數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論教學課件

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

AnIntroductiontoDatabaseSystem

東南大學計算機系

SouthEastUniversity

DepartmentofComputerScience

Spring2005

AnIntroductiontoDatabaseSystenm

教材及參考書⑴

ca數(shù)材

-薩師炮，王珊：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論（第三版），

高等教育出版社，2000

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教材及參考書⑵

ca參考書

■李建中，王珊：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理，

高等教育出版社

■王珊，陳紅：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理教程,

清華大學出版社，2000

ca上機軟件

■Foxpro6,0orSQLServer2000

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力而上星

學習方式

ca聽課

（啟發(fā)式、討論式）

m讀書

（預習、復習）

CB才艮告

（數(shù)據(jù)庫設計實踐，綜合練習）

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考試成績

■平時成績30%

（出勤、書面作業(yè)、上機練習、綜合練習）

■期末考試70%

-數(shù)據(jù)庫設計實踐的成績主要由提交的報

告和軟件演示構成，各占50%

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內容安排(1)

m基礎篇

■第一章：緒論

■第二章：關系數(shù)據(jù)庫

■第三章：關系數(shù)據(jù)庫標準語言SQL

■第四章：關系系統(tǒng)及其查詢優(yōu)化

-第五章：關系數(shù)據(jù)理論

m設計篇

■第六章：數(shù)據(jù)庫設計

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內容安排(2)

BQ系統(tǒng)篇(自學)

■第七章：數(shù)據(jù)庫恢復技術

■第八章：并發(fā)控制

■第九章：數(shù)據(jù)庫安全性

■第十章：數(shù)據(jù)庫完整性

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數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論

AnIntroductiontoDatabaseSystem

第一章緒論

東南大學計算機系

AnIntroductiontoDatabaseSystenm

第一章緒論

1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1.2數(shù)據(jù)模型

1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構

1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成

1.5數(shù)據(jù)庫技術的研究領域

1.6小結

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L1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1.1.1數(shù)據(jù)庫的地位

1.1.2四個基本概念

1.1.3數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生與發(fā)展

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，數(shù)據(jù)庫的地位

■數(shù)據(jù)庫技術產(chǎn)生于六十年代末，是數(shù)據(jù)管理的

最新技術，是計算機科學的重要分支

■數(shù)據(jù)庫技術是信息系統(tǒng)的核心和基礎，它的出

現(xiàn)極大地促進了計算機應用向各行各業(yè)的滲透

■數(shù)據(jù)庫的建設規(guī)模、數(shù)據(jù)庫信息量的大小和使

用頻度已成為衡量一個國家信息化程度的重要

標志

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1.1.2四個基本概念

■數(shù)據(jù)(Data)

■數(shù)據(jù)庫(Database)

■數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)

■數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)

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一、數(shù)據(jù)

■數(shù)據(jù)(Data)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對

象

■數(shù)據(jù)的定義

■描述事物的符號記錄

■數(shù)據(jù)的種類

-文字、圖形、圖象、聲音

■數(shù)據(jù)的特點

■數(shù)據(jù)與其語義是不可分的

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數(shù)據(jù)舉例

■學生檔案中的學生記錄

（李明，男，1972,江蘇，計算機系，1990）

-數(shù)據(jù)的形式不能完全表達其內容

■數(shù)據(jù)的解釋

■語義：學生姓名、性別、出生年月、籍貫、所在系

另入學時間

-解釋：李明是個大學生，1972年出生，江蘇人，

1990年考入計算機系

■請給出另一個解釋和語義

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數(shù)據(jù)庫（舉例）

學生登記表

學號姓名年令性另U系名年級

95004王小明19女社會學95

95006黃大鵬20男商品學95

95008張文斌18女法律學95

???????????????...

19

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二、數(shù)據(jù)庫（續(xù)）

■人們收集并抽取出一個應用所需要的大量數(shù)據(jù)

之后，應將其保存起來以供進一步加工處理，

進一步抽取有用信息

■數(shù)據(jù)庫的定義

-數(shù)據(jù)庫（Database,簡稱DB）是長期儲存在計

算機內、有組織的、可共里的大量數(shù)據(jù)集合

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三、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

■什么是DBMS

■數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DatabaseManagement

System,簡稱DBMS)是位于用戶與操作系

統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件。

■DBMS的用途

■科學地組織和存儲數(shù)據(jù)、高效地獲取和維護

數(shù)據(jù)

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DBMS的主要功能

■數(shù)據(jù)定義功能

提供數(shù)據(jù)定義語言(DDL)

定義數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象

■數(shù)據(jù)操縱功能:提供數(shù)據(jù)操縱語言(DML)

操縱數(shù)據(jù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作

(查詢、插入、刪除和修改)

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DBMS的主要功能

■數(shù)據(jù)庫的運行管理

保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、

多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用

發(fā)生故障后的系統(tǒng)恢復

■數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能（實用程序）

數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)批量裝載

數(shù)據(jù)庫轉儲

介質故障恢復

數(shù)據(jù)庫的重組織

性能監(jiān)視等

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數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

-什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

■數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem,簡稱DBS）是

指在計算機系統(tǒng)中引入數(shù)據(jù)庫后的系統(tǒng)構成。

-在不引起混淆的情況下常常把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡稱為數(shù)

據(jù)庫。

■數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構成

-由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應

用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員（和用戶）構成。

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數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（續(xù)）W

-數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構成圖示

?參看教材page_5圖1.1

-數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的位置圖示

■參看教材page_5圖1.2

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LL3數(shù)據(jù)管理技術的產(chǎn)生和發(fā)展3

什么是數(shù)據(jù)管理

.對數(shù)據(jù)進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護,

是數(shù)據(jù)處理的中心問題

數(shù)據(jù)管理技術的發(fā)展過程

-人工管理階段（40年代中??50年代中）

■文件系統(tǒng)階段（50年代末??60年代中）

-數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)階段（60年代末一現(xiàn)在）

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一、人工管理

■時期

-40年代中--50年代中

-產(chǎn)生的背景

■應用需求科學計算

■硬件水平無直接存取存儲設備

■軟件水平?jīng)]有操作系統(tǒng)

-處理方式批處理

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人工管理（續(xù)）

■特點

■數(shù)據(jù)的管理者：應用程序，數(shù)據(jù)不保存。

■數(shù)據(jù)面向的對象：某一應用程序回

■數(shù)據(jù)的共享程度：無共享、冗余度極大

■數(shù)據(jù)的獨立性：不獨立，完全依賴于程序

-數(shù)據(jù)的結構化：無結構

■數(shù)據(jù)控制能力：應用程序自己控制

口

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應用程序與數(shù)據(jù)的對應關系（人工管理）

應用程序1數(shù)據(jù)集1

應用程序2數(shù)據(jù)集2

應用程序n數(shù)據(jù)集n

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二、文件系統(tǒng)

-時期

■50年代末--60年代中

■產(chǎn)生的背景

■應用需求科學計算、管理

■硬件水平磁盤、磁鼓

■軟件水平有文件系統(tǒng)

■處理方式聯(lián)機實時處理、批處理

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文件系統(tǒng)（續(xù)）

特點

“,數(shù)據(jù)的管理者：文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可長期保存E

數(shù)據(jù)面向的對象：某一應用程序

數(shù)據(jù)的共享程度：共享性差、冗余度大E

數(shù)據(jù)的結構化：記錄內有結構，整體無結構

數(shù)據(jù)的獨立性：獨立性差，數(shù)據(jù)的邏輯結構改變必須

修改應用程序

數(shù)據(jù)控制能力：應用程序自己控制

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應用程序與數(shù)據(jù)的對應關系（文件系統(tǒng)）

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文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的結構

■記錄內有結構。

■數(shù)據(jù)的結構是靠程序定義和解釋的。

■數(shù)據(jù)只能是定長的。

-可以間接實現(xiàn)數(shù)據(jù)變長要求，但訪問相應數(shù)據(jù)的應用

程序復雜了。

■文件間是獨立的，因此數(shù)據(jù)整體無結構。

-可以間接實現(xiàn)數(shù)據(jù)整體的有結構，但必須在應用程序

中對描述數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。

■數(shù)據(jù)的最小存取單位是記錄。

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三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

:時期

-60年代末以來

■產(chǎn)生的背景

-應用背景大規(guī)模管理

-硬件背景大容量磁盤

■軟件背景有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

-處理方式聯(lián)機實時處理，分布處理，批處理

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數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（續(xù)）

■特點

■數(shù)據(jù)的管理者：DBMS

■數(shù)據(jù)面向的對象：現(xiàn)實世界E

■數(shù)據(jù)的共享程度：共享性高固

■數(shù)據(jù)的獨立性：高度的物理獨立性和一定的

邏輯獨立性

■數(shù)據(jù)的結構化：整體結構化@

■數(shù)據(jù)控制能力：由DBMS統(tǒng)一管理和控制后

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應用程序與數(shù)據(jù)的對應關系（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）

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數(shù)據(jù)的高共享性的好處

■降低數(shù)據(jù)的冗余度，節(jié)省存儲空間

■避免數(shù)據(jù)間的不一致性

■使系統(tǒng)易于擴充

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數(shù)據(jù)獨立性

■物理獨立性

-指用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)

是相互獨立的。當數(shù)據(jù)的物理存儲改變了，應用程

序不用改變。

-邏輯獨立性

-指用戶的應用程序與數(shù)據(jù)庫的邏輯結構是相互獨立

F的。數(shù)據(jù)的邏輯結構改變了，用戶程序也可以不變。

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數(shù)據(jù)結構化

-整體數(shù)據(jù)的結構化是數(shù)據(jù)庫的主要特征之

O

■數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的真正結構化

-數(shù)據(jù)的結構用數(shù)據(jù)模型描述，無需程序定義和解釋。

-數(shù)據(jù)可以變長。

3數(shù)據(jù)的最小存取單位是數(shù)據(jù)項。

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DBMS對數(shù)據(jù)的控制功能

■數(shù)據(jù)的安全性(Security)保護

■使每個用戶只能按指定方式使用和處理指定

數(shù)據(jù)，保護數(shù)據(jù)以防止不合法的使用造成的

數(shù)據(jù)的泄密和破壞。

■數(shù)據(jù)的完整性(Integrity)檢查

■將數(shù)據(jù)控制在有效的范圍內，或保證數(shù)據(jù)之

間滿足一定的關系。

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DBMS對數(shù)據(jù)的控制功能

■并發(fā)(Concurrency)控制

■對多用戶的并發(fā)操作加以控制和協(xié)調，防止

相互干擾而得到錯誤的結果。

■數(shù)據(jù)庫恢復(Recovery)

■將數(shù)據(jù)庫從錯誤狀態(tài)恢復到某一已知的正確

狀態(tài)。

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第一章緒論

1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述

1.2數(shù)據(jù)模型

1.3數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構

1.4數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的組成

1.5數(shù)據(jù)庫技術的研究領域

1.6小結

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數(shù)據(jù)模型

■在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型這個工具來抽象、表示

和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。通俗地講數(shù)

據(jù)模型就是現(xiàn)實世界的模擬和抽象。

■數(shù)據(jù)模型應滿足三方面要求

-能比較真實地模擬現(xiàn)實世界

-容易為人所理解

-便于在計算機上實現(xiàn)

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數(shù)據(jù)模型（續(xù)）

■數(shù)據(jù)模型分成兩個不同的層次

（工）概念模型也稱信息模型，它是按用戶的觀點來

對數(shù)據(jù)和信息建模。

（2）數(shù)據(jù)模型主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關系

模型等，它是按計算機系統(tǒng)的觀點對數(shù)據(jù)建模。

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數(shù)據(jù)模型（續(xù)）

■客觀對象的抽象過程一兩步抽象

-現(xiàn)實世界中的客觀對象抽象為概念模型;

■把概念模型轉換為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。

概念模型是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層

次。

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1?2數(shù)據(jù)模型

1.2.1數(shù)據(jù)模型的組成要素

1.2.2概念模型

1.2.3常用數(shù)據(jù)模型

1.2.4層次模型（不做要求）

1.2.5網(wǎng)狀模型（不做要求）

1.2.6關系模型

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L2」數(shù)據(jù)模型的組成要素

■數(shù)據(jù)結構

■數(shù)據(jù)操作

■數(shù)據(jù)的約束條件

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L數(shù)據(jù)結構

■什么是數(shù)據(jù)結構

-對象類型的集合

■兩類對象

-與數(shù)據(jù)類型、內容、性質有關的對象

-與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關的對象

■數(shù)據(jù)結構是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述，是刻畫一個模型

性質最重要的方面，通常我們按數(shù)據(jù)結構的類型來命

名模型，如層次模型、網(wǎng)狀模型，關系模型等。

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2.數(shù)據(jù)操作

■數(shù)據(jù)操作

-對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行

的操作及有關的操作規(guī)則

■數(shù)據(jù)操作的類型

■檢索

-更新（包括插入、刪除、修改）

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數(shù)據(jù)操作（續(xù)）

■數(shù)據(jù)模型對操作的定義

■操作的確切含義

■操作符號

■操作規(guī)則（如優(yōu)先級）

■實現(xiàn)操作的語言

■數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述。

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3.數(shù)據(jù)的約束條件W

-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)

系所具有的制約和依存規(guī)則，用以限定符合

數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)以及狀態(tài)的變化，以

保證數(shù)據(jù)的正確、有效、相容。

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數(shù)據(jù)的約束條件（續(xù)）

■數(shù)據(jù)模型對約束條件的定義

-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。例如在關系模型中，任何關系必須

滿足實體完整性和參照完整性兩個條件。

.提供定義完整性約束條件的機制，以反映具體應用

所涉及的數(shù)據(jù)必須遵守的特定的語義約束條件。

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1.2.2概念模型

1.概念模型

2.信息世界中的基本概念

3.概念模型的表示方法

AnIntroductiontoDatabaseSystenm

1.概念模型

-概念模型的用途

.概念模型用于信息世界的建模

-是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次

-是數(shù)據(jù)庫設計的有力工具

-數(shù)據(jù)庫設計人員和用戶之間進行交流的語言

■對概念模型的基本要求

-較強的語義表達能力，能夠方便、直接地表達應用

中的各種語義知識

-簡單、清晰、易于用戶理解。

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2.信息世界中的基本概念

(1)實體(Entity)

客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體。

可以是具體的人、事、物或抽象的概念。

⑵屬性(Attribute)

實體所具有的某一特性稱為屬性。

一個實體可以由若干個屬性來刻畫。

⑶碼(Key)

唯一標識實體的屬性集稱為碼。

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信息世界中的基本概念(續(xù))

(4)域(Domain)

屬性的取值范圍稱為該屬性的域。

(5)實體型(EntityType)

用實體名及其屬性名集合來抽象和刻畫

同類實體稱為實體型

(6)實體集(EntitySet)

同型實體的集合稱為實體集

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信息世界中的基本概念（續(xù)）

⑺聯(lián)系(Relationship)

現(xiàn)實世界中事物內部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界

中反映為實體內部的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系

實體型間聯(lián)系

兩個實體型、一對一聯(lián)系（1：1）

三個實體型一對多聯(lián)系（l:n）

多個實體型多對多聯(lián)系（m:n）

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兩個實體型間的聯(lián)系

實體型1

實體型2

1:1聯(lián)系l:n聯(lián)系m:n聯(lián)系

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兩個實體型間的聯(lián)系

■一對一聯(lián)系

■如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至

多有一個實體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實體集A

與實體集B具有一對一聯(lián)系。記為1:工。

■實例

班級與班長之間的聯(lián)系：

一個班級只有一個正班長

一個班長只在一個班中任職口

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兩個實體型間的聯(lián)系（續(xù)）

4一對多聯(lián)系

■如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n

個實體（nZO）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中

的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之

聯(lián)系，則稱實體集A與實體集B有一對多聯(lián)系

記為Ln

■實例

班級與學生之間的聯(lián)系：

一個班級中有若干名學生，

每個學生只在一個班級中學習0

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兩個實體型間的聯(lián)系（續(xù)）

■多對多聯(lián)系（m:n）

■如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n

個實體（nZO）與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中

的每一個實體，實體集A中也有m個實體（m—0）

與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體B具有多對多聯(lián)系。

記為m:n

■實例

課程與學生之間的聯(lián)系：

一門課程同時有若干個學生選修

一個學生可以同時選修多門課程口

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多個實體型間的聯(lián)系(續(xù))

■多個實體型間的一對多聯(lián)系

■若實體集E],E2,En存在聯(lián)系，對于實

體集Ej(j=l,2,i-1,i+1,n)

中的給定實體，最多只和Ej中的一個實體相

聯(lián)系，則我們說后與E2,Ekr

Ei+1,En之間的聯(lián)系是一對多的。

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多個實體型間的聯(lián)系（續(xù)）

■實例

課程、教師與參考書三個實體型

如果一門課程可以有若干個教師講授，使用若干

本參考書，每一個教師只講授一門課程，每一本

參考書只供一門課程使用口

課程與教師、參考書之間的聯(lián)系是一對多的

■多個實體型間的一對一聯(lián)系

■多個實體型間的多對多聯(lián)系

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同一實體集內各實體間的聯(lián)系

■一對多聯(lián)系

■實例

職工實體集內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

■多對多聯(lián)系

0

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3.概念模型的表示方法

■概念模型的表示方法很多，最常用的是

實體聯(lián)系方法來表示

■實體一聯(lián)系方法（E-R方法）

■用E-R圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型

■E-R方法也稱為E-R模型

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E?R圖

■實體型

■用矩形表示，矩形框內寫明實體名。

學生教師

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E?R圖（續(xù)）

■屬性

■用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應的實

體連接起來

善生

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E?R圖（續(xù)）

■聯(lián)系

■聯(lián)系本身：用菱形表示，菱形框內寫明聯(lián)系名，

并用無向邊分別與有關實體連接起來，同時在無向

邊旁標上聯(lián)系的類型（工：1、Ln或m:n）回

■聯(lián)系的屬性：聯(lián)系本身也是一種實體型，也可以

有屬性。如果一個聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要

用無向邊與該聯(lián)系連接起來B

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聯(lián)系的表示方法

實體型1

實體型2

1:1聯(lián)系l:n聯(lián)系m:n聯(lián)系

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聯(lián)系的表示方法（續(xù)）

[[實”型“

實體罩

1mn

7V

同一實體型內

部的m:n聯(lián)系

實體型2實體型3

多個實體型間的l：n聯(lián)系

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聯(lián)系的表示方法示例

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聯(lián)系的表示方法示例（續(xù)）

多個實體型間的l：n聯(lián)系

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聯(lián)系屬性的表示方法

課程

m

n

學生

AnIntroduction

、E-R圖（續(xù)）

E-R圖實例：

P19-P20

某工廠物資管理E?R圖

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1?2?3常用數(shù)據(jù)模型

-非關系模型

■層次模型(HierarchicalModel)

■網(wǎng)狀模型(NetworkModel)

■數(shù)據(jù)結構：以基本層次聯(lián)系為基本單位

基本層次聯(lián)系：兩個記錄以及它們之間的一對多

(包括一對一)的聯(lián)系

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常用數(shù)據(jù)模型(續(xù))

■關系模型(RelationalModel)

■數(shù)據(jù)結構：表

■面向對象模型(ObjectOrientedModel)

■數(shù)據(jù)結構：對象

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L2,4層次模型（不做要求）

1.層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構

2,層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)操縱

3.層次數(shù)據(jù)模型的與完整性約束

4.層次數(shù)據(jù)模型的存儲結構

5,層次數(shù)據(jù)模型的優(yōu)缺點

6.典型的層次數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

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L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。

L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

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層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)）

Ri根結點

R2兄弟結點R3

葉結點

R4兄弟結點R5

葉結點葉結點

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層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結構（續(xù)