第二章数据模型.

数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）第2章数据模型2.2数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）本章要点数据模型的概念信息的抽象过程数据模型的分类数据模型的组成要素层次模型网状模型关系模型面向对象模型2.3数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）数据模型概念数据模型指对现实世界中客观事物及其联系的数据描述，是能表示实体类型与实体间联系的模型，具有描述数据与数据联系两方面的功能。数据模型是对现实世界数据特征的模拟和抽象。数据模型应该满足三个方面的要求：比较真实地模拟现实世界；容易为人所理解；便于计算机处理.2.4数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）数据模型的分类根据模型应用的不同目的分为:概念模型（信息模型）逻辑模型和物理模型（数据模型）2.5数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）数据模型的分类概念模型（信息模型）按用户观点对数据进行建模，强调语义表达功能独立于计算机系统和DBMS主要用于数据库的概念设计逻辑模型逻辑模型：层次、网状、关系模型，是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于DBMS的实现。有严格的形式化定义（层次、网状和关系模型），以便于在计算机系统中实现物理模型物理模型：对数据最底层的抽象，是面向计算机系统的。物理模型的具体实现是DBMS的任务，用户一般不必考虑物理级的细节。2.6数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.1信息抽象过程现实世界概念（数据）模型信息世界（逻辑）数据模型机器世界认识抽象转换信息的抽象过程实际上涉及到信息的三种不同世界：现实世界、信息世界和机器世界。按照不同的应用目的可以把数据模型划分为概念（数据）模型和（逻辑）数据模型。如E-R模型如关系模型、层次模型、网状模型、面向对象模型事物2.7数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）从现实世界到概念模型的转换由数据库设计人员完成的。从概念模型到逻辑模型的转换可以由数据库设计人员完成，也可以用数据库设计工具协助设计人员完成。从逻辑模型到物理模型的转换是由DBMS自动完成的。2.1信息抽象过程2.8数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）（1）现实世界现实世界是指客观存在的事物及其联系，现实世界有个体和总体等概念。个体：一个客观存在的可识别事物。个体特征：每个个体都有一些区别于其他个体的特征。例如一本书的特征可以有：书名，作者，价格，出版社，页数等。总体：所有同类个体的集合成为总体。例如：所有的“书”就是一个总体。事物联系：同类个体之间或不同类个体的关系。2.1信息抽象过程2.9数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.1信息抽象过程（2）信息世界信息世界是指现实世界事物在人脑中的抽象反映。信息世界中的基本概念(1)实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。可以是具体的人、事、物或抽象的概念。(2)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。(3)码（Key）唯一标识实体的属性集称为码。2.10数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.1信息抽象过程（2）信息世界信息世界中的基本概念(4)域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域。(5)实体型（EntityType）用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体。(6)实体集（EntitySet）同型实体的集合称为实体集2.11数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.1信息抽象过程（2）信息世界信息世界中的基本概念(7)联系（Relationship）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内部的联系和实体之间的联系实体型间联系两个实体型一对一联系（1:1）三个实体型一对多联系（1:n）一个实体型多对多联系（m:n）2.12数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）（3）机器世界信息世界中的信息经过数字化处理形成计算机能够处理的数据，就进入了机器世界，机器世界也叫计算机世界或数字世界。数据项：对应实体属性的数据单位，又称为字段。通常和属性同名。记录：数据项的有序集合称为记录。可用一个记录描述一个实体。文件：同一类记录的汇集称为文件，文件是描述实体集的。关键字：能够惟一标识文件中每个记录的数据项或数据项组合。又叫关键码，简称键。它与实体标识符概念相对应。2.1信息抽象过程2.13数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.1信息抽象过程不同世界术语的对应关系现实世界概念模型数据模型信息世界机器世界认识抽象数据化个体个体特征总体实体属性实体集记录字段文件实体标识符关键字2.14数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）（3）机器世界信息世界中的信息经过数字化处理形成计算机能够处理的数据，就进入了机器世界，机器世界也叫计算机世界或数字世界。数据项：对应实体属性的数据单位，又称为字段。通常和属性同名。记录：数据项的有序集合称为记录。可用一个记录描述一个实体。文件：同一类记录的汇集称为文件，文件是描述实体集的。关键字：能够惟一标识文件中每个记录的数据项或数据项组合。又叫关键码，简称键。它与实体标识符概念相对应。2.1信息抽象过程2.15数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.2数据模型的组成要素数据模型：现实世界数据特征的抽象。数据库不仅要反映数据本身的内容，而且要反映数据之间的联系。由于计算机不可能直接处理现实世界中的事物，所以人们必须事先把具体事物转换成计算机能够处理的数据（数字化）。数据库中采用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。现有的数据库系统都是基于某种数据模型的。2.16数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.2数据模型的组成要素数据结构（静态特性）数据库的组成对象以及对象之间联系的描述数据操作（动态特性）对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作的集合数据的完整性约束数据模型要满足的约束条件（数据模型是严格定义的一组概念，即完整性规则的集合，描述了系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件，以保证数据的正确、有效和相容）2.17数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.2.1数据结构数据结构描述数据库的组成对象以及对象之间的联系。描述的主要内容有两类：与对象的类型、内容、性质有关的如关系模型中的域、属性、关系等；网状模型中的数据项、记录等。与对象之间联系有关的如网状模型中的系型。在数据库系统中，按照其数据结构的类型来命名数据模型。数据结构是对系统静态特性的描述。2.18数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.2.2数据操作数据操作：对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作集合及有关的操作规则。数据操作的类型：检索、更新（包括插入、删除、修改）。数据模型对操作的定义：操作的确切含义、操作符号、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。2.19数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.2.3完整性约束完整性约束条件是一组完整性规则。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。数据模型应反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。数据模型还应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。2.20数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.3概念数据模型概念数据模型简称为概念模型，也称为信息模型，是用户和数据库设计人员之间进行交流的语言和工具。信息模型中比较著名的是实体联系模型（EntityRelationshipmodel），简称ER模型。ER模型是P.P.Chen于1976年提出的，通过ER图表示实体及其联系。ER图有四个基本成分：（1）矩形框——表示实体型；（2）菱形框——表示联系型；（3）椭圆形框——表示实体型或联系型的属性；（4）直线——用来连接上述三种图框。做图时，把相应的命名记入框中；对组成关键字的属性，标记下划线；在菱形框的引出线上要标上联系的方式（如1:N等）。2.21数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.3概念数据模型建立ER图过程：（1）确定实体型（2）确定联系型（3）对实体型和联系型用连线组合（4）确定实体型和联系型的属性，确定并标记键。1.两个不同实体型之间的联系例1.1分别画出学校与教师联系、学生与课程联系的ER图。2.22数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）１学校聘任学校名校址校长年薪教工号姓名专长教师（１）学校与教师联系的ER图学生Ｎ课程选修必修ＭＮＯＰ学号姓名年龄课程号课程名学分（2）学生与课程联系的ER图性别成绩成绩2.23数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）ＯＮＭＰ2.3概念数据模型2.多个不同实体型之间的联系例1.2假设厂家供应零件，仓库负责采购并管理零件的入库、出库，多个工程项目所需的零件在仓库领取。画出仓库管理的ER图。工程项目厂家零件采购需求有三个实体型：工程项目（项目号，项目名，负责人）零件（零件号，零件名，单价，重量）厂家（编号，厂名，厂址）有两个联系型：需求（需求量）采购（购进数）2.24数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）ＮＳＭ2.3概念数据模型３.多个不同实体型之间的多元联系例1.３假设厂家供应零件，仓库负责采购并管理零件的入库、出库，多个工程项目所需的零件在仓库领取，且某个工程项目指定购买某个厂家的零件。画出仓库管理的ER图。工程项目厂家零件需求及采购有三个实体型：工程项目（项目号，项目名，负责人）零件（零件号，零件名，单价，重量）厂家（编号，厂名，厂址）有一个联系型：需求采购（需求量，采购量）2.25数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）１2.3概念数据模型4.两个不同实体型之间的多种联系例1.4假设一个工程队承担若干项目，每个项目由一个职工负责，其他职工可以自由参加项目。请画出工程队的ER图。职工工程参加负责ＭＮＮ有两个实体型：职工（职工号，姓名，年龄，性别）工程（工程号，工程名，工程单位）有两个联系型：参加（业务奖金）负责（业务奖金）2.26数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.3概念数据模型5.同一实体型内各实体间的联系例1.5假设实体型是“女性公民”，联系型是母女。请画出ER图。假设实例型是“零件”，联系型的“组成”。请划出其ER图。女性公民母女1N零件组成MN2.27数据库系统原理李瑞改（[e-mail]）2.4结构数据模型（简称数据模型）结构数据模型直接面向数据库的逻辑结构，是对现实世界的第二层抽象，所以也称逻辑数据模型。数据库的组成：数据结构规定了数据模型的静态特性，刻画数据模型性质最重要的方面。数据操作主要包括数据查询和数据更新，规定了数据模型的动态特性。数据的约束条件（也称数据的完整性约束）是一组完整性规则的集合，用以限定相容的数据库状态的集合和可容许的改变，以保证数据库中数据的正确性、有效性和相容性。数据结构、数据操作和数据的约束条件（完整