數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用 課件 第2章 數(shù)據(jù)模型

DatabaseTechnology&Applications數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用數(shù)據(jù)模型概述如何描述數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型（DataModel）模型是人們依據(jù)特定目的，在一定的假設(shè)條件下，對現(xiàn)實世界中某些對象若干特征的抽象和模擬。數(shù)據(jù)模型是對現(xiàn)實世界的抽象和模擬。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上實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型指一切能被計算機存儲和處理、反映客觀實體信息的物理符號。數(shù)據(jù)對現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)對象特征的抽象。數(shù)據(jù)模型建模數(shù)據(jù)模型的作用數(shù)據(jù)模型設(shè)計師程序員普通用戶概念數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型的組成數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完整性約束數(shù)據(jù)操作描述系統(tǒng)的靜態(tài)特性：數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)、數(shù)據(jù)間聯(lián)系描述系統(tǒng)的動態(tài)特性：如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)數(shù)據(jù)間的語法、詞義聯(lián)系、它們之間的制約和依存關(guān)系，以及數(shù)據(jù)動態(tài)變化的規(guī)則信息世界的相關(guān)術(shù)語現(xiàn)實世界現(xiàn)實世界中客觀存在并可相互區(qū)分的事物稱為實體（Entity）實體所具有的特征稱為屬性（Attribute）用實體名及其屬性名集合來抽象刻畫的同類實體稱為實體型（EntityType）同型實體的集合稱為實體集（EntitySet）在實體所有的屬性中，能唯一區(qū)分每一個實體的最小的屬性集合稱為實體標識符（Identifier）信息世界三個世界中各術(shù)語的對應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)聯(lián)系實體內(nèi)部聯(lián)系實體間的聯(lián)系1:11:NM:N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21N1:N聯(lián)系實體型1

聯(lián)系名實體型2MNM:N聯(lián)系數(shù)據(jù)聯(lián)系實體型1

聯(lián)系名實體型2111:1聯(lián)系一對一聯(lián)系(One-to-oneRelationship)有兩個類型不同的實體集E1和E2，如果E1中的每個實體最多和E2中的一個實體有聯(lián)系；反之，E2中的每個實體也是最多和E1中的一個實體有聯(lián)系，則稱E1和E2的聯(lián)系是一對一聯(lián)系，簡記為1:1聯(lián)系。如：“班”和“正班長”之間的聯(lián)系是1:1聯(lián)系。一對多聯(lián)系(One-to-manyRelationship)有兩個類型不同的實體集E1和E2，如果E1中的每個實體與E2中的任意個（包括零個）實體有聯(lián)系，但E2中的每個實體最多和E1中的一個實體有聯(lián)系，則稱E1和E2的聯(lián)系是一對多聯(lián)系，簡記為1:N聯(lián)系。如：“母親”和“孩子”之間的聯(lián)系是1:N聯(lián)系。實體型1

聯(lián)系名實體型21N1:N聯(lián)系多對多聯(lián)系(Many-to-manyRelationship)有兩個類型不同的實體集E1和E2，如果E1中的每個實體與E2中的任意個（包括零個）實體有聯(lián)系，反之，E2中的每個實體也是和E1中的任意個實體（包括零個）有聯(lián)系，則稱E1和E2的聯(lián)系是多對多聯(lián)系，簡記為M:N聯(lián)系。如：“學(xué)生”和“課程”之間的聯(lián)系是M:N聯(lián)系。實體型1

聯(lián)系名實體型2MNM:N聯(lián)系概念數(shù)據(jù)模型實體聯(lián)系模型及ER圖

實體聯(lián)系模型簡稱ER模型，ER模型通過ER圖來表示實體及其聯(lián)系。ER圖有四個基本成分：矩形框：表示實體型菱形框：表示聯(lián)系型橢圓形框：表示實體型或聯(lián)系型的屬性直線：用來連接上述三種圖框選課管理ER圖課程學(xué)生選修成績MN課程號課程名學(xué)時學(xué)分身份證號姓名性別學(xué)號班級生日建立ER圖的過程畫實體型用矩形框畫出實體型用橢圓框畫出實體屬性用直線把實體型和屬性連接起來在實體標識符屬性底下畫下劃線畫聯(lián)系型用菱形框畫出實體間的聯(lián)系型用直線把聯(lián)系型和相關(guān)實體型連接起來用橢圓框畫出聯(lián)系屬性（如有）在直線上標記聯(lián)系類型【例2.1】選課管理E-R圖課程學(xué)生選修成績MN課程號課程名學(xué)時學(xué)分身份證號姓名性別學(xué)號班級生日E-R模型設(shè)計常見問題兩個不同實體型之間的聯(lián)系（二元聯(lián)系）多個不同實體型之間的聯(lián)系兩個不同實體型之間的多種聯(lián)系同一實體型內(nèi)各實體之間的聯(lián)系弱實體問題泛化（Generalization）多值屬性問題派生屬性問題用實體型還是用聯(lián)系型聯(lián)系型屬性的布局問題兩個不同實體型之間的聯(lián)系（二元聯(lián)系）兩個不同實體型之間的聯(lián)系（二元聯(lián)系）多個不同實體型之間的聯(lián)系（二元聯(lián)系）多個不同實體型之間的聯(lián)系（多元聯(lián)系）兩個不同實體型之間的多種聯(lián)系同一實體型內(nèi)各實體之間的聯(lián)系弱實體問題依賴于另一實體而存在的實體稱為弱實體。不依賴于任何實體而存在的實體稱為強實體。弱實體與其依賴的強實體之間的聯(lián)系稱為強聯(lián)系。如果一個實體與另一個實體之間不存在依賴關(guān)系，它們之間的聯(lián)系稱為弱聯(lián)系。泛化（Generalization）泛化關(guān)系是指抽取多個實體型的共同屬性作為超類實體型。泛化關(guān)系中的低層次實體型為子類實體型，它對超類實體型中的屬性進行了繼承與添加。重疊性約束表示各個子類實體型之間是否是排他的。若為排他的則用字母“d”標識，否則用“o”標識（o表示overlap）。完備性約束表示所有子類實體型在當前系統(tǒng)中是否能完全覆蓋超類實體型。若能完全覆蓋則在超類實體型與圓圈之間用雙線標識。多值屬性問題只能有一個取值的屬性稱為單值屬性，如性別。能同時有多個取值的屬性稱為多值屬性，如電話號碼。不能再一步劃分出屬性的屬性稱為簡單屬性，如性別?？梢赃M一步劃分出屬性的屬性稱為復(fù)合屬性，如地址。派生屬性問題能由其他屬性計算或推導(dǎo)出值的屬性稱為派生屬性。用實體型還是用聯(lián)系型若屬性A和B被訪問的頻率相差很大的時候，采用圖(b)的ER圖結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，把“貸款”作為實體型來處理，將申請貸款和提供貸款的屬性分開，這樣會更節(jié)省空間，提高訪問的效率。聯(lián)系型屬性的布局問題若聯(lián)系型為1:1聯(lián)系時，聯(lián)系型的屬性既可以畫在聯(lián)系型上，也可以畫在參與該聯(lián)系的任意一個實體型中，作為實體型的屬性畫出。聯(lián)系型屬性的布局問題若聯(lián)系型為1:1聯(lián)系時，聯(lián)系型的屬性既可以畫在聯(lián)系型上，也可畫在參與該聯(lián)系的任意一個實體型中，作為實體型的屬性畫出。聯(lián)系型屬性的布局問題若聯(lián)系型為1:N聯(lián)系時，聯(lián)系型的屬性既可以畫在聯(lián)系型上，也可畫在參與該聯(lián)系的N方對應(yīng)的實體型上，作為實體型的屬性畫出。聯(lián)系型屬性的布局問題若聯(lián)系型為1:N聯(lián)系時，聯(lián)系型的屬性既可以畫在聯(lián)系型上，也可畫在參與該聯(lián)系的N方對應(yīng)的實體型上，作為實體型的屬性畫出。E-R模型的優(yōu)點與缺陷能表示的數(shù)據(jù)約束很有限表示實體內(nèi)部屬性之間的關(guān)系的能力有限對信息內(nèi)容的表示不全面沒有對應(yīng)的數(shù)據(jù)操作語言x能捕獲現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)需求將概念格外簡單化、形式化地表示出來√邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型——能夠在計算機中真正實現(xiàn)的模型邏輯數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)操作完整性約束阿波羅計劃的數(shù)據(jù)管理飛船有200萬個零部件ROCKWELL基于文件的零部件管理系統(tǒng)18盤磁帶60%冗余GUAM通用更新訪問方法GUAM通用更新訪問方法IMSIMS基于樹的層次模型樹有且僅有一個結(jié)點沒有父親結(jié)點，這個結(jié)點稱為根。如：A。樹除根以外的其他結(jié)點有且只有一個父親結(jié)點。除了根結(jié)點外，每個子女結(jié)點可以分為多個不相交的子樹；沒有子女結(jié)點的結(jié)點稱為葉子結(jié)點。如：D、E、F。層次模型用一棵倒立的“有向樹”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示各類實體以及實體間的聯(lián)系。在樹中，每個結(jié)點表示一個記錄類型，結(jié)點間的連線表示記錄類型間的關(guān)系。學(xué)生層次模型實例層次模型的完整性約束條件進行插入操作時，如果沒有相應(yīng)的父親結(jié)點值就不能插入它的子女結(jié)點值。進行刪除操作時，如果刪除父親結(jié)點值，則相應(yīng)的子女結(jié)點值也被同時刪除。進行更新操作時，應(yīng)更新所有相應(yīng)記錄，以保證數(shù)據(jù)的一致性。如果新調(diào)入一名學(xué)生，但尚未分配到某個班，這時就不能將新學(xué)生插入到數(shù)據(jù)庫中。如果刪除了21軟件工程3班，則該班所有學(xué)生的數(shù)據(jù)將全部丟失。層次模型的優(yōu)點與缺陷表示的局限性實現(xiàn)復(fù)雜缺乏結(jié)構(gòu)獨立性應(yīng)用程序編寫復(fù)雜缺乏標準x數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡單清晰查詢效率高提供了良好的完整性支持數(shù)據(jù)共享具有數(shù)據(jù)安全保障√DBTG體系結(jié)構(gòu)CharlesW.Bachman基于圖的網(wǎng)狀模型在這個有向圖中，每個結(jié)點表示一個記錄型（實體型），每個記錄型可包含若干個字段（實體型的屬性），結(jié)點間的連線表示記錄型（實體型）間的父子關(guān)系。網(wǎng)狀模型中允許有一個以上的結(jié)點無父親結(jié)點。如：A和B。網(wǎng)狀模型中至少有一個結(jié)點可以有多于一個父親結(jié)點。如：C和D。學(xué)生所屬組織網(wǎng)狀模型實例網(wǎng)狀模型轉(zhuǎn)化為系類型兩個或兩個以上的記錄類型之間聯(lián)系稱為系類型。一個系類型就是一棵二級樹。在一個系類型中，有一個記錄類型處于主導(dǎo)地位，稱為系主記錄類型，其它記錄類型稱為成員記錄類型。系主和成員之間的聯(lián)系是一對多的聯(lián)系。網(wǎng)狀模型的完整性約束條件進行插入操作時，允許插入尚未確定父親結(jié)點的子女結(jié)點。進行刪除操作時，允許只刪除父親結(jié)點。進行更新操作時，只需更新指定記錄即可?？刹迦胍恍﹦倎韴蟮降€未分配到班的學(xué)生，也可增加一名尚未參加社團的新同學(xué)。一個社團解散了，可只刪除社團結(jié)點，而該社團所有學(xué)生的信息仍保留在數(shù)據(jù)庫中。網(wǎng)狀模型的優(yōu)點與缺陷網(wǎng)狀模型的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜應(yīng)用程序在訪問數(shù)據(jù)時要指定存取路徑，從而導(dǎo)致網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)獨立性較差x更為直接地描述客觀世界中實體間的復(fù)雜聯(lián)系結(jié)點間的聯(lián)系簡單，數(shù)據(jù)訪問靈活，存取效率較高有對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫行業(yè)標準√基于二維表的關(guān)系模型EdgarFrankCodd在關(guān)系數(shù)據(jù)模型中，無論是實體還是實體與實體間的聯(lián)系均用關(guān)系（Relation）來表示。每個關(guān)系的是一個規(guī)范化的二維表。在這個二維表中，每一行稱為元組；每一列是一個屬性，也稱為字段。關(guān)系中元組的一個屬性值稱為分量。關(guān)系模型的完整性約束條件實體完整性參照完整性用戶自定義的完整性關(guān)系模型的優(yōu)點與缺陷復(fù)合屬性往往需要拆分成若干個簡單屬性，會割裂了數(shù)據(jù)間的層次關(guān)系不能表示變長的屬性用戶設(shè)計和使用的門檻低，有可能助長一些拙劣的數(shù)據(jù)庫設(shè)計和實現(xiàn)對系統(tǒng)性能提出了更高的要求x有較強的數(shù)學(xué)理論根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、清晰關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言是非過程化的，大大降低了用戶編程的難度，同時提高了數(shù)據(jù)獨立性數(shù)據(jù)操作是面向集合的操作，提高了數(shù)據(jù)訪問的便利程度√面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型對象（Object）表示現(xiàn)實世界中的實體。每個對象包含一組屬性和一組方法。屬性用來描述對象的狀態(tài)、組成和特性，是對象的靜態(tài)特征，如學(xué)生的姓名、性別等。方法是用來改變對象一個或多個屬性的值的操作（通常使用函數(shù)過程實現(xiàn)），是對象的動態(tài)特征。在對象狀態(tài)上操作的方法集稱為對象的行為。具有相同的屬性集和方法集的所有對象的集合稱為類（Class）。類允許嵌套結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的類稱為超類，新子類是從現(xiàn)有類派生出來的，稱為派生類。子類繼承了超類上定義的全部屬性和方法，從而實現(xiàn)軟件的可重用性。同時，子類本身還可包含其他的屬性和方法。通過繼承構(gòu)造了子類后，還可以為每個子類指定其獨特的表現(xiàn)行為，這稱為多態(tài)。繼承體現(xiàn)了這些對象的共性，而多態(tài)則可體現(xiàn)每個對象的個性。面向?qū)ο竽Ｐ偷膬?yōu)點與缺陷沒有準確的定義維護困難不適合所有應(yīng)用x適合處理各種各樣的數(shù)據(jù)類型提高開發(fā)效率改善數(shù)據(jù)訪問√邏輯數(shù)據(jù)模