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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(gè)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(jì)算機(jī)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(shí)、易于理解、方便實(shí)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(yǔ)法、語(yǔ)義聯(lián)系，它們間的制約與依存關(guān)系，數(shù)據(jù)動(dòng)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(jì)算機(jī)平臺(tái)無(wú)關(guān)；邏輯數(shù)據(jù)模型（邏輯模型）：面向數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，著重于在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)一級(jí)實(shí)現(xiàn)。物理數(shù)據(jù)模型（物理模型）：面向數(shù)據(jù)庫(kù)物理表示，給出數(shù)據(jù)模型在計(jì)算機(jī)物理結(jié)構(gòu)的表示。,3.2數(shù)據(jù)模型的四個(gè)世界,現(xiàn)實(shí)世界,,,概念化,形式化,計(jì)算機(jī),概念世界,信息世界,計(jì)算機(jī)世界,,物理化,圖3.1四個(gè)世界的轉(zhuǎn)化示意圖,用戶,現(xiàn)實(shí)世界：用戶所關(guān)注的世界，是客觀世界中劃定邊界的一個(gè)部分環(huán)境；,概念世界：是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象，從紛繁的現(xiàn)實(shí)世界中抽取出能反映現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的概念和基本關(guān)系，它與具體的數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)平臺(tái)無(wú)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(jì)算機(jī)世界中去；,計(jì)算機(jī)世界：將信息世界中的模型在計(jì)算機(jī)物理結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)。,3.3概念世界與概念模型,1E-R模型,又稱實(shí)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(shí)體客觀存在并可相互區(qū)分的事物叫實(shí)體如學(xué)生張三、工人李四、計(jì)算機(jī)系、數(shù)據(jù)庫(kù)概論屬性實(shí)體所具有的某一特性。由屬性名、屬性型、屬性值組成一個(gè)實(shí)體可以由若干個(gè)屬性來(lái)刻畫例如，學(xué)生可由學(xué)號(hào)、姓名、年齡、系等組成聯(lián)系實(shí)體之間的相互關(guān)聯(lián)聯(lián)系也可以有屬性，如學(xué)生與課程之間有選課聯(lián)系，每個(gè)選課聯(lián)系都有一個(gè)成績(jī)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(gè)實(shí)體集間的聯(lián)系多個(gè)實(shí)體集間的聯(lián)系一個(gè)實(shí)體集內(nèi)部的聯(lián)系兩個(gè)實(shí)體集之間的聯(lián)系又可分為：一對(duì)一的聯(lián)系（1：1）一對(duì)多或多對(duì)一的聯(lián)系（1：m或m：1）多對(duì)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(shí)體集表示法屬性表示法聯(lián)系表示法,學(xué)生,課程,學(xué)號(hào),姓名,年齡,選修,學(xué)生,課程,選修,姓名,學(xué)號(hào),年齡,,,,,課程名,課程號(hào),學(xué)分,,,,成績(jī),,用無(wú)向邊把實(shí)體與其屬性連接起來(lái),將參與聯(lián)系的實(shí)體用線段連接,m,n,聯(lián)系的數(shù)量,,圖3.2學(xué)生學(xué)修課程E-R圖,3.3概念世界與概念模型,多個(gè)實(shí)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(shí)體集間多種聯(lián)系,3.3概念世界與概念模型,例：在一個(gè)工廠物資管理系統(tǒng)中，有職工、倉(cāng)庫(kù)、項(xiàng)目、零件、供應(yīng)商五個(gè)實(shí)體集以及供應(yīng)、庫(kù)存、領(lǐng)導(dǎo)、工作四個(gè)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(xiàng)目,零件,供應(yīng),,,,,,供應(yīng)商號(hào),姓名,地址,,,,項(xiàng)目號(hào),預(yù)算,單價(jià),預(yù)算,名稱,規(guī)格,,,,,,,倉(cāng)庫(kù),職工,庫(kù)存,庫(kù)存量,工作,領(lǐng)導(dǎo),倉(cāng)庫(kù)號(hào),面積,職工號(hào),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(duì)象的組成對(duì)象標(biāo)識(shí)符（OID）能惟一標(biāo)識(shí)對(duì)象的符號(hào)對(duì)象的靜態(tài)特性對(duì)對(duì)象屬性的刻畫類似于E-R模型中的屬性對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性對(duì)對(duì)象實(shí)施的操作稱為方法或操作,3.3概念世界與概念模型,（2）對(duì)象的特點(diǎn)對(duì)象的封裝性對(duì)象標(biāo)識(shí)符的獨(dú)立性對(duì)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(duì)象集合稱為類；類中的對(duì)象稱為實(shí)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(jiǎn)單的對(duì)象組合成復(fù)雜的對(duì)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?fù)雜的現(xiàn)實(shí)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?duì)象-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(lái)表示實(shí)體集:表框架和表元組用二維表來(lái)表示實(shí)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(gè)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(gè)二維表，每行對(duì)應(yīng)一個(gè)元組，每列是一個(gè)屬性，有一個(gè)屬性名，對(duì)應(yīng)一個(gè)域；列是同質(zhì)的，即列值來(lái)自同一個(gè)域，不同列可以出自同一個(gè)域，但列名不同；關(guān)系中每一個(gè)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(gè)元組不能完全相同；每個(gè)關(guān)系都有關(guān)鍵字唯一標(biāo)識(shí)各個(gè)元組；關(guān)系中行的排列順序、列的排列順序是無(wú)關(guān)緊要的,,3.4信息世界與邏輯模型,鍵(Key)：標(biāo)識(shí)元組，建立元組間聯(lián)系關(guān)系中凡能惟一標(biāo)識(shí)元組的屬性集稱為該關(guān)系的鍵；關(guān)系中可能有若干個(gè)鍵，它們稱為候選鍵；假設(shè)學(xué)生的姓名不能重復(fù)，這時(shí)學(xué)生的學(xué)號(hào)和姓名都可以標(biāo)識(shí)一個(gè)學(xué)生，學(xué)號(hào)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(gè)用來(lái)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(gè)實(shí)體集中任意兩個(gè)實(shí)體在主鍵上的取值不能相同如學(xué)號(hào)是學(xué)生實(shí)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(shí)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(xué)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?duì)象關(guān)系模型面向?qū)ο筮壿嬆Ｐ蛯?duì)象關(guān)系模型擴(kuò)充的數(shù)據(jù)類型和復(fù)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(jì)算機(jī)世界與物理模型,圖3.6數(shù)據(jù)庫(kù)物理模型的三個(gè)層次,3.5計(jì)算機(jī)世界與物理模型,1數(shù)據(jù)庫(kù)的物理存儲(chǔ)介質(zhì)主存儲(chǔ)器共作區(qū)緩沖區(qū)磁盤存儲(chǔ)器磁帶存儲(chǔ)器,3.5計(jì)算機(jī)世界與物理模型,2文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的組成項(xiàng)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(jì)算機(jī)世界與物理模型,3數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)存儲(chǔ)空間組織,3.5計(jì)算機(jī)世界與物理模型,圖3.7數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間邏輯結(jié)構(gòu)圖,本章小結(jié),現(xiàn)實(shí)世界,,,概念化,形式化,概念世界,信息世界,計(jì)算機(jī)世界,,物理化,概念模型｛E-R模型、面向?qū)ο竽Ｐ停?邏輯模型｛關(guān)系模型、對(duì)象-關(guān)系模型｝,物理模型,,對(duì)象的特點(diǎn),對(duì)象的封裝性對(duì)象的屬性與方法是封裝在一起的外界不能直接訪問(wèn)對(duì)象的屬性，須通過(guò)方法來(lái)訪問(wèn),,對(duì)象的特點(diǎn),對(duì)象標(biāo)識(shí)符的獨(dú)立性對(duì)象標(biāo)識(shí)符獨(dú)立于屬性值如兩個(gè)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(duì)象，具有不同的OID。,,對(duì)象的特點(diǎn),對(duì)象屬性值的多值性對(duì)象屬性的取值可以是單值也可以是多值如學(xué)生選修多門課程，其成績(jī)?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(yùn)算,,練習(xí)題,1、某商業(yè)集團(tuán)數(shù)據(jù)庫(kù)中有3個(gè)實(shí)體集。一是“商店”實(shí)體集，屬性有商店編號(hào)、商店名、地址等；二是“商品”實(shí)體集，屬性有商品號(hào)、商品名、規(guī)格、單價(jià)等；三是“職工”實(shí)體集，三是有職工編號(hào)、姓名、性別、業(yè)績(jī)等。商店與商品間存在“銷售”關(guān)系，每個(gè)商店可銷售多種商品，每種商品也可放在多個(gè)商店銷售，每個(gè)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(gè)商店有許多職工，每個(gè)職工只能在一個(gè)商店工作，商店聘用職工有聘期和月薪。試畫出E-R圖。,練習(xí)題,2、設(shè)有商業(yè)銷售記賬數(shù)據(jù)庫(kù)，一個(gè)顧客（顧客姓名，單位，電話號(hào)碼）可以買多種商品，一種商品（商品名稱，型號(hào)，單價(jià)）供應(yīng)多個(gè)顧客。試畫出對(duì)應(yīng)的E-R圖。3、某醫(yī)院病房計(jì)算機(jī)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(hào)，床位號(hào)，所屬科室號(hào)醫(yī)生：姓名，職稱，所屬科室名，年齡，工作證號(hào)病人：病歷號(hào)，姓名，性別，診斷，主管醫(yī)生，病房號(hào)其中，一個(gè)科室有多個(gè)病房，多個(gè)醫(yī)生。一個(gè)病房只能屬于一個(gè)科室，一個(gè)醫(yī)生只屬于一個(gè)科室，但可負(fù)責(zé)多個(gè)病人的診治，一個(gè)病人的主管醫(yī)生只有一個(gè)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的E-R圖。,練習(xí)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(hào)、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(kù)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。,