第三章數(shù)據(jù)管理中的數(shù)據(jù)模型,3.1數(shù)據(jù)模型的基本概念3.2數(shù)據(jù)模型的四個世界3.3概念世界與概念模型3.4信息世界與邏輯模型3.5計算機世界與物理模型本章小結(jié),3.1數(shù)據(jù)模型的基本概念,數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)管理特征的抽象，是數(shù)據(jù)管理的核心;真實、易于理解、方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型包括三部分內(nèi)容數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的類型、性質(zhì)以及關(guān)系；數(shù)據(jù)操縱：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的操作類型與操作方式；數(shù)據(jù)約束：數(shù)據(jù)間的語法、語義聯(lián)系，它們間的制約與依存關(guān)系，數(shù)據(jù)動態(tài)變化的規(guī)則。,3.1數(shù)據(jù)模型的基本概念,數(shù)據(jù)模型按不同的應(yīng)用層次分成三種類型：概念數(shù)據(jù)模型（概念模型）：面向客觀世界、面向用戶，與DBMS及具體的計算機平臺無關(guān)；邏輯數(shù)據(jù)模型（邏輯模型）：面向數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，著重于在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一級實現(xiàn)。物理數(shù)據(jù)模型（物理模型）：面向數(shù)據(jù)庫物理表示，給出數(shù)據(jù)模型在計算機物理結(jié)構(gòu)的表示。,3.2數(shù)據(jù)模型的四個世界,現(xiàn)實世界,概念化,形式化,計算機,概念世界,信息世界,計算機世界,物理化,圖3.1四個世界的轉(zhuǎn)化示意圖,用戶,現(xiàn)實世界：用戶所關(guān)注的世界，是客觀世界中劃定邊界的一個部分環(huán)境；,概念世界：是對現(xiàn)實世界的抽象，從紛繁的現(xiàn)實世界中抽取出能反映現(xiàn)實本質(zhì)的概念和基本關(guān)系，它與具體的數(shù)據(jù)庫和計算機平臺無關(guān)；,信息世界：將概念世界中的概念和關(guān)系，以一定的形式映射到計算機世界中去；,計算機世界：將信息世界中的模型在計算機物理結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)。,3.3概念世界與概念模型,1E-R模型,又稱實體-聯(lián)系模型，它于1976年由PeterChen提出。,3.3概念世界與概念模型,（1）E-R模型的基本要素實體客觀存在并可相互區(qū)分的事物叫實體如學生張三、工人李四、計算機系、數(shù)據(jù)庫概論屬性實體所具有的某一特性。由屬性名、屬性型、屬性值組成一個實體可以由若干個屬性來刻畫例如，學生可由學號、姓名、年齡、系等組成聯(lián)系實體之間的相互關(guān)聯(lián)聯(lián)系也可以有屬性，如學生與課程之間有選課聯(lián)系，每個選課聯(lián)系都有一個成績作為其屬性,3.3概念世界與概念模型,（2）E-R模型中聯(lián)系的分類兩個實體集間的聯(lián)系多個實體集間的聯(lián)系一個實體集內(nèi)部的聯(lián)系兩個實體集之間的聯(lián)系又可分為：一對一的聯(lián)系（1：1）一對多或多對一的聯(lián)系（1：m或m：1）多對多的聯(lián)系（m：n）,3.3概念世界與概念模型,（3）E-R圖的表示方法實體集表示法屬性表示法聯(lián)系表示法,學生,課程,學號,姓名,年齡,選修,學生,課程,選修,姓名,學號,年齡,課程名,課程號,學分,成績,用無向邊把實體與其屬性連接起來,將參與聯(lián)系的實體用線段連接,m,n,聯(lián)系的數(shù)量,圖3.2學生學修課程E-R圖,3.3概念世界與概念模型,多個實體集之間的聯(lián)系,3.3概念世界與概念模型,自反聯(lián)系,實體集間多種聯(lián)系,3.3概念世界與概念模型,例：在一個工廠物資管理系統(tǒng)中，有職工、倉庫、項目、零件、供應(yīng)商五個實體集以及供應(yīng)、庫存、領(lǐng)導、工作四個關(guān)系組成，試畫出E-R圖。,3.3概念世界與概念模型,供應(yīng)商,項目,零件,供應(yīng),供應(yīng)商號,姓名,地址,項目號,預算,單價,預算,名稱,規(guī)格,倉庫,職工,庫存,庫存量,工作,領(lǐng)導,倉庫號,面積,職工號,姓名,供應(yīng)量,m,p,n,m,n,1,n,1,n,圖3.3某工廠物資管理E-R圖,3.3概念世界與概念模型,2面向?qū)ο竽Ｐ停?）對象的組成對象標識符（OID）能惟一標識對象的符號對象的靜態(tài)特性對對象屬性的刻畫類似于E-R模型中的屬性對象的動態(tài)特性對對象實施的操作稱為方法或操作,3.3概念世界與概念模型,（2）對象的特點對象的封裝性對象標識符的獨立性對象屬性值的多值性,3.3概念世界與概念模型,（3）類與類的特性類將一組具有相同屬性、方法的對象集合稱為類；類中的對象稱為實例。子類與超類子類超類普化特化（is-a）,3.3概念世界與概念模型,聚合與分解由簡單的對象組合成復雜的對象稱為類的聚合（is-part-of）反之，為類的分解,3.3概念世界與概念模型,面向?qū)ο竽Ｐ鸵灶悶樘幚韱挝?，以類間的繼承、聚合為關(guān)聯(lián)所構(gòu)成的模型稱為面向?qū)ο竽Ｐ?。面向?qū)ο竽Ｐ湍苊枋鰪碗s的現(xiàn)實世界。,3.4信息世界與邏輯模型,1概述層次模型網(wǎng)狀模型關(guān)系模型面向?qū)ο竽Ｐ蛯ο?關(guān)系模型,3.4信息世界與邏輯模型,關(guān)系模型的思想是IBM公司的E.F.Codd于1970年提出的；關(guān)系模型由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操縱、數(shù)據(jù)約束,2關(guān)系模型,3.4信息世界與邏輯模型,（1）關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用二維表來表示實體集:表框架和表元組用二維表來表示實體集之間的聯(lián)系,屬性,元組,分量,3.4信息世界與邏輯模型,關(guān)系的一列稱為屬性關(guān)系的一行稱為元組；屬性的取值范圍稱為域；屬性的個數(shù)稱為關(guān)系的元；關(guān)系框架關(guān)系名及關(guān)系中的屬性構(gòu)成了關(guān)系框架。設(shè)關(guān)系名為R，其屬性為a1,a2,an,則該關(guān)系的框架是R(a1,a2,an),3.4信息世界與邏輯模型,關(guān)系的性質(zhì)關(guān)系是一個二維表，每行對應(yīng)一個元組，每列是一個屬性，有一個屬性名，對應(yīng)一個域；列是同質(zhì)的，即列值來自同一個域，不同列可以出自同一個域，但列名不同；關(guān)系中每一個屬性是不可分解的，即所有域都是原子數(shù)據(jù)的集合；,3.4信息世界與邏輯模型,關(guān)系的性質(zhì)關(guān)系中任兩個元組不能完全相同；每個關(guān)系都有關(guān)鍵字唯一標識各個元組；關(guān)系中行的排列順序、列的排列順序是無關(guān)緊要的,3.4信息世界與邏輯模型,鍵(Key)：標識元組，建立元組間聯(lián)系關(guān)系中凡能惟一標識元組的屬性集稱為該關(guān)系的鍵；關(guān)系中可能有若干個鍵，它們稱為候選鍵；假設(shè)學生的姓名不能重復，這時學生的學號和姓名都可以標識一個學生，學號和姓名都是候選健,3.4信息世界與邏輯模型,鍵(Key)從所有候選鍵中選定一個用來區(qū)別同一關(guān)系中的不同元組，稱作主鍵；關(guān)系一定有主鍵一個實體集中任意兩個實體在主鍵上的取值不能相同如學號是學生實體的主鍵外鍵：若關(guān)系A(chǔ)中的某屬性集是關(guān)系B的鍵，則稱該屬性集是A的外鍵。,3.4信息世界與邏輯模型,（2）關(guān)系操縱數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)刪除數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)修改空值處理,3.4信息世界與邏輯模型,（3）關(guān)系中的數(shù)據(jù)約束實體完整性約束關(guān)鍵字必須唯一，其屬性值不能為NULL參照完整性約束外關(guān)鍵字必須取自參照關(guān)系的參照屬性值，但可以為NULL用戶自定義完整性約束學生的年齡在15-30之間,3.4信息世界與邏輯模型,3面向?qū)ο筮壿嬆Ｐ秃蛯ο箨P(guān)系模型面向?qū)ο筮壿嬆Ｐ蛯ο箨P(guān)系模型擴充的數(shù)據(jù)類型和復雜的數(shù)據(jù)類型繼承引用：聚合的一種具體表示。表示表的屬性類型。,3.5計算機世界與物理模型,圖3.6數(shù)據(jù)庫物理模型的三個層次,3.5計算機世界與物理模型,1數(shù)據(jù)庫的物理存儲介質(zhì)主存儲器共作區(qū)緩沖區(qū)磁盤存儲器磁帶存儲器,3.5計算機世界與物理模型,2文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的組成項記錄文件文件的操作打開文件關(guān)閉文件讀記錄寫記錄刪除記錄,3.5計算機世界與物理模型,3數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)分類數(shù)據(jù)主體數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)間聯(lián)系的信息數(shù)據(jù)存取路徑信息與數(shù)據(jù)主體有關(guān)的其他信息數(shù)據(jù)庫存儲空間組織,3.5計算機世界與物理模型,圖3.7數(shù)據(jù)存儲空間邏輯結(jié)構(gòu)圖,本章小結(jié),現(xiàn)實世界,概念化,形式化,概念世界,信息世界,計算機世界,物理化,概念模型E-R模型、面向?qū)ο竽Ｐ?邏輯模型關(guān)系模型、對象-關(guān)系模型,物理模型,對象的特點,對象的封裝性對象的屬性與方法是封裝在一起的外界不能直接訪問對象的屬性，須通過方法來訪問,對象的特點,對象標識符的獨立性對象標識符獨立于屬性值如兩個品牌規(guī)格相同的茶杯，它們的屬性值是相同的，但它們是不同的對象，具有不同的OID。,對象的特點,對象屬性值的多值性對象屬性的取值可以是單值也可以是多值如學生選修多門課程，其成績?nèi)≈悼梢詾槎嘀?子類與超類,圖3.4子類和超類間的is-a示意圖,類的聚合與分解,圖3.5類的聚合與分解表示,關(guān)系的性質(zhì),鍵,外鍵,空值處理,在關(guān)系元組的分量中允許出現(xiàn)空值，空值的含義如下：未知的值不可能出現(xiàn)的值注意關(guān)系的主鍵中不允許出現(xiàn)空值需要定義有關(guān)空值的運算,練習題,1、某商業(yè)集團數(shù)據(jù)庫中有3個實體集。一是“商店”實體集，屬性有商店編號、商店名、地址等；二是“商品”實體集，屬性有商品號、商品名、規(guī)格、單價等；三是“職工”實體集，三是有職工編號、姓名、性別、業(yè)績等。商店與商品間存在“銷售”關(guān)系，每個商店可銷售多種商品，每種商品也可放在多個商店銷售，每個商店每銷售一種商品，有月銷售量；商店與職工間存在著“聘用”聯(lián)系，每個商店有許多職工，每個職工只能在一個商店工作，商店聘用職工有聘期和月薪。試畫出E-R圖。,練習題,2、設(shè)有商業(yè)銷售記賬數(shù)據(jù)庫，一個顧客（顧客姓名，單位，電話號碼）可以買多種商品，一種商品（商品名稱，型號，單價）供應(yīng)多個顧客。試畫出對應(yīng)的E-R圖。3、某醫(yī)院病房計算機管理中需要如下信息:科室：科名，科地址，科電話，醫(yī)生姓名病房：病房號，床位號，所屬科室號醫(yī)生：姓名，職稱，所屬科室名，年齡，工作證號病人：病歷號，姓名，性別，診斷，主管醫(yī)生，病房號其中，一個科室有多個病房，多個醫(yī)生。一個病房只能屬于一個科室，一個醫(yī)生只屬于一個科室，但可負責多個病人的診治，一個病人的主管醫(yī)生只有一個。設(shè)計系統(tǒng)的E-R圖。,練習題,4、設(shè)有一圖書出版銷售系統(tǒng)，其中的數(shù)據(jù)有：圖書的書號、書名及作者姓名；出版社名稱、地址及電話；書店名稱、地址及其經(jīng)銷圖書的銷售數(shù)量。其中圖書、出版社及書店間滿足如下關(guān)系：每種圖書只能由一家出版社出版每種圖書可能由多家書店銷售每家書店可以經(jīng)銷多種圖書試畫出該數(shù)據(jù)庫的E-R圖，要求在圖上注明屬性及聯(lián)系間的函數(shù)關(guān)系。,