數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)系統(tǒng)

高級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)階段2訪問(wèn)數(shù)據(jù)1程序1應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的對(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系4DBMS應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2數(shù)據(jù)庫(kù)…應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng))5數(shù)據(jù)庫(kù)三級(jí)模式結(jié)構(gòu)和二級(jí)功能映射6物理獨(dú)立性?邏輯獨(dú)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(kù)中用數(shù)據(jù)模型這個(gè)工具來(lái)抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)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(shí)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(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)模型是數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)中用數(shù)據(jù)模型這個(gè)工具來(lái)抽象、表示和處理現(xiàn)實(shí)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(shí)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(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)模型是數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)不同的層次：(1)概念模型也稱信息模型，它是按用戶的觀點(diǎn)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模。主要用于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。(2)數(shù)據(jù)模型（邏輯模型和物理模型）它是按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)建模。主要用于DBMS的實(shí)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(duì)象的抽象過(guò)程——兩步抽象：第一步：現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對(duì)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(shí)世界機(jī)器世界信息世界需求分析概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)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(kù)的組成對(duì)象以及對(duì)象之間聯(lián)系的描述兩類對(duì)象與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對(duì)象與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對(duì)象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)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(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各種對(duì)象（型）的實(shí)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(duì)系統(tǒng)動(dòng)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(chǔ)存規(guī)則，用以限定符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)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(shí)體（Entity）客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實(shí)體。可以是具體的人、事、物或抽象的概念。2.屬性（Attribute）實(shí)體所具有的某一特性稱為屬性。一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來(lái)刻畫3.關(guān)鍵字（Key）實(shí)體概念的關(guān)鍵之處在于一個(gè)實(shí)體能夠與別的實(shí)體相互區(qū)別，因此每個(gè)實(shí)體都有本身的關(guān)鍵字（也稱為標(biāo)志符或關(guān)鍵碼）。實(shí)體的關(guān)鍵字是惟一能標(biāo)志實(shí)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(shí)體型（EntityType）用實(shí)體名及其屬性名集合來(lái)抽象和刻畫的某一類實(shí)體稱為實(shí)體型。6.實(shí)體集（EntitySet）同型實(shí)體的集合稱為實(shí)體集。舉例說(shuō)明實(shí)體型和實(shí)體集的區(qū)別可以用什么屬性區(qū)分開學(xué)生實(shí)體？概念模型的主要概念(續(xù))(7)聯(lián)系（Relationship）現(xiàn)實(shí)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(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系。實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系：組成實(shí)體的各屬性之間的聯(lián)系實(shí)體之間的聯(lián)系：不同實(shí)體集之間的聯(lián)系三類實(shí)體型間聯(lián)系一對(duì)一聯(lián)系（1:1）一對(duì)多聯(lián)系（1:n）多對(duì)多聯(lián)系（m:n）

1.實(shí)體型之間的聯(lián)系一對(duì)一聯(lián)系

如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中至多有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，反之亦然，則稱實(shí)體集A與實(shí)體集B具有一對(duì)一聯(lián)系。記為1:1。實(shí)例班級(jí)與班長(zhǎng)之間的聯(lián)系：一個(gè)班級(jí)只有一個(gè)正班長(zhǎng)，而一個(gè)班長(zhǎng)只在一個(gè)班中任職兩個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系(續(xù))一對(duì)多聯(lián)系如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中至多只有一個(gè)實(shí)體與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體B有一對(duì)多聯(lián)系。記為1:n實(shí)例班級(jí)與學(xué)生之間的聯(lián)系：一個(gè)班級(jí)中有若干名學(xué)生，而每個(gè)學(xué)生只在一個(gè)班級(jí)中學(xué)習(xí)兩個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系(續(xù))多對(duì)多聯(lián)系（m:n）如果對(duì)于實(shí)體集A中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集B中有n個(gè)實(shí)體（n≥0）與之聯(lián)系，反之，對(duì)于實(shí)體集B中的每一個(gè)實(shí)體，實(shí)體集A中也有m個(gè)實(shí)體（m≥0）與之聯(lián)系，則稱實(shí)體集A與實(shí)體B具有多對(duì)多聯(lián)系。記為m:n實(shí)例

課程與學(xué)生之間的聯(lián)系：一門課程同時(shí)有若干個(gè)學(xué)生選修，而一個(gè)學(xué)生可以同時(shí)選修多門課程2多個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系多個(gè)實(shí)體型之間的聯(lián)系一對(duì)一聯(lián)系一對(duì)多聯(lián)系多對(duì)多聯(lián)系多個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系(續(xù))多個(gè)實(shí)體型間的一對(duì)多聯(lián)系實(shí)例對(duì)于課程、教師與參考書三個(gè)實(shí)體型，如果一門課程可以有若干個(gè)教師講授，使用若干本參考書，而每一個(gè)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(duì)多的課程講授教師1m多個(gè)實(shí)體型間的1:n聯(lián)系參考書n多個(gè)實(shí)體型間的聯(lián)系(續(xù))多個(gè)實(shí)體型間的一對(duì)一聯(lián)系多個(gè)實(shí)體型間的多對(duì)多聯(lián)系3.同一實(shí)體集內(nèi)各實(shí)體間的聯(lián)系一對(duì)多聯(lián)系實(shí)例

職工實(shí)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(gè)職工僅被另外一個(gè)職工直接領(lǐng)導(dǎo)，因此這是一對(duì)多的聯(lián)系一對(duì)一聯(lián)系多對(duì)多聯(lián)系職工領(lǐng)導(dǎo)1n同一實(shí)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(shí)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(lái)描述現(xiàn)實(shí)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(lái)抽象表示現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)特征，是一種表達(dá)能力強(qiáng)、易于掌握的概念數(shù)據(jù)模型。E-R圖實(shí)體型用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實(shí)體名。學(xué)生教師E-R圖(續(xù))屬性用橢圓形表示，并用無(wú)向邊將其與相應(yīng)的實(shí)體連接起來(lái)學(xué)生學(xué)號(hào)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(wú)向邊分別與有關(guān)實(shí)體連接起來(lái)，同時(shí)在無(wú)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(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2mnm:n聯(lián)系實(shí)體型1聯(lián)系名實(shí)體型21n1:n聯(lián)系聯(lián)系的表示方法(續(xù))實(shí)體型1聯(lián)系名mn同一實(shí)體型內(nèi)部的m:n聯(lián)系實(shí)體型1聯(lián)系名實(shí)體型21m多個(gè)實(shí)體型間的1:n聯(lián)系實(shí)體型3n聯(lián)系的表示方法示例班級(jí)班級(jí)-班長(zhǎng)班長(zhǎng)111:1聯(lián)系課程選修學(xué)生mnm:n聯(lián)系班級(jí)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(shí)體型內(nèi)部的1:n聯(lián)系課程講授教師1m多個(gè)實(shí)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(shí)體型，也可以有屬性。如果一個(gè)聯(lián)系具有屬性，則這些屬性也要用無(wú)向邊與該聯(lián)系連接起來(lái)。聯(lián)系屬性的表示方法課程選修學(xué)生mn成績(jī)一個(gè)設(shè)計(jì)E-R模型的具體例子【例2-1】庫(kù)存業(yè)務(wù)的管理模式語(yǔ)義如下：在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)可以存放多種器件，一種器件也可以存放在多個(gè)倉(cāng)庫(kù)中。一個(gè)倉(cāng)庫(kù)有多個(gè)職工，而一個(gè)職工只能在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)工作。一個(gè)職工可以保管一個(gè)倉(cāng)庫(kù)中的多種器件，由于一種器件可以存放在多個(gè)倉(cāng)庫(kù)中，當(dāng)然可以由多名職工保管。庫(kù)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(lái)表示各類實(shí)體以及實(shí)體間的聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型。滿足下面兩個(gè)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(gè)結(jié)點(diǎn)沒(méi)有雙親結(jié)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)點(diǎn)稱為根結(jié)點(diǎn)2.根以外的其它結(jié)點(diǎn)有且只有一個(gè)雙親結(jié)點(diǎn)層次模型中的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)根結(jié)點(diǎn)，雙親結(jié)點(diǎn)，兄弟結(jié)點(diǎn)，葉結(jié)點(diǎn)層次數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(續(xù)）

Ｒ1

根結(jié)點(diǎn)

Ｒ2

兄弟結(jié)點(diǎn)

Ｒ3

葉結(jié)點(diǎn)

Ｒ4

兄弟結(jié)點(diǎn)

Ｒ5

葉結(jié)點(diǎn)

葉結(jié)點(diǎn)2.3層次數(shù)據(jù)模型表達(dá)事物之間的邏輯層次關(guān)系數(shù)據(jù)項(xiàng)是簡(jiǎn)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(dá)現(xiàn)實(shí)世界不便于表示m:n關(guān)系，在轉(zhuǎn)換成多個(gè)1：n會(huì)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(gè)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(dú)立性較差。層次數(shù)據(jù)庫(kù)示例某大學(xué)………計(jì)算機(jī)學(xué)院工商管理學(xué)院經(jīng)貿(mào)學(xué)院計(jì)算機(jī)系網(wǎng)絡(luò)中心………管理系99級(jí)2000級(jí)………………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(lái)表示實(shí)體之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型，反映著現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體間更為復(fù)雜的聯(lián)系數(shù)據(jù)項(xiàng)不一定是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)類型允許結(jié)點(diǎn)之間的多種聯(lián)系，可表達(dá)更復(fù)雜結(jié)構(gòu)m:n更好地描述現(xiàn)實(shí)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(kù)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(lái)表示實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系的模型1970年美國(guó)IBM公司SanJose研究室的研究員E.F.Codd首次提出了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的關(guān)系模型計(jì)算機(jī)廠商新推出的數(shù)據(jù)庫(kù)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(diǎn)：（1）能夠以簡(jiǎn)單、靈活的方式表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界中各種實(shí)體及其相互間關(guān)系，使用與維護(hù)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€(gè)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(duì)稱性，因此，關(guān)系之間的尋找在正反兩個(gè)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(diǎn)出發(fā)尋找葉子的過(guò)程容易解決，相反的過(guò)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(diǎn):（1）實(shí)現(xiàn)效率不夠高（2）描述對(duì)象語(yǔ)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(duì)于概括、分類和聚合的模擬，即不適合于管理復(fù)雜對(duì)象