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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(huà)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(huà)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(huà)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汀Ｃ嫦驅(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(pán)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(kāi)文件關(guān)閉文件讀記錄寫(xiě)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(mén)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(xiāo)售”關(guān)系，每個(gè)商店可銷(xiāo)售多種商品，每種商品也可放在多個(gè)商店銷(xiāo)售，每個(gè)商店每銷(xiāo)售一種商品，有月銷(xiāo)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(huà)出E-R圖。,練習(xí)題,2、設(shè)有商業(yè)銷(xiāo)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(mǎi)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(huà)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(shū)出版銷(xiāo)售系統(tǒng)，其中的數(shù)據(jù)有：圖書(shū)的書(shū)號(hào)、書(shū)名及作者姓名；出版社名稱、地址及電話；書(shū)店名稱、地址及其經(jīng)銷(xiāo)圖書(shū)的銷(xiāo)售數(shù)量。其中圖書(shū)、出版社及書(shū)店間滿足如下關(guān)系：每種圖書(shū)只能由一家出版社出版每種圖書(shū)可能由多家書(shū)店銷(xiāo)售每家書(shū)店可以經(jīng)銷(xiāo)多種圖書(shū)試畫(huà)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。,