2-数据模型(同济大学)

2.3 数据模型的分类2.3. Nhomakorabea 概念数据模型
概念数据模型（conceptual data model） 概念数据模型（ ） 是面向用户的数据模型， 是面向用户的数据模型，它是用户所容易理解 的现实世界特征的数据抽象。 的现实世界特征的数据抽象。概念数据模型与 具体的DBMS无关，是数据库设计员与用户之 无关， 具体的 无关 间进行交流的语言。 间进行交流的语言。
2.1.2 数据模型模型
数据模型是一种抽象模型。我们已经知道， 数据模型是一种抽象模型。我们已经知道， 数据是现实世界中事物及其特征的抽象， 数据是现实世界中事物及其特征的抽象，数据 模型则是数据特征的抽象， 模型则是数据特征的抽象，它从抽象的层次上 描述和模拟了系统的静态特征、 描述和模拟了系统的静态特征、动态行为和约 束条件。 束条件。 数据库系统是为企业服务的一个计算机系 而计算机只能处理数据， 统，而计算机只能处理数据，必须将企业的有 关情况的某些特征抽象为计算机能够处理的数 据格式，这种数据格式就是数据模型。 据格式，这种数据格式就是数据模型。在数据 库系统中普遍采取数据模型作为基本工具来表 示合处理客观事物的数据特征与信息， 示合处理客观事物的数据特征与信息，数据模 型为数据库系统的信息表示和操作提供必须的 抽象框架。数据模型是数据库系统的核心， 抽象框架。数据模型是数据库系统的核心，理 解和掌握数据模型基本概念是学习数据库技术 与理论的基础。 与理论的基础。
2.3.3 物理数据模型
物理数据模型(physical data model)是描述数据 物理数据模型 是描述数据 在物理存储介质上的组织结构，它与具体的DBMS 在物理存储介质上的组织结构，它与具体的 有关，也与具体的操作系统和硬件有关， 有关，也与具体的操作系统和硬件有关，是物理层 次上的数据模型。 次上的数据模型。每种结构数据模型在实现时都有 其对应的物理数据模型。 其对应的物理数据模型。为了保证数据的独立性和 可移植性， 可移植性，DBMS能够自动完成大部分物理数据模 能够自动完成大部分物理数据模 型的实现工作，而设计者只设计索引、 型的实现工作，而设计者只设计索引、聚集等特殊 结构。 结构。
2.2.3 完整性约束
完整性约束是指对数据的一组完整性规则（ 完整性约束是指对数据的一组完整性规则（约 束条件）的集合。 束条件）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， 数据及其联系所具有的制约和依存规则，用以限定 数据库中数据的状态以及状态的变化， 数据库中数据的状态以及状态的变化，从而保证数 据的正确性、有效性和相容性。在这一方面， 据的正确性、有效性和相容性。在这一方面，每个 数据模型都应包含下面两个内容: 数据模型都应包含下面两个内容: 规定本数据模型必须遵守的基本和通用的完整 性约束条件，例如，在关系模型当中， 性约束条件，例如，在关系模型当中，任何关系都 要遵守实体完整性和参照完整性两个基本约束条件； 要遵守实体完整性和参照完整性两个基本约束条件； 提供定义完整约束条件的机制， 提供定义完整约束条件的机制，例如学生某门 课程所得的学分不能为负数， 课程所得的学分不能为负数，每个学生在一学期内 成绩不及格的课程门数不得超过3门等等 门等等。 成绩不及格的课程门数不得超过 门等等。
三类数据模型在数据库设计与 实施过程中地位与顺序示意图
现 实 世 界
概 念 模 型
结 构 模 型
结构模 型
物 理 模 型
数据库
2.4 实体 — 联系（E—R）模型 联系（ ）
由前所述，概念数据模型具有两方面的特征： 由前所述，概念数据模型具有两方面的特征： 是现实客观世界特征的第一层次的抽象； 是现实客观世界特征的第一层次的抽象； 是数据库设计人员与用户之间进行交流的语言。 是数据库设计人员与用户之间进行交流的语言。 这两个特征决定了概念数据模型需要满足两方 面的要求： 面的要求： 具有较强的语义表达能力，能够方便、 具有较强的语义表达能力，能够方便、直接地 表达应用中的各种语义知识； 表达应用中的各种语义知识； 应该简单、直观、清晰， 应该简单、直观、清晰，易于为没有多少专业 知识的用具所理解。 知识的用具所理解。
2.2.2 数据操作
数据操作是指对数据库中各种对象的实 或取值）所允许执行操作的集合， 例（或取值）所允许执行操作的集合，其中 包括操作方法及有关操作规则， 包括操作方法及有关操作规则，它是对数据 库动态特性的描述。在数据库中， 库动态特性的描述。在数据库中，数据操作 主要有数据检索和更新（插入、删除、修改） 主要有数据检索和更新（插入、删除、修改） 两大类。数据模型需要定义这些操作的语义、 两大类。数据模型需要定义这些操作的语义、 操作符号、操作规则（例如优先级） 操作符号、操作规则（例如优先级）以及实 现操作的语言。 现操作的语言。
实体型与实体集
实体型 —— 如果若干个实体能用共同 属性来刻画与描述， 属性来刻画与描述，则称它们具有相同 的实体类型。 的实体类型。 实体集 —— 若干个实体型的集合称为 一个实体集。 一个实体集。
键与域
键：一个实体往往有多个属性，这些属性之间是 一个实体往往有多个属性， 有关系的，它们构成该实体的属性集合。 有关系的，它们构成该实体的属性集合。如果其 中有一个属性或者多个属性构成的子集合能够唯 一标识整个属性集合， 一标识整个属性集合，则称该属性子集为属性集 合的键或者码。需要注意的是， 合的键或者码。需要注意的是，实体的属性集合 可能有多个键，每一个键都称之为候选键。 可能有多个键，每一个键都称之为候选键。但一 个属性集只能制定其中一个候选键作为唯一标识。 个属性集只能制定其中一个候选键作为唯一标识。 一个候选键一旦取定， 一个候选键一旦取定，就称其为属性集得主键或 主码。 主码。如果一个实体的某个属性集合本身不是给 实体的键，但是另一实体的键，则称其为外键。 实体的键，但是另一实体的键，则称其为外键。 外键描述了两个实体间的联系。 外键描述了两个实体间的联系。 属性的取值范围称为域。 域：属性的取值范围称为域。
属性
一个实体通常具有若干个特征， 一个实体通常具有若干个特征， 其中的每一个特征就称为实体的一个 属性。属性不能脱离实体， 属性。属性不能脱离实体，属性是相 对实体而言的， 对实体而言的，它表征了实体的一个 特征。 特征。
联系
现实世界中事物之间的联系反映 在E—R模型中就是实体之间的联系。 R模型中就是实体之间的联系。
概念模型的作用与意义： 概念模型的作用与意义：
概念模型主要用于描述现实世界的概念化结构， 概念模型主要用于描述现实世界的概念化结构， 它使数据库设计人员在设计的初始阶段能够摆 脱计算机系统及DBMS的具体技术问题，集中 的具体技术问题， 脱计算机系统及 的具体技术问题 精力分析数据和数据之间的联系， 精力分析数据和数据之间的联系，有效地有企 业人员进行充分交流与沟通， 业人员进行充分交流与沟通，使得设计能真实 反映企业的客观实际。 反映企业的客观实际。 概念数据模型经过转换就可以变为DBMS支持 概念数据模型经过转换就可以变为 支持 的逻辑数据模型，进而在DBMS中得以实现。 中得以实现。 的逻辑数据模型，进而在 中得以实现 最常用和最著名的概念模型是实体—联系 联系（ 最常用和最著名的概念模型是实体 联系（E— R）模型，简称 模型。 ）模型，简称E—R模型。 模型
2.2 数据模型的构成
一般来说，数据模型是严格定义 一般来说， 的一组概念的集合，主要由数据结构， 的一组概念的集合，主要由数据结构， 数据操作和完整性约束三部分组成， 数据操作和完整性约束三部分组成， 通常称为数据三要素。 通常称为数据三要素。
2.2.1 数据结构
通常认为数据结构是计算机数据组织方式和数 据之间联系的框架描述， 据之间联系的框架描述，而数据文件中的数据就按 照这种框架描述进行组织。 照这种框架描述进行组织。这种框架描述可以分为 两类： 两类： 与数据类型、内存、性质有关的描述: 与数据类型、内存、性质有关的描述 例如网状模型 中的数据项，记录；关系模型中的域、属性、 中的数据项，记录；关系模型中的域、属性、关系 等等； 等等； 与数据之间联系有关的描述: 例如关系模型中的外键。 与数据之间联系有关的描述 例如关系模型中的外键。 由于文件系统与数据库系统最主要的区别在系 统内数据的组织性和结构性， 统内数据的组织性和结构性，所以数据结构是数据 模型中最重要、最关键的要素。正因为如此， 模型中最重要、最关键的要素。正因为如此，人们 是按照数据结构的类型来命名数据模型的， 是按照数据结构的类型来命名数据模型的，例如层 次结构、 次结构、网状结构和关系结构的数据模型分别命名 为层次模型，网状模型和关系模型。 为层次模型，网状模型和关系模型。
2.3.2 结构数据模型
结构数据模型(structure data model)又称为逻 结构数据模型 又称为逻 辑数据模型(logic data model)，它是既要面向用户， 辑数据模型 ，它是既要面向用户， 又要面向系统的数据模型。 又要面向系统的数据模型。结构数据模型是用户从 数据库中所看到的数据模型，为具体的DBMS所支 数据库中所看到的数据模型，为具体的 所支 比如网状数据模型，层次数据模型、 持，比如网状数据模型，层次数据模型、关系数据 模型等等。结构数据模型由概念数据模型转换得到， 模型等等。结构数据模型由概念数据模型转换得到， 与具体的DBMS相关连。一般 相关连。 与具体的 相关连 一般DBMS支持一种数据 支持一种数据 模型，特殊的DBMS支持多种数据模型。 支持多种数据模型。 模型，特殊的 支持多种数据模型 目前， 目前，较为成熟的并为人们大量使用的结构数 据模型有层次模型，网状模型，关系模型， 据模型有层次模型，网状模型，关系模型，面向对 象模型，谓词模型以及面向对象关系模型等。 象模型，谓词模型以及面向对象关系模型等。
2.4.1 E—R模型的几个概念 R
实体
“实体”与前述“数据结构”一样，属于 实体”与前述“数据结构”一样， 无公认定义的一个术语。一般认为， 无公认定义的一个术语。一般认为，客观上可 以相互区分的事物就是实体。 以相互区分的事物就是实体。实体可以是具体 的人和物，也可以是抽象的概念与联系。 的人和物，也可以是抽象的概念与联系。这个 概念的关键之处是一个实体可以和另一个实体 相区别。 相区别。实体的可区分性类似于对象模型中对 象所具有的可标识性。 象所具有的可标识性。