AnQing Teachers College Department of Computer & Information 数据库原理与应用 Principle and Application of Database System 安庆师范学院计算机与信息学院 AnQing Teachers College Department of Computer & Information Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 第2章 数据模型 2.1数据模型的组成要素 2.2概念模型 2.3 最常用的三种数据模型 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 数据模型 在数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 数据模型(续) 客观对象的抽象过程---两步抽象 现实世界中的客观对象抽象为概念模型； 概念模型 也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。 把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。 数据模型 主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 现实世界 信息世界 概念模型 认识抽象 计算机世界 数据模型 图1.6 现实世界中客观对象的抽象过程 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System § 2.1 数据模型的组成要素 数据结构 数据操作 数据的约束条件 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 一、 数据结构 什么是数据结构 数据库的组成对象以及对象之间的联系 两类对象 与数据类型、内容、性质有关的对象（对数据的描述） 与数据之间联系有关的对象（对数据间联系的描述） 数据结构是对系统静态特性的描述 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 二、数据操作 数据操作 对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则。 数据操作的类型 检索 更新（包括插入、删除、修改） 数据操作是对系统动态特性的描述。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 三、数据的约束条件 数据的约束条件 一组完整性规则的集合。 完整性规则是给定的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。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System §2.2 概念模型 1、 信息世界中的基本概念 2、概念模型的表示方法 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 1. 信息世界中的基本概念 (1)实体（Entity） 客观存在并可相互区别的事物称为实体。 可以是具体的人、事、物或抽象的概念。如一个学生， 一本书，学生的一次选课 (2) 属性（Attribute） 实体所具有的某一特性称为属性。 如：学生实体有学号、姓名、性别、出生日期、所在系别等方面的属性。 属性有“型”和“值”之分，“型”即为属性名，如姓名、年龄、性别是属性的型；“值”即为属性的具体内容，如 （990001,张立，20，男，计算机）这些属性值的集合表示了一个学生实体。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 信息世界中的基本概念(续) (3) 码（Key） 能唯一标识实体的属性或属性集称为码。 如学生的学号。 (4) 域（Domain） 属性的取值范围称为该属性的域。 如学号的域为9位整数，姓名的域为字符串集合，年龄的域为小于40的整数，性别的域为（男，女）。 (5) 实体型（Entity Type） 用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型。 如学生（学号，姓名，年龄，性别，系）就是一个实体型。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 信息世界中的基本概念(续) (6) 实体集（Entity Set） 同型实体的集合称为实体集。 如所有的学生、所有的课程等。 (7) 联系（Relationship） 现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实 体型内部的联系和实体型之间的联系 联系 两个实体型间 一对一联系（1:1） 　 三个或三个以上实体型间 一对多联系（1:n） 同一个实体型内 多对多联系（m:n） Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 两个实体型间的联系 实体型A 实体型A 实体型A m 1 1 联系名 联系名 联系名 n 1 n 实体型B 实体型B 实体型B m:n联系 1:1联系 1:n联系 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 两个实体型间的联系 一对一联系 　 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。 实例 班级与班长之间的联系： 一个班级只有一个正班长 一个班长只在一个班中任职 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 班级 班级-班长 班长 1 1:1联系 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 两个实体型间的联系 (续) 一对多联系 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系 记为1:n。 实例 班级与学生之间的联系： 一个班级中有若干名学生， 每个学生只在一个班级中学习 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 班级 组成 学生 1 n 1:n联系 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 两个实体型间的联系 (续) 多对多联系（m:n） 如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n≥0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m≥0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系。记为m:n。 实例 课程与学生之间的联系： 一门课程同时有若干个学生选修 一个学生可以同时选修多门课程 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 课程 选修 学生 m n m:n联系 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 多个实体型间的联系 两个以上不同实体型之间也可能存在各种联系，以3个不同实体型A、B、C为例，它们之间的典型联系有1:m:n和m:n:p联系。对于1:m:n联系，表示A和B之间是1:m(一对多)联系，B和C之间m:n(多对多)联系，A和C之间是1:m(一对多)联系。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 多个实体型间的联系(续) 实例 课程、教师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，每一个教师只讲授一门课程，每一本 参考书只供一门课程使用 课程与教师、参考书之间的联系是一对多的 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 联系的表示方法示例（续） 课程 讲授 教师 1 m 多个实体型间的1:n联系 参考书 n Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 同一实体型内部的联系 实例 职工实体型内部具有领导与被领导的联系 某一职工（干部）“领导”若干名职工 一个职工仅被另外一个职工直接领导 这是一对多的联系 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 联系的表示方法示例（续） 职工 领导 1 n 同一实体型内部的1:n联系 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 2、 概念模型的表示方法 实体－联系方法(E-R方法) 用E-R图来描述现实世界的概念模型 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System E-R图 实体型 用矩形表示，矩形框内写明实体型名。 学生 教师 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System E-R图(续) 属性 用椭圆形表示，并用无向边将其与相应的实体型连接起来。 学生 系别 学号 姓名 性别 年龄 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System E-R图(续) 联系 联系本身：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型连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1、1:n或m:n） 联系的属性：联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一个联系具有属性，则这些属性也要用无向边与该联系连接起来。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 联系的表示方法示例 课程 选修 学生 m n m:n联系 班级 班级-班长 班长 1 1:1联系 班级 组成 学生 1 n 1:n联系 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 联系的表示方法示例（续） 职工 领导 1 n 同一实体型内部的1:n联系 课程 讲授 教师 m 多个实体型间的1:n联系 参考书 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 联系属性的表示方法 课程 选修 学生 m n 成绩 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System E-R图实例：某工厂物资管理概念模型 用E-R图表示某个工厂物资管理的概念模型 实体 仓库： 仓库号、面积、电话号码 零件 ：零件号、名称、规格、单价、描述 供应商：供应商号、姓名、地址、电话号码、帐号 项目：项目号、预算、开工日期 职工：职工号、姓名、年龄、职称 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System E-R图实例：某工厂物资管理概念模型 实体之间的联系如下： (1)一个仓库可以存放多种零件，一种零件可以存放在多个仓 库中。仓库和零件具有多对多的联系。用库存量来表示某种零件在某个仓库中的数量。 (2)一个仓库有多个职工当仓库保管员，一个职工只能在一个仓库工作，仓库和职工之间是一对多的联系。职工实体型中具有一对多的联系 (3)职工之间具有领导-被领导关系。即仓库主任领导若干保管员。 (4)供应商、项目和零件三者之间具有多对多的联系 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System E-R图实例：某工厂物资管理概念模型 姓名 地址 电话号 账号 面积 电话号 职工号 姓名 年龄 1 n 工作 供应商号 供应商 仓库号 仓库 职工 职称 m m 1 n 库存 领导 供应 库存量 供应量 n p n 零件 项目 项目号 预算 开工日期 零件号 名称 规格 单价 描述 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 在简单的教务管理系统中，包括四个实体，分别为： 系：系名，电话 教师：教师号，姓名，性别，职称，年龄 学生：学号，姓名，性别，年龄 课程：课程号，课程名，学分 且存在如下语义约束： 一个系可拥有多个教师，一个教师只能属于一个系。 一个系可拥有多个学生，一个学生只能属于一个系。 一个学生可选修多门课程，一门课程可为多个学生选修，每一个学生选修每门课程都有一个成绩。 一个教师可讲授多门课程，一门课程可为多个教师讲授。 画出E-R图。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 简单教务管理系统的E－R图 n 1 m 系 属于 教师 拥有 学生 讲授 选修 课程 学号 姓名 性别 年龄 成绩 课程号 课程名 教师号 职称 系名 电话 学分 上课地点 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System §2.3 常用数据模型 非关系模型 层次模型（Hierarchical Model） 网状模型（Network Model） 数据结构：以基本层次联系为基本单位 基本层次联系：两个记录类型以及它们之间的 一对多（包括一对一）的联系。 Ri Lij Rj Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 常用数据模型（续） 关系模型（Relational Model） 数据结构：表 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 一、 层次模型 层次模型是数据库系统中最早出现的数据模型，采用层次模型的数据库的典型代表是IBM公司的IMS（Information Management System）数据库管理系统。 现实世界中，许多实体之间的联系都表现出一种很自然的层次关系，如家族关系，行政机构等。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 1. 层次数据模型的数据结构 层次模型的数据结构：“有向树” 实体型：用记录类型描述。 每个结点表示一个记录类型。 属性：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。 联系：用结点之间的连线（有向边）表示记录类型之间的一对多的联系 层次模型中的几个术语 根结点，双亲结点，兄弟结点，叶结点 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 层次数据模型的数据结构（续） Ｒ 1 根结点 2 兄弟结点 3 叶结点 4 5 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 层次数据模型的数据结构（续） 层次模型的特征： （1）有且仅有一个结点没有双亲，该结点就是 根结点； （2）根结点以外的其他结点有且仅有一个双亲 结点，这就使得层次数据库系统只能直接 处理一对多的实体关系； Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 实例：教员—学生数据库层次模型 系编号 系名 办公地点 教研室编号 教研室 学号 姓名 成绩 职工号 研究方向 系 教研室 学生 教员 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 教学—学生数据库的一个值 系 D02 计算机 信息楼 学生 教研室 R01 数据库 S63871 文继荣 A R02 信息系统 S63874 刘华 C R03 网络 S63874 张孝 A 教员 E2101 王大明 数据库 E1101 陈芝 网络安全 E1709 冯灵 数据仓库 E3102 张豪 网络管理 E3501 孟勇 并行数据库 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 二、网状模型 20世纪70年代，数据系统语言研究会CODASYL（Conference On Data System Language）下属的数据库任务组DBTG（Data Base Task Group）提出了一个系统方案，DBTG系统，也称CODASYL系统，成为了网状数据模型的代表。 实际系统 Cullinet Software 公司的 IDMS Univac公司的 DMS1100 Honeywell公司的IDS/2 HP公司的IMAGE Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 1.网状数据模型的数据结构 网状模型 满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型。 1. 允许一个以上的结点无双亲； 2. 一个结点可以有多于一个的双亲。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 网状数据模型的数据结构（续） 表示方法（与层次数据模型相同） 实体型：用记录类型描述。 每个结点表示一个记录类型。 属性：用字段描述。 每个记录类型可包含若干个字段。 联系：用结点之间的连线表示记录（类）型之 间的一对多的父子联系。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 网状数据模型的数据结构 R 1 R 2 R1 R2 L1 L2 L3 R3 L1 L2 R3 L4 R4 R5 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 网状数据模型的数据结构（续） Ｒ 1 L1 L2 R2 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 网状数据模型的数据结构（续） 学生宿舍 学生 教研室 系 教师 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 网状数据模型的数据结构（续） 父母 人 子女 树 种植 砍伐 养育 赡养 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 网状数据模型的数据结构（续） 课程 选修 学生 m n 学生/选课/课程的网状数据模型 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 网状数据模型的存储结构 选课记录 学生记录 课程记录 学生/选课/课程的网状数据库实例 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 三、 关系模型 1970年美国IBM公司的研究员E.F.Codd首次提出了数据库系统的关系模型。 他发表了题为“大型共享银行数据的关系模型”（A Relation Model of Data for Large Shared Data Banks）,在文中解释了关系模型，定义了某些关系代数运算，研究了数据的函数相关性，定义了关系的第三范式，从而开创了数据库的关系方法和数据规范化理论的研究，为关系数据库技术奠定了理论基础。 他因此获得了1981年的图灵奖。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 20世纪80年代以来，计算机厂商新推出的数据库管理系统几乎都支持关系模型，非关系系统的产品也都加上了关系接口。 关系数据库已成为目前应用最广泛的数据库系统，如现在广泛使用的小型数据库系统Foxpro、Access，大型数据库系统Oracle、Informix、Sybase、SQL Server等都是关系数据库系统。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 1.关系数据模型的数据结构 在用户观点下，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表，它由行和列组成。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 关系模型的基本概念 关系（Relation） 一个关系对应通常说的一张表。 元组（Tuple） 表中的一行即为一个元组。 属性（Attribute） 表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 关系模型的基本概念 码（Key） 表中的某个属性（组），它可以唯一确定一个元组。 域（Domain） 属性的取值范围。 分量 元组中的一个属性值。 关系模式 对关系的描述 关系名（属性1，属性2，…，属性n） 学生（学号，姓名，年龄，性别，系，年级） Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 关系数据模型的数据结构(续） 实体及实体间的联系的表示方法 实体型：直接用关系（表）表示。 属性：用属性名表示。 联系：用关系表示。 Principle and Application of Database System

Principle and Application of Database System 关系数据模型的数据结构（续） 关系必须是规范化的，满足一定的规范条件 最基本的规范条件：关系的每一个分量必须是一个不 可分的数据项。 工 资 扣 除 职 工号 姓名 职称 基 本 龄 务 房 租 水 电 实发 86051 陈 平 讲师 105 9 ． 5 15 6 12 115 . Principle and Application of Database System