数据模型与概念模型

《数据模型与概念模型》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据模型与概念模型（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、数据库系统原理数据库系统原理 及应用及应用机械工业出版社2018/6/30第第2 2章章 数据模型与概念模型数据模型与概念模型2.1 信息的三种世界及其描述 2.2 概念模型及其表示 2.2.1 概念模型的基本概念 2.2.2 概念模型的表示方法 2.3 常见的数据模型 2.3.1 数据模型概述 2.3.2 层次数据模型 2.3.3 网状数据模型 2.3.4 关系数据模型 2.3.6 对象关系数据模型2.1 信息的三种世界及描述信息的三种世界：现实世界信息世界（概念模型 ）计算机世界（数据世 界） （数据模型）现实世界信息世界（概念模型）计算机世界（数据模型）认识抽象转换数据模型概述 数据模型

2、的种类很多，目前被广泛使用的数据模型 分为两类： 一类是独立于计算机系统的数据模型，完全不涉及 信息在计算机中的表示，这类模型称为概念数据模 型，简称概念模型。概念模型是一种面向客观世界 ，面向用户的模型，主要用于数据库设计。例如E-R 模型属于概念模型； 另一类是直接面向数据库的逻辑结构，称为逻辑数 据模型，又称为结构数据模型。它是一种与数据库 管理系统相关的模型，主要用于DBMS的实现，如层 次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型均属 这类数据模型。 数据模型概述 逻辑数据模型我们常常简称数据模型，它 有严格的定义。 数据库专家E.F. Codd认为：一个基本数 据模型是一组向用户提供的

3、规则，这些规 则规定数据结构如何组织以及允许进行何 种操作。通常，一个数据库的数据模型应 包含数据结构、数据操作和数据完整性约 束三个部分。2.1 2.1 信息的三种世界及其描述信息的三种世界及其描述1. 信息的现实世界要管理的客观存在的各种事物、事务之 间的相互联系及事物的发生、变化过程。 (1)实体(Entity)现实世界中存在的可以相互区分的事 物或概念。 (2) 实体的特征(Entity Characteristic)每个实体都有自己的特征，利用实体 的特征可以区别不同的实体。 (3) 实体集及实体集间的联系(Relation)具有相同特征或能用同样特征描述的 实体的集合。2. 信息世

4、界现实世界中的实体，通过人们的感觉器官反映到头脑中，形成信息，组成信息世界。简单的说就是现实世界在人们头脑中的反映。在信息世界中：实体的特征在头脑中形成的知识称为属性；实体通过其属性表示称为实例；同类实例的集合称为对象，对象即实体集中的实体用属性表示得出的信息集合；实体集之间的联系用对象联系表示。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。3. 信息的计算机世界1) 数据项(Item)：对象属性的数据表示。2) 记录(Record)：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；记录的

5、值表示对象中的一个实例，它的分量是数据项值。3) 文件(File)：对象的数据表示，同类记录的集合。4) 数据模型（Data Model）：现实世界中的事物和相互联系数据化的结果就是数据模型。4. 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 计算机世界 实体集 对象或实体型 数据或文件 （表）实体 实例 记录 特征 属性 数据项（字段） 实体标识 符标识 属性关键码实体间的联系对象间的联系 数据间的联系 概念模型数据模型 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 现实世界 系统分析 信息世界 数据库设计 计算机世界事物及

6、联系 信息化 信息模型 数据化 数据模型 2.2 概念模型及其表示2.2.1 概念模型的基本概念 1. 概念模型涉及的基本概念 (1) 对象（Object）和实例（Instance）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。对象中的每一个具体的事物（实体）为该对象的 实例。 (2) 属性（Attribute）属性为实体的某一方面特征的抽象表示。 (3) 主码（Primary Key）和次码(Secondary Key)码能够惟一标识一个实体；不能惟一标识实体的属性叫次码。 (4) 域（Domain） 属性的取值范围称为属性的域。概念模型是对信息世界的管理对象、属性

7、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. 实体联系的类型(1) 两个实体集之间的联系 1) 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。 2) 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。 3) 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中有一个或多个实体与之联系；反 之亦然。两个实体集之间的联系工厂负责厂长11学校工作教师1n职工参加体育团体mn两个

8、实体集联系的例子实体（集）间的联系学校校长学校学生教师学生(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，最多只和其他实体集Ei(ij)中的一个实体相联系，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。课程讲授教师参考书1nm供应商供应项目零件mpn3E-R 图 3E-R 图（Entity-Relationship Approach） 关于概念

9、模型的表示方法有很多，最著 名的是实体-联系方法，简称E-R图。E-R图 具有以下优点：能非常自然的描述现实世界 ；图形结构简单；设计者和用户易理解，并 且可以互相交流；它是数据库设计的中间步 骤，易于向数据模型转换。 （1）E-R图的图形符号 方 框：表示一实体集，在框内写上实 体集的名字。3E-R 图菱形框：表示联系，菱形框内标明联系名 ，与其相关的实体集之间用线段连接，且 在连线边上标明联系类型。 椭圆框：表示属性，在框内写上属性的名 字，并用无向边连向与其相关的实体集或 联系。 在E-R图中，有时为了突出各实体集之间 的联系，可以先画出实体集及其属性，然 后再重点画出实体之间的联系。如

10、图下图 所示： 3E-R 图学校负责校长教师聘任院系学生教学教师3E-R 图（2）绘制E-R图的步骤 第一步：通过对现实世界的分析、抽象， 找出实体集及其属性； 第二步：找出实体集之间的联系； 第三步：找出实体集联系的属性 第四步：绘制E-R图。绘制E-R图一般先 绘制局部E-R图，然后绘制全局E-R图，详 细见数据库设计。3E-R 图例如：我们以教学情况为例，进行E-R图设计 。 第一步：首先找出相关实体集： 学生(S) 教师(T) 课程(C) 院系(D) 每个实体的属性分别为： S: 学号，学生姓名，出生日期，专业，班级 T: 编号，教师姓名，职称，所在教研室 C: 课程号，课程名称，学时

11、，考核方式 D: 院系代号，院系名称3E-R 图第二步：找出实体集之间的联系 S与C之间有联系，且为m:n，因为一个学生可以 学习多门课程，反过来一门课程可以被多个学生 学习。 T与C之间有联系，且为m:n，因为一个教师可以 讲授多门课程，反过来一门课程可以被多个教师 讲授。 D与S之间有联系，且为1:n，因为一个院系可以 有多个学生，但是一个学生只属于一个院系。 D与T之间有联系，且为1:n，因为一个院系可以 有多个教师，但是一个教师只属于一个院系。3E-R 图第三步：找出实体集之间联系的属性第三步：找出实体集之间联系的属性 S S与与C C之间联系的结果用成绩表示。之间联系的结果用成绩表示

12、。 T T与与C C之间联系以讲授哪一个班级来表示。之间联系以讲授哪一个班级来表示。 第四步：绘制第四步：绘制E-RE-R图图 当当E-RE-R图比较复杂时，为了使图比较复杂时，为了使E-RE-R图简洁，可图简洁，可 以使属性不在以使属性不在E-RE-R图中出现，即单独画出每一图中出现，即单独画出每一 个实体及实体属性，在个实体及实体属性，在E-RE-R图中仅画出实体集图中仅画出实体集 和它们之间的联系，在和它们之间的联系，在E-RE-R图中每一个实体只图中每一个实体只 允许出现一次，如图所示。允许出现一次，如图所示。3E-R 图3E-R 图教师编 制院系授 课课程学 习学生成 绩SD授课班

13、级mm: :1 1m:m:n nmm: :n n1:1:mm课堂作业设物质管理数据库中有两个实体集,一是“ 仓库”实体集，具有仓库号、地址、电话等 属性；另一个“零件”实体集，具有零件号 、零件名称、规格、单价等。如果规定： 一种零件可以存放在多个仓库中；一个仓 库可以存放多种零件，存放在仓库中的零 件有日期、库存量等属性。试画出E-R图。2.3 常见的数据模型2.3.1 数据模型概述 1. 数据模型的三要素 1) 数据结构：所研究的对象类型的集合。包括与数据类型、内容、性 质有关的对象；与数据之间联系有关的对象。 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。包括操 作对象和有关

14、的操作规则两部分。 3) 数据约束条件：一组数据完整性规则的集合。 2. 常见的数据模型 层次模型、网状模型和关系模型。在非关系模型中，实体集用记录表示，实体的属性对应记录的数据项 （或字段）。实体集之间的联系转换 成两两记录之间的联系。非关系模型 中数据结构的单位是基本层次联系。RiRjLij2.3.2 层次数据模型1. 层次模型的数据结构 (1) 层次模型的定义 1) 有且仅有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点。 2) 除根结点之外的其他结点有且只有一个双亲结点。 (2)层次模型的数据表示方法实体集使用记录表示；记录型包含若干个字段；记录值表示实 体；记录之间的联系使用基本层次联系表

15、示。 (3) 层次模型的特点层次模型像一棵倒立的树，只有一个根结点，有若干个叶结点， 结点的双亲是惟一的。 院系编号院系名称办公地点教研室编号教研室学号姓名年龄专业方向职工号姓名教学院系数据模型院系教研室学生教师D10计算机系9号楼C01硬件教研室C02软件教研室00001王平2000002李丽20电器92001王海自动化92002张铮数据库92003许明人工智能92004陈真教学院系数据库的一个实例2. 层次模型的完整性约束条件在进行插入记录值操作时，如果没有指明相应的 双亲记录值（首记录值），则不能插入子女记录值 （属记录值）。 (2) 进行删除记录操作时，如果删除双亲记录值（ 首记录值），则相应的子女结点值（属记录值）也 同时被删除。 (3) 进行修改记录操作时，应修改所有相应记录， 以保证数据的一致性。2.3.3 网状数据模型1. 网状模型的数据结构 (1) 网状模型结构的基本特征 1) 有一个以上的结点没有双亲。2) 结点可以有多于一个的双亲。(2) 网状模型的数据表示方法1) 使用记录和记录值表示实体集和实体；每个结点表示一个记录， 每个记录包含若干个字段。2) 联系(系)用结点间的有向线段表示。每个有向线段表示一个记录 间的一对多的联系。 R1R2R1R2R3R4R1R3R2L1 L2 L1 L2 L1 L2 L32. 网状模型的完整性约束条件支持记录码的概念。码