第02章数据模型.ppt

数据库原理与应用教程数据库原理与应用教程SQL Server第第2章章 数据模型数据模型1/25第第2章章 数据模型数据模型 客观事物是信息之源，是设计、建立数据库的客观事物是信息之源，是设计、建立数据库的出发点，也是使用数据库的最后归宿。计算机不出发点，也是使用数据库的最后归宿。计算机不能直接处理现实世界中的具体事物，所以人们必能直接处理现实世界中的具体事物，所以人们必须事先将具体事物转换成计算机能够处理的数据。须事先将具体事物转换成计算机能够处理的数据。在数据库系统的形式化结构中如何抽象、表示、在数据库系统的形式化结构中如何抽象、表示、处理现实世界中的信息和数据呢？这就是数据库处理现实世界中的信息和数据呢？这就是数据库的数据模型。的数据模型。本章主要介绍信息的三种世界、概念模型的基本章主要介绍信息的三种世界、概念模型的基本概念和本概念和E-R图的画法以及最常见的三种数据模图的画法以及最常见的三种数据模型。型。2第第2章章 数据模型数据模型2.1 信息的三种世界信息的三种世界 计算机信息处理的对象是现实生活中的客观事计算机信息处理的对象是现实生活中的客观事物，在对客观事物实施处理的过程中，首先要经物，在对客观事物实施处理的过程中，首先要经历了解、熟悉的过程，从观测中抽象出大量描述历了解、熟悉的过程，从观测中抽象出大量描述客观事物的信息，再对这些信息进行整理、分类客观事物的信息，再对这些信息进行整理、分类和规范，进而将规范化的信息数据化，最终由数和规范，进而将规范化的信息数据化，最终由数据库系统存储、处理。在这一过程中，涉及到三据库系统存储、处理。在这一过程中，涉及到三个层次，即现实世界、信息世界和机器世界，经个层次，即现实世界、信息世界和机器世界，经历了两次抽象和转换。历了两次抽象和转换。3第第2章章 数据模型数据模型2.1.1 现实世界现实世界 现实世界（现实世界（Real World）就是人们所能看到）就是人们所能看到的、接触到的世界，是存在于人脑之外的客观世的、接触到的世界，是存在于人脑之外的客观世界。现实世界当中的事物是客观存在的，事物与界。现实世界当中的事物是客观存在的，事物与事物之间的联系也是客观存在的。事物之间的联系也是客观存在的。现实世界就是存在于人脑之外的客观世界，客现实世界就是存在于人脑之外的客观世界，客观事物及其相互联系就处于现实世界中。客观事观事物及其相互联系就处于现实世界中。客观事物可以用对象和性质来描述。物可以用对象和性质来描述。4第第2章章 数据模型数据模型2.1.2 信息世界信息世界 信息世界就是现实世界在人们头脑中的反映，又信息世界就是现实世界在人们头脑中的反映，又称概念世界。客观事物在信息世界中称为实体，反称概念世界。客观事物在信息世界中称为实体，反映事物间联系的是实体模型或概念模型。现实世界映事物间联系的是实体模型或概念模型。现实世界是物质的，相对而言信息世界是抽象的。是物质的，相对而言信息世界是抽象的。2.1.3 数据世界数据世界 数据世界就是信息世界中的信息数据化后对应的数据世界就是信息世界中的信息数据化后对应的产物。现实世界中的客观事物及其联系，在数据世产物。现实世界中的客观事物及其联系，在数据世界中以数据模型描述。相对于信息世界，数据世界界中以数据模型描述。相对于信息世界，数据世界是量化的、物化的。是量化的、物化的。5第第2章章 数据模型数据模型2.2 概念模型概念模型 概念模型是现实世界的抽象反映，它表示实体类型及实概念模型是现实世界的抽象反映，它表示实体类型及实体间的联系，是独立于计算机系统的模型，是现实世界到体间的联系，是独立于计算机系统的模型，是现实世界到机器世界的一个中间层次。机器世界的一个中间层次。2.2.1 几个重要概念几个重要概念1.实体实体(Entity)客观存在并可以相互区分的事物叫实体。客观存在并可以相互区分的事物叫实体。2.属性属性(Attribute)属性是实体所具有的某些特性，通过属性对实体进行描属性是实体所具有的某些特性，通过属性对实体进行描述。实体是由属性组成的。述。实体是由属性组成的。6第第2章章 数据模型数据模型2.2 概念模型概念模型 概念模型是现实世界的抽象反映，它表示实体类型及实概念模型是现实世界的抽象反映，它表示实体类型及实体间的联系，是独立于计算机系统的模型，是现实世界到体间的联系，是独立于计算机系统的模型，是现实世界到机器世界的一个中间层次。机器世界的一个中间层次。2.2.1 几个重要概念几个重要概念1.实体实体(Entity)客观存在并可以相互区分的事物叫实体。客观存在并可以相互区分的事物叫实体。2.属性属性(Attribute)属性是实体所具有的某些特性，通过属性对实体进行描属性是实体所具有的某些特性，通过属性对实体进行描述。实体是由属性组成的。述。实体是由属性组成的。7第第2章章 数据模型数据模型2.2.1 几个重要概念几个重要概念3.码码(Key)一个实体往往有多个属性，这些属性之间是有关系的，一个实体往往有多个属性，这些属性之间是有关系的，它们构成该实体的属性集合。如果其中有一个属性或属性它们构成该实体的属性集合。如果其中有一个属性或属性集能够唯一标识整个属性集合，则称该属性或属性集为该集能够唯一标识整个属性集合，则称该属性或属性集为该实体的码。实体的码。4.实体型实体型(Entity Type)具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。用实具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。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。体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。例如，学生例如，学生(学号，姓名，性别，出生年份，系，入学时间学号，姓名，性别，出生年份，系，入学时间)就是一个实体型。就是一个实体型。5.实体集实体集(Entity Set)同型实体的集合称为实体集。例如，全体学生就是一个同型实体的集合称为实体集。例如，全体学生就是一个实体集。实体集。8第第2章章 数据模型数据模型2.2.1 几个重要概念几个重要概念6.联系联系(Relationship)：现实世界的事物之间是有联系现实世界的事物之间是有联系的，即各实体型之间是有联系的。的，即各实体型之间是有联系的。a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 A B(1)一对一联系一对一联系(1:1)对于实体集对于实体集A中的每一个实体，中的每一个实体，实体集实体集B中至多有一个实体与之中至多有一个实体与之对应，反之亦然，则称实体集对应，反之亦然，则称实体集A与实体集与实体集B具有一对一联系，记具有一对一联系，记为为1:1。例如，部门与经理之间。例如，部门与经理之间联系，学校与校长之间的联系等联系，学校与校长之间的联系等等就是一对一的联系。等就是一对一的联系。9第第2章章 数据模型数据模型6.联系联系(Relationship)(2)一对多联系一对多联系(1:M)对于实体集对于实体集A中的每一个实体，中的每一个实体，实体集实体集B中有多个实体与之对应；中有多个实体与之对应；反过来，对于实体集反过来，对于实体集B中的每一中的每一个实体，实体集个实体，实体集A中至多有一个中至多有一个实体与之对应，则称实体集实体与之对应，则称实体集A与与实体集实体集B具有一对多联系，记为具有一对多联系，记为1:M。例如，一个班可以有多。例如，一个班可以有多个学生，但一个学生只能属于一个学生，但一个学生只能属于一个班。班级与学生之间的联系就个班。班级与学生之间的联系就是一对多的联系。是一对多的联系。a1 a2 a3 b1 b2 b3 b4 b4 A B 10第第2章章 数据模型数据模型6.联系联系(Relationship)(3)多对多联系多对多联系(M:N)对于实体集对于实体集A中的每一个实体，中的每一个实体，实体集实体集B中有多个实体与之对应；中有多个实体与之对应；反过来，对于实体集反过来，对于实体集B中的每一中的每一个实体，实体集个实体，实体集A中也有多个实中也有多个实体与之对应，则称实体集体与之对应，则称实体集A与实与实体集体集B具有多对多联系，记为具有多对多联系，记为M:N，如图，如图2.3所示。例如，学所示。例如，学生在选课时，一个学生可以选多生在选课时，一个学生可以选多门课程，一门课程也可以被多个门课程，一门课程也可以被多个学生选，则学生和课程之间具有学生选，则学生和课程之间具有多对多联系。多对多联系。a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 b4 A B 11第第2章章 数据模型数据模型2.2.2 实体实体-联系模型联系模型 概念模型的表示方法很多，其中最为著名和概念模型的表示方法很多，其中最为著名和使用最为广泛的是使用最为广泛的是P.P.Chen 于于1976年提出的年提出的E-R(Entity-Relationship)模型。模型。E-R模型是直模型是直接从现实世界中抽象出实体类型及实体间的联接从现实世界中抽象出实体类型及实体间的联系，是对现实世界的一种抽象，它的主要成分系，是对现实世界的一种抽象，它的主要成分是实体、联系和属性。是实体、联系和属性。E-R模型的图形表示称模型的图形表示称为为E-R图。图。12第第2章章 数据模型数据模型2.2.2 实体实体-联系模型联系模型 E-R图通用的表示方式如下。图通用的表示方式如下。（1）用矩形表示实体，在框内写上实体名。）用矩形表示实体，在框内写上实体名。（2）用椭圆形表示实体的属性，并用无向边把实体和）用椭圆形表示实体的属性，并用无向边把实体和属性连接起来。属性连接起来。（3）用菱形表示实体间的联系，在菱形框内写上联系）用菱形表示实体间的联系，在菱形框内写上联系名，用无向边分别把菱形框与有关实体连接起来，在名，用无向边分别把菱形框与有关实体连接起来，在无向边旁注明联系的类型。无向边旁注明联系的类型。13第第2章章 数据模型数据模型2.2.2 实体实体-联系模型联系模型例如：学生实体和班级实体的联系的例如：学生实体和班级实体的联系的E-R图。图。学生学生班级班级属于属于学号学号姓名姓名性别出生日期班级班级名班级名班主任n114第第2章章 数据模型数据模型2.2.2 实体实体-联系模型联系模型例如：有一个高等学校信息数据库系统，包含学生、教师、例如：有一个高等学校信息数据库系统，包含学生、教师、专业、教科书和课程五个实体，实体联系的专业、教科书和课程五个实体，实体联系的E-R图。图。MN1N1NNMNM1N属于所属教科书专业订购课程开课教师学生教学选修专业名专业号学号姓名性别年龄职工号姓名性别民族课程号课程名学分成绩书号书名出版社15第第2章章 数据模型数据模型2.3数据模型数据模型 数据模型是对客观事物及联系的数据描述，是数据模型是对客观事物及联系的数据描述，是概念模型的数据化，即数据模型提供表示和组织数概念模型的数据化，即数据模型提供表示和组织数据的方法。一般地讲，数据模型是严格定义的概念据的方法。一般地讲，数据模型是严格定义的概念的集合，这些概念精确地描述系统的静态特性、动的集合，这些概念精确地描述系统的静态特性、动态特性和完整性约束条件。因此，数据模型通常由态特性和完整性约束条件。因此，数据模型通常由数据结构、数据操作和数据的完整性约束三部分组数据结构、数据操作和数据的完整性约束三部分组成。成。16第第2章章 数据模型数据模型2.3 数据模型数据模型 （1）数据结构）数据结构 数据结构是对计算机的数据组织方式和数据之间联系进行数据结构是对计算机的数据组织方式和数据之间联系进行框架性描述的集合，是对数据库静态特征的描述。框架性描述的集合，是对数据库静态特征的描述。（2）数据操作）数据操作 数据操作是指数据库中各记录允许执行的操作的集合，包数据操作是指数据库中各记录允许执行的操作的集合，包括操作方法及有关的操作规则等，例如插入、删除、修改、括操作方法及有关的操作规则等，例如插入、删除、修改、检索、更新等操作，是对数据库动态特征的描述。检索、更新等操作，是对数据库动态特征的描述。（3）数据的完整性约束）数据的完整性约束 数据的约束条件是关于数据状态和状态变化的一组完整性数据的约束条件是关于数据状态和状态变化的一组完整性约束规则的集合，以保证数据的正确性、有效性和一致性。约束规则的集合，以保证数据的正确性、有效性和一致性。17第第2章章 数据模型数据模型2.3.1层次模型层次模型 层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。层次模型用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系。每个结点表示一个记录类型，结点之间的连线表示记录类型每个结点表示一个记录类型，结点之间的连线表示记录类型间的联系，这种联系只能是父子联系。间的联系，这种联系只能是父子联系。学校学院1学院3学院2系1系2教研室1教研室2层次模型存在如下特点：层次模型存在如下特点：（1）只有一个结点没有双）只有一个结点没有双亲结点，称为根结点。亲结点，称为根结点。（2）根结点以外的其他结）根结点以外的其他结点有且只有一个双亲结点。点有且只有一个双亲结点。18第第2章章 数据模型数据模型2.3.1层次模型层次模型 层次数据模型的操纵主要有查询、插入、删除和更层次数据模型的操纵主要有查询、插入、删除和更新。进行插入、删除、更新操作时要满足层次模型的新。进行插入、删除、更新操作时要满足层次模型的完整性约束条件：完整性约束条件：（1）进行插入操作时，如果没有相应的双亲结点）进行插入操作时，如果没有相应的双亲结点值就不能插入子女结点值。值就不能插入子女结点值。（2）进行删除操作时，如果删除双亲结点值，则）进行删除操作时，如果删除双亲结点值，则相应的子女结点值也被同时删除。相应的子女结点值也被同时删除。（3）进行更新操作时，应更新所有相应记录，以）进行更新操作时，应更新所有相应记录，以保证数据的一致性。保证数据的一致性。19第第2章章 数据模型数据模型2.3.3网状模型网状模型 网状数据模型是一种比层次模型网状数据模型是一种比层次模型更具普遍性的结构，它去掉了层次更具普遍性的结构，它去掉了层次模型的两个限制，允许多个结点没模型的两个限制，允许多个结点没有双亲结点，也允许一个结点有多有双亲结点，也允许一个结点有多个双亲结点。因此，网状模型可以个双亲结点。因此，网状模型可以方便地表示各种类型的联系。网状方便地表示各种类型的联系。网状模型是一种较为通用的模型，从图模型是一种较为通用的模型，从图论的观点看，它是一个不加任何条论的观点看，它是一个不加任何条件的无向图。一般来说，层次模型件的无向图。一般来说，层次模型是网状模型的特殊形式，网状模型是网状模型的特殊形式，网状模型是层次模型的一般形式。是层次模型的一般形式。课程1课程2课程3学生2学生3学生4学生5学生120第第2章章 数据模型数据模型2.3.3网状模型网状模型 网状数据模型的操纵主要包括查询、插入、删除和更新网状数据模型的操纵主要包括查询、插入、删除和更新数据。进行插入、删除、更新操作时要满足网状模型的完数据。进行插入、删除、更新操作时要满足网状模型的完整性约束条件：整性约束条件：（1）插入操作允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值。）插入操作允许插入尚未确定双亲结点值的子女结点值。（2）删除操作允许只删除双亲结点值。）删除操作允许只删除双亲结点值。（3）更新操作只需要更新指定记录即可。）更新操作只需要更新指定记录即可。（4）查询操作可以有多种方法，可根据具体情况选用。）查询操作可以有多种方法，可根据具体情况选用。21第第2章章 数据模型数据模型2.3.3关系数据模型关系数据模型 用二维表格结构表示实体以及实体之间的联系用二维表格结构表示实体以及实体之间的联系的数据模型称为关系模型。关系模型在用户看来是的数据模型称为关系模型。关系模型在用户看来是一个二维表格，其概念单一，容易被初学者接受。一个二维表格，其概念单一，容易被初学者接受。关系模型以关系数学为理论基础。在关系模型中，关系模型以关系数学为理论基础。在关系模型中，操作的对象和操作结果都是二维表。操作的对象和操作结果都是二维表。22第第2章章 数据模型数据模型2.3.3关系数据模型关系数据模型1.关系关系一个关系就是一张二维表，每个关系都是一个关系名，在一个关系就是一张二维表，每个关系都是一个关系名，在计算机里，一个关系可以存储为一个文件。计算机里，一个关系可以存储为一个文件。2.元组元组二维表中的行称为元组，每一行是一个元组。元组对应存二维表中的行称为元组，每一行是一个元组。元组对应存储文件中的一个记录。储文件中的一个记录。3.属性属性二维表的列称为属性，每一列有一个属性名，属性值是属二维表的列称为属性，每一列有一个属性名，属性值是属性的具体值。属性对应存储文件中的一个字段，属性的具性的具体值。属性对应存储文件中的一个字段，属性的具体取值就形成表中的一个个元组。体取值就形成表中的一个个元组。4.域域域是属性的取值范围。域是属性的取值范围。23第第2章章 数据模型数据模型2.3.3关系数据模型关系数据模型5.关系模式关系模式对关系的信息结构及语义限制的描述称为关系模式，用关对关系的信息结构及语义限制的描述称为关系模式，用关系名和包含的属性名的集合表示。例如，职工信息表的关系名和包含的属性名的集合表示。例如，职工信息表的关系模式是：职工（职工号，姓名，性别，年龄，工资）。系模式是：职工（职工号，姓名，性别，年龄，工资）。6.关键字或码关键字或码在关系的属性中，能够用来唯一标识元组的属性（或属性在关系的属性中，能够用来唯一标识元组的属性（或属性组合）称为关键字或码组合）称为关键字或码(Key)。7.候选关键字或候选码候选关键字或候选码 如果在一个关系中，存在多个属性如果在一个关系中，存在多个属性(或属性组合或属性组合)都能用都能用来唯一标识该关系中的元组，这些属性来唯一标识该关系中的元组，这些属性(或属性组合或属性组合)都称都称为该关系的候选关键字或候选码，候选码可以有多个。为该关系的候选关键字或候选码，候选码可以有多个。24第第2章章 数据模型数据模型2.3.3关系数据模型关系数据模型8.主键或主码主键或主码 在一个关系的若干候选关键字中，被指定作为关键字的在一个关系的若干候选关键字中，被指定作为关键字的候选关键字称为该关系的主键或主码候选关键字称为该关系的主键或主码(Primary Key)，一般，一般，我们习惯选择号码作为一个关系的主码。我们习惯选择号码作为一个关系的主码。9.主属性和非主属性主属性和非主属性 在一个关系中，包含在任何候选关键字中的各个属性称在一个关系中，包含在任何候选关键字中的各个属性称为主属性；不包含在任一候选码中的属性称为非主属性。为主属性；不包含在任一候选码中的属性称为非主属性。例如，职工信息表中的职工号和姓名是主属性，而性别、例如，职工信息表中的职工号和姓名是主属性，而性别、年龄和工资是非主属性。年龄和工资是非主属性。10.外键或外码外键或外码一个关系的某个属性一个关系的某个属性(或属性组合或属性组合)不是该关系的主键或只不是该关系的主键或只是主键的一部分，却是另一个关系的主码，则称这样的属是主键的一部分，却是另一个关系的主码，则称这样的属性为该关系的外键或外码性为该关系的外键或外码(Foreign Key)。外码是表与表联。外码是表与表联系的纽带。系的纽带。25