第二章 數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及應用

－－基于SQLServer2000屠菁tujing@126.comAnIntroductiontoDatabaseSystems數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及應用——基于SQLServer2000第二章數(shù)據(jù)模型AnIntroductiontoDatabaseSystems信息結構與E-R方法概念數(shù)據(jù)模型傳統(tǒng)的三大數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)獨立性與三層結構數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的結構第二章數(shù)據(jù)模型AnIntroductiontoDatabaseSystems2-1信息結構與E-R方法數(shù)據(jù)的三種范疇之現(xiàn)實信息電腦AnIntroductiontoDatabaseSystems實體客觀存在并可以相互區(qū)分的客觀事物或抽象事件稱為實體?？陀^存在的抽象事件訂貨、演出、足球賽……等也是實體可以觸及的客觀對象倉庫、器件、職工……等是實體AnIntroductiontoDatabaseSystems特征身高年齡性別體重……比賽時間、地點、參賽隊……AnIntroductiontoDatabaseSystems具有相同特征的一類實體的集合稱之為實體集。實體集學生實體集課程實體集教師實體集教室實體集AnIntroductiontoDatabaseSystems標識特征用于區(qū)分實體的實體特征稱為標識特征。AnIntroductiontoDatabaseSystems特征實體實體集標識特征現(xiàn)實世界的術語AnIntroductiontoDatabaseSystems我們更熟悉的術語是：文件記錄字段關鍵字AnIntroductiontoDatabaseSystems三種范疇使用的術語AnIntroductiontoDatabaseSystems2-1信息結構與E-R方法實體聯(lián)系方法之Entity-RelationshipAnIntroductiontoDatabaseSystems實體的表示方式在E-R圖中用矩形框表示實體，把實體名寫在框內(nèi)，比如倉庫實體可以表示為：倉庫AnIntroductiontoDatabaseSystems聯(lián)系的表示方式

實體之間的聯(lián)系用菱形框表示，框內(nèi)寫上聯(lián)系名，并用連線與有關的實體相連。聯(lián)系名實體1實體2AnIntroductiontoDatabaseSystems聯(lián)系的類型一對一聯(lián)系(1:1)一對多聯(lián)系(1:n)多對多聯(lián)系(m:n)AnIntroductiontoDatabaseSystems一對一的聯(lián)系如果實體集A與實體集B之間存在聯(lián)系，并且對于實體集A中的任意一個實體，實體集B中至多只有一個實體與之對應；而對實體集B中的任意一個實體，在實體集A中也至多只有一個實體與之對應，則稱實體集A到實體集B的聯(lián)系是一對一的，記為1:1。AnIntroductiontoDatabaseSystems

有車間和車間主任兩個實體，并且有語義：一個車間只能有一名車間主任，一個職工也只能在一個車間當主任。那么車間和車間主任之間的聯(lián)系是一對一的，我們把這種聯(lián)系命名為任職。一對一聯(lián)系的例子任職車間車間主任11AnIntroductiontoDatabaseSystems一對多的聯(lián)系如果實體集A與實體集B之間存在聯(lián)系，并且對于實體集A中的一個實體，實體集B中可以有多個實體與之對應；而對實體集B中的任意一個實體，在實體集A中至多只有一個實體與之對應，則稱實體集A到實體集B的聯(lián)系是一對多的，記為1:n。AnIntroductiontoDatabaseSystems

有倉庫和職工兩個實體，并且有語義：一個倉庫可以有多名職工，但是一個職工只能在一個倉庫工作。那么倉庫和職工之間的聯(lián)系是一對多的，我們把這種聯(lián)系命名為工作。一對多聯(lián)系的例子工作倉庫職工1nAnIntroductiontoDatabaseSystems多對多的聯(lián)系

如果實體集A與實體集B之間存在聯(lián)系，并且對于實體集A中的一個實體，實體集B中可以有多個實體與之對應；而對實體集B中的一個實體，在實體集A中也可以有多個實體與之對應，則稱實體集A到實體集B的聯(lián)系是多對多的，記為m:n。AnIntroductiontoDatabaseSystems多對多聯(lián)系的例子有倉庫和器件兩個實體，并且有語義：一個倉庫可以存放多種器件，一種器件可以存放在多個倉庫。那么倉庫和器件之間的聯(lián)系就是多對多的，我們把這種聯(lián)系命名為庫存。倉庫器件庫存mnAnIntroductiontoDatabaseSystems多個實體之間的聯(lián)系有倉庫、器件、供應商三個實體，并且有語義：每個倉庫可以向多個供應商發(fā)出訂購，可購買多種器件；每個供應商可向多個倉庫供貨，可供應多種器件；每種器件可由多個供應商供應，可由多個倉庫購買。倉庫器件供應商訂購mnpAnIntroductiontoDatabaseSystems多個實體之間的另外一種聯(lián)系倉庫器件供應商庫存業(yè)務供應AnIntroductiontoDatabaseSystems兩種聯(lián)系方式的區(qū)別倉庫器件供應商庫存業(yè)務供應倉庫器件供應商訂購AnIntroductiontoDatabaseSystems單個實體型內(nèi)的聯(lián)系一對多聯(lián)系實例

職工實體型內(nèi)部具有領導與被領導的聯(lián)系某一職工（干部）“領導”若干名職工一個職工僅被另外一個職工直接領導這是一對多的聯(lián)系一對一聯(lián)系

請舉例職工領導1n單個實體型內(nèi)部1:n聯(lián)系AnIntroductiontoDatabaseSystems單個實體型內(nèi)的聯(lián)系實體型1聯(lián)系名mn單個實體型內(nèi)的m:n聯(lián)系多對多聯(lián)系請舉例AnIntroductiontoDatabaseSystems屬性的表示方式實體的屬性用橢圓框表示，框內(nèi)寫上屬性名，并用連線連到相應實體。也可以直接將屬性名寫在實體旁邊。倉庫倉庫號城市面積倉庫倉庫號城市面積AnIntroductiontoDatabaseSystems聯(lián)系本身也有屬性，聯(lián)系是通過相關聯(lián)的實體的有關屬性體現(xiàn)出來的。聯(lián)系的屬性倉庫職工工作倉庫號城市面積職工號工資倉庫號職工號1nAnIntroductiontoDatabaseSystems一個實例用E-R圖表示某個工廠物資管理的概念模型實體倉庫：倉庫號、面積、電話號碼零件：零件號、名稱、規(guī)格、單價、描述供應商：供應商號、姓名、地址、電話號碼、帳號項目：項目號、預算、開工日期職工：職工號、姓名、年齡、職稱AnIntroductiontoDatabaseSystems一個實例實體之間的聯(lián)系如下：(1)一個倉庫可以存放多種零件，一種零件可以存放在多個倉庫中。倉庫和零件具有多對多的聯(lián)系。用庫存量來表示某種零件在某個倉庫中的數(shù)量。(2)一個倉庫有多個職工當倉庫保管員，一個職工只能在一個倉庫工作，倉庫和職工之間是一對多的聯(lián)系。職工實體型中具有一對多的聯(lián)系(3)職工之間具有領導-被領導關系。即倉庫主任領導若干保管員。(4)供應商、項目和零件三者之間具有多對多的聯(lián)系AnIntroductiontoDatabaseSystems一個實例AnIntroductiontoDatabaseSystems概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型中的基本聯(lián)系理解和轉換多對多聯(lián)系連接陷阱概念數(shù)據(jù)模型——實例研究擴展Bachman圖AnIntroductiontoDatabaseSystems概念數(shù)據(jù)模型中的基本聯(lián)系實體之間的聯(lián)系類型并不取決于實體本身，而是取決于現(xiàn)實世界的管理方法，或者說取決于語義，即同樣兩個實體，如果有不同的語義則可以得到不同的聯(lián)系類型。AnIntroductiontoDatabaseSystems以倉庫和器件兩個實體之間的關聯(lián)為例：如果規(guī)定一個倉庫只能存放一種器件，并且一種器件只能存放在一個倉庫，這時倉庫和器件之間的聯(lián)系是一對一的；如果規(guī)定一個倉庫可以存放多種器件，但是一種器件只能存放在一個倉庫，這時倉庫和器件之間的聯(lián)系是一對多的；如果規(guī)定一個倉庫可以存放多種器件，同時一種器件可以存放在多個倉庫，這時倉庫和器件之間的聯(lián)系是多對多的。AnIntroductiontoDatabaseSystems為什么要討論實體之間的聯(lián)系？？倉庫器件AnIntroductiontoDatabaseSystems如果倉庫和器件之間的聯(lián)系是一對一的：只需設計一個物理文件AnIntroductiontoDatabaseSystems如果倉庫和器件之間的聯(lián)系是一對多的：需要設計兩個物理文件AnIntroductiontoDatabaseSystems如果倉庫和器件之間的聯(lián)系是多對多的：需要設計三個物理文件AnIntroductiontoDatabaseSystems同樣兩個實體，如果賦予不同的語義則有不同的設計結果。也就是說我們在概念模型中討論實體之間的聯(lián)系類型直接影響著目標數(shù)據(jù)庫的設計結果和設計質量。結論返回AnIntroductiontoDatabaseSystems理解和轉換多對多聯(lián)系多對多聯(lián)系是一類比較復雜的聯(lián)系，一般數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)并不直接支持這類聯(lián)系，或者由于技術上的原因我們也不直接使用這類聯(lián)系，我們總是把多對多聯(lián)系轉換為一對多聯(lián)系。AnIntroductiontoDatabaseSystems面積500450200300城市北京上海廣州重慶倉庫號WH1WH2WH3WH4120200180100140150180200100———————器件號器件名稱顯示卡聲卡解壓卡散熱風扇P4P3P2P1多對多聯(lián)系AnIntroductiontoDatabaseSystems一個多對多的聯(lián)系實際蘊涵了兩個一對多的聯(lián)系，倉庫和器件之間的聯(lián)系是多對多的，但是它們和“聯(lián)系”庫存之間的聯(lián)系都是一對多的。多對多聯(lián)系蘊涵一對多聯(lián)系AnIntroductiontoDatabaseSystems多對多聯(lián)系轉換為一對多聯(lián)系倉庫號城市面積倉庫器件庫存W-IP-I

器件號器件名稱倉庫號器件號數(shù)量11mn倉庫號城市面積倉庫號器件號數(shù)量器件倉庫庫存mn器件號器件名稱返回AnIntroductiontoDatabaseSystems連接陷阱所謂連接陷阱就是誤認為不存在聯(lián)系的兩個實體間存在聯(lián)系，從而通過這種“聯(lián)系”獲取錯誤的信息。AnIntroductiontoDatabaseSystems器件號訂單號數(shù)量供應商號器件號器件名稱供應商號地點供應商名供應商器件訂貨1:n1:m查詢P4器件都是有哪些供應商供應的。器件和供應商之間存在聯(lián)系嗎？AnIntroductiontoDatabaseSystems器件號器件名稱倉庫號器件號數(shù)量器件號數(shù)量訂單號供應商號訂貨器件庫存1:m1:n查詢WH1倉庫P4器件的訂貨數(shù)量是多少？庫存和訂貨之間存在聯(lián)系嗎？返回AnIntroductiontoDatabaseSystems概念數(shù)據(jù)模型——實例研究建立庫存—訂購數(shù)據(jù)庫AnIntroductiontoDatabaseSystems與庫存業(yè)務有關的實體倉庫器件職工庫存業(yè)務？AnIntroductiontoDatabaseSystems庫存業(yè)務的管理模式語義：在一個倉庫可以存放多種器件，一種器件也可以存放在多個倉庫中；一個倉庫有多個職工，而一個職工只能在一個倉庫工作；一個職工可以保管一個倉庫中的多種器件，由于一種器件可以存放在多個倉庫中，當然可以由多名職工保管。AnIntroductiontoDatabaseSystems以上語義說明了：在倉庫和器件之間存在一個多對多的聯(lián)系——庫存；在倉庫和職工之間存在一個一對多的聯(lián)系——工作；在職工和器件之間存在一個多對多的聯(lián)系——保管。AnIntroductiontoDatabaseSystems為此有庫存業(yè)務的局部E-R圖AnIntroductiontoDatabaseSystems與訂購業(yè)務有關的實體職工器件供應商訂購單訂購業(yè)務？AnIntroductiontoDatabaseSystems訂購業(yè)務管理模式語義：一名職工可以經(jīng)手多張訂購單，但一張訂購單只能由一名職工經(jīng)手；一個供應商可以接受多張訂購單，但一張訂購單只能發(fā)給一個供應商；一個供應商可以供應多種器件，每種器件也可以由多個供應商供應；一張訂購單可以訂購多種器件，對每種器件的訂購也可以出現(xiàn)在多張訂購單上。AnIntroductiontoDatabaseSystems以上語義說明了：在職工和訂購單之間存在一個一對多的聯(lián)系——發(fā)出訂購單；在供應商和訂購單之間存在一個一對多的聯(lián)系——接收訂購單；在供應商和器件之間存在一個多對多的聯(lián)系——供應；在訂購單和器件之間存在一個多對多的聯(lián)系——訂購。AnIntroductiontoDatabaseSystems為此有訂購業(yè)務的局部E-R圖AnIntroductiontoDatabaseSystems庫存—訂購業(yè)務整體E-R圖AnIntroductiontoDatabaseSystems其中有5個實體和7個聯(lián)系，如下表：AnIntroductiontoDatabaseSystems

完成“WH1倉庫P1器件的訂貨數(shù)量是多少”的查詢步驟：確定在WH1倉庫工作的職工的職工號（職工文件），設為Eno；根據(jù)Eno查詢該職工所經(jīng)手的訂購單號（訂購單文件），設為Ono；根據(jù)Ono查詢所訂購的器件號及數(shù)量（訂購項目文件）；查詢完一張訂購單后再接著查詢同一職工經(jīng)手的另一張訂購單；一名職工經(jīng)手的訂購單查詢完后，再查詢同一倉庫另一職工所經(jīng)手的訂購單。AnIntroductiontoDatabaseSystems完成相應查詢的語句SELECTSUM(數(shù)量)FROM訂購WHERE器件號=”P1”AND訂購單號IN(SELECT訂購單號FROM訂購單WHERE職工號IN(SELECT職工號FROM職工WHERE倉庫號=”WH1”))AnIntroductiontoDatabaseSystems擴展Bachman圖擴展Bachman圖是與E-R圖類似的信息結構和概念模型描述工具，它的要點是：用矩形框表示實體或文件，實體名寫在矩形框的右下方；字段名寫在矩形框內(nèi)，關鍵字標以下劃線，輔助關鍵字標以虛下劃線；用箭頭線表示聯(lián)系并連接相關實體，箭頭線始于父文件的連接字段（關鍵字），終于子文件的連接字段（外部關鍵字），聯(lián)系類型標在箭頭線旁。AnIntroductiontoDatabaseSystems庫存和訂貨業(yè)務的完整擴展Bachman圖AnIntroductiontoDatabaseSystems傳統(tǒng)的三大數(shù)據(jù)模型層次模型網(wǎng)絡模型關系模型AnIntroductiontoDatabaseSystems層次模型層次模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)模型層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的典型代表是IBM公司的IMS（InformationManagementSystem）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)層次模型用樹形結構來表示各類實體以及實體間的聯(lián)系

AnIntroductiontoDatabaseSystems一、層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構層次模型

滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合為層次模型1.有且只有一個結點沒有雙親結點，這個結點稱為根結點2.根以外的其它結點有且只有一個雙親結點層次模型中的幾個術語根結點，雙親結點，兄弟結點，葉結點AnIntroductiontoDatabaseSystems層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構(續(xù))

Ｒ1

根結點

Ｒ2

兄弟結點

Ｒ3

葉結點

Ｒ4

兄弟結點

Ｒ5

葉結點

葉結點圖1.16一個層次模型的示例AnIntroductiontoDatabaseSystems層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構(續(xù))層次模型的特點：結點的雙親是唯一的只能直接處理一對多的實體聯(lián)系每個記錄類型可以定義一個排序字段，也稱為碼字段任何記錄值只有按其路徑查看時，才能顯出它的全部意義沒有一個子女記錄值能夠脫離雙親記錄值而獨立存在AnIntroductiontoDatabaseSystems層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構(續(xù))圖1.17教員學生層次數(shù)據(jù)庫模型根結點記錄型系的子女結點記錄型教員的雙親結點葉結點葉結點字段AnIntroductiontoDatabaseSystems層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構(續(xù))圖1.18教員學生層次數(shù)據(jù)庫的一個值

AnIntroductiontoDatabaseSystems二、多對多聯(lián)系在層次模型中的表示多對多聯(lián)系在層次模型中的表示用層次模型間接表示多對多聯(lián)系方法將多對多聯(lián)系分解成一對多聯(lián)系分解方法冗余結點法虛擬結點法AnIntroductiontoDatabaseSystems層次型不能表示多對多的聯(lián)系把有兩個父結點的非層次結構轉換成兩個層次型AnIntroductiontoDatabaseSystems網(wǎng)絡數(shù)據(jù)模型網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)模型作為數(shù)據(jù)的組織方式典型代表是DBTG系統(tǒng)：亦稱CODASYL系統(tǒng)70年代由DBTG提出的一個系統(tǒng)方案奠定了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本概念、方法和技術實際系統(tǒng)CullinetSoftwareInc.公司的IDMSUnivac公司的DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGEAnIntroductiontoDatabaseSystems1.網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構網(wǎng)狀模型滿足下面兩個條件的基本層次聯(lián)系的集合：1.允許一個以上的結點無雙親；2.一個結點可以有多于一個的雙親。AnIntroductiontoDatabaseSystems網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）表示方法(與層次數(shù)據(jù)模型相同)實體型：用記錄類型描述每個結點表示一個記錄類型（實體）屬性：用字段描述每個記錄類型可包含若干個字段聯(lián)系：用結點之間的連線表示記錄類型（實體）之間的一對多的父子聯(lián)系AnIntroductiontoDatabaseSystems網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）網(wǎng)狀模型中子女結點與雙親結點的聯(lián)系可以不唯一要為每個聯(lián)系命名，并指出與該聯(lián)系有關的雙親記錄和子女記錄

R1與R3之間的聯(lián)系L1R2與R3之間的聯(lián)系L2

AnIntroductiontoDatabaseSystems網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）網(wǎng)狀模型的例子

AnIntroductiontoDatabaseSystems網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）多對多聯(lián)系在網(wǎng)狀模型中的表示用網(wǎng)狀模型間接表示多對多聯(lián)系方法：將多對多聯(lián)系直接分解成一對多聯(lián)系AnIntroductiontoDatabaseSystems網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）例如：一個學生可以選修若干門課程，某一課程可以被多個學生選修，學生與課程之間是多對多聯(lián)系引進一個學生選課的聯(lián)結記錄，由3個數(shù)據(jù)項組成學號課程號成績表示某個學生選修某一門課程及其成績AnIntroductiontoDatabaseSystems網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）圖1.24學生/選課/課程的網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型AnIntroductiontoDatabaseSystemsCODASYL用系描述聯(lián)系系：命名了的聯(lián)系，描述一對多聯(lián)系的工具。系由一個父記錄型和一個或多個子記錄型構成。系是一個二級樹。AnIntroductiontoDatabaseSystems關系數(shù)據(jù)模型用關系（表格數(shù)據(jù)）表示實體和實體之間聯(lián)系的模型稱為關系數(shù)據(jù)模型。AnIntroductiontoDatabaseSystems關系數(shù)據(jù)模型關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關系數(shù)據(jù)模型作為數(shù)據(jù)的組織方式1970年美國IBM公司SanJose研究室的研究員E.F.Codd首次提出了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的關系模型計算機廠商新推出的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)幾乎都支持關系模型

AnIntroductiontoDatabaseSystems一、關系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構

在用戶觀點下，關系模型中數(shù)據(jù)的邏輯結構是一張二維表，它由行和列組成。學生登記表屬性元組AnIntroductiontoDatabaseSystems關系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）關系（Relation）一個關系對應通常說的一張表元組（Tuple）表中的一行即為一個元組屬性（Attribute）表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名AnIntroductiontoDatabaseSystems關系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）例1學生、系、系與學生之間的一對多聯(lián)系：學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）系(系號，系名，辦公地點)例2系、系主任、系與系主任間的一對一聯(lián)系AnIntroductiontoDatabaseSystems關系數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）例3學生、課程、學生與課程之間的多對多聯(lián)系：

學生（學號，姓名，年齡，性別，系號，年級）課程（課程號，課程名，學分）選修（學號，課程號，成績）AnIntroductiontoDatabaseSystems關系實例AnIntroductiontoDatabaseSystems關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SybaseOracleDB2MSSQLServerFoxProAccess…AnIntroductiontoDatabaseSystems數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的結構數(shù)據(jù)庫的三層模式結構模式說明實例數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的總體結構AnIntroductiontoDatabaseSystems數(shù)據(jù)庫的三層模式結構AnIntroductiontoDatabaseSystems存儲、概念和外部模式定義