第2章-数据模型与概念模型ppt课件

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1、.,第2章 数据模型与概念模型,2.1 概念模型及其表示 2.1.1 信息的三种世界及其描述 2.1.2 概念模型的基本概念 2.1.3 概念模型的表示方法 2.2 常见的数据模型 2.2.1 数据模型概述 2.2.2 层次模型 2.2.3 网状模型 2.2.4 关系模型 2.2.5 面向对象数据模型 2.2.6 对象关系数据模型,.,2.1 概念模型,数据库系统最基本任务: 收集现实世界中存在的信息 组织存储到计算机 提供给用户使用。,.,2.1.1 信息的三种世界及其描述,信息的三种世界： 指将客观世界中存在的信息转换为计算机所能接受的数据形式所经历的三个阶段，分别是： 现实世界 信息世界

2、 计算机世界 不同阶段信息的存在形态或描述形式不同,.,1. 信息的现实世界 概念： 现实世界是指客观世界，信息的现实世界是指客观存在的各种事物、事物之间的相互联系及事物的发生、变化过程。 现实世界中我们的主要工作： 认识、了解信息的客观世界，最主要是：客观存在的各种事物、概念 、事物或概念之间的相互联系,.,一般从下面几个方面来认识： (1)实体(Entity) 现实世界中存在的可以相互区分的事物或概念称为实体。 如某个学生（张三）、某门课程（数据库原理）等，分为事物实体和概念实体。,.,（2） 实体的特征 每个实体都有自己的诸多特征。 学生的特征：学号、姓名、性别、年龄、所在院系、身高、体

3、重等。 课程的特征：课程号、课程名、学分、先导课等。 每个实体都是通过这些特征来描述的，利用实体的特征可以区别不同的实体。 张三：1001，张三，男，18，计算机，1.7，62， 数据库原理：KC05，数据库原理，3.5，KC02， 但一般只选取我们所关心的特征。,.,(3) 实体集及实体集间的联系 具有相同类型特征或能用同样特征描述的实体的集合称为实体集。 如学生、教师、课程等。 不同的实体集，它们的特征类型是不完全相同的。 实体集间一般有一定的联系，如：学生与课程门有“选课”联系，教师与课程门有“讲授”联系，认识信息的现实世界，不仅要认识现实世界中的实体，特征、实体集，同样要认识实体集门的

4、联系。,.,2. 信息世界 通过对现实世界中事物及联系的认识，经过选择、命名、分类等分析后形成印象和概念，并用一定形式加以抽象描述，就进入信息世界。 如： 张三、李四是学生，分为一类，构成学生实体集，选择部分特征并命名，描述为： 学生（学号、姓名、性别、年龄、所在院系） 数据库原理、数据结构是课程，分为一类，构成课程实体集，选择部分特征并命名，描述为： 课程（课程号、课程名、学分）,.,在信息世界中： 实体的特征在头脑中形成知识称为属性 如：（1001，张三，男， 18， 计算机）分别对应属性为： （学号、姓名、性别、年龄、所在院系） 实体通过其属性表示称为实例 如： （1001，张三，男，

5、18， 计算机）和 （KC05，数据库原理，3.5）都是实例 实例只含实体的部分特征； 实体与实例不同，如“张三”是实体， （1001，张三，男， 18， 计算机）是实例 同类实例的集合称为对象； 实体集之间的联系用对象联系表示，上例对象联系表示为，学生与课程对象间“选课“联系。,.,信息世界通过概念模型、过程模型和状态模型反映现实世界，它要求对现实世界中的事物、事物间的联系和事物的变化情况准确、如实、全面地表示。 概念模型:是通过对象、属性和联系对现实世界和事物及联系给出静态的描述，而概念模型一般用ER图(Entity-Relationship Approach)来表示。 数据库是根据概念模

6、型经过进一步转换来设计的。 过程模型和状态模型：着重描述对事物的变化，是软件设计的基础，反应了软件的基本功能，但对数据库的设计有重要参考作用。,.,学生课程的概念模型(ER图）,.,3. 信息的计算机世界 计算机中对信息的表示和处理与计算机软硬件有关，概念模型是对现实世界信息的一种抽象描述，这种形式描述的数据不便于直接在计算机上实现，必须经过数字化处理，转换成适合特定计算机系统(主要是DBMS)的形式描述，形成计算机能够表示和处理的数据，这时就进入了信息的计算机世界，或机器世界、数据世界。,.,学生（学号，姓名，性别，年龄，所在院系） 课程（课程号，课程名，学分） 选课（学号，课程号，成绩）,

7、下面就是一个学生课程系统：,概念模型,数据模型(逻辑模式）,.,学生,选课,课程,.,在计算机世界中，信息世界的属性、实例、对象描述为： 数据项(Item)：是对象属性的数据表示。数据项有型和值之分，型是通过名称、数据类型、宽度和值域等来描述。 如数据项学分: 型：名称学分，数据类型实型，宽度3，值域0,10 值：三门课程学分数据项的值分别是：3.5 、3.5 、 3.0,.,(2) 记录(Record)：是实例的数据表示。记录有型和值之分： 记录的型是结构，由数据项的型构成； 如学生信息中记录的型是学号，姓名，性别，年龄，所在院系5个数据项组成 记录的值表示对象中的一个实例，它的分量是数据项

8、值。 如： （1001，张三，男， 18， 计算机） 是一条记录的具体值，由学号，姓名，性别，年龄，所在院系等各数据项的值组成。,.,(3) 文件(File)：对象的数据表示，是同类记录的集合。同类对象的记录放在同一文件中。 如学生对象中的所有记录组成一个数据文件，这个文件中各条记录的类型一样。,在现在的多数数据库管理系统，一个物理文件往往可包含多记录集合。,.,4、数据模型： 现实世界的事物反映到计算机世界中就形成了文件的记录结构和记录，事物间的联系形成不同文件间的记录联系，记录结构及其记录联系的数据化结果就是数据模型（主要内容）。 在计算机世界里，信息是通过数据模型来描述的 数据模型是不仅

9、要描述现实世界中事物和事物间联系，还要反映数据在计算机中组织的形式。 数据库是基于某种数据模型而建立的，它是数据库系统的核心： 数据模型选择依赖于具体的计算机系统，特别DBMS,.,5. 现实世界、信息世界和计算机世界的关系信息的三种世界术语的对应关系表,.,现实世界、信息世界和计算机世界的关系 信息的三个世界的联系和转换过程,.,2.1.2 概念模型及其表示,模型：对现实世界的抽象和模拟（概念模型、数据模型）。 概念模型：是对信息世界管理的对象、属性及联系等信息的描述形式。 概念模型不依赖计算机及DBMS，它是现实世界的真实、全面反映。,.,2.1.2 概念模型及其表示,一、 概念模型的基本

10、概念1. 概念模型涉及的基本概念(1) 对象（Object）和实例（Instance） 对象: 是实体集的抽象，现实世界中具有相同性质、服从相同规则的一类事物（概念）的抽象称为对象。 实例：是实体的抽象，对象中的每一个具体的事物（实体）为该对象的实例。 有些地方也直接用实体集和实体来表示对象和实例 (2) 属性（Attribute） 属性为实体的某一方面特征的抽象表示。,.,(3) 码、主码（Primary Key）和次码(Secondary Key) 码能够惟一标识一个实体的属性或属性组，码又称关键字，如： 学生：学号，姓名，性别，年龄，所在院系 课程：课程号，课程名，学分 码可以不唯一。可

11、选取其中一个为主码，其余码称为候选码。 码可以是属性或属性组,若是属性组，则不能含多余（最小性）的属性。 不能惟一标识实体的属性叫次码。如班级、成绩。 (4) 域（Domain） 属性的取值范围称为属性的域。,.,2. 实体联系的类型 （1）两个实体集之间的联系 一对一联系（1:1）:设有两个实体集A和B，对于A中的每一个实体， B中至多有一个实体与之联系；反之亦然。 一对多联系（1:n）:设有两个实体集A和B，对于A的每一个实体，B中有一个或多个实体与之联系；而对于B的每一个实体，A中至多有一个实体与之联系。 多对多联系（m:n）:设有两个实体集A和B，对于A的每一个实体，B中有一个或多个实

12、体与之联系；反之亦然。 一对一的联系是一对多联系的特例，一对多的联系是多对多联系的特例,.,(2) 多实体集之间的联系 1) 多实体集之间的一对多联系。 设实体集E1,En，对于实体集Ej(j=1, n)中的一个给定实体， Ej中的一个实体与其它实体集中一个或多个实体联系，而其他实体集Ei(ij)中的一个实体只与Ej中一个实体联系，则称Ej与E1,En之间的联系是一对多的。,.,2) 多实体集之间的多对多联系。 在两个以上的多个实体集之间，当一个实体集与其他实体集之间均存在多对多联系，而其他实体集之间没有联系时，这种联系称为多实体集间的多对多联系。,多个实体集之间多对多联系不能简单表示为多个两

13、实体集多对多关系,.,(3) 实体集内部的联系 一个实体集内部实体间存在一对一，一对多，或多对多的联系，如领导者与职工间的联系。,.,二、 概念模型的表示方法（Entity- Relationship）,1) 用长方形表示实体集，长方形内写明实体集名。 2) 用椭圆形表示实体集的属性，并用线段将其与相应的实体集连接起来。 3) 用菱形表示实体集间的联系，菱形内写上联系名，用线段分别与有关实体集连接起来，在线段旁标出联系的类型。如果联系具有属性，则该属性仍用椭圆框表示，仍需要用线段将属性与其联系连接起来。 注：在实际问题中，实体集的属性一般很多，往往不直接标出，而用数据字典方式表示,.,案例一：

14、学生运动会成绩统计 任务：要求统计班级和运动员的成绩 分析： 一、实体集及属性 (1)实体集：班级、运动员、项目 (2)班级属性：班级号、班级名、专业、人数 (3)运动员属性:运动员号,姓名,性别,年龄 (4) 比赛项目属性:项目号,名称,比赛地点 二、联系 (5)每个班级有若干运动员,运动员只能属于一个班, (6)每名运动员可参加多项比赛,每个项目可有多人参加 (7)要求能够公布每个比赛项目的运动员成绩,.,概念模型(E-R图):,.,思考题:某公司的业务活动统计 。 任务：要求统计公司各部门承担的工程项目及职工参与工程项目情况。 分析： 一、实体集及属性： 实体集有：部门、职工、工程项目。

15、 部门有部门号、部门名称两个属性； 职工有职工号、姓名、性别属性； 工程项目有工程号、工程名两个属性； 二、联系 每个部门承担多个工程项目，每个工程项目属于一个部门。 每个部门有多名职工，每一名职工只能属于一个部门。 每个职工可参与多个工程项目，且每个工程项目有多名职工参与。 职工参与项目有参与时间。,.,问题： 根据上述规则设计E-R模型。,.,.,2.2 常见的数据模型 2.2.1 数据模型概述 1. 数据模型的概念： 数据模型是一组严格定义的概念集合,它是从计算机系统的观点出发，对系统的数据结构、数据操作和完整性约束条件等进行精确的描述。,.,2.2.1 数据模型概述2. 数据模型的三要

16、素 数据模型具有数据结构、数据操作、完整性约束条件这三个要素。认识一种数据模型从三个方面进行： 1) 数据结构：主要包括两个方面内容：一是记录结构、数据项（数据类型、内容、性质等 ，反映实体） ；二是数据之间联系（反映实体间联系）。 数据结构是对系统静态特性的描述 数据结构是基础，是核心 通常按照数据结构的类型来命名数据模型类型,.,学生（学号，姓名，性别，年龄，所在院系） 课程（课程号，课程名，学分） 选课（学号，课程号，成绩）,如：,概念模型,数据模型(数据结构主要内容),.,学生,选课,课程,.,2) 数据操作： 对数据库中各种数据对象允许执行的操作集合,主要是检索和更新操作。 数据模型对操作的定义包括：操作的确切含义、操作符号、操作对象、操作规则（如优先级）、实现操作的语言等。 数据操作是对系统动态特性的描述。 操作类型和规则与数据结构有关。,.,3) 数据约束条件： 一组数据完整性规则的集合。完整性规则是指数据模型中数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定符合数据模型的数据库状态以及状态的变化，以保证数据的正确、有效、相容。