第四講數(shù)據(jù)模型課件

第四講數(shù)據(jù)模型第四講數(shù)據(jù)模型1本講內(nèi)容什么是數(shù)據(jù)模型常用的數(shù)據(jù)模型有哪些各數(shù)據(jù)模型之間的比較本講內(nèi)容什么是數(shù)據(jù)模型2數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫中用于抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息的工具。需要滿足三方面要求：一是能比較真實地模擬現(xiàn)實世界；二是容易為人所理解；三是便于在計算機上實現(xiàn)。機器世界DBMS支持的數(shù)據(jù)模型信息世界概念模型現(xiàn)實世界認識抽象數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫中用于抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)3數(shù)據(jù)模型的組成要求1、

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合。屬于系統(tǒng)靜態(tài)特性。2、

數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合。屬于系統(tǒng)動態(tài)特性。3、

數(shù)據(jù)約束條件是一組完整性規(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)系所具有的制約和依存規(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。數(shù)據(jù)模型的組成要求1、

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4概念模型概念模型實際上是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次?；靖拍顚嶓w（entity）：客觀存在，并可相互區(qū)別的事物。屬性（attribute）：實體的某一特性。碼（key）：唯一標(biāo)識實體的屬性集合。域（domain）：屬性的取值范圍。實體型（entitytype）：實體及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體。實體集（entityset）：同類實體的集合。聯(lián)系（relationship）：實體之間、實體內(nèi)部屬性間的聯(lián)系。如1:1、1:n、m:n等。概念模型概念模型實際上是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次。5概念模型表示方法E-R圖，P.P.S.Chen于1976年提出（entity-relationshipapproach）。實體型：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其一相應(yīng)的實體連接起來聯(lián)系：用菱形表示，菱形框人寫明聯(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:m，m:n等）概念模型表示方法E-R圖，P.P.S.Chen于1976年提6示例1一般的聯(lián)系班級班級-班長班長11班級組成學(xué)生1n1:1課程選修學(xué)生mn1:nm:n示例1一般的聯(lián)系班級班級-班長班長11班級組成學(xué)生1n1:7示例2特殊的聯(lián)系課程講授教師1m參考書n三個實體間的聯(lián)系職工經(jīng)理1n實體內(nèi)部的聯(lián)系示例2特殊的聯(lián)系課程講授教師1m參考書n三個實體間的聯(lián)系職8示例3E-R圖課程講授教師1m參考書n選修學(xué)生mn班級組成1n小組長n1成績示例3E-R圖課程講授教師1m參考書n選修學(xué)生mn班級組成9常用的數(shù)據(jù)模型層次模型（hierarchicalmodel）網(wǎng)狀模型（networkmodel）關(guān)系模型（relationalmodel）常用的數(shù)據(jù)模型層次模型（hierarchicalmodel10層次模型代表：IBM的IMS（InformationManagementSystem）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)只有一個結(jié)點無雙親，即為根結(jié)點（1:1）其他結(jié)點有且只有一個雙親結(jié)點（1:n）多對多（m:n）冗余結(jié)點法：m:n=1:m+1:n虛擬結(jié)點法：將冗余結(jié)點轉(zhuǎn)為虛擬結(jié)點，即指引元，指向替代的結(jié)點。其它非樹型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成樹型操縱與完整性約束沒有雙親結(jié)點值不能插入子女結(jié)點值刪除雙親結(jié)點值，相應(yīng)子女值也同時刪除冗余結(jié)點更新時，幾處同時更新存儲結(jié)構(gòu)鄰接法：層次樹前序鏈接法：用指引元反映數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)系優(yōu)缺點簡單；聯(lián)系固定；完整性良好。非層次表示笨拙；插入、刪除限制多；查詢子女通過雙親；層次命令趨于程序化。層次模型代表：IBM的IMS（InformationMan11示例用層次模型表示多對多E-R圖S→CC→SS→V.CC→V.SS#SNSSS-CC#CNmn學(xué)生S課程CS#SNSSC#CNC#CNS#SNSSS#SNSSC#CNV.CV.S示例用層次模型表示多對多E-R圖S→CC→SS→V.CC→12網(wǎng)狀模型典型代表是DBTG系統(tǒng)，也稱CODASYL系統(tǒng)。這是20世紀70年代數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言研究會CODASYL（ConferenceOnDataSystemLanguage）下屬的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組（DataBaseTaskGroup，簡稱DBTG）提出的一個系統(tǒng)方案數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有一個以上的結(jié)點無雙親；至少有一點結(jié)點，有多于一個的雙親；兩個結(jié)點之間可以有兩種或多種聯(lián)系。操縱與完整性約束

插入操作允許尚未確定雙親結(jié)點值的子女結(jié)點值；刪除操作允許只刪除雙親結(jié)點值。存儲結(jié)構(gòu)鏈接法：單向、雙向、環(huán)狀、向首引元陣列、二進制陣列、索引優(yōu)缺點更直接描述；性能良好、存取效率高。DDL復(fù)雜；獨立性差、指定存取路徑。網(wǎng)狀模型典型代表是DBTG系統(tǒng)，也稱CODASYL系統(tǒng)。這是13示例網(wǎng)狀模型表示多對多學(xué)號姓名年齡性別課程號課程名學(xué)號課程號成績學(xué)生（S）課程（C）學(xué)生－成績系（S－SC）課程－成績系（C－SC）成績（SC）示例網(wǎng)狀模型表示多對多學(xué)號姓名年齡性別課程號課程名學(xué)號課程14關(guān)系模型關(guān)系模型（relationalmodel）1970年E.F.Codd論文“大型共享系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫的關(guān)系模型”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)是二維表，由行和列組成。關(guān)系：二維表。元組：表中的一行。屬性：表中的一列。主碼（key）：屬性組（集），可以唯一確定一個元組。域（domain）：屬性的取值范圍。分量：元組中的一個屬性值。關(guān)系模式：對關(guān)系的描述。表示為：關(guān)系名（屬性1，屬性2，……屬性n）操縱與完整性約束集合操作（操作對象、操作結(jié)果都是關(guān)系（元組的集合））：查詢、插入、刪除、修改。實體完整性、參照完整性、用戶定義的完整性。存儲結(jié)構(gòu)實體、及實體之間的聯(lián)系用“表”表示，表以文件形式存儲優(yōu)缺點與非關(guān)系模型不同，它建立于嚴格的數(shù)學(xué)概念（關(guān)系代數(shù)）的基礎(chǔ)上的；關(guān)系模型的概念單一。無論實體還是實體間的聯(lián)系都用關(guān)系表示，對數(shù)據(jù)的檢索結(jié)果也是關(guān)系（即表）。故其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰，用戶易懂易用；關(guān)系模型的存取路徑對用戶透明，具有更高的數(shù)據(jù)獨立性，更好的安全保密性，也簡化了程序員的工作和數(shù)據(jù)庫開發(fā)建立的工作。

由于存取路徑對用戶透明，查詢效率不如非關(guān)系數(shù)據(jù)模型；為提高性能，須對用戶查詢請求進行優(yōu)化，從而增加了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的負擔(dān)。關(guān)系模型關(guān)系模型（relationalmodel）197015示例二維表學(xué)生登記表學(xué)號姓名性別系別年齡95001張三男CS2096010李四女IS1999100王五男MA17關(guān)系名列，屬性名，主碼行，元組域：如整數(shù)示例二維表學(xué)生登記表學(xué)號姓名性別系別年齡95001張三男C16小結(jié)數(shù)據(jù)模型是用計算機系統(tǒng)描述現(xiàn)實世界的方式，主要用于DBMS的實現(xiàn)。常用的數(shù)據(jù)模型包括層次模型、網(wǎng)狀模型和關(guān)系模型。目前大多數(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用關(guān)系模型。問題：是否可以用E-R圖來描述學(xué)院教學(xué)管理，嘗試用E-R圖來表述。小結(jié)數(shù)據(jù)模型是用計算機系統(tǒng)描述現(xiàn)實世界的方式，主要用于DBM17第四講數(shù)據(jù)模型第四講數(shù)據(jù)模型18本講內(nèi)容什么是數(shù)據(jù)模型常用的數(shù)據(jù)模型有哪些各數(shù)據(jù)模型之間的比較本講內(nèi)容什么是數(shù)據(jù)模型19數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫中用于抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息的工具。需要滿足三方面要求：一是能比較真實地模擬現(xiàn)實世界；二是容易為人所理解；三是便于在計算機上實現(xiàn)。機器世界DBMS支持的數(shù)據(jù)模型信息世界概念模型現(xiàn)實世界認識抽象數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫中用于抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)20數(shù)據(jù)模型的組成要求1、

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是所研究的對象類型的集合。屬于系統(tǒng)靜態(tài)特性。2、

數(shù)據(jù)操作是指對數(shù)據(jù)庫中各種對象（型）的實例（值）允許執(zhí)行的操作的集合。屬于系統(tǒng)動態(tài)特性。3、

數(shù)據(jù)約束條件是一組完整性規(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)系所具有的制約和依存規(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。數(shù)據(jù)模型的組成要求1、

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)21概念模型概念模型實際上是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次。基本概念實體（entity）：客觀存在，并可相互區(qū)別的事物。屬性（attribute）：實體的某一特性。碼（key）：唯一標(biāo)識實體的屬性集合。域（domain）：屬性的取值范圍。實體型（entitytype）：實體及其屬性名集合來抽象和刻畫同類實體。實體集（entityset）：同類實體的集合。聯(lián)系（relationship）：實體之間、實體內(nèi)部屬性間的聯(lián)系。如1:1、1:n、m:n等。概念模型概念模型實際上是現(xiàn)實世界到機器世界的一個中間層次。22概念模型表示方法E-R圖，P.P.S.Chen于1976年提出（entity-relationshipapproach）。實體型：用矩形表示，矩形框內(nèi)寫明實體屬性：用橢圓形表示，并用無向邊將其一相應(yīng)的實體連接起來聯(lián)系：用菱形表示，菱形框人寫明聯(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:m，m:n等）概念模型表示方法E-R圖，P.P.S.Chen于1976年提23示例1一般的聯(lián)系班級班級-班長班長11班級組成學(xué)生1n1:1課程選修學(xué)生mn1:nm:n示例1一般的聯(lián)系班級班級-班長班長11班級組成學(xué)生1n1:24示例2特殊的聯(lián)系課程講授教師1m參考書n三個實體間的聯(lián)系職工經(jīng)理1n實體內(nèi)部的聯(lián)系示例2特殊的聯(lián)系課程講授教師1m參考書n三個實體間的聯(lián)系職25示例3E-R圖課程講授教師1m參考書n選修學(xué)生mn班級組成1n小組長n1成績示例3E-R圖課程講授教師1m參考書n選修學(xué)生mn班級組成26常用的數(shù)據(jù)模型層次模型（hierarchicalmodel）網(wǎng)狀模型（networkmodel）關(guān)系模型（relationalmodel）常用的數(shù)據(jù)模型層次模型（hierarchicalmodel27層次模型代表：IBM的IMS（InformationManagementSystem）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)只有一個結(jié)點無雙親，即為根結(jié)點（1:1）其他結(jié)點有且只有一個雙親結(jié)點（1:n）多對多（m:n）冗余結(jié)點法：m:n=1:m+1:n虛擬結(jié)點法：將冗余結(jié)點轉(zhuǎn)為虛擬結(jié)點，即指引元，指向替代的結(jié)點。其它非樹型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成樹型操縱與完整性約束沒有雙親結(jié)點值不能插入子女結(jié)點值刪除雙親結(jié)點值，相應(yīng)子女值也同時刪除冗余結(jié)點更新時，幾處同時更新存儲結(jié)構(gòu)鄰接法：層次樹前序鏈接法：用指引元反映數(shù)據(jù)之間的層次聯(lián)系優(yōu)缺點簡單；聯(lián)系固定；完整性良好。非層次表示笨拙；插入、刪除限制多；查詢子女通過雙親；層次命令趨于程序化。層次模型代表：IBM的IMS（InformationMan28示例用層次模型表示多對多E-R圖S→CC→SS→V.CC→V.SS#SNSSS-CC#CNmn學(xué)生S課程CS#SNSSC#CNC#CNS#SNSSS#SNSSC#CNV.CV.S示例用層次模型表示多對多E-R圖S→CC→SS→V.CC→29網(wǎng)狀模型典型代表是DBTG系統(tǒng)，也稱CODASYL系統(tǒng)。這是20世紀70年代數(shù)據(jù)系統(tǒng)語言研究會CODASYL（ConferenceOnDataSystemLanguage）下屬的數(shù)據(jù)庫任務(wù)組（DataBaseTaskGroup，簡稱DBTG）提出的一個系統(tǒng)方案數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以有一個以上的結(jié)點無雙親；至少有一點結(jié)點，有多于一個的雙親；兩個結(jié)點之間可以有兩種或多種聯(lián)系。操縱與完整性約束

插入操作允許尚未確定雙親結(jié)點值的子女結(jié)點值；刪除操作允許只刪除雙親結(jié)點值。存儲結(jié)構(gòu)鏈接法：單向、雙向、環(huán)狀、向首引元陣列、二進制陣列、索引優(yōu)缺點更直接描述；性能良好、存取效率高。DDL復(fù)雜；獨立性差、指定存取路徑。網(wǎng)狀模型典型代表是DBTG系統(tǒng)，也稱CODASYL系統(tǒng)。這是30示例網(wǎng)狀模型表示多對多學(xué)號姓名年齡性別課程號課程名學(xué)號課程號成績學(xué)生（S）課程（C）學(xué)生－成績系（S－SC）課程－成績系（C－SC）成績（SC）示例網(wǎng)狀模型表示多對多學(xué)號姓名年齡性別課程號課程名學(xué)號課程31關(guān)系模型關(guān)系模型（relationalmodel）1970年E.F.Codd論文“大型共享系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫的關(guān)系模型”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)是二維表，由行和列組成。關(guān)系：二維表。元組：表中的一行。屬性：表中的一列。主碼（key）：屬性組（集），可以唯一確定一個元組。域（domain）：屬性的取值范圍。分量：元組中的一個屬性值。關(guān)系模式：對關(guān)系的描述。表示為：關(guān)系名（屬性1，屬性2，……屬性n）操縱與完整性約束集合操作