《物聯(lián)網(wǎng)技術創(chuàng)新應用》數(shù)據(jù)模型建立

數(shù)據(jù)模型建立InternetofThings目錄ContentsSuccessWords2相關知識任務實踐數(shù)據(jù)模型建立創(chuàng)建云平臺用的數(shù)據(jù)表目錄ContentsSuccessWords3數(shù)據(jù)模型建立模型概念模型（model）：一般而言，模型是現(xiàn)實世界某些特征的模擬和抽象，分為實物模型與抽象模型。建筑模型，汽車模型，飛機模型等都是實物模型，它們通常是客觀事物的某些外觀特征或者功能的模擬與刻畫；數(shù)學模型s=πr2是一種抽象模型，它抽象描述了園的面積和園的半徑之間的數(shù)量關系，揭示客觀事物的某些本質的、內(nèi)部的特征。數(shù)據(jù)模型在實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理的過程中，數(shù)據(jù)模型起著關鍵作用。整個數(shù)據(jù)庫技術的發(fā)展就是沿著數(shù)據(jù)模型的主線展開的?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫均是基于某種數(shù)據(jù)模型，了解數(shù)據(jù)模型的基本概念是學習數(shù)據(jù)庫的基礎。根據(jù)模型應用的不同目的，可以將這些模型劃分為兩類，他們分屬于兩個不同的層次。 第一類模型是概念模型，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，主要用于數(shù)據(jù)庫設計。另一類模型是數(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，主要用于DBMS的實現(xiàn)，這種數(shù)據(jù)模型也叫結構數(shù)據(jù)模型。4數(shù)據(jù)模型1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的要素：數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構是所研究的對象類型的集合，這些對象是數(shù)據(jù)庫的組成成分，它們包括兩類，一類是與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質有關的對象；一類是與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關的對象。數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象的（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合，包括操作及有關的操作規(guī)則。數(shù)據(jù)庫主要有檢索和更新（包括插入、刪除、修改）兩大類操作，數(shù)據(jù)模型必須定義這些操作的確切含義、操作符號、操作規(guī)則（如優(yōu)先級）以及實現(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。數(shù)據(jù)的約束條件數(shù)據(jù)約束條件是一組完整性規(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。如：入學年齡不超過30歲，成績不得有三門以上不及格等。5數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)1.2.3概念模型概念模型的相關概念（1）實體（Entity）：客觀存在并相互區(qū)別的事物及其事物之間的聯(lián)系。例如，一個學生、一門課程、學生的一次選課、一次考試等都是實體。（2）屬性(Attribute)：實體所具有的某一特性。例如，學生的學號、姓名、性別、出生年份、系、入學時間等。（3）碼(Key)：唯一標示實體的屬性集。例如，學號是學生實體的碼。（4）域(Domain)：屬性的取值范圍。例如，年齡的域為15至35之間。（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。例如，學生(學號，姓名，性別，出生年份，系，入學時間)就是一個實體型。（6）實體集(EntitySet)：同型實體的集合稱為實體集。如，全體學生就是一個實體集。（7）聯(lián)系(Relationship)：實體與實體之間以及實體與組成它的各屬性間的關系。6數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)實體間聯(lián)系的三種情況（1）一對一聯(lián)系（1:1）如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至少有一個（也可以沒有）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1：1。例如，一個學生只能有一個學號，而一個學號只能指向一個學生，則學生與學號之間具有一對一聯(lián)系。（2）一對多聯(lián)系（1:n）如果對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有個n實體（n≥0）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1:n。例如，一個班級中有若干名學生，而每個學生只在一個班級中學習，則班級與學生之間具有一對多聯(lián)系。（3）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（n≥0）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與實體集B具有多對多聯(lián)系，記為m:n。例如，一門課程同時有若干個學生選修，而一個學生可以同時選修多門課程，則課程與學生之間具有多對多聯(lián)系。

注意：實際上，一對一聯(lián)系是一對多聯(lián)系的特例，而一對多聯(lián)系又是多對多聯(lián)系的特例。

7數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)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。該方法用E-R(Entity-RelationshipApproch)圖來描述現(xiàn)實世界的概念模型。E-R圖提供了表示實體型、屬性和聯(lián)系的方法。E-R圖有三個要素：（1）實體型：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名。（2）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。（3）聯(lián)系：用菱形表示，菱形框內(nèi)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(1：1，1：n或m：n)。8數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)9數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)1.2.4數(shù)據(jù)模型這里講的數(shù)據(jù)模型是在概念級的模型（概念模型）的基礎上形成的，為計算機上某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。本書主要介紹前三種模型。層次模型若用圖來表示，層次模型是一棵倒立的樹。在數(shù)據(jù)庫中，滿足以下條件的數(shù)據(jù)模型稱為層次模型：①有且僅有一個結點無父結點，這個結點稱為根結點；②其他結點有且僅有一個父結點。10數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)網(wǎng)狀模型

在現(xiàn)實世界中，事物之間的聯(lián)系更多的是非層次關系的，用層次模型表示非樹型結構是很不直接的，網(wǎng)狀模型則可以克服這一弊病。網(wǎng)狀模型是一個網(wǎng)絡。在數(shù)據(jù)庫中，滿足以下兩個條件的數(shù)據(jù)模型稱為網(wǎng)狀模型。①允許一個以上的結點無父結點；②一個結點可以有多于一個的父結點。從以上定義看出，網(wǎng)狀模型構成了比層次結構復雜的網(wǎng)狀結構，適宜表示多對多的聯(lián)系。網(wǎng)狀模型和網(wǎng)頁上的“超鏈接數(shù)據(jù)”模式有類似之處。11數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)關系模型以二維表的形式表示實體和實體之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為關系數(shù)據(jù)模型。從模型的三要素角度看，關系模型的內(nèi)容為：（1）數(shù)據(jù)結構：一張二維表格。（2）數(shù)據(jù)操作：數(shù)據(jù)表的定義，檢索、維護等。（3）數(shù)據(jù)約束條件：表中列的取值范圍即域值的限制條件。關系模型的幾個常見概念：（1）關系：一個關系就是一張二維表，每個關系都有一個關系名，即數(shù)據(jù)表名。（2）元組：表中的行稱為元組，一行就是一個元組，對應表中一條記錄。（3）屬性：表中的列稱為屬性，即字段。字段名稱為屬性名，字段值稱為屬性值。（4）域：屬性的取值范圍，如，分數(shù)在0～100之間。（5）關鍵字：表中的一個屬性（組），它的值可以唯一地標志一個元組。如：學號。（6）候選碼：表中的某一個屬性，它的值可以唯一地標志一個元組。一個表中可能有多個候選碼，選擇一個作為主鍵，主鍵的屬性稱為主屬性。（7）外關鍵字：如果一個關系中的屬性或屬性組并非該關系的關鍵字，但它們是另外一個關系的關鍵字，則稱其為該關系的外關鍵字。12數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)13數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)關系模型的完整性關系模型對數(shù)據(jù)一般都具有一定的限制，這種限制稱為完整性或完整性約束。關系模型的完整性是保證關系數(shù)據(jù)表正確的關鍵。關系模型支持實體完整性約束、參照完整性約束和域約束3種完整性約束。（1）實體完整性約束假設A是一個表R的主鍵，則A不能接收空值，即單列主鍵的值不能為空，復合主鍵的任何列也不能接收空值。例如，在學生信息表中，“學號”為該表的主鍵，那么在數(shù)據(jù)庫的任何記錄中，“學號”列的值都不能為空。這樣的約束稱為實體完整性約束。14數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)（2）參照完整性約束參照完整性約束關心的是邏輯相關的表中值與值之間的關系。假設X是一個表A的主鍵，在表B中是外鍵，那么若K是表B中一個外部鍵值，則表A中必然存在在X上的值為K的記錄。例如，“系編碼”是院系信息表的主鍵，而在學生信息表中是相對于院系信息表的外鍵（學生信息表中的主關鍵字是由“學號”和“系編碼”組合而成），對于學生信息表的任何記錄，其所包含的“系編碼”的值，在院系信息表的“系編碼”列中必然存在一個相同的值。這樣的約束稱為參照完整性約束。

15數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)（3）域約束域是邏輯相關的值的集合，從域中可以得出特定列的值。例如，在學生信息表中：[出生日期]域的值必須按照特定的統(tǒng)一格式存放，而不能有時用：1986.12.23格式，有時用：12/23/1986格式，造成數(shù)據(jù)混亂；[學生名字]、[院系名稱]等域的值必須屬于字符集合；對于[性別]，該域中的值必須局限于男、女等。16數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)1.2.5關系運算關系的基本運算有兩類：傳統(tǒng)的集合運算和專門的關系運算。

傳統(tǒng)的集合運算（1）并（Union）：設有兩個關系R和S，它們具有相同的結構。R和S的并是由屬于R或屬于S的元組組成的集合，運算符為∪。例如：設每個班有一個學生關系R1，R2，R3，…則全校學生關系T是:

T=R1∪R2∪R3∪…（2）差(Difference)：設有兩個關系R和S，它們具有相同的結構。R和S的差是由屬于R但不屬于S的元組組成的集合。運算符為－。例如：設有參加計算機小組的學生關系Ｒ，參加橋牌小組的學生關系Ｓ。求參加了計算機

小組但沒有參加橋牌小組的學生。結果放在關系Ｔ1中，則T1=R-S。17數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)（3）交（Intersection）：設有兩個關系R和S，它們具有相同的結構。R和S的交是由既屬于R又屬于S的元組組成的集合，運算符為∩。交運算的結果是R和S的共同元組。例如：設有參加計算機小組的學生關系Ｒ，參加橋牌小組的學生關系Ｓ。求既參加了計算機小組又參加橋牌小組的學生。結果放在關系Ｔ2中，則Ｔ2=R∩S。關系的交可以用關系的差來表示。即R∩S=R-（R–S），所以，上式也可以寫成：Ｔ2=R-（R–S）。18數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)專門的關系運算（1）選擇（Selection）：按照給定條件從指定的關系中挑選出滿足條件的元組構成新的關系，其關系模式不變，但其中元組的數(shù)目小于等于原來的關系中元組的個數(shù)，它是原關系的一個子集。這是從行的角度進行的運算，即水平方向抽取元組（2）投影（projection）：從指定的關系中挑選出某些屬性構成新的關系，其關系模式所包含的屬性個數(shù)往往比原關系少，或者屬性的排列順序不同。投影的結果將取消由于取消了某些列而產(chǎn)生的重復元組。 例如：設有讀者關系，讀者（借書證號，姓名，性別，單位，職稱，地址）。按照單位在前，姓名在后的次序列出讀者名單。此運算結果包括元組數(shù)目不變，但減少了列的數(shù)目，同時改變了列的顯示順序。19數(shù)據(jù)庫基本概念1.2數(shù)據(jù)庫管理的實現(xiàn)（3）聯(lián)接（join）：聯(lián)接是將兩個和多個關系模式通過公共的屬性名拼接成一個更寬的關系模式，生成的新關系包含滿足聯(lián)接條件的元組。例如：設有三個關系：學生（學號，姓名，所在系，性別，現(xiàn)住址）；課程（課程號，課程名，學分）；選修（學號，課程號，成績）。若想查詢成績90分以上的學生姓名。聯(lián)接結果包括學生、課程、選修三個關系中屬性的并集。自然聯(lián)接：是去掉重復屬性的等值連接。它屬于聯(lián)接運算的一個特例20數(shù)據(jù)庫基本概念1.3關系數(shù)據(jù)庫設計1.3.1數(shù)據(jù)庫設計方法手工試湊法

數(shù)據(jù)庫的設計水平和與設計人員的經(jīng)驗有直接關系。數(shù)據(jù)庫設計只是一種經(jīng)驗的反復實施，而不能稱為是一門科學，缺乏科學分析理論基礎和工程手段的支持，所以設計質量很難保證。規(guī)范設計法

主要是將設計的步驟分為：需求分析、概念設計、邏輯設計和物理設計等幾個步驟，并采用了許多規(guī)范化的手段和工具完成每個階段的任務。比如基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設計方法，基于3NF（第三范式）的設計方法，基于抽象語法規(guī)則的設計方法等，就是在數(shù)據(jù)庫設計的各個過程中采用的具體的技術與方法。

注意：規(guī)范設計法仍舊是一種手工方法。對于大型的項目，規(guī)范化是必須遵循的設計思想。21數(shù)據(jù)庫基本概念1.3關系數(shù)據(jù)庫設計1.3.2數(shù)據(jù)庫設計步驟

按照規(guī)范化的設計方法，數(shù)據(jù)庫設計步驟分為六個階段，這個過程也叫數(shù)據(jù)庫的生命周期。

需求分析：這個階段的工作是要充分調查研究，了解用戶需求概念結構設計：概念結構是整個系統(tǒng)的信息結構。它是現(xiàn)實世界的真實反映，包括實體與實體之間的關系。邏輯結構設計：這個階段的任務是將概念結構轉換成與所選用的DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型相符合的過程。物理結構設計：這個階段的任務是為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個合適的物理結構，并對物理結構進行評價。

22數(shù)據(jù)庫基本概念1.3關系數(shù)據(jù)庫設計物理結構設計：這個階段的任務是為一個給定的邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個合適的物理結構，并對物理結構進行評價。編碼測試：進入這個階段后，就要按照邏輯設計和物理設計的結果利用DBMS的數(shù)據(jù)定義語言把數(shù)據(jù)庫描述出來個階段運行維護：試運行的主要工作是檢查應用程序的功能，測量系統(tǒng)的性能指標，在物理設計階段所做的評估是否正確，此時可以得到檢驗。23數(shù)據(jù)庫基本概念1.3關系數(shù)據(jù)庫設計1.3.3數(shù)據(jù)庫設計規(guī)范范式的概念

:規(guī)范化是數(shù)據(jù)庫設計中的一個重要過程，可以通過它來剔除數(shù)據(jù)庫中冗余的數(shù)據(jù)。EF–Codd在1971年提出規(guī)范化理論，他和后來的研究人員為數(shù)據(jù)庫結構定義了五種規(guī)范化模式，簡稱范式。規(guī)范化的優(yōu)點：

◆大大減少了數(shù)據(jù)冗余◆改進了數(shù)據(jù)庫整體組織◆增強了數(shù)據(jù)的一致性◆增加了數(shù)據(jù)庫設計的靈活性24數(shù)據(jù)庫基本概念1.3關系數(shù)據(jù)庫設計

第一范式

第一范式規(guī)定表的每個列的值都是不可分的簡單數(shù)據(jù)項。在任何一個數(shù)據(jù)庫中，第一范式都是一個最基本的要求。25數(shù)據(jù)庫基本概念1.3關系數(shù)據(jù)庫設計第二范式

第二范式有兩項要求：（1）所有表必須符合第一范式；（2）表中每一個非主鍵列都必須完全函數(shù)依賴于主鍵（關鍵字）。表的不完全函數(shù)依賴關系將導致很多問題的發(fā)生?！魯?shù)據(jù)冗余：如果外語系有700個學生，就得重復700次相同系名?！舾庐惓＃喝绻巴庹Z系”升格成了“外語學院”，那么所有原外語系學生的元組都要

◆更新，很難保證修改不出錯誤?！舨迦氘惓＃喝绻黾恿艘粋€新系，但該系還沒有學生，那么這個系將不能入數(shù)據(jù)庫。26數(shù)據(jù)庫基本概念1.3關系數(shù)據(jù)庫設計第三范式第三范式有兩項要求：（1）所有表必須符合第二范式。（2）表中每一個非主鍵列對主鍵都不存在傳遞依賴，而應是直接依賴。傳遞依賴的存在與違背第二范式一樣，也將會導致添加、刪除、更新、冗余等問題。表中出現(xiàn)上述問題的原因是對主鍵依賴的傳遞。解決的方法同樣是在遵守無損分解的條件下，將表分解成多個表，從而消除傳遞依賴的情況。27數(shù)據(jù)庫基本概念1.3關系數(shù)據(jù)庫設計第四范式第四范式禁止了主鍵列和非主鍵列之間的一對多關系。在表中，一個學生可以有多種喜歡的運動，也可以有多類喜歡的圖書。這樣在同一表中具有這樣兩個不相關的列，與主鍵存在多對一關系，使得表中存在冗余現(xiàn)象和不對稱情況，因為不知道每個人的喜好情況，也就無法知道哪列的值多，哪列的值少，使得表格中出現(xiàn)了很多不規(guī)則的空白。解決的方法同樣是在遵守無損分解的條件下，將表分解成多個表，從而消除傳遞依賴的情況。

28數(shù)據(jù)庫基本概念目錄ContentsSuccessWords29任務實踐——創(chuàng)建云平臺用的數(shù)據(jù)表創(chuàng)建用戶表創(chuàng)建一個用戶表字段屬性Id整形name字符型sex字符型或bit型brithday日期型Entry_date日期型job字符型Salary小數(shù)型resume大文本型30數(shù)據(jù)庫的安裝與使用創(chuàng)建用戶表創(chuàng)建一個用戶表31數(shù)據(jù)庫的安裝與使用CREATE

TABLE

"users"(

"user_id"

varchar(31)NOT

NULL,

"user_name"

varchar(64),

"phone"

varchar(20),

"password"

varchar(255),

"email"

varchar(128),

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"signup_time"

timestamp,

"create_time"

timestamp,

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"detail"

varchar

);創(chuàng)建設備表創(chuàng)建一個設備表字段屬性device_id整形user_id字符型name字符型或bit型type日期型status日期型create_time字符型credentials_type小數(shù)型credentials_value大文本型32數(shù)據(jù)庫的安裝與使用創(chuàng)建設備表創(chuàng)建一個設備表33數(shù)據(jù)庫的安裝與使用CREATE

TABLE

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"device_id"

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varch