(gè)關(guān)系對(duì)應(yīng)一張二維表元組（Tuple）表中的一行即為一個(gè)元組屬性（Attribute）表中的一列即為一個(gè)屬性，給每一個(gè)屬性起一個(gè)名稱即屬性名域（Domain）屬性的取值范圍關(guān)系模型的基本概念碼（Key）

表中的某個(gè)屬性組，可唯一確定一個(gè)元組分量

元組中的一個(gè)屬性值關(guān)系模式

對(duì)關(guān)系的描述格式為：關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）例如，服裝（服裝編號(hào)，品牌，型號(hào)，顏色，價(jià)格）關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱主要包括：查詢、插入、刪除和修改。完整性約束：對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作必須滿足的條件關(guān)系的完整性約束條件主要包括：實(shí)體完整性、參照完整性和用戶自定義完整性關(guān)系模型的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)建立在堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清晰，用戶易懂易用關(guān)系模型的存取路徑對(duì)用戶透明，數(shù)據(jù)獨(dú)立性高缺點(diǎn)存取路徑對(duì)用戶透明導(dǎo)致查詢效率較低為提高性能，須進(jìn)行查詢優(yōu)化，DBMS開(kāi)發(fā)難度大面向?qū)ο蟮哪Ｐ兔嫦驅(qū)ο髷?shù)據(jù)模型(ObjectOrientedDataModel–OODM)采用面向?qū)ο蠓椒?gòu)造出來(lái)的數(shù)據(jù)模型在面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型中，用面向?qū)ο蠓椒ㄖ械囊恍┗靖拍詈头椒▉?lái)表示三個(gè)組成部分：對(duì)象、方法、類(lèi)的繼承與合成關(guān)系模型與OO模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系關(guān)系模型OO模型表（元組）類(lèi)（對(duì)象）KEYOID屬性屬性關(guān)系上的操作（增，刪，改，查詢）方法、消息完整性約束約束方法、消息ER模型類(lèi)層次（OO模型）2.5非結(jié)構(gòu)化模型企業(yè)需要高效、安全的管理這些類(lèi)型的數(shù)據(jù)：結(jié)構(gòu)化半結(jié)構(gòu)化非結(jié)構(gòu)化XMLPDF很多應(yīng)用中，文件和關(guān)系型數(shù)據(jù)相伴而生例如：文件管理系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)系統(tǒng)，CAD，圖像系統(tǒng)Images將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集中到