數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用 課件 第2章 數(shù)據(jù)模型

DatabaseTechnology&Applications數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用數(shù)據(jù)模型概述如何描述數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型（DataModel）模型是人們依據(jù)特定目的，在一定的假設(shè)條件下，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中某些對(duì)象若干特征的抽象和模擬。數(shù)據(jù)模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象和模擬。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)模型指一切能被計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理、反映客觀實(shí)體信息的物理符號(hào)。數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)對(duì)象特征的抽象。數(shù)據(jù)模型建模數(shù)據(jù)模型的作用數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)師程序員普通用戶概念數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的組成數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完整性約束數(shù)據(jù)操作描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性：數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)、數(shù)據(jù)間聯(lián)系描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性：如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)數(shù)據(jù)間的語法、詞義聯(lián)系、它們之間的制約和依存關(guān)系，以及數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化的規(guī)則信息世界的相關(guān)術(shù)語現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在并可相互區(qū)分的事物稱為實(shí)體（Entity）實(shí)體所具有的特征稱為屬性（Attribute）用實(shí)體名及其屬性名集合來抽象刻畫的同類實(shí)體稱為實(shí)體型（EntityType）同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集（EntitySet）在實(shí)體所有的屬性中，能唯一區(qū)分每一個(gè)實(shí)體的最小的屬性集合稱為實(shí)體標(biāo)識(shí)符（Identifier）信息世界三個(gè)世界中各術(shù)語的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)聯(lián)系實(shí)體內(nèi)部聯(lián)系實(shí)體間的聯(lián)系1:11:NM:N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21N1:N聯(lián)系實(shí)體型1

聯(lián)系名實(shí)體型2MNM:N聯(lián)系數(shù)據(jù)聯(lián)系實(shí)體型1

聯(lián)系名實(shí)體型2111:1聯(lián)系一對(duì)一聯(lián)系(One-to-oneRelationship)有兩個(gè)類型不同的實(shí)體集E1和E2，如果E1中的每個(gè)實(shí)體最多和E2中的一個(gè)實(shí)體有聯(lián)系；反之，E2中的每個(gè)實(shí)體也是最多和E1中的一個(gè)實(shí)體有聯(lián)系，則稱E1和E2的聯(lián)系是一對(duì)一聯(lián)系，簡(jiǎn)記為1:1聯(lián)系。如：“班”和“正班長(zhǎng)”之間的聯(lián)系是1:1聯(lián)系。一對(duì)多聯(lián)系(One-to-manyRelationship)有兩個(gè)類型不同的實(shí)體集E1和E2，如果E1中的每個(gè)實(shí)體與E2中的任意個(gè)（包括零個(gè)）實(shí)體有聯(lián)系，但E2中的每個(gè)實(shí)體最多和E1中的一個(gè)實(shí)體有聯(lián)系，則稱E1和E2的聯(lián)系是一對(duì)多聯(lián)系，簡(jiǎn)記為1:N聯(lián)系。如：“母親”和“孩子”之間的聯(lián)系是1:N聯(lián)系。實(shí)體型1

聯(lián)系名實(shí)體型21N1:N聯(lián)系多對(duì)多聯(lián)系(Many-to-manyRelationship)有兩個(gè)類型不同的實(shí)體集E1和E2，如果E1中的每個(gè)實(shí)體與E2中的任意個(gè)（包括零個(gè)）實(shí)體有聯(lián)系，反之，E2中的每個(gè)實(shí)體也是和E1中的任意個(gè)實(shí)體（包括零個(gè)）有聯(lián)系，則稱E1和E2的聯(lián)系是多對(duì)多聯(lián)系，簡(jiǎn)記為M:N聯(lián)系。如：“學(xué)生”和“課程”之間的聯(lián)系是M:N聯(lián)系。實(shí)體型1

聯(lián)系名實(shí)體型2MNM:N聯(lián)系概念數(shù)據(jù)模型實(shí)體聯(lián)系模型及ER圖

實(shí)體聯(lián)系模型簡(jiǎn)稱ER模型，ER模型通過ER圖來表示實(shí)體及其聯(lián)系。ER圖有四個(gè)基本成分：矩形框：表示實(shí)體型菱形框：表示聯(lián)系型橢圓形框：表示實(shí)體型或聯(lián)系型的屬性直線：用來連接上述三種圖框選課管理ER圖課程學(xué)生選修成績(jī)MN課程號(hào)課程名學(xué)時(shí)學(xué)分身份證號(hào)姓名性別學(xué)號(hào)班級(jí)生日建立ER圖的過程畫實(shí)體型用矩形框畫出實(shí)體型用橢圓框畫出實(shí)體屬性用直線把實(shí)體型和屬性連接起來在實(shí)體標(biāo)識(shí)符屬性底下畫下劃線畫聯(lián)系型用菱形框畫出實(shí)體間的聯(lián)系型用直線把聯(lián)系型和相關(guān)實(shí)體型連接起來用橢圓框畫出聯(lián)系屬性（如有）在直線上標(biāo)記聯(lián)系類型【例2.1】選課管理E-R圖課程學(xué)生選修成績(jī)MN課程號(hào)課程名學(xué)時(shí)學(xué)分身份證號(hào)姓名性別學(xué)號(hào)班級(jí)生日E-R模型設(shè)計(jì)常見問題兩個(gè)不同實(shí)體型之間的聯(lián)系（二元聯(lián)系）多個(gè)不同實(shí)體型之間的聯(lián)系兩個(gè)不同實(shí)體型之間的多種聯(lián)系同一實(shí)體型內(nèi)各實(shí)體之間的聯(lián)系弱實(shí)體問題泛化（Generalization）多值屬性問題派生屬性問題用實(shí)體型還是用聯(lián)系型聯(lián)系型屬性的布局問題兩個(gè)不同實(shí)體型之間的聯(lián)系（二元聯(lián)系）兩個(gè)不同實(shí)體型之間的聯(lián)系（二元聯(lián)系）多個(gè)不同實(shí)體型之間的聯(lián)系（二元聯(lián)系）多個(gè)不同實(shí)體型之間的聯(lián)系（多元聯(lián)系）兩個(gè)不同實(shí)體型之間的多種聯(lián)系同一實(shí)體型內(nèi)各實(shí)體之間的聯(lián)系弱實(shí)體問題依賴于另一實(shí)體而存在的實(shí)體稱為弱實(shí)體。不依賴于任何實(shí)體而存在的實(shí)體稱為強(qiáng)實(shí)體。弱實(shí)體與其依賴的強(qiáng)實(shí)體之間的聯(lián)系稱為強(qiáng)聯(lián)系。如果一個(gè)實(shí)體與另一個(gè)實(shí)體之間不存在依賴關(guān)系，它們之間的聯(lián)系稱為弱聯(lián)系。泛化（Generalization）泛化關(guān)系是指抽取多個(gè)實(shí)體型的共同屬性作為超類實(shí)體型。泛化關(guān)系中的低層次實(shí)體型為子類實(shí)體型，它對(duì)超類實(shí)體型中的屬性進(jìn)行了繼承與添加。重疊性約束表示各個(gè)子類實(shí)體型之間是否是排他的。若為排他的則用字母“d”標(biāo)識(shí)，否則用“o”標(biāo)識(shí)（o表示overlap）。完備性約束表示所有子類實(shí)體型在當(dāng)前系統(tǒng)中是否能完全覆蓋超類實(shí)體型。若能完全覆蓋則在超類實(shí)體型與圓圈之間用雙線標(biāo)識(shí)。多值屬性問題只能有一個(gè)取值的屬性稱為單值屬性，如性別。能同時(shí)有多個(gè)取值的屬性稱為多值屬性，如電話號(hào)碼。不能再一步劃分出屬性的屬性稱為簡(jiǎn)單屬性，如性別。可以進(jìn)一步劃分出屬性的屬性稱為復(fù)合屬性，如地址。派生屬性問題能由其他屬性計(jì)算或推導(dǎo)出值的屬性稱為派生屬性。用實(shí)體型還是用聯(lián)系型若屬性A和B被訪問的頻率相差很大的時(shí)候，采用圖(b)的ER圖結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，把“貸款”作為實(shí)體型來處理，將申請(qǐng)貸款和提供貸款的屬性分開，這樣會(huì)更節(jié)省空間，提高訪問的效率。聯(lián)系型屬性的布局問題若聯(lián)系型為1:1聯(lián)系時(shí)，聯(lián)系型的屬性既可以畫在聯(lián)系型上，也可以畫在參與該聯(lián)系的任意一個(gè)實(shí)體型中，作為實(shí)體型的屬性畫出。聯(lián)系型屬性的布局問題若聯(lián)系型為1:1聯(lián)系時(shí)，聯(lián)系型的屬性既可以畫在聯(lián)系型上，也可畫在參與該聯(lián)系的任意一個(gè)實(shí)體型中，作為實(shí)體型的屬性畫出。聯(lián)系型屬性的布局問題若聯(lián)系型為1:N聯(lián)系時(shí)，聯(lián)系型的屬性既可以畫在聯(lián)系型上，也可畫在參與該聯(lián)系的N方對(duì)應(yīng)的實(shí)體型上，作為實(shí)體型的屬性畫出。聯(lián)系型屬性的布局問題若聯(lián)系型為1:N聯(lián)系時(shí)，聯(lián)系型的屬性既可以畫在聯(lián)系型上，也可畫在參與該聯(lián)系的N方對(duì)應(yīng)的實(shí)體型上，作為實(shí)體型的屬性畫出。E-R模型的優(yōu)點(diǎn)與缺陷能表示的數(shù)據(jù)約束很有限表示實(shí)體內(nèi)部屬性之間的關(guān)系的能力有限對(duì)信息內(nèi)容的表示不全面沒有對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)操作語言x能捕獲現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)需求將概念格外簡(jiǎn)單化、形式化地表示出來√邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型——能夠在計(jì)算機(jī)中真正實(shí)現(xiàn)的模型邏輯數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作完整性約束阿波羅計(jì)劃的數(shù)據(jù)管理飛船有200萬個(gè)零部件ROCKWELL基于文件的零部件管理系統(tǒng)18盤磁帶60%冗余GUAM通用更新訪問方法GUAM通用更新訪問方法IMSIMS基于樹的層次模型樹有且僅有一個(gè)結(jié)點(diǎn)沒有父親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根。如：A。樹除根以外的其他結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)父親結(jié)點(diǎn)。除了根結(jié)點(diǎn)外，每個(gè)子女結(jié)點(diǎn)可以分為多個(gè)不相交的子樹；沒有子女結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)稱為葉子結(jié)點(diǎn)。如：D、E、F。層次模型用一棵倒立的“有向樹”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系。在樹中，每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄類型，結(jié)點(diǎn)間的連線表示記錄類型間的關(guān)系。學(xué)生層次模型實(shí)例層次模型的完整性約束條件進(jìn)行插入操作時(shí)，如果沒有相應(yīng)的父親結(jié)點(diǎn)值就不能插入它的子女結(jié)點(diǎn)值。進(jìn)行刪除操作時(shí)，如果刪除父親結(jié)點(diǎn)值，則相應(yīng)的子女結(jié)點(diǎn)值也被同時(shí)刪除。進(jìn)行更新操作時(shí)，應(yīng)更新所有相應(yīng)記錄，以保證數(shù)據(jù)的一致性。如果新調(diào)入一名學(xué)生，但尚未分配到某個(gè)班，這時(shí)就不能將新學(xué)生插入到數(shù)據(jù)庫中。如果刪除了21軟件工程3班，則該班所有學(xué)生的數(shù)據(jù)將全部丟失。層次模型的優(yōu)點(diǎn)與缺陷表示的局限性實(shí)現(xiàn)復(fù)雜缺乏結(jié)構(gòu)獨(dú)立性應(yīng)用程序編寫復(fù)雜缺乏標(biāo)準(zhǔn)x數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單清晰查詢效率高提供了良好的完整性支持?jǐn)?shù)據(jù)共享具有數(shù)據(jù)安全保障√DBTG體系結(jié)構(gòu)CharlesW.Bachman基于圖的網(wǎng)狀模型在這個(gè)有向圖中，每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄型（實(shí)體型），每個(gè)記錄型可包含若干個(gè)字段（實(shí)體型的屬性），結(jié)點(diǎn)間的連線表示記錄型（實(shí)體型）間的父子關(guān)系。網(wǎng)狀模型中允許有一個(gè)以上的結(jié)點(diǎn)無父親結(jié)點(diǎn)。如：A和B。網(wǎng)狀模型中至少有一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有多于一個(gè)父親結(jié)點(diǎn)。如：C和D。學(xué)生所屬組織網(wǎng)狀模型實(shí)例網(wǎng)狀模型轉(zhuǎn)化為系類型兩個(gè)或兩個(gè)以上的記錄類型之間聯(lián)系稱為系類型。一個(gè)系類型就是一棵二級(jí)樹。在一個(gè)系類型中，有一個(gè)記錄類型處于主導(dǎo)地位，稱為系主記錄類型，其它記錄類型稱為成員記錄類型。系主和成員之間的聯(lián)系是一對(duì)多的聯(lián)系。網(wǎng)狀模型的完整性約束條件進(jìn)行插入操作時(shí)，允許插入尚未確定父親結(jié)點(diǎn)的子女結(jié)點(diǎn)。進(jìn)行刪除操作時(shí)，允許只刪除父親結(jié)點(diǎn)。進(jìn)行更新操作時(shí)，只需更新指定記錄即可?？刹迦胍恍﹦倎韴?bào)到但還未分配到班的學(xué)生，也可增加一名尚未參加社團(tuán)的新同學(xué)。一個(gè)社團(tuán)解散了，可只刪除社團(tuán)結(jié)點(diǎn)，而該社團(tuán)所有學(xué)生的信息仍保留在數(shù)據(jù)庫中。網(wǎng)狀模型的優(yōu)點(diǎn)與缺陷網(wǎng)狀模型的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜應(yīng)用程序在訪問數(shù)據(jù)時(shí)要指定存取路徑，從而導(dǎo)致網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)獨(dú)立性較差x更為直接地描述客觀世界中實(shí)體間的復(fù)雜聯(lián)系結(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)訪問靈活，存取效率較高有對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)√基于二維表的關(guān)系模型EdgarFrankCodd在關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，無論是實(shí)體還是實(shí)體與實(shí)體間的聯(lián)系均用關(guān)系（Relation）來表示。每個(gè)關(guān)系的是一個(gè)規(guī)范化的二維表。在這個(gè)二維表中，每一行稱為元組；每一列是一個(gè)屬性，也稱為字段。關(guān)系中元組的一個(gè)屬性值稱為分量。關(guān)系模型的完整性約束條件實(shí)體完整性參照完整性用戶自定義的完整性關(guān)系模型的優(yōu)點(diǎn)與缺陷復(fù)合屬性往往需要拆分成若干個(gè)簡(jiǎn)單屬性，會(huì)割裂了數(shù)據(jù)間的層次關(guān)系不能表示變長(zhǎng)的屬性用戶設(shè)計(jì)和使用的門檻低，有可能助長(zhǎng)一些拙劣的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)性能提出了更高的要求x有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清晰關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言是非過程化的，大大降低了用戶編程的難度，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)獨(dú)立性數(shù)據(jù)操作是面向集合的操作，提高了數(shù)據(jù)訪問的便利程度√面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型對(duì)象（Object）表示現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體。每個(gè)對(duì)象包含一組屬性和一組方法。屬性用來描述對(duì)象的狀態(tài)、組成和特性，是對(duì)象的靜態(tài)特征，如學(xué)生的姓名、性別等。方法是用來改變對(duì)象一個(gè)或多個(gè)屬性的值的操作（通常使用函數(shù)過程實(shí)現(xiàn)），是對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征。在對(duì)象狀態(tài)上操作的方法集稱為對(duì)象的行為。具有相同的屬性集和方法集的所有對(duì)象的集合稱為類（Class）。類允許嵌套結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的類稱為超類，新子類是從現(xiàn)有類派生出來的，稱為派生類。子類繼承了超類上定義的全部屬性和方法，從而實(shí)現(xiàn)軟件的可重用性。同時(shí)，子類本身還可包含其他的屬性和方法。通過繼承構(gòu)造了子類后，還可以為每個(gè)子類指定其獨(dú)特的表現(xiàn)行為，這稱為多態(tài)。繼承體現(xiàn)了這些對(duì)象的共性，而多態(tài)則可體現(xiàn)每個(gè)對(duì)象的個(gè)性。面向?qū)ο竽Ｐ偷膬?yōu)點(diǎn)與缺陷沒有準(zhǔn)確的定義維護(hù)困難不適合所有應(yīng)用x適合處理各種各樣的數(shù)據(jù)類型提高開發(fā)效率改善數(shù)據(jù)訪問√邏輯數(shù)據(jù)模