数据库系统完整版课件全套ppt教学教程电子教案讲义最全(最新.ppt

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1、江南大学2015关于本课程关于本课程 对本课程的一点认识对本课程的一点认识江南大学2015第第1 1章章 绪论绪论 本章要点本章要点 本章从数据库基本概念与知识出发，依次介绍了数据库系统的特点、数据模型的三要素及其常见数据模型、数据库系统的内部体系结构等重要概念与知识。本章的另一重点是围绕数据库管理系统（DataBase ManagementSystem，DBMS）介绍其功能、组成与操作，还介绍了数据库技术的研究点及其发展变化情况。江南大学2015本章目录本章目录1.1 1.1 数据库系统概述数据库系统概述1.2 1.2 数据模型数据模型1.3 1.3 数据库系统结构数据库系统结构1.4 1.

2、4 数据库系统的组成数据库系统的组成1.5 1.5 数据库技术的研究领域及其发展数据库技术的研究领域及其发展*1.6 1.6 小结小结习习 题题江南大学20151.1 数据库系统概述数据库系统概述1.1.1数据，数据库，数据库管理系统，数据库系统1.1.2数据管理技术的产生和发展1.1.3数据库系统的特点返回本章首页江南大学20151.1.1数据，数据库，数据库管理系统，数据库系统数据数据库数据库管理系统数据库系统返回本节首页江南大学2015定义定义数据是用来记录信息的可识别的符号，是信息的具体表现形式。表现形式表现形式数据是数据库中存储的基本对象。按广义的理解来说，数据的种类有很多，如文字、

3、图像、音频、视频、语言等等都可以转化为计算机可以识别的标识，可以以数字化后的二进制形式存入计算机。在日常生活中人们可以对事务直接用自然语言描述。在计算机中存储和处理时，就要抽出对这些事物感兴趣的特征组成一个记录来描述，如学生（赵一，女，23，1982.05）。与信息的联系与信息的联系数据解释的含义称为数据的语义(即信息)，数据与其语义是不可分的。可以这样认为：数据是信息的符号表示或载体，信息则是数据的内涵，是对数据的语义解释。数据（Data）返回本节首页江南大学2015数据库（DataBase，简称DB）数据库数据库从字面意思来说就是存放数据的仓库。具体而言就是长期存放在计算机内的有组织的可共

4、享的数据集合，可供多用户共享，数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储存，具有尽可能小的冗余度和较高的数据独立性和易扩张性。数据库具有两个比较突出的特点数据库具有两个比较突出的特点把在特定的环境中与某应用程序相关的数据及其联系集中在一块并按照一定的结构形式进行存储，即集成性。数据库中的数据能被多个应用程序的用户所使用，即共享性。返回本节首页江南大学2015数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）数据库管理系统是数据库系统的核心组成部分，是对数据进行管理的大型系统软件，用户在数据库系统中的一些操作都是由数据库管理系统来实现的。功能：数据定义数据定义DB

5、MS提供数据定义语言（DataDefinitionLanguage,简称DDL），用户通过它可以方便地对数据库中的数据对象（包括表、视图、索引、存储过程等）进行定义。定义相关的数据库系统的结构和有关的约束条件。数据操纵数据操纵DBMS提供数据操纵语言(DataManipulationLanguage,简称DML)，通过DML操纵数据实现对数据库的一些基本操作，如查询，插入，删除和修改等等。其中，国际标准数据库操作语言SQL语言就是DML的一种。返回本节首页江南大学2015数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）数据库的运行管理数据库的运行管理这一功能是数

6、据库管理系统的核心所在。DBMS通过数据库在建立、运用和维护时统一管理和控制，以保证数据安全、正确、有效的正常运行。DBMS主要通过数据的安全性控制、完整性控制、多用户应用环境的并发性控制和数据库数据的系统备份与恢复四个方面来实现对数据库的统一控制功能的。数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护功能数据库的建立和维护功能包括数据库初始数据的输入、转换功能、数据库的转储、恢复功能、重组织功能和性能监视、分析功能等。返回本节首页江南大学2015数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，简称DBMS）其它其它功能功能DBMS与网络中其它软件系统的通信；多个DBMS系统间的数据

7、转换；异构数据库之间的互访和互操作；DBMS开发工具的支持功能；DBMSInternet网络功能等。常用的数据库管理系统有：Oracle、MSSQLServer、DB2、MySQL、PostgreSQL、Sybase、Informix、Ingres、ACCESS、VFP系列、KingbaseES、PBASE、EASYBASE、Openbase、Ipedo、Tamino等等。返回本节首页江南大学2015数据库系统（DataBaseSystem，简称DBS）数据库系统是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成，主要有数据库（及相关硬件）、数据库管理系统（及开发工具）（及相关软件）、应用系统、数据库管

8、理员和用户这几部分。其中，在数据库的建立、使用和维护的过程要有专门的人员来完成，这些人被称为数据库管理员(DataBaseAdministrator,简称DBA)。常用开发工具有：Java语言、.NET平台及语言如C#等、C语言、PHP、VC+等。数据库系统可以用图1.1表示。数据库系统在整个计算机系统中的地位如图1.2所示。返回本节首页江南大学2015图1.1数据库系统返回本节首页江南大学2015图1.2数据库在计算机系统中的地位返回本节首页江南大学20151.1.2数据管理技术的产生和发展谈数据管理技术，先要讲到数据处理，所谓数据处理是指对各种数据进行收集、存储、加工和传播的一系列活动的总

9、和。数据管理则是数据处理的中心问题，为此，数据管理是指对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护的管理活动总称。就用计算机来管理数据而言，数据管理是指数据在计算机内的一系列活动的总和。数据管理技术已经历了人工管理、文件系统及数据库系统三个发展阶段。这三个阶段的特点及其比较如表1.1所示。人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段返回本节首页江南大学2015表表1.1 数据管理三个阶段的比较数据管理三个阶段的比较人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段应用背景科学计算科学计算、管理大规模管理背硬件背景无直接存取存储设备磁盘、磁鼓大容量磁盘景软件背景没有操作系统有文件系统有数据库管理系统处理方式批处理

10、联机实时处理、批处理联机实时处理、分布处理、批处理数据的管理者用户(程序员)文件系统数据库管理系统数据面向的对象某一应用程序某一应用现实世界特数据的共享程度无共享，冗余度极大共享性差，冗余度大共享性高，冗余度小数据的独立性不独立，完全依赖于程序独立性差具有高度的物理独立性和一定的逻辑独立性点数据的结构化无结构记录内有结构、整体无结构整体结构化，用数据模型描述数据控制能力应用程序自己控制应用程序自己控制由数据库管理系统提供数据安全性、完整性、并发控制和恢复能力返回本节首页江南大学2015人工管理阶段20世纪50年代中期以前，计算机主要用于科学计算。硬件设施方面：外存只有纸带、卡片、磁带，没有磁盘

11、等直接存取设备；软件方面：没有操作系统和管理数据的软件；数据处理方式是批处理。人工管理数据具有以下几个特点：l 数据不保存数据不保存 应用程序管理数据应用程序管理数据 数据不共享数据不共享数据是面向应用的，一组数据只能对应一个程序。如果多个应用程序涉及某些相同的数据，则由于必须各自进行定义，无法进行数据的参照，因此程序间有大量的冗余数据。数据不具有独立性数据不具有独立性数据的独立性包括了数据的逻辑独立性和数据的物理独立性。当数据的逻辑结构或物理结构发生变化时，必须对应用程序做相应的修改。在人工管理阶段，程序与数据之间的对应关系可用图1.3表示。返回本节首页江南大学2015图1.3人工管理阶段应

12、用程序与数据之间的对应关系返回本节首页江南大学2015文件系统阶段20世纪50年代后期到60年代中期，这时计算机已大量用于数据的管理。硬件方面：有了磁盘、磁鼓等直接存取存储设备；软件方面：操作系统中已经有了专门的管理软件，一般称为文件系统；处理方式有批处理、联机实时处理。特点如下：数据长期保存文件系统管理数据数据共享性差，冗余度大数据独立性差在文件系统阶段，程序与数据之间的关系如图1.4所示。返回本节首页江南大学2015图1.4文件系统阶段应用程序与数据之间的对应关系返回本节首页江南大学2015数据库系统阶段20世纪60年代后期以来，计算机用于管理的规模更为庞大，数据量急剧增长，硬件已有大容量

13、磁盘，硬件价格下降；软件则价格上升，使得编制、维护软件及应用程序成本相对增加；处理方式上，联机实时处理要求更多，分布处理也在考虑之中。介于这种情况，文件系统的数据管理满足不了应用的需求，为解决共享数据的需求，随之从文件系统中分离出了专门软件系统数据库管理系统，用来统一管理数据。数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系可用图1.5表示。返回本节首页江南大学2015图1.5数据库系统阶段应用程序与数据之间的对应关系返回本节首页江南大学2015结论综上所述，如图图1.61.6所示，随着数据管理技术的不断发展，应用程序不断从底层的、低级的、物理的数据管理工作中解脱出来，能独立的、较高逻辑级别地轻松处

14、理数据库数据。从而能极大地提高了应用软件的生产力。目前关系数据库系统已逐渐淘汰了网状数据库和层次数据库，成为当今最流行的商用数据库系统。返回本节首页图图1.6 1.6 三个阶段应用程序与数据管理的工作任务划分示意图三个阶段应用程序与数据管理的工作任务划分示意图 江南大学20151.1.3数据库系统的特点主要特点：数据结构化数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据独立性高数据由DBMS统一管理和控制结论返回本节首页江南大学2015数据结构化数据结构化是数据库系统与文件系统的根本区别。在文件系统中，相互独立的文件的记录内部是有结构的。传统文件的最简单形式是等长同格式的记录集合。例如：一个教师人事记录文

15、件。u每个记录都有如图1.7的记录格式：u图1.7教师记录格式示例u图1.8主记录详细记录格式示例u图1.9教师王名记录示例返回本节首页江南大学2015数据结构化返回本节首页图图1.7 1.7 教师记录格式示例教师记录格式示例 图图1.8 1.8 主记录主记录详细记录格式示例详细记录格式示例图图1.9 1.9 教师王名记录示例教师王名记录示例江南大学2015数据结构化返回本节首页图图1.10 1.10 教师数据组织教师数据组织 江南大学2015l这样就可以节省许多存储空间，灵活性也相对提高。l但这样建立的文件还有局限性，因为这种结构上的灵活性只是针对一个应用而言。l而图1.10教师数据组织，这

16、种数据组织方式为各部分的管理提供了必要的记录，使数据结构化了。这就要求在描述数据时不仅要描述数据本身，还要描述数据之间的联系。l在文件系统中，尽管其记录内已经有了某些结构，但记录之间没有联系。数据结构化返回本节首页江南大学2015l数据库系统实现整体数据的结构化，是数据库的主要特征之一，也是数据库系统与文件系统的本质区别。l在数据库系统中，数据不再针对某一应用，而是面向全组织，是整体结构化的。不仅数据是结构化的，而且存取数据的方式也是很灵活的，可以存取数据库中的某一个数据项（或字段）、一组数据项、一个记录或是一组记录。而在文件系统中，数据的最小单位是记录（一次一记录的读写），粒度不能细到数据项

17、。数据结构化返回本节首页江南大学2015l数据库系统数据整体结构化是由数据库管理系统支持的数据模型(见下节)来描述而体现出来的。为此，数据库的数据及其联系是无需应用程序自己来定义和解释的，这是数据库系统的重要优点之一。数据结构化返回本节首页江南大学2015数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据不再面向某个应用而是面向整个系统，因此数据可以被多个用户、多个应用共享使用。数据共享可以大大的减少数据冗余，节约存储空间。数据共享还能够避免数据之间的不相容性与不一致性。所谓数据的不一致性是指同一数据不同拷贝的值不一样。采用人工管理或文件系统管理时，由于数据被重复存储，当

18、不同的应用使用和修改不同的拷贝时就容易造成数据的不一致。在数据库中数据共享，减少了由于数据冗余造成的不一致现象。返回本节首页江南大学2015数据的共享性高，冗余度低，易扩充由于数据面向整个系统，是有结构的数据，不仅可以被多个应用共享使用，而且容易增加新的应用，这就使得数据系统弹性大，易于扩充，可以适应各种用户的要求。可以取整体数据的各种子集用于不同的应用系统，当应用需求改变或增加时，只要重新选取不同的子集或加上一部分数据便可以满足新的需求。返回本节首页江南大学2015数据独立性高数据独立性包括了数据的物理独立性和数据的逻辑独立性两方面。物理独立性是指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是

19、相互独立的。也就是说，数据在磁盘上的数据库中怎样存储是由DBMS管理的，用户程序不需要了解，应用程序要处理的只是数据的逻辑结构，这样当数据的物理存储改变时，应用程序不用改变。逻辑独立性是指用户的应用程序与数据库的整体逻辑结构是相互独立的，也就是说，数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不需修改的。返回本节首页江南大学2015数据独立性高数据独立性是由DBMS的三级模式结构与二级映象功能来保证的，将在后面介绍。数据与程序的独立，把数据的定义从程序中分离出去，加上数据的存取又由DBMS负责，从而简化了应用程序的编制，大大减少了应用程序的维护和修改。返回本节首页江南大学2015数据由DBMS统一管理和

20、控制l数据库是长期在计算机内有组织的大量的可共享的数据集合,数据库的共享是并发的共享，即多个用户可以同时存取数据库中的数据甚至可以同时存取数据库中的同一块数据。lDBMS提供以下几方面的数据控制功能：（1）数据的安全性控制（2）数据的完整性约束（3）并发控制（4）数据库恢复返回本节首页江南大学2015结论l目目前前，数数据据库库已已经经成成为为现现代代信信息息系系统统的的不不可可分分离离的重要组成部分。的重要组成部分。l数据库系统的出现使信息系统从以加工数据的程序为中心转向围绕共享的数据库为中心的新阶段。这样既便于数据的集中管理，又有利于应用程序的研制和维护，提高了数据的利用率和相容性，提高了

21、决策的可靠性。l数据库技术是计算机领域中发展最快的技术之一，数据库技术的发展是沿着数据模型的主线展开的。返回本节首页江南大学20151.2 数据模型数据模型模型是现实世界特征的模拟和抽象。数据模型也是一种模型，它能实现对现实世界数据特征的抽象。数据模型应满足三方面的要求：比较真实地模拟现实世界；容易为人所理解；便于在计算机上实现。根据模型应用的不同目的，分为两类。第一类模型是概念模型，也称信息模型。一般应具有以下能力：（1）具有对现实世界的抽象与表达能力（2）完整、精确的语义表达力（3）易于理解和修改。（4）易于向DBMS所支持的数据模型转换返回本章首页江南大学20151.2 数据模型数据模型

22、另一类模型是数据模型，包括层次模型、网状模型、关系模型等，它是按计算机系统对数据建模，主要用于DBMS的实现。数据模型是数据库系统的核心和基础，各种机器上实现的DBMS软件都是基于某种数据模型的。返回本章首页江南大学2015l为了把现实世界中的具体事物抽象、组织为某一DBMS支持的数据模型，人们常常首先将现实世界抽象为信息世界，然后将信息世界转换（或数据化）为机器世界。这一过程如图1.11所示。l图1.11现实世界中客观对象的抽象过程=1.2 数据模型数据模型返回本章首页江南大学20151.2.1数据模型的组成要素l数据模型描述了系统的三个方面：静态特性、动态特性和完整性约束条件。一般由数据结

23、构、数据操作和完整性约束三部分组成，是严格定义的一组概念的集合。返回本节首页江南大学20151.2.1数据模型的组成要素一、数据结构数据结构用于描述系统的静态特性，是所研究的对象类型的集合。二、数据操作数据操作用于描述系统的动态特性，是指对数据库中各种对象及对象的实例允许执行的操作的集合。三、数据的约束条件数据的约束条件是一组完整性规则的集合。数据模型应该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。数据模型还应该提供自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。返回本节首页江南大学2015图图1.12 1.12 数据模型的三要素示意图数据模型

24、的三要素示意图 江南大学2015l要说明的是图1.12是简单化、逻辑示意的图，数据模型的三要素在数据库中都是严格定义的一组概念的集合。在关系数据库可以简单理解为：数据结构是表结构定义及其它数据库对象定义的命令集；数据操作是数据库管理系统提供的数据操作（操作命令、语法规定、参数说明等）命令集；数据完整性约束是各关系表约束的定义及操作约束规则等的集合。江南大学20151.2.2概念模型l概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。信息世界中的基本概念概念模型的表示层次模型概述返回本节首页江南大学2015信息世界中的基本概念主要有：实体：实体是指客观存在并可以相互区别的事物。属性：属性是指实体所具有

25、的某一特性。码：码是指唯一标识实体的属性集。域：域是指属性的取值范围，具有相同的数据类型的数据集合。实体型：具有相同属性的实体必然具有共同的特征和性质。实体集：实体集是指同型实体的集合。联系：在现实世界中，事物内部以及事物之间是有关联的。两个实体型之间的联系有以下三种：一对一联系；一对多联系；多对多联系。l两个实体型之间的三类联系可以用如图1.13、1.14所示来表示。返回本节首页江南大学2015图1.13两个实体型之间的三类联系示意图返回本节首页江南大学2015图1.14两个实体型之间的三类联系返回本节首页江南大学2015l单个或多个实体型之间也有类似于两个实体型之间的三种联系类型。l例如，

26、对于教师、课程与参考书三个实体型，如果一门课程可以有若干个教师讲授，使用若干本参考书，而每个教师只讲授一门课程，每一本参考书只供一门课程使用，则课程与教师、参考书三者间的联系是一对多的，如图1.15（a）所示。l要注意的是三个实体型之间多对多联系与三个实体型两两之间的多对多联系（共有三个）的语义及E-R图是不同的。信息世界中的基本概念返回本节首页江南大学2015图1.15两个实体型之间的三类联系返回本节首页江南大学2015l同一个实体型对应的实体集内的各实体之间也可以存在一对一、一对多、多对多的联系的（可以把一个实体集逻辑上看成两个与原来一样的实体集来理解）。例如：同学实体集内部同学与同学之间

27、老朋友的关系可能是多对多的（如图1.16所示），这是因为每位同学的老朋友往往有多位。信息世界中的基本概念返回本节首页江南大学2015图1.16一个实体型实体之间的多对多联系返回本节首页江南大学2015概念模型的表示l最常用的是实体联系方法。该方法用E-R图来描述现实世界的概念模型。E-R图提供了表示实体型、属性和联系的方法。l实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。l属性：用椭圆表示，椭圆形内写明属性名。并用无向边将其与相应的实体连接起来。l联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1：1、1：n或m：n）。返回本节首页江南大学201

28、5l如右图1.17所示就是一个班级、学生的概念模型（用E-R图表示），班级实体型与学生实体型之间很显然是一对多关系。应用时应针对某实际情况，试着设计反映实际内容的实体及实体联系的E-R图。概念模型的表示返回本节首页江南大学2015lE-R模型在数据库概念设计过程中根据需要可进行变换，包括实体类型、联系类型和属性的分裂、合并和增删等，以满足概念模型的设计、优化等的需要。E-R模型的变换返回本节首页江南大学2015l垂直分裂，如图1.18所示。E-R模型的变换返回本节首页图1.18 实体类型的垂直分裂 江南大学2015l联系类型也可分裂。如教师与课程间的“担任”教学任务的联系，可分裂为“主讲”和“

29、辅导”两个新的联系类型，如图1.19所示。E-R模型的变换返回本节首页图1.19 联系类型的分裂江南大学20151.2.3基本E-R模型的扩展*l基本E-R（实体-联系）模型是对现实世界的一种抽象，它的主要成份是实体、联系和属性，以实体、属性和联系三个抽象概念为基础的E-R数据模型是基本E-R数据模型。l但是在现实世界中还有一些特殊的语义，需要扩展E-R模型（ExtendedE-Rdatamodel，简称ERRdatamodel）的概念才能更好地模拟与抽象现实世界。返回本节首页江南大学20151、属性的分类2、联系的再理解3、实体的角色4、依赖联系与弱实体5、特殊化和普遍化6、聚集7、范畴返回

30、本节首页1.2.3基本E-R模型的扩展*江南大学20151、属性的分类扩展E-R图中的属性，有这几种分类：简单属性与复合属性、单值属性与多值属性、NULL属性、派生属性与基本属性等。简单属性与复合属性单值属性与多值属性NULL属性派生属性与基本属性返回本节首页江南大学20151、属性的分类简单属性与复合属性返回本节首页 在E-R模型中，属性的取值范围称为域，属性可以是单域的简单属性，即不可再分的属性，如学号、年龄、性别；也可以是多域的组合属性。复合属性由简单属性和其他复合属性组成。复合属性中允许包含其他复合属性，这意味着属性可以是一个层次结构。复合属性可用一个树形结构表示，图1.20表示通信地

31、址这一属性的层次结构。江南大学2015图1.20通信地址属性返回本节首页江南大学20151、属性的分类单值属性与多值属性返回本节首页 在E-R模型中，属性的取值可以是单值的（single-valued），是指同一实体的属性只能取一个值；也可以是多值的（multi-valued），是指同一实体的某个属性可能取多个值。例如某个学生的学号、姓名、性别、年龄等属性上的取值是唯一的，它们是单值属性；而学生的“联系电话”应该是多值属性，因为如今一位学生往往有多个联系电话的。多值属性用双椭圆形表示。如图1.21为学生实体E-R图。江南大学2015图1.21含多值属性的学生实体E-R图返回本节首页江南大学20

32、151、属性的分类NULL属性当某个属性对某个实体不适用、属性值未知或属性值暂时未定时，也可用空缺符Null来表示。Null表示“无意义”或“不确定”。如通讯录（姓名、email、电话、BP），若某人没有email地址，则在email属性上取值为Null。要注意的是作为码的属性，它的取值不能为Null的。返回本节首页江南大学20151、属性的分类派生属性与基本属性返回本节首页 可以从其他相关的属性或实体派生出来的属性称为派生属性，相反不能由其它属性或实体派生出来的属性为基本属性或存储属性。如学生（学号、姓名、平均成绩），选课（学号、课程号、成绩），则平均成绩可由学生所选课程的总成绩除以课程总数

33、来计算得到，则称“平均成绩”为派生属性，而选课实体型中的“成绩”为基本属性。江南大学2015图1.22含派生属性的学生实体E-R图返回本节首页江南大学20152、联系的再理解l实体型间的联系，具体来说是多个实体间的相互关联。联系集是同类联系的集合。l定义1-x联系集是n(n1)个实体集上的数学关系，这些实体集不必互异。如果E1，E2，En为n个实体集，那么联系集R是l(e1，e2，en)|e1E1，e2E2，enEn的一个子集，而(e1，e2，en)是一个联系。l关于联系的内容有联系的元数、联系的类型和联系的实体参与度等三方面。返回本节首页江南大学20152、联系的再理解联系的元数l定义一个联

34、系涉及到的实体集个数，称为该联系的元数或度数（Degree）。通常，同一个实体集内部实体之间的联系，称为一元联系，也称为递归联系；两个不同实体集实体之间的联系，称为二元联系；三个不同实体集实体之间的联系，称为三元联系。以此类推。返回本节首页江南大学20152、联系的再理解联系的类型l定义联系涉及到的实体集之间实体对应的方式，称为联系的类型。这里“实体的对应方式”是指实体集E1中一个实体与实体集E2中至多有一个还是多个实体有联系，同时相反看实体集E2中一个实体与实体集E1中至多有一个还是多个实体有联系（注意E1与E2可以是指相同的实体集）。l二元联系的类型有：一对一（1：1），一对多（1：N）或

35、多对一（N：1），多对多（M：N）等三种。在E-R数据模型中，这种联系类型还可推广到多元联系。如三元联系可分为：M：N：P，1：N：P，1：1：P，1：1：1等种类。这种实体间联系的约束也称为基数比约束（cardinalityratioconstraint）。返回本节首页江南大学20152、联系的再理解联系的实体参与度l定义设二元联系有两个实体集E1和E2，E1中每个实体与E2中有联系实体的数目的最小值min和最大值max，称为E1实体的参与度，用（min,max）形式表示。返回本节首页l例如：学校里规定每学期学生至少选修3门课程，最多选修8门课程；每门课程至多有60人选修，最少可以没人选修。

36、这样，学生实体的参与度是（3，8），课程实体的参与度是（0，60），如图1.23所示。江南大学20152、联系的再理解联系的实体参与度返回本节首页图1.23联系的类型及实体的参与度江南大学20152、联系的再理解联系的实体参与度l在E-R图表示时，如果无向边为双线，则表示该实体完全参与；如果无向边画为单线，则表示该实体部分参与。如图1.24所示。l实体参与联系的方式也是重要的语义约束，称为参与约束（participationconstraint）。l基数比约束和参与约束构成联系的语义约束，有时合称为结构约束（structuralconstraint）。这些概念很容易推广到多元联系的（具体略），

37、这样对实体参与联系的程度有定性与定量的概念了。返回本节首页江南大学2015图1.24部分参与与完全参与的表示返回本节首页江南大学20153、实体的角色实体在联系中的作用称为实体的角色。当同一个实体集不止一次参与一个联系集时，为区分各实体的参与联系的方式，需要显式指明其角色。如学生与学生间的班长关系，职工与职工之间的领导关系(如图1.25)，课程之间的先修关系等。当需要显式区分角色时，在连接菱形和矩形的线上加上说明性标注以区别不同的角色。返回本节首页江南大学2015图1.25“职工”实体在“领导”联系中的不同角色返回本节首页江南大学20154、依赖联系与弱实体l（1）依赖联系在现实世界中，有些实

38、体对另一些实体有很强的依赖关系，即一个实体的存在必须以另一实体的存在为前提。比如，一个职工可能有多个社会关系，社会关系是多值属性，为了消除冗余，设计两个实体：职工与社会关系。在职工与社会关系中，社会关系的信息以职工信息的存在为前提，因此社会关系的存在以职工的存在为前提。这说明了职工与社会关系是一种依赖联系。返回本节首页江南大学20154、依赖联系与弱实体l（1）依赖联系如果实体A的存在依赖于实体B的存在，则称A依赖联系于B，B称作支配实体，A称作从属实体。如果B被删除，则A也要被删除。例如考虑分期付款的例子，对每一个“贷款”实体，有若干个“还款”实体与之关联，“还款”实体存在依赖于“贷款”实体

39、。完全参与与依赖联系的关系：完全参与与依赖联系的关系：设A与B间存在联系R，若A的存在依赖于B，则A必然是完全参与联系R。返回本节首页江南大学20154、依赖联系与弱实体l（2）弱实体一个实体对于另一些实体具有很强的依赖联系，而且该实体的主码部分或全部从其父实体中获得，称该实体为弱实体（即从属实体），另一实体称为强实体（即支配实体）。如在人事管理系统中，职工子女的信息就是以职工的存在为前提的，子女实体是弱实体，职工实体是强实体，子女与职工的联系是一种强依赖联系。返回本节首页江南大学20154、依赖联系与弱实体l在E-R图中用双线框的矩形表示弱实体，与弱实体联系的联系用双线菱形框表示，从联系集用

40、双线（全部参与）连接弱实体集，用箭头（一对多联系）指向强实体集。弱实体集的分辨符用下划虚线标明。如图1.26所示。返回本节首页图1.26 弱实体的表示方法 江南大学20155、特殊化和普遍化l我们知道一个实体集是具有某些共性的实体的集合。这些我们知道一个实体集是具有某些共性的实体的集合。这些实体一方面具有共性，另一方面还具有各自的特殊性。实体一方面具有共性，另一方面还具有各自的特殊性。往往一个实体集可以按照某个特征区分为几个实体集，往往一个实体集可以按照某个特征区分为几个实体集，例如学生这个实体集可以分为研究生、本科生、大专生例如学生这个实体集可以分为研究生、本科生、大专生等子集。如果需要的话

41、，还可以把研究生这个实体集再等子集。如果需要的话，还可以把研究生这个实体集再分为博士生、硕士生等子集。这个从普遍到特殊的过程，分为博士生、硕士生等子集。这个从普遍到特殊的过程，叫做特殊化（叫做特殊化（specializationspecialization）。与特殊化相反的过程）。与特殊化相反的过程则叫普遍化，即把几个具有某些共性的实体集概括成一则叫普遍化，即把几个具有某些共性的实体集概括成一个更普遍的实体集。例如，把研究生、本科生、大专生个更普遍的实体集。例如，把研究生、本科生、大专生三个实体集概括为学生实体集，还可以把学生、教师、三个实体集概括为学生实体集，还可以把学生、教师、职工这些实体

42、集概括为职工这些实体集概括为“人人”这个实体集。这个实体集。l从一般到特殊，从特殊到一般，本来就是人们认识世界常从一般到特殊，从特殊到一般，本来就是人们认识世界常用的方法。因而在用的方法。因而在E-RE-R数据模型中引入特殊化和普遍化这数据模型中引入特殊化和普遍化这两个概念，对模拟现实世界是有用的。两个概念，对模拟现实世界是有用的。返回本节首页江南大学20155、特殊化和普遍化l超实体集与子实体集间的多层继承关系，能形成实体集间的层次结构(Hierarchy)关系，子实体集一般只继承一个超实体集。若子实体集参与继承到多个超实体集，则形成所谓的格结构（Lattice）。如在职进修生子实体集同时继

43、承超实体集教职工与超实体集学生的情况所示。因此，在数据模型中，引入子实体集，可以很方便地描述实体集中部分实体的特殊属性和联系。返回本节首页江南大学20155、特殊化和普遍化l特殊化和普遍化可用扩展的E-R图表示，图1.27是一个例子。返回本节首页图1.27 特殊化的应用 江南大学20156、聚集l联系之间存在重叠，如何表达联系之间的联系？在基本E-R数据模型中，只有实体才能参与联系，不允许联系参与联系。在扩展E-R数据模型中，可以把联系看成由参与组合而成的新的实体，其属性为参与联系的实体的属性和联系的属性的并。这种新的实体称为参与联系的实体的聚集（aggregation）。有了聚集这个抽象概念

44、，联系也可以参与联系。图1.28是应用聚集的例子。l聚集是一种抽象，通过它联系被作为高层实体集。例如设实体集A与实体集B有联系R，则实体A、B以及联系R整体可被看成是另一高层实体集C。提出与使用聚集的概念能带来这些好处：能一定程度上来消除冗余；能将联系作为抽象实体看待，增加了分析问题的新思路；这样能允许联系之间存在联系，有了新的表达能力。返回本节首页江南大学20156、聚集l实例：职工参加项目，并在此过程中可能使用机器，则其E-R图的设计有两种方案可选，如图1.28（联系表为表1.2所示）、图1.29（联系表为表1.3、表1.4所示）所示，其中图1.29是应用聚集的一个例子。读者可分析这两种方

45、案的利弊。返回本节首页江南大学2015图1.28三个实体间的联系的E-R图返回本节首页江南大学2015图1.29应用聚集的E-R图返回本节首页江南大学20157、范畴l在模拟现实世界时，有时要用到由不同类型的实体组成的实体集，例如车主这个实体集的成员可能是单位，也可能是个人。这种由不同类型实体组成的实体集不同于前面所定义的实体集，为了区分起见，特名之为范畴（category）。设E1,E2,En是n个不同类型的实体集，则范畴T课定义为：T（E1E2En）返回本节首页江南大学20157、范畴lE1,E2,En也称为T的超实体集。图1.30是应用范畴一个例子，其中账户是个范畴，可以是单位，也可以是

46、个人。用旁含“U”的圆圈的“ISA”三角形标记来表示并操作。范畴也继承其超实体集的属性，但与子实体集的继承规则不一样。子实体集继承所有超实体集的属性，例如图1-27的在职进修生继承教职工和学生的所有属性。返回本节首页江南大学20157、范畴l而范畴的继承是有选择性的，例如在图1.30中，如果账户是单位，则继承单位的属性；如果账户是个人，则继承人的属性。这叫选择性继承。范畴与具有多超实体集的子实体集在形式上有些相似，但意义完全不同。范畴是超实体集并的子集，而子实体集是超实体集交的子集。例如，图1.26中在职进修生既是教职工成员，又是学生的成员，而在图1.30中，账户只是一个单位或者一个个人。返回

47、本节首页江南大学2015图1.30应用范畴的E-R图返回本节首页江南大学20151.2.4 层次模型返回本节首页l在数据库领域中，有四种最常用的数据模型，它们是：被称为非关系模型的层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型。本章简要介绍层次模型、网状模型、关系模型。层次模型的数据结构多对多联系在层次模型中的表示层次模型的数据操纵与约束条件层次模型的存储结构层次模型的优缺点江南大学2015层次模型的数据结构在数据库中，对满足以下两个条件的数据模型称为层次模型。（1）有且仅有一个节点无双亲，这个节点称为“根节点”。（2）其他节点有且仅有一个双亲。一个层次模型在理论上可以包含任意有限个记录型和字段，

48、但任何实际的系统都会因为存储容量或实现复杂度而限制层次模型中包含的记录型个数和字段的个数。若用图来表示，层次模型是一棵倒立的树。节点层次（Level）从根开始定义，根为第一层，根的子女称为第二层，根称为其子女的双亲，同一双亲的子女称为兄弟。返回本节首页江南大学2015层次模型的数据结构图1.31给出了一个系的层次模型。层次模型对具有一对多的层次关系的描述非常自然、直观、容易理解，这是层次数据库的突出优点。图1.32是图1.31的具体化，成为一个教师-学生层次数据库。图1.33是图1.32数据模型的一个值。返回本节首页江南大学2015图1.31一个层次模型的示例返回本节首页江南大学2015图1.

49、32教师-学生数据库模型返回本节首页江南大学2015图1.33教师-学生数据库的一个值返回本节首页江南大学2015层次模型的存储结构层次数据库中不仅要存储数据本身，还要存储数据之间的层次联系。方法：（1）邻接法按照层次树前序的顺序把所有记录值依次邻接存放，即通过物理空间的位置相邻来体现层次顺序。例如对于图1.34（a）的数据库，按邻接法存放图1.34(b)中以记录A1为首的层次记录实例集，则应如图1.35所示存放。返回本节首页江南大学2015层次模型的存储结构（2）链接法用指引元来反映数据之间的层次联系。则如图1.36所示，其中图1.36（a）每个记录设两类指引元，分别指向最左边的子女和最近的

50、兄弟，这种链接方法称为子女-兄弟链接法；图1.36（b）按树的前序顺序链接各记录值，这种链接方法称为层次序列链接法。返回本节首页江南大学2015图1.34层次数据库及其实例返回本节首页江南大学2015图1.35邻接法返回本节首页A1B1C1C2C3C4B2C5C6B3C7C8C9江南大学2015图1.36链接法返回本节首页江南大学2015层次模型的优缺点l优点：(1)层次模型本身比较简单(2)实体间联系是固定的(3)良好的完整性支持 l缺点：(1)层次模型表示非层次性的方法很笨拙(2)对插入和删除操作的限制太多(3)查询子女结点必须通过双亲结点，缺乏快速定位机制。(4)由于结构严密，层次命令趋