數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

原理與實踐第二章數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型描述1概念模型22邏輯模型32.1數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)模型（DataModel）是一種模型，它采用抽象的方法刻畫出現(xiàn)實世界中數(shù)據(jù)的組織結構和使用方式在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開發(fā)過程中，需要使用兩類不同層次的數(shù)據(jù)模型：概念模型邏輯模型32.1數(shù)據(jù)模型描述概念模型的抽象層次較高，它是按用戶的視角對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)進行建模概念模型設計好之后需要將其轉換為DBMS支持的某種邏輯模型。常見的邏輯模型包括：層次模型、網(wǎng)狀模型、關系模型、面向對象模型、對象關系模型和XML模型等42.1數(shù)據(jù)模型描述現(xiàn)實世界、概念模型和邏輯模型52.1數(shù)據(jù)模型描述由DBMS支持的邏輯數(shù)據(jù)模型通常具有嚴格的形式化定義，包括數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)完整性約束三個部分數(shù)據(jù)結構描述組成數(shù)據(jù)庫的實體以及實體之間的聯(lián)系，是數(shù)據(jù)庫的靜態(tài)特性數(shù)據(jù)操作描述對于數(shù)據(jù)庫的查詢和更新（包括插入、刪除、修改）操作，是數(shù)據(jù)庫的動態(tài)特性數(shù)據(jù)完整性約束描述數(shù)據(jù)及其聯(lián)系應具有的制約和依賴規(guī)則62.2概念模型概念模型是根據(jù)具體應用對現(xiàn)實世界進行認識、分析和抽象而得到的，它描述了概念（也稱為實體）及其聯(lián)系E-R模型（ER圖）是表達概念模型最常用的圖形符號系統(tǒng)，此外UML模型（類圖）也可用于描述概念模型72.2概念模型E-R模型建立E-R模型的過程稱為ER方法，其表現(xiàn)形式是ER圖（ERdiagram，簡稱ERD）基本概念實體（entity）實體集（entityset）屬性（attribute）域（domain）主鍵（primarykey）聯(lián)系（relationship）82.2概念模型ER圖矩形框表示實體集，標明實體集的名稱菱形框表示聯(lián)系，標明聯(lián)系的名稱，用直線將聯(lián)系與參加該聯(lián)系的各實體集連接起來，并在直線端部標注聯(lián)系的類型橢圓框表示屬性，標明屬性的名稱，用直線將實體集或聯(lián)系與它們的屬性連接起來，如果某屬性是主鍵中的屬性，則在屬性名下面畫一條橫線92.2概念模型例：學生實體及其屬性的ER圖102.2概念模型兩個實體集之間的二元聯(lián)系一對一聯(lián)系（1:1）對于實體集A中的每一個實體，實體集B中至多有一個（也可以沒有）實體與之聯(lián)系，反之亦然一對多聯(lián)系（1:n）或多對一聯(lián)系（n:1）對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中至多只有一個實體與之聯(lián)系從另一側（多的一側）來看待一對多聯(lián)系就成為多對一聯(lián)系（記作n:1）112.2概念模型兩個實體集之間的二元聯(lián)系多對多聯(lián)系（m:n）對于實體集A中的每一個實體，實體集B中有n個實體與之聯(lián)系，反之，對于實體集B中的每一個實體，實體集A中有m個實體與之聯(lián)系122.2概念模型兩個實體集之間的二元聯(lián)系三種類型二元聯(lián)系的ER圖和實體集映射示意圖132.2概念模型三個實體集之間形成的聯(lián)系稱為三元聯(lián)系一個實體集與其自身之間形成的聯(lián)系稱為一元聯(lián)系142.2概念模型例：某購物網(wǎng)站銷售多種商品，每種商品有商品號、名稱、價格等屬性。該網(wǎng)站擁有多名會員，每名會員有用戶名、密碼、真實姓名、性別、出生日期等屬性。一名會員可以發(fā)出多張訂單，每張訂單由多個條目組成。每個條目只對應要購買的一種商品，條目包括條目號和購買商品數(shù)量等信息。為該購物網(wǎng)站的數(shù)據(jù)庫設計E-R模型152.2概念模型購物網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫的ER圖162.3邏輯模型邏輯模型是某DBMS支持的數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)操作和數(shù)據(jù)完整性的總稱常見的邏輯模型包括層次模型網(wǎng)狀模型關系模型面向對象模型對象關系模型XML模型172.3邏輯模型層次模型層次模型（hierarchicalmodel）用樹形結構表示實體和聯(lián)系樹的節(jié)點表示實體集，也稱為記錄類型，節(jié)點中的字段表示屬性。每個非根節(jié)點有且只有一個父節(jié)點，每個父節(jié)點可以有多個子節(jié)點。由父節(jié)點指向子節(jié)點的有向邊表示二者之間的一對多聯(lián)系層次模型必須通過指定全路徑才能獲取某記錄類型的值，一個記錄不能脫離其父記錄而獨立存在182.3邏輯模型層次模型層次模型的數(shù)據(jù)結構192.3邏輯模型層次模型層次模型的數(shù)據(jù)實例202.3邏輯模型層次模型層次模型是第一個被提出的邏輯模型，使得用戶可以面對邏輯數(shù)據(jù)結構進行管理工作，而不再需要面對物理數(shù)據(jù)結構的繁瑣細節(jié)。層次模型的缺點只能直接表示一對一和一對多聯(lián)系，無法直接表示多對多聯(lián)系。表示多對多聯(lián)系時，必須將多對多聯(lián)系分解為兩個一對多聯(lián)系，表示方式不自然在層次模型中，由于記錄具有嚴格的層次順序，數(shù)據(jù)的查詢和更新語言比較復雜，進而增加了應用程序編寫的復雜程度212.3邏輯模型網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型（networkmodel）用有向圖結構表示實體和聯(lián)系與層次模型相同，網(wǎng)狀模型中的節(jié)點是表示實體集的記錄類型，由節(jié)點A指向節(jié)點B的有向邊表示記錄類型A與記錄類型B之間存在一對多聯(lián)系與層次模型不同的是，網(wǎng)狀模型放寬了對于父節(jié)點個數(shù)的要求，在網(wǎng)狀模型中，允許一個以上的節(jié)點無父節(jié)點，允許一個節(jié)點有多個父節(jié)點。可以認為，網(wǎng)狀模型是層次模型的一般化形式222.3邏輯模型網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)結構232.3邏輯模型網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型的數(shù)據(jù)實例242.3邏輯模型網(wǎng)狀模型網(wǎng)狀模型的優(yōu)點在于，能夠更為直接地描述現(xiàn)實世界，例如，一個節(jié)點可以有多個父節(jié)點；記錄之間通過指針鏈接，存取效率較高網(wǎng)狀模型的缺點數(shù)據(jù)結構復雜，而且隨著數(shù)據(jù)庫規(guī)模的擴大，數(shù)據(jù)結構的復雜程度將顯著增長數(shù)據(jù)的查詢和更新語言復雜，用戶必須了解數(shù)據(jù)存取的細節(jié)，增加了編程負擔252.3邏輯模型關系模型關系模型（relationalmodel）使用關系表示實體和聯(lián)系，可將每個關系看作一張規(guī)范的二維表與層次模型和網(wǎng)狀模型相比，關系模型具有堅實的數(shù)學基礎，可以用集合論和數(shù)理邏輯進行嚴格定義關系模型的數(shù)據(jù)結構由若干關系模式組成，關系模式相當于層次模型和網(wǎng)狀模型中的記錄類型（即節(jié)點）262.3邏輯模型關系模型關系模型的數(shù)據(jù)結構272.3邏輯模型關系模型關系模型的數(shù)據(jù)實例282.3邏輯模型關系模型關系模型的優(yōu)點具有嚴格的數(shù)學基礎聲明式的數(shù)據(jù)查詢和更新隨著關系模型查詢優(yōu)化技術的完善和計算機硬件性能的提高，目前關系模型的效率已與層次、網(wǎng)狀模型基本相當。在實際應用中，一般無需考慮關系模型的性能問題292.3邏輯模型其他數(shù)據(jù)模型面向對象模型隨著面向對象方法論應用于數(shù)據(jù)庫領域而產(chǎn)生用類表示實體集，用對象表示實體，用對象間的關聯(lián)表示實體間的聯(lián)系對象關系模型是關系模型與面向對象模型的結合，在關系模型的基礎上擴充了類、對象、繼承等面向對象概念允許用戶以基本數(shù)據(jù)類型為基礎，自己定義新的數(shù)據(jù)類型、函數(shù)和操作符302.3邏輯模型其他數(shù)據(jù)模型XML模型最初XML是作為不同應用系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)的傳輸格式，后來XML越來越多地用于存儲和共享各領域的業(yè)務數(shù)據(jù)XML模型是一種樹形結構，在概念上與層次模型有相似之處。但XML模型的平臺廠商無關性、自描述性和高度靈活性是層次模型所不具備的。與層次模型相比，XML模型能夠描述更為復雜、多樣的數(shù)據(jù)。XML模型特別適合于表示半結構化數(shù)據(jù)312.3邏輯模型其他數(shù)據(jù)模型XML模型的數(shù)據(jù)結構322.3邏輯模型其他數(shù)據(jù)模型XML模型的數(shù)據(jù)實例33本章小結介紹了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)過程中需要使用的兩類數(shù)據(jù)模型：概念模型和邏輯模型概念模型是按照用戶的視角對現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)進行建模常用的概念模式是E-R模型。E-R模型中的基本概念包括：實體、實體集、屬性、主鍵、聯(lián)系等。概念模型設計好之后，需要將其轉換為DBMS支持的某種邏輯模型34本章小結邏輯模型的發(fā)展經(jīng)歷了層次模型、網(wǎng)狀模型、關系模型、面向對象模型、對象關系模型和XML模型等階段關系模型是目前最為重要的一種邏輯模型設計數(shù)據(jù)庫的過程實際上是將現(xiàn)實世界的實體及其聯(lián)系抽象為概念模型，再將概念模型根據(jù)相應的規(guī)則轉換為某種邏輯模型的過程35思考與練習題

一、選擇題1.數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型從以下三方面描述，即基本數(shù)據(jù)結構類型、數(shù)據(jù)操作和_____。A.數(shù)據(jù)類型B.數(shù)據(jù)庫模型C.數(shù)據(jù)的約束條件D.安全性2.用二維表結構表示實體以及實體間聯(lián)系的數(shù)據(jù)模型稱為______。A.網(wǎng)狀模型B.層次模型C.關系模型D.面向對象模型36思考與練習題3.關系數(shù)據(jù)模型______。A.只能表示實體間的1:1關系B.只能表示實體間的1:n關系C.不能表示實體間的m:n關系D.能夠表示任意m:n關系4.Oracle、DB2、SQLServer這幾種DBMS產(chǎn)品采用的是______。A.網(wǎng)狀模型B.層次模型C.XML模型D.關系模型37思考與練習題二、填空題1.在ER圖中，主要元素是實體型、屬性和______。2.層次模型用

結構表示實體和聯(lián)系。3.網(wǎng)狀模型用

結構表示實體和聯(lián)系。4、面向對象模型用

表示實體集，用

表示實體，用對象間的關聯(lián)表示

間的聯(lián)系。38思考與練習題三、思考題1.什么是數(shù)據(jù)模型？建立數(shù)據(jù)模型的目的是什么？2.論述概念模型和邏輯模型的區(qū)別與聯(lián)系。3.層次模型和網(wǎng)狀模型的本質區(qū)別在哪里？4.XML數(shù)據(jù)模型與層次模型的本質區(qū)別在哪里？39思考與練習題四、操作題1.某公司承擔著多個工程項目，公司的一名員工可以參與多個項目，一個項目團隊由多名員工組成，員工具有編號、姓名、性別、職務等屬性，項目具有編號、名稱、描述、工期等屬性。該公司要根據(jù)上述情況設計“項目-員工”數(shù)據(jù)庫。畫出表示該數(shù)據(jù)庫E-R模型的ER圖。40思考與練習題2.一個百貨公司有