第2章 数据模型与数据库系统结构

2.3 组织层数据模型
由于计算机不能直接处理现实世界中的具体情况， 所以必须包具体事物转换称计算机能够处理的数据。在 数据库中用数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实 世界中的数据和信息。通俗地讲，数据模型就是现实世 数据模型就是现实世 界的模拟。 界的模拟。 数据模型应满足三个方面的要求： （1）比较真实的模拟现实世界； 比较真实的模拟现实世界； 比较真实的模拟现实世界 （2）容易为人们理解； ）容易为人们理解； （3）便于计算机表达。 ）便于计算机表达。
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A B A B A B
实体型 A 1 联系名 1 实体型 B (a)
实体型 A 1 联系名 n 实体型 B (b)
实体型 A m 联系名 n 实体型 B (c)
两个实体集之间的联系 两个实体集之间的联系 (a)一对一联系；(b)一对多联系；(c)多对多联系 一对一联系； 一对多联系 一对多联系； 多对多联系 一对一联系
称专业号是学生关系的外码
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学生 （学号，姓名，…） 学号，姓名， ）
修课
课程 （课程号，课程名, …） 课程号，课程名, ）
(学号 课程号 成绩 …) 学号, 课程号, 成绩, 学号 称学号、课程号分别是修课关系的外码 参照完整性规则就是定义外键与主键之间的引用规则。 参照完整性 对于外键，一般应符合如下要求： ―或者值为空； 或者值为空； 或者值为空 ―或者等于其所应用的关系中的某个元组的主键值。 或者等于其所应用的关系中的某个元组的主键值。 或者等于其所应用的关系中的某个元组的主键值
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2.1 数据模型
计算机系统不能直接处理现实世界，必须先调查、研 究现实世界，归纳出一个在研究范围内能反映现实世界的 模拟世界——信息世界，然后，才能对所得到的信息世界进 行数据化。这样计算机系统才能处理这些代表现实世界的 数据。
现实世界（事物、事物性质） 抽 象 化 信息世界（实体、实体属性） 数 据 化 数据世界（记录、数据项） DBMS支持的数 据模型描述 概念模型描述
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数据库系统概论
An Introduction to Database Systems 第二章 数据模型与数据库系统结构
第2章 数据模型与数据库系统结构
数据模型与数据库系统结构 第二章 数据模型与数据库系统结构
2.1 数据模型 2.2 概念层数据模型 2.3 组织层数据模型 2.4 数据库系统结构 2.5 数据库管理系统 2.6 用户访问数据库的过程
三个世界的联系
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一、模型的分类 ）：将现实世界的事物及 （1）概念层数据模型（信息模型）：将现实世界的事物及 ）概念层数据模型（信息模型）： 其联系抽象成信息世界的信息模型。 其联系抽象成信息世界的信息模型。此模型是按用户的观点 来对数据和信息进行建模。 （2）组织层数据模型：将信息模型抽象为计算机世界的数 组织层数据模型： 据模型。从数据的组织层次来描述数据，主要包括层次模型、 据模型。 网状模型、关系模型以及对象网状模型、关系模型以及对象-关系模型。此模型是从计算 机系统的观点对数据进行建模，主要用于DBMS的实现。 机系统的观点对数据进行建模，主要用于DBMS的实现。 概念层模型与DBMS无关， 概念层模型与DBMS无关， DBMS无关 组织层模型与DBMS有关。 组织层模型与DBMS有关。 DBMS有关
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2.2 概念层数据模型
一、概念层数据模型中的基本概念 1．实体(Entity) 可区分的客观事物。 ．实体 例如：一个学生、一门课、学生的一次选课等。 2．属性 ．属性(Attribute) 干个属性来刻画。 事物某方面的性质。一个实体可由若
例如：学生（学号 姓名 年龄 性别 系 班级 年级） 学生选课（学号 课程号 成绩） 3．域(Domain) 属性的取值范围。 ． 例如：性别的域为（男、女） 姓名的域定为4个汉字长的字符串 职工号定为7位整数等。
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一、组织层数据模型的三要素 1、数据结构 数据结构用于描述系统的静态特性，研究与数据类型、 内容、性质有关的对象，例如关系模型中的域、属性、关系 等。 2、数据操作 指对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合。 指对数据库中各种对象的实例允许执行的操作的集合。 数据库主要有检索和更新（包括插入、删除、修改）两大类 操作。数据模型必须定义这些操作的确切含义、操作符号、 操作规则（如优先级）以及实现操作的语言。
队 员 1 n 场上队长
职
工
1
领 导
n
同一实体集内一对多联系
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（3）多个实体集之间的联系 ） 课 1 m 教 员 讲授 n 参考书 n 项 目 程 供应商 m 供应 p 零 件
三个实体型之间一对多联系
三个实体型之间多对多联系
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二、概念层数据模型的表示方法 实体-联系方法 实体 联系方法(Entity-Relationship Approach)，该方 联系方法 法用E-R图来描述现实世界的概念模型， E-R方法也称为ER模型。 实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。 实体型：用矩形表示，矩形框内写明实体名。 属性：用椭圆形表示， 属性：用椭圆形表示，并用无向边把其与相应的实体 连接起来。 连接起来。 联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向 联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名， 边分别与有关实体相连接，在无向边旁标上联系的类型。 边分别与有关实体相连接，在无向边旁标上联系的类型。 注意的是:联系本身也是一种实体型，也可以有属性。如果一 注意 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。
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三、关系模型 关系模型由数据结构 关系操作集合 完整性约束三部分组成。 关系模型 数据结构、关系操作集合 完整性约束 数据结构 关系Biblioteka Baidu作集合和完整性约束 1、关系数据模型的数据结构 、关系数据模型的数据结构 在用户看来，一个关系模型的逻辑结构是一张二维表， 它由行和列组成。表中的一行即为一个元组；表中的一列即 为一个属性。
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（2）参照完整性 ） 参照完整性是指实体（表）之间的关联关系。在关系 数据库中用外键来实现参照完整性。外键出现在联系所对 应的关系中，用于表示两个或多个实体之间的关联关系。 外键实际上是表中的一个（或多个）属性，它引用某 个其他表（特殊情况下，也可以是外键所在的表）的主键。 学生 (学号 姓名 专业号 …) 学号, 姓名, 专业号, 学号 属于 专业 （专业号，专业名） 专业号，专业名）
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班级
任职 1：1联系 ： 联系
1
班长
员工 1 n 领导
班级
1
隶属 1：n联系 ： 联系
n
学生
同一实体1： 联系 同一实体 ：n联系 学生
课程
m
选课
n
学生
教学 课程 三个实体联系
教室
m：n联系 ： 联系
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学号
姓名 学生
性别
出生年月
实体及其属性图 编号 生日 姓名 员工 职务
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7．联系(Relationship) 实体内部的联系和实体之间的联系 ．联系 （1）两个实体集之间的联系 ）两个实体集之间的联系可归纳为以下三类： 1）一对一联系(1∶1) 如果对于实体集A中的每一个实 ）一对一联系 ∶ 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。 2）一对多联系(1∶n) 如果对于实体集A中的每一个实 ）一对多联系 ∶ 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B有一对多联系。记为1:n。 3）多对多联系(m∶n) 如果对于实体集A中的每一个实 ）多对多联系 ∶ 体，实体集B中有n个实体（n≥0）与之联系，反之亦然，则 称实体集A与实体B具有多对多联系。
1
部门编号
n
名称
部门 部门领导
工作 参加工作时间 实体及其联系图
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例：用E--R图表示教师学生课程的实体模型。 成绩 学号 姓名 系名 学生 年龄 性别 n 选 课 课程名 m 学时数 课程号 课 程
教师编号 教 师 教师名 年龄 职称 教材名 m 讲 课
n
教室
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第2章 数据模型与数据库系统结构
3、 数据的约束条件 完整性规则的集合。 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储存规则，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。此外，数据模型还应该 提供定义完整性约束条件的机制。 二、常用的数据模型 ·层次模型 层次模型(Hierarchical Model)； 层次模型 ； ·网状模型 网状模型(Network Model)； 网状模型 ； ·关系模型 关系模型(Relational Model)； 关系模型 ； ·面向对象模型 面向对象模型(Object Oriented Model)。 面向对象模型 。 非关系模型
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例如：在足球世界杯比赛中，球队集与场上队长集之 间对于代表关系来说，具有一对一的联系；主教练集与队 员集之间对于指导关系来说，具有一对多的联系；裁判集 与队员集之间对于执法关系来说，具有多对多的联系。 （2）同一实体集内的各实体之间的联系 ） 例如：场上队长与队员之间具有一对多的领导关系 职工与领导之间具有一对多的领导关系
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3、关系数据模型的完整性约束 、 关系模型提供了丰富的完整性控制机制，允许定义三 类完整性：实体完整性 参照完整性 用户定义的完整性 实体完整性、参照完整性 用户定义的完整性。 实体完整性 参照完整性和用户定义的完整性 其中实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整 性约束条件，应该由关系系统自动支持。 （1）实体完整性 ） 实体完整性指的是关系数据库中所有的表都必须有主键。 而且表中不允许存在如下的记录： – 无主键值的记录 – 主键值相同的记录
学号 98001 98002 98003 98004 姓名 李勇 刘利 张力 杨小东 性别 男 女 男 男 院系 计算机科学 信息科学 计算机科学 物理 籍贯 江苏 四川 广东 浙江
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关系： 关系：关系就是二维表，它满足如下性质： 关系表中的每一列都是不可再分的基本属性。 关系表中的每一列都是不可再分的基本属性。 表中各属性不能重名。 表中各属性不能重名。 表中的行、列次序并不重要。 表中的行、列次序并不重要。 元组： 元组：表中的一行即为一个元组； 属性： 属性：表中的一列即为一个属性； 主码(Key)： 主码(Key)：表中的某个属性组，它可以唯一确定一个元组； (Key) ； 例：学生基本信息表：(学号，姓名，年龄，性别，所在系) 学生修课信息表：(学号，课程号，成绩) Domain）： ）：属性的取值范围； 域（Domain）： 分量： 分量：元组中的一个属性值； 关系模式： 关系模式：对关系的描述，常表示为：关系名（属性1，属 性2，…，属性n）
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2、关系数据模型的数据操作 、关系数据模型的数据操作 关系操作采用集合操作方式，即操作的对象和结果都 是集合。这种操作方式也称为一次一集合的方式 。 关系数据模型的数据操作主要包括四种：查询、插入、 查询、 查询 插入、 删除和修改 修改数据。 删除 修改 关系数据库标准操作语言是SQL语言 关系数据语言可 语言。关系数据语言可 语言 以分为三类： 以分为三类：
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4．实体型(Entity Type) 具有相同属性的实体具有共同的特 ．实体型 征和性质，用实体名和属性来表示。 例如：职工（职工号，姓名，性别，年龄，职称，部门） 学生（学号，姓名，年龄，性别，系，班级，年级） 学生选课（学号，课程号，成绩） 5．实体集(Entity Set) 同型实体的集合。 ．实体集 例如：全体学生 6．码(Key) ：唯一标识实体的属性集。 ． 例如：学生实体的码是学号 学号。 学号 学生选课实体的码是学号，课程号 学号， 学号