数据模型

数据模型与概念模型
现实世界 认识抽象 信息世界 计算机世界
图2.1：数据处理的抽象和转换过程
概念模型
信息世界中的基本概念 在信息世界中，常用的主要概念如下： 1. 实体（Entity） 客观存在并且可以相互区别的“事物”称为实体。
实体可以是可触及的对象，如一个学生，一本书，一辆 汽车；也可以是抽象的事件，如一堂课，一次比赛等。
实体型和联系类型组成E-R图，可以得到如下结果：
学生选课系统
学生选课系统主要包括的实体型、联系类型、属性以及标 识符如下： 学生（学号，姓名，性别，年龄） 课程（课程号，课程名） 教师（职工号，姓名，性别，职称)
学号 姓名 职工号 姓名
课程号
课性别 职称
选课系统的E-R图
将实体与联系组合成E-R图
M
库 存
N
物
资
M
出 库
N
仓
库
P 用料单位
M 入 库 N
图 仓库管理系统E-R图
课内小练习：图书馆数据库E-R图
请设计一个图书馆数据库的E-R图：此数据库 中对每个借阅者要保存读者记录，包括：读者 号、姓名、地址、性别、年龄、单位。对每本 书要存有：书号、书名、作者、出版社。对每 本被借出的书要存有读者号、借出日期和应还 日期。
如学生有学号、姓名、年龄、性别、系等字段。
2. 记录（Record）:对应于每个实体的数据称为记录。
如一个学生（990001，张立，20，男，计算机）为一个记录。
3. 文件（File）:对应于实体集的数据称为文件。
如所有学生的记录组成了一个学生文件。
数据模型与概念模型
在计算机世界中，信息模型被抽象为数据模型，实体型内 部的联系抽象为同一记录内部各字段间的联系，实体型之间的 联系抽象为记录与记录之间的联系。 现实世界是设计数据库的出发点，也是使用数据库的最终 归宿。实体模型和数据模型是现实世界事物及其联系的两级抽 象。而数据模型是实现数据库系统的根据。 通过以上的介绍，我们可总结出三个世界中各术语的对应 关系如下图所示。 现实世界 事物总体 事物个体 特征 事物间联系 信息世界 实体集 实体 属性 实体模型 计算机世界 文件 记录 字段 数据模型
学生 n 选修
SL CL 学号 课程号 分数 S 学号 姓名 性别 年龄 C 课程号 课程名 学分
m 课程
L
关系模型
关系模型是用二维表格结构来表示实体以及实体 之间联系的数据模型。关系模型的数据结构是一个 “二维表框架”组成的集合，每个二维表又可称为关 系，因此可以说，关系模型是“关系框架”组成的集 合。
2. 属性(Attributes) 实体的某一特性称为属性。
如学生实体有学号、姓名、年龄、性别、系等方面的 属性。
概念模型
3. 实体型（Entity Type） 若干个属性型组成的集合可以表示一个实体的类型，简 称实体型。
如学生（学号，姓名，年龄，性别，系）就是一个实体型。
4. 实体集(Entity Set) 同型实体的集合称为实体集。
7. 联系（Relationship） 在现实世界中，事物内部以及事物之间是有联系的， 这些联系同样也要抽象和反映到信息世界中来， 在信息世界中将被抽象为实体型内部的联系和实体型之 间的联系。 实体内部的联系通常是指组成实体的各属性之间的 联系；实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。 反映实体型及其联系的结构形式称为实体模型，也称作 信息模型，它是现实世界及其联系的抽象表示。
数据库类型
目前成熟地应用在数据库系统中的数据模 型有层次模型、网状模型和关系模型。它们之 间的根本区别在于数据之间联系的表达方式不 同。 层次模型是用“树结构”来表示数据之间的联 系。 网状模型是用“图结构”来表示数据之间的联 系。 关系模型是用“二维表”来表示数据之间的联 系。
层次模型
1、用方框表示出实体 2、用椭圆表示出个实体的属性
3、用菱形表示实体之间的联系
E-R图的设计一般先设计局部E-R图，然后将 局部E-R图综合成系统的总体E-R图，并且进行优 化。
示例一：学生选课系统E-R图设计
某大学选课管理中，学生课根据自己的情况选修 课程。每名学生可同时选修多门课程，每门课程可 由多位教师讲授，每位教师可讲授多门课程。 学生选课系统E-R图设计： 仍按照上述示例中的步骤，即确定实体型、实 体型的属性及标识符、实体型之间的联系，以及将
概念模型
两个实体型之间的联系有如下三种类型： （1）一对一联系（1:1）:实体集A中的一个实体至多与实体 集B中的一个实体相对应，反之亦然，则称实体集A与实 体集B为一对一的联系。记作1:1。
如：班级与班长，观众与座位，病人与床位。
（2）一对多联系（1:n）:实体集A中的一个实体与实体集B 中的多个实体相对应，反之，实体集B中的一个实体至多 与实体集A中的一个实体相对应。记作1:n。
上课时间
教师
n
开课
m
学生
m
选课
n
课程
分数
示例2：仓库管理E-R图设计
仓库管理是工厂物资管理系统中的一个子 系统。由系统分析可知，物资管理系统主要包 括计划管理、采购管理、仓库管理、综合管理、 核算管理、统计分析、系统初始化管理等子系 统。
①确定实体型 仓库管理主要有三个实体型：仓库（仓库情况表）、物 资（物资编码表）、用料单位（单位编码表）。 ②确定实体型的属性及其标识符（标识符用下划线标出） 仓库（仓库编码，仓库名称） 物资（物资编码，物资名称，型号规格，计量单位，价 格） 用料单位（单位编码，单位名称） ③确定实体之间的联系及其联系的属性 物资、仓库和用料单位之间具有M：N：P的出库联系。 即一个用料单位可以从若干仓库提取多种物资，每个仓库可 以供应不同单位的物资，每种物资可被不同单位领用。
数据模型的组成要素
2. 数据操作：用于描述系统的动态特性。 数据操作是对数据库中各种数据操作的集合，包括 操作及相应的操作规则。
如数据的检索、插入、删除和修改等。
3. 数据的约束条件：是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。 数据模型还应该提供定义完整性约束条件的机制， 以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语 义约束条件。
物资和仓库之间具有M：N的入库联系。即每种物资可 以存入不同的仓库，每个仓库可以放置不同的物资。 三个实体之间的联系及其属性如下：
入库（入库单号，入库日期，仓库编码，物资编码， 采购数量，实收数量，购买价格，验收人）
出库（出库单号，出库日期，仓库编码，单位编码， 物资编码，请领数量，实发数量，单价） 库存（日期，仓库编码，物资编码，单价，库存量）
数据模型的组成要素
数据模型通常由数据结构、数据操作和数 据的约束条件三个要素组成。 1. 数据结构：指数据对象的集合 它描述数据库的组成对象的类型、内容、属性， 以及数据对象之间的联系
例：数据项、 属性、 记录、 域
数据结构有层次结构、网状结构和关系结构三 种类型，按照这三种结构命名的数据模型分别 称为层次模型、网状模型和关系模型。
如所有的学生、所有的课程等。
5. 键（Key） 能唯一标识一个实体的属性或属性集称为实体的键。
如学生的学号，学生的姓名可能有重名，不能作为学生实体的键。
概念模型
6. 域（Domain）:属性值的取值范围称为该属性的域。
如学号的域为6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）。
学号
姓名
学生 成绩
年龄
n
课程号 课程名 学时数
学习 n 课程
学生（学号，姓名，年龄）
课程（课程号，课程名，学时数）
学习（学号，课程号，成绩）
第2章 数据模型
本章内容： 1. 什么是数据模型 2. 概念模型（重点、难点） 3. 数据库类型
数据模型
如同在建筑设计和施工的不同阶段需要不同的图 纸一样，在开发实施数据库应用系统中也需要使用不 同的数据模型。 数据模型是数据库的框架，该框架形式化的描述了数 据库的数据组织形式。 数据模型是数据库系统的核心和基础，各种机器上实 现的DBMS软件都是基于某种数据模型。 数据模型定义 现实世界中的事物间联系的一种模拟和抽象表示， 是一种形式化描述数据、数据间联系以及有关语义约 束规则的方法。
E-R图的画法
（1）实体型：用矩形表示，矩形框内标明实体 名。 （2）属性：用椭圆形表示，并用无向边将其与 相应的实体相连。 （3）联系：用菱形表示，菱形框内标出联系名， 并用无向边与有关实体相连，同时在无向边旁 标上联系的类型，即1:1或1:N或M:N。
E-R图的设计过程
设计E-R图的基本步骤如下：
2.3.3 关系模型
E—R图向关系数据模型的转换
1、E—R图中每个实体，相应转换为一个关系，该关系 包括对应实体的全部属性，并确定出该关系的关键字。
2、对于“联系集”，根据联系方式不同，采取不同手 段以使被它联系的实体所对应的关系彼此实现某种联 系。
E—R图向关系数据模型的转换转换过程示意图
例如，在学生数据库中，学生的年龄不得超过40岁。
概念模型
计算机只能处理数据，所以在实际的数据处 理 过程：
首先将现实世界的事物及联系抽象成信息世界的信 息模型； 然后再抽象成计算机世界的数据模型。
在数据处理中，数据加工经历了现实世界、 信息世界和计算机世界三个不同的世界，经历 了两级抽象和转换。如下页图所示：
概念模型的表示方法
其中最常用的是P.P.S.Chen于1976年提出的实体联系方法（Entity-Relationship Approach）。该方 法用E-R图来描述现实世界的概念模型，E-R方法也称 为E-R模型。