數(shù)據(jù)庫課件：數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)管理技術(shù)經(jīng)歷：

人工管理

文件系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

高級數(shù)據(jù)庫階段2訪問數(shù)據(jù)1程序1應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系3應(yīng)用程序1文件1...文件2應(yīng)用程序2...應(yīng)用程序n文件n文件系統(tǒng)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系4DBMS應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)庫…應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))5數(shù)據(jù)庫三級模式結(jié)構(gòu)和二級功能映射6物理獨立性?邏輯獨立性?考考你2.1數(shù)據(jù)模型概述2.2E-R模型2.3層次數(shù)據(jù)模型2.4網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型2.5關(guān)系數(shù)據(jù)模型2.6數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)模式

2.1數(shù)據(jù)模型概述在數(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。

數(shù)據(jù)模型應(yīng)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)數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。2.1數(shù)據(jù)模型概述在數(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。

數(shù)據(jù)模型應(yīng)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)數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。2.1數(shù)據(jù)模型概述數(shù)據(jù)模型分成兩個不同的層次：(1)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(shè)計。(2)數(shù)據(jù)模型（邏輯模型和物理模型）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)。主要包括網(wǎng)狀模型、層次模型、關(guān)系模型等2.1數(shù)據(jù)模型概述客觀對象的抽象過程——兩步抽象：第一步：現(xiàn)實世界中的客觀對象抽象為概念模型；第二步：把概念模型轉(zhuǎn)換為某一DBMS支持的數(shù)據(jù)模型?，F(xiàn)實世界機器世界信息世界需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計邏輯和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1.1數(shù)據(jù)模型的定義

一般地講，數(shù)據(jù)模型是嚴(yán)格定義的一組概念的集合，這些概念精確地描述了系統(tǒng)的靜態(tài)特性、動態(tài)特性和完整性約束條件。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)的約束條件1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的組成對象以及對象之間聯(lián)系的描述兩類對象與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對象與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述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(guān)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）數(shù)據(jù)操作是對系統(tǒng)動態(tài)特性的描述。3.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)系所具有的制約和儲存規(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：年齡必須大于零，關(guān)系必須滿足實體完整性和參照完整性等。2.1.2概念模型中的一些基本概念1.實體（Entity）客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體?？梢允蔷唧w的人、事、物或抽象的概念。2.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3.關(guān)鍵字（Key）實體概念的關(guān)鍵之處在于一個實體能夠與別的實體相互區(qū)別，因此每個實體都有本身的關(guān)鍵字（也稱為標(biāo)志符或關(guān)鍵碼）。實體的關(guān)鍵字是惟一能標(biāo)志實體的屬性的集合。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的某一類實體稱為實體型。6.實體集（EntitySet）同型實體的集合稱為實體集。舉例說明實體型和實體集的區(qū)別可以用什么屬性區(qū)分開學(xué)生實體？概念模型的主要概念(續(xù))(7)聯(lián)系（Relationship）現(xiàn)實世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中反映為實體內(nèi)部的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系。實體內(nèi)部的聯(lián)系：組成實體的各屬性之間的聯(lián)系實體之間的聯(lián)系：不同實體集之間的聯(lián)系三類實體型間聯(lián)系一對一聯(lián)系（1:1）一對多聯(lián)系（1:n）多對多聯(lián)系（m:n）

1.實體型之間的聯(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1:1。實例班級與班長之間的聯(lián)系：一個班級只有一個正班長，而一個班長只在一個班中任職兩個實體型間的聯(lián)系(續(xù))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（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中至多只有一個實體與之聯(lián)系，則稱實體集A與實體B有一對多聯(lián)系。記為1:n實例班級與學(xué)生之間的聯(lián)系：一個班級中有若干名學(xué)生，而每個學(xué)生只在一個班級中學(xué)習(xí)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（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B具有多對多聯(lián)系。記為m:n實例

課程與學(xué)生之間的聯(lián)系：一門課程同時有若干個學(xué)生選修，而一個學(xué)生可以同時選修多門課程2多個實體型間的聯(lián)系多個實體型之間的聯(lián)系一對一聯(lián)系一對多聯(lián)系多對多聯(lián)系多個實體型間的聯(lián)系(續(xù))多個實體型間的一對多聯(lián)系實例對于課程、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，而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，則課程與教師、參考書之間的聯(lián)系是一對多的課程講授教師1m多個實體型間的1:n聯(lián)系參考書n多個實體型間的聯(lián)系(續(xù))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3.同一實體集內(nèi)各實體間的聯(lián)系一對多聯(lián)系實例

職工實體集內(nèi)部具有領(lǐng)導(dǎo)與被領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)系，即某一職工（干部）“領(lǐng)導(dǎo)”若干名職工，而一個職工僅被另外一個職工直接領(lǐng)導(dǎo)，因此這是一對多的聯(lián)系一對一聯(lián)系多對多聯(lián)系職工領(lǐng)導(dǎo)1n同一實體型內(nèi)部的1:n聯(lián)系2.2E-R模型概念模型的表示方法很多實體－聯(lián)系方法(E-R方法)是最為常用的概念模型表示方法。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。E－R模型用E-R圖來抽象表示現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)特征，是一種表達能力強、易于掌握的概念數(shù)據(jù)模型。E-R圖實體型用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體名。學(xué)生教師E-R圖(續(xù))屬性用橢圓形表示，并用無向邊將其與相應(yīng)的實體連接起來學(xué)生學(xué)號年齡性別姓名E-R圖(續(xù))聯(lián)系聯(lián)系本身：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(guān)實體連接起來，同時在無向邊旁標(biāo)上聯(lián)系的類型（1:1、1:n或m:n）聯(lián)系的表示方法實體型1聯(lián)系名實體型2111:1聯(lián)系實體型1聯(lián)系名實體型2mnm:n聯(lián)系實體型1聯(lián)系名實體型21n1:n聯(lián)系聯(lián)系的表示方法(續(xù))實體型1聯(lián)系名mn同一實體型內(nèi)部的m:n聯(lián)系實體型1聯(lián)系名實體型21m多個實體型間的1:n聯(lián)系實體型3n聯(lián)系的表示方法示例班級班級-班長班長111:1聯(lián)系課程選修學(xué)生mnm:n聯(lián)系班級組成學(xué)生1n1:n聯(lián)系聯(lián)系的表示方法示例(續(xù))職工領(lǐng)導(dǎo)1n同一實體型內(nèi)部的1:n聯(lián)系課程講授教師1m多個實體型間的1:n聯(lián)系參考書nE-R圖(續(xù))聯(lián)系聯(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。聯(lián)系屬性的表示方法課程選修學(xué)生mn成績一個設(shè)計E-R模型的具體例子【例2-1】庫存業(yè)務(wù)的管理模式語義如下：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(dāng)然可以由多名職工保管。庫存業(yè)務(wù)E-R圖如下:2.3層次數(shù)據(jù)模型層次模型：用樹形結(jié)構(gòu)來表示各類實體以及實體間的聯(lián)系的數(shù)據(jù)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(jié)點沒有雙親結(jié)點，這個結(jié)點稱為根結(jié)點2.根以外的其它結(jié)點有且只有一個雙親結(jié)點層次模型中的幾個術(shù)語根結(jié)點，雙親結(jié)點，兄弟結(jié)點，葉結(jié)點層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）

Ｒ1

根結(jié)點

Ｒ2

兄弟結(jié)點

Ｒ3

葉結(jié)點

Ｒ4

兄弟結(jié)點

Ｒ5

葉結(jié)點

葉結(jié)點2.3層次數(shù)據(jù)模型表達事物之間的邏輯層次關(guān)系數(shù)據(jù)項是簡單數(shù)據(jù)類型1:n自然，直觀，容易理解，性能好，但不能充分表達現(xiàn)實世界不便于表示m:n關(guān)系，在轉(zhuǎn)換成多個1：n會出現(xiàn)大量數(shù)據(jù)冗余。為此引入指針和虛擬記錄（用v標(biāo)記引用某個記錄）用戶了解數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)，并在數(shù)據(jù)操縱命令中顯式地給出存取途徑。數(shù)據(jù)獨立性較差。層次數(shù)據(jù)庫示例某大學(xué)………計算機學(xué)院工商管理學(xué)院經(jīng)貿(mào)學(xué)院計算機系網(wǎng)絡(luò)中心………管理系99級2000級………………學(xué)生甲學(xué)生乙………………2.4網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來表示實體之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型，反映著現(xiàn)實世界中實體間更為復(fù)雜的聯(lián)系數(shù)據(jù)項不一定是簡單的數(shù)據(jù)類型允許結(jié)點之間的多種聯(lián)系，可表達更復(fù)雜結(jié)構(gòu)m:n更好地描述現(xiàn)實世界，良好的性能，存取效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了用戶查詢和定位的困難，不易掌握。網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫示例某大學(xué)學(xué)生甲選修課程1學(xué)生乙選修課程2選修課程3選修課程42.5關(guān)系數(shù)據(jù)模型關(guān)系模型是用二維表格結(jié)構(gòu)來表示實體及實體之間的聯(lián)系的模型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(guān)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(guān)系模型關(guān)系數(shù)據(jù)模型

關(guān)系數(shù)據(jù)模型是應(yīng)用最廣泛的一種數(shù)據(jù)模型。優(yōu)點：（1）能夠以簡單、靈活的方式表達現(xiàn)實世界中各種實體及其相互間關(guān)系，使用與維護也很方便。（2）具有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和操作代數(shù)基礎(chǔ)——如關(guān)系代數(shù)、關(guān)系演算等，可將關(guān)系分開，或?qū)蓚€關(guān)系合并，使數(shù)據(jù)的操縱具有高度的靈活性。（3）在關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，數(shù)據(jù)間的關(guān)系具有對稱性，因此，關(guān)系之間的尋找在正反兩個方向上難度是一樣的，而在其他模型如層次模型中從根結(jié)點出發(fā)尋找葉子的過程容易解決，相反的過程則很困難。關(guān)系數(shù)據(jù)模型

關(guān)系數(shù)據(jù)模型是應(yīng)用最廣泛的一種數(shù)據(jù)模型。缺點:（1）實現(xiàn)效率不夠高（2）描述對象語義的能力較弱。（3）不直接支持層次結(jié)構(gòu)，因此不直接支持對于概括、分類和聚合的模擬，即不適合于管理復(fù)雜對象