數(shù)據(jù)庫第二章

第二章數(shù)據(jù)模型本章要點2.1數(shù)據(jù)建模的過程2.2概念模型2.3數(shù)據(jù)模型的組成要素2.4結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型2.5非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型2.1數(shù)據(jù)建模的過程數(shù)據(jù)模型（DataModel）是對現(xiàn)實世界中對象（事物）的數(shù)據(jù)抽象包含對象的數(shù)據(jù)特征和功能操作是信息系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建模應(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(jī)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型分成三類（三個抽象層次）：（1）概念模型

用某種語言或符號描述對象及其之間的聯(lián)系，如E-R圖，UML等獨立于計算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)便于數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員與用戶間交流（2）邏輯模型用嚴(yán)格的形式化定義描述對象及其之間的聯(lián)系，如關(guān)系模型面向具體的計算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)便于計算機(jī)實現(xiàn)（3）物理模型描述數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)，如存儲方式、索引結(jié)構(gòu)等面向具體的計算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)概念模型邏輯模型物理模型數(shù)據(jù)建模過程2.2概念模型概念模型是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的第一步是數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員和用戶之間進(jìn)行交流的載體好的概念模型應(yīng)簡單清晰，易于理解，語義表達(dá)全面2.2概念模型基本術(shù)語：實體，聯(lián)系，碼，…常用表示方法：E-R圖，UML類圖常用建模工具：Visio,PowerDesigner,MySQLWorkbench等

基本術(shù)語現(xiàn)實世界的信息是通過實體、屬性以及聯(lián)系等概念的劃分來認(rèn)識的。實體（Entity）

客觀存在并可相互區(qū)別的事物稱為實體，可以是具體的人、事、物或抽象的概念。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。

碼（Key）

唯一標(biāo)識實體的屬性（集）域（Domain）

屬性的取值范圍實體型（EntityType）具有相同屬性的實體必然具有共同的靜態(tài)特征，理解為類型。用實體名及其屬性名集合來描述。例如，銷售記錄中服裝編號，顧客編號，購買日期，數(shù)量等屬性構(gòu)成一個銷售記錄的實體型

實體集（EntitySet）具有相同特征的實體集合例如，所有銷售記錄就是一個實體集聯(lián)系（Relationship）

現(xiàn)實世界中事物內(nèi)部以及事物之間的聯(lián)系在信息世界中抽象為實體內(nèi)部的聯(lián)系和實體之間的聯(lián)系實體型間的聯(lián)系類型一對一聯(lián)系（1:1）一對多聯(lián)系（1:n）多對多聯(lián)系（m:n）兩個實體型間的一對一聯(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—班長

實體集A實體集B兩個實體型間的一對多聯(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與實體集B有一對多聯(lián)系，記為1:n實例

班級—學(xué)生服裝廠商—服裝

實體集A實體集B兩個實體型間的多對多聯(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

顧客—服裝學(xué)生—課程實體集A實體集B多個實體型間的一對多聯(lián)系若實體集E1，E2，...，En存在聯(lián)系，對于實體集Ej（j=1，2，...，i-1，i+1，...，n）中的給定實體，最多只和Ei中的一個實體相聯(lián)系，則我們說Ei與E1，E2，...，Ei-1，Ei+1，...，En之間的聯(lián)系是一對多的。實例

設(shè)有課程、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，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。課程選修教師1m參考書n多個實體型間的一對多聯(lián)系多個實體型間的多對多聯(lián)系網(wǎng)上商店供應(yīng)服裝mn供應(yīng)商p工程項目承擔(dān)機(jī)械工具mn施工隊p同一實體型內(nèi)的一對多聯(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，某一職工（干部）“領(lǐng)導(dǎo)”若干名職工，一個職工僅被另外一個職工直接領(lǐng)導(dǎo)，這是一對多的聯(lián)系同一實體型內(nèi)的一對一聯(lián)系同一實體型內(nèi)的多對多聯(lián)系職工領(lǐng)導(dǎo)1nPeterPin-ShanChen于1976年提出基本繪圖規(guī)則：實體型——用矩形表示屬性——用橢圓形表示碼——用下劃線表示服裝編號顏色型號品牌價格一種概念模型表示方法—E-R圖聯(lián)系——用菱形表示，同時標(biāo)注聯(lián)系的類型實體型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)系若聯(lián)系本身有自己的屬性，也用橢圓表示課程選修學(xué)生mn成績舉例—零件供應(yīng)系統(tǒng)E-R圖年齡職稱電話號電話號職工號庫存量項目號零件號負(fù)責(zé)人倉庫號供應(yīng)商號地址姓名賬號供應(yīng)量名稱描述規(guī)格預(yù)算面積姓名零件項目倉庫供應(yīng)商職工供應(yīng)庫存領(lǐng)導(dǎo)工作單價1nnnnmm1p數(shù)據(jù)建模工具采用數(shù)據(jù)建模工具將使數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程更簡單，數(shù)據(jù)模型描述更規(guī)范，并有助于后續(xù)處理（如生成SQL）。常用數(shù)據(jù)庫建模工具，如Visio,PowerDesigner等，大多采用圖形元素和參數(shù)設(shè)置相結(jié)合的方法來描述以下信息（但不局限于）：實體型的名稱、注解屬性的名稱、類型、長度、默認(rèn)值、強制條件碼（主碼），索引，唯一性約束聯(lián)系（外碼）的名稱、類型輕松掌握和運用數(shù)據(jù)建模技術(shù)的最好方法是，從小型工具開始，逐漸深入和提高。舉例—學(xué)生選課系統(tǒng)E-R圖（Visio）舉例—員工管理系統(tǒng)E-R圖（Visio）舉例—員工管理系統(tǒng)E-R圖（PowerDesigner）舉例—圖書借閱系統(tǒng)E-R圖（MySQLWorkbench）另一種概念模型表示方法—UML統(tǒng)一建模語言簡稱UML(UnifiedModelingLanguage)，是一種通用的建模語言，具有創(chuàng)建系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為等多種模型的能力。它包含用例圖、類圖、對象圖、狀態(tài)圖、序列圖、協(xié)作圖、活動圖、組件圖和展開圖等九種主要圖例。用例圖序列圖類圖——主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計兩個類間的關(guān)聯(lián)類的繼承參考附錄A—網(wǎng)上服裝銷售系統(tǒng)服裝，會員，訂單，倉庫，供應(yīng)商，…作業(yè)數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計連鎖超市管理系統(tǒng)（商店、職工、商品、客戶）校園社團(tuán)組織管理系統(tǒng)（社團(tuán)、學(xué)生、活動）醫(yī)院病患信息管理系統(tǒng)（病房、病床、病人、醫(yī)生）體育館運動器材管理系統(tǒng)（器材、供應(yīng)商、運動員、管理員）科技競賽信息管理系統(tǒng)（學(xué)生，團(tuán)隊，導(dǎo)師，競賽，項目）網(wǎng)上書店系統(tǒng)（圖書，出版社，客戶，購物籃）……分析系統(tǒng)需求，描述對象及其關(guān)系，畫出E-R圖！2.3數(shù)據(jù)模型的組成要素數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作數(shù)據(jù)的完整性約束數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)庫的組成對象以及對象之間的聯(lián)系。通常包含兩類：與對象的類型、內(nèi)容、性質(zhì)相關(guān)的（比如關(guān)系模型中的域、屬性、關(guān)系等）與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是刻畫一個數(shù)據(jù)模型性質(zhì)的最重要方面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對系統(tǒng)靜態(tài)特性的描述數(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)操作的類型查找更新（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)的約束條件數(shù)據(jù)模型對約束條件的定義反映和規(guī)定本數(shù)據(jù)模型必須遵守的基本的通用的完整性約束條件。例如在關(guān)系模型中，任何關(guān)系必須滿足實體完整性和參照完整性兩個條件。提供定義完整性約束條件的機(jī)制，以反映具體應(yīng)用所涉及的數(shù)據(jù)必須遵守的特定的語義約束條件。2.4結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型層次模型(HierarchicalModel)網(wǎng)狀模型(NetworkModel)關(guān)系模型(RelationalModel)面向?qū)ο竽Ｐ?ObjectOrientedModel）非關(guān)系模型層次模型按照層次結(jié)構(gòu)的形式組織數(shù)據(jù)，即用樹型結(jié)構(gòu)表示實體集與實體集之間的聯(lián)系，其中用結(jié)點表示實體集，結(jié)點之間聯(lián)系的基本方式是1:n。網(wǎng)狀模型用圖型結(jié)構(gòu)表示實體集與實體集之間的聯(lián)系，更具普遍性，可以方便地表示各種類型的聯(lián)系。關(guān)系模型美國IBM公司的研究員E.F.Codd于1970年提出關(guān)系模型，1981年為此獲得圖靈獎。關(guān)系模型是目前最重要的一種數(shù)據(jù)模型目前很多數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品都是基于關(guān)系模型的，如Oracle(甲骨文)、MicrosoftSQLServer、IBMDB2、Sybase、MySQL等。關(guān)系模型1.關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.關(guān)系模型的基本術(shù)語3.關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束4.關(guān)系模型的優(yōu)缺點關(guān)系模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系模型用二維表格表示實體集及其屬性設(shè)實體集R有屬性A1,

A2,…,An，實體集的型可用一個二維表的框架表示，表中每一元組表示實體集的值A(chǔ)1A2A3…Ana11…am1a12…am2a13…am3………a1n…amnA1A2A3…An

（a）關(guān)系R的型（b）關(guān)系R的值服裝編號品牌型號顏色價格W001佐丹奴YH287藍(lán)239W002佐丹奴JK946綠189W003李寧LI143紅499W004美津濃U7896紫699關(guān)系模型的基本概念關(guān)系（Relation）一個關(guān)系對應(yīng)一張二維表元組（Tuple）表中的一行即為一個元組屬性（Attribute）表中的一列即為一個屬性，給每一個屬性起一個名稱即屬性名域（Domain）屬性的取值范圍關(guān)系模型的基本概念碼（Key）

表中的某個屬性組，可唯一確定一個元組分量

元組中的一個屬性值關(guān)系模式

對關(guān)系的描述格式為：關(guān)系名（屬性1，屬性2，…，屬性n）例如，服裝（服裝編號，品牌，型號，顏色，價格）關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱與完整性約束關(guān)系模型的數(shù)據(jù)操縱主要包括：查詢、插入、刪除和修改。完整性約束：對數(shù)據(jù)庫操作必須滿足的條件關(guān)系的完整性約束條件主要包括：實體完整性、參照完整性和用戶自定義完整性關(guān)系模型的優(yōu)缺點優(yōu)點建立在堅實的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)上數(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，數(shù)據(jù)獨立性高缺點存取路徑對用戶透明導(dǎo)致查詢效率較低為提高性能，須進(jìn)行查詢優(yōu)化，DBMS開發(fā)難度大面向?qū)ο蟮哪Ｐ兔嫦驅(qū)ο髷?shù)據(jù)模型(ObjectOrientedDataModel–OODM)采用面向?qū)ο蠓椒?gòu)造出來的數(shù)據(jù)模型在面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型中，用面向?qū)ο蠓椒ㄖ械囊恍┗靖拍詈头椒▉肀硎救齻€組成部分：對象、方法、類的繼承與合成關(guān)系模型與OO模型的對應(yīng)關(guān)系關(guān)系模型OO模型表（元組）類（對象）KEYOID屬性屬性關(guān)系上的操作（增，刪，改，查詢）方法、消息完整性約束約束方法、消息ER模型類層次（OO模型）2.5非結(jié)構(gòu)化模型企業(yè)需要高效、安全的管理這些類型的數(shù)據(jù)：結(jié)構(gòu)化半結(jié)構(gòu)化非結(jié)構(gòu)化XMLPDF很多應(yīng)用中，文件和關(guān)系型數(shù)據(jù)相伴而生例如：文件管理系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)系統(tǒng)，CAD，圖像系統(tǒng)Images將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集中到