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1、1.2 数据模型,主要内容,数据模型概念模型逻辑模型小结和作业,数据模型,模型对现实世界特征的模拟或抽象例：公式、地图、建筑沙盘数据模型对现实世界中的数据进行模拟和抽象的模型在数据库系统中，使用数据模型抽象现实世界中的数据，以便在系统中来处理这些数据，达到系统模拟现实世界的目的。是数据库系统的核心和基础，是数据库设计的有利工具,数据模型,对数据模型的要求能比较真实地模拟现实世界容易为人所理解便于在计算机上实现,数据模型,数据模型的两个层次概念模型不涉及数据在计算机中的表示是按用户的观点对数据建模，强调其语义表达能力是对现实世界的第一层抽象是用户和数据库设计人员交流的工具逻辑模型和物理模型与具体
2、的DBMS有关按计算机系统的观点对数据建模，面向数据库的结构是对现实世界的第二层抽象由DBMS自身实现逻辑模型和物理模型的转换,数据模型,模型的应用现实世界信息世界机器世界,数据模型三要素,数据模型的形式化定义严格定义的一组概念的集合数据结构数据操作完整性约束条件,数据结构,什么是数据结构描述数据库的组成对象及对象之间的联系两类对象与数据类型、内容、性质有关的对象与数据之间联系有关的对象数据结构是对系统静态特性的描述,数据操作,数据操作数据库中各种对象的实例允许执行的操作及有关的操作规则数据操作的类型检索（查询）更新（包括插入、删除、修改）,数据操作(续),数据模型对操作的定义操作的确切含义操
3、作符号操作规则（如优先级）实现操作的语言数据操作是对系统动态特性的描述。,完整性约束条件,完整性约束条件一组完整性规则的集合。完整性规则是给定的数据模型中数据及其联系所具有的制约和储存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。,完整性约束条件(续),数据模型对约束条件的定义反映和规定数据模型必须遵守的基本的通用完整性约束条件。提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。,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现实世界到机器世界的一个中间层次是数据库设计的有力工具数据库设计人员和用户之间进行交流的语
4、言,概念模型,对概念模型的基本要求较强的语义表达能力，能够方便、直接地表达应用中的各种语义知识简单、清晰、易于用户理解。,概念模型,概念模型的相关内容信息世界中的基本概念概念模型的表示方法（E-R图）,基本概念,实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。具体的：如学生张三、工人李四抽象的：如计算机系、数据库概论属性（Attribute）实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。,基本概念属性的类型*,属性的分类：,简单属性,复合属性,构成,值,单值属性,多值属性,来源,基属性,派生属性,基本概念属性的类型*,简单属性 不可再分的属性如学号、年龄、性别 复合（C
5、omposite）属性可以划分为更小的属性可以把相关属性聚集起来，使模型更清晰如电话号码=区号+本地号码 出生日=年+月+日,基本概念属性的类型*,单值属性每一个特定的实体在该属性上的取值唯一如学生的学号，年龄、性别、系别等多值属性某个特定的实体在该属性上有多于一个的取值如学生（学号，所选课程，联系电话）学号与课程之间是一种多值依赖关系,基本概念属性的类型*,派生（Derived）属性与基属性可以从其他相关的属性或实体派生出来的属性值如学生（学号，姓名，平均成绩）选课（学号，课程号，成绩）成绩为基属性，平均成绩为派生属性数据库中，一般只存基属性值，而派生属性只存其定义或依赖关系，用到时再从基属
6、性中计算出来,基本概念（续）,实体型用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型。例：学生(学号，姓名，性别，系，入学时间)实体集同型实体的集合码（Key）唯一标识实体的属性集称为码。域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域。,基本概念(续),联系现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体型内部的联系和实体型之间的联系。,基本概念(续),联系的元或度（Degree）参与联系的实体集的个数称为联系的元如学生选修课程是二元联系，供应商向工程供应零件则是三元联系,两个实体型间的联系,两个实体型间的联系,一对一联系 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体
7、与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。实例 班级与班长之间的联系：,两个实体型间的联系(续),一对多联系如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系记为1:n实例 班级与学生之间的联系：,两个实体型间的联系(续),多对多联系（m:n）如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m0）与之联系，则称实体集A与实体集B具有多对多联系。记为m:n实例课程与学
8、生之间的联系：,多个实体型间的联系,多个实体型间的一对多联系若实体集E1，E2，.，En存在联系，对于实体集Ej（j=1，2，.，i-1，i+1，.，n）中的给定实体，最多只和Ei中的一个实体相联系，则我们说Ei与E1，E2，.，Ei-1，Ei+1，.，En之间的联系是一对多的。例：课程、教师与参考书三个实体型如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，每一个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用。,多个实体型间的联系(续),多个实体型间的一对一联系多个实体型间的多对多联系实例一个供应商可以供给多个项目多种零件，而每个项目可以使用多个供应商供应的零件，每种零件可由不同供应商供
9、给。,同一实体集内的联系,一对多联系实例 职工实体集内部具有领导与被领导的联系某一职工（干部）“领导”若干名职工一个职工仅被另外一个职工直接领导这是一对多的联系一对一联系多对多联系,联系的表示方法示例,联系的表示方法示例(续),概念模型的表示方法,概念模型的表示方法很多实体联系模型面向对象模型语义数据模型功能数据模型实体联系模型(E-R模型)用E-R图来描述现实世界的概念模型,E-R图,历史-模型：Entity-Relationship Model1976年，提出-模型，用-图来描述概念模型观点世界是由一组称作实体的基本对象和这些对象之间的联系构成的,表示方法E-R图实例讨论练习ER图辅助设计
10、工具Erwin、Powerdesigner,E-R图主要内容,E-R图表示方法,用矩形表示实体型，在框内写上实体名,用椭圆表示实体的属性,用无向边把实体与其属性连接起来,用菱形表示实体间的联系,将参与联系的实体用无向边连接,联系的数量,联系的属性,E-R图实例,E-R图实例：某工厂物资管理E-R图，步骤：(1)实体及属性图(2)实体及联系图(3)完整的实体联系图（E-R图）,E-R图(续),工厂物资管理描述如下：物资管理涉及的实体：仓库：仓库号、面积、电话号码零件：零件号、名称、规格、单价、描述供应商：供应商号、姓名、地址、电话号码、帐号项目：项目号、预算、开工日期职工：职工号、姓名、年龄、职
11、称,物资管理实例,实体及属性图：,仓库,仓库号,面积,电话号码,物资管理实例,实体及属性图：,确定需求描述中的实体，其属性可最后确定,物资管理实例-实体及其联系,实体之间的联系描述实体及其联系图：,仓库,零件,职工,供应商,项目,确定实体间的联系，一般是动词，也可名词确定联系的属性,物资管理实例-描述,实体之间的联系描述（1）一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓库中，用库存量量表示某种零件在仓库中的数量。（2）一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一个仓库工作。（3）仓库主任领导若干保管员。（4）一个供应商可以供给若干项目多种零件，每个项目可以使用不同供应商供应的零件，每
12、种零件可由不同供应商供给。用供应量表示供应商供给多少数量的零件给项目。,讨论,如何区分实体和属性？,如何区分2元联系和n元联系？,讨论实体VS属性,实体 Vs 属性,适于一个员工只有一部电话的情况,适于多个员工共有一部电话，一个员工多个电话，电话本身具有多个属性的情况,讨论实体VS属性（续）,实体有多方面性质，属性没有,讨论实体VS属性（续）,若实体中除了多值属性之外还有其它若干属性，则将该多值属性定义为另一实体供应商可以供应多种零件,供应商除零件属性外只有一个作为主码的姓名属性,供应商除零件属性外另有其它很多属性,讨论2元联系VS n元联系,多元联系转换为二元联系,讨论2元联系VS n元联系
13、,上述转换会有信息丢失，所以这种转换是不等价的,讨论2元联系VS n元联系,多元联系转换为二元联系,讨论2元联系VS n元联系,缺点浪费存储空间语义不清晰，难于体现参与联系的各方,一个图书借阅管理数据库要求提供下述服务：可随时查询书库中现有书籍的品种、数量与存放位置。所有各类书籍均可由书号唯一标识。可随时查询书籍借还情况。包括借书人单位、姓名、借书证号、借书日期和还书日期。我们约定：任何人可借多种书，任何一种书可为多个人所借，借书证号具有唯一性。当需要时，可通过数据库中保存的出版社的电报编号、电话、邮编及地址等信息向相关书籍的出版社增购有关书籍。一个出版社可出版多种书籍，同一本书仅为一个出版社
14、出版，出版社名具有唯一性。根据以上情况和假设，构造满足需求的E-R图,练习,逻辑模型主要内容,主要数据模型层次模型网状模型关系模型对象模型,层次模型的数据结构,层次模型用树结构表示实体类型及实体间联系的模型树的结点是记录类型每个非根结点有且只有一个父结点上一层记录类型和下一层记录类型的联系是1：n,层次模型的数据结构,E-R图,层次模型实例,转换规则：实体型记录类型属性字段联系结点之间的连线,教师-学生数据库的一个值,优点：模型简单 查询效率高,缺点：多对多联系表示不自然 数据操作复杂（结点不独立）,典型的层次数据库系统,IMS数据库管理系统第一个大型商用DBMS1968年推出IBM公司研制,
15、网状模型的数据结构,网状模型1969年由CODASYL组织下属DBTG提出用有向图表示实体类型及实体间联系的模型有向图中的结点是记录类型箭头表示从箭尾的记录类型到箭头的记录类型间联系是1：N的层次模型是网状模型的特例,网状模型实例,网状模型的数据结构,网状模型的一个值,优点：多对多联系实现容易 查询效率高,缺点：结构复杂 数据操作复杂,典型的网状数据库系统,实际系统Cullinet Software Inc.公司的 IDMSUnivac公司的 DMS1100Honeywell公司的IDS/2HP公司的IMAGE,关系模型的数据结构,关系模型1970年由美国IBM公司San Jose研究室的研究
16、员提出用二维表格表示实体集由若干个关系模式组成的集合关系名（属性名1，属性名2，属性名n）其实例称为关系，每个关系实际上是一张二维表格,关系模型的数据结构,关系模型实例,E-R图,系（系号，系名，办公地）教研室（教研室号，教研室名，系号）教师（职工号，职称，姓名，教研室号）学生（学号，姓名，年级，系号）,转换：实体型-关系模式 属性-关系模式的属性 1:1、1:n联系隐含在关系中 m:n联系直接用关系模式表示,关系模型的一个值,概念：元组、属性、域 主码、分量,关系模型的优缺点,优点有严格的数学基础（集合论、数理逻辑）概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用实体和各类联系都用关系来表示。对数
17、据的操作其对象和结果均是关系。关系模型的存取路径对用户透明具有更高的数据独立性，更好的安全保密性简化了编程工作,关系模型的优缺点,缺点存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据模型为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化增加了开发数据库管理系统的难度,典型的关系数据库系统,20世纪70年代研究阶段80年代初形成产品，很快得到广泛应用和普及，取代层次、网状数据库产品ORACLE、DB/2、SQL Server、SYBASE、mysql、FoxPro、Access,对象模型,对象模型中的基本概念：对象类将属性集和方法集相同的所有对象组合在一起，构成了一个类。系统中所有的类组成了一个有根的有向无环图（类层次），构成了对象模型,对象模型,对象模型实例,特点：能完整的描述现实世界；模型复杂，涉及的知识比较多。普及程度不及关系数据库,典型的对象数据库系统,20世纪80年代开始研究对象数据库90年代至现在开始使用Oracle9i以后版本既支持关系数据库也支持对象数据库系统,数据模型,概念模型,三要素,基本概念,E-R图表示,三个世界,两类模型,实体,联系,属性,小 结,逻辑数据模型,层次模型,网状模型,关系模型,对象模型,作业,作业：P38:12，13,
