第三讲数据模型与概念模型

第三讲数据模型与概念模型
层次模型
▪ 现实中很多实体呈现层次关系，如行 政机构，因此，层次模型是数据库系 统最早采用的数据模型。
▪ 层次模型用树状结构表示实体及实体 间的联系。
▪ 层次模型最具代表性的系统是IBM的 IMS 。
▪ 本节介绍层次模型的概念、构成和优 缺点。
第三讲数据模型与概念模型
层次模型
第三讲 数据模型的内容
▪ 数据模型构成三要素 ▪ 数据结构 ▪ 数据操作
▪ 完整性约束（重点，难点）
▪ 数据模型的种类
第三讲数据模型与概念模型
数据模型
▪ 模型是现实世界某些特征的模拟和抽象，如 ▪ 飞机模型，汽车模型 ▪ 是否在进行数据库系统设计时也可以利用模型
来帮助我们完成工作呢？如果可以，我们利用 何种模型呢？
▪ 数据模型：也是一种模型，它是对现实世界数 据特征的抽象。
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数据模型的内容
▪ 数据模型应满足三方面的要求：
▪ 一是能比较真实地模拟现实世界； ▪ 二是容易为人所理解； ▪ 三是便于在计算机上实现。
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数据模型构成三要素
▪ 任何一种数据模型一般都是严格定义的概念的 集合。这些概念必须能准确是描述系统的静态 特征、动态特征和完整性约束条件。
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层次模型的完整性约束
▪ 在插入时，不能插入无双亲的子结点，如新来 的教师未分配教研室则无法插入到数据库中。
▪ 在删除时，如删除双亲结点，则其子女结点也 会被一起删除。如删除某个教研室则它的所有 教师也会被删除。
▪ 在更新时，应更新所有相应的记录，以保证数 据的一致性。
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▪ 实体完整性即指每一实体必须是可分的，它的主码是唯一的，如 学号不能重复。
▪ 参照完整性是指外码的值要么为空，要么为另一个数据库中已有 的值。如一个学生的专业不能是专业库中没有的记录
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数据模型种类
▪ 按数据结构分，目前可分为： ▪ 1. 层次模型 ▪ 2. 网状模型 ▪ 3. 关系模型 ▪ 4. 面向对象模型
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数据的约束条件
▪ 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、 有效和相容。如：年龄小于38，学生不及格课程少于3门。
▪ 数据模型应该反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完 整性约束条件。例如，在关系模型中，任何关系都必须满足实体 完整性和参照完整性两个条件。此外，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。
▪ 数据模型由数据结构、数据操作和完整性约束 三个要素组成。
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数据结构
▪ 数据结构用于描述数据的静态特征。 ▪ 数据结构是所研究的对象类型的集合，是刻画
一个数据模型最重要的方面。 ▪ 通常可以按数据结构的类型来命名数据模型，
可分为：网状模型、层次模型、关系模型、面 向对象模型。
▪ 3.语义完整性差，数据依赖性强，须通过双亲才能找到 子结点。
▪ 4.同一实体联系模型可以构造出许多层次模型，而对不 同的模型同一查询的表达方式就不同，因此用户必须了 解模型的结构。
▪ 5.插入和删除操作限制较多。 ▪ 6.由于结构严密，层次命令趋于程序化。
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网状模型
▪ 现实世界中实体间的联系更多的是非层次关系。 ▪ 最具代表性的网状DBMS: CODASYL系统或DBTG
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层次数据模型例
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多对多联系在层次模型中的 表示
如一个简单的多对多联系：一个学生可 以选修多门课程，一门课程可以被多个 学生选修 学生的字段有学号，姓名， 成绩三个字段组成；课程由课程号，课 程名两个字段组成
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多对多联系在层次模型中的 表示
层次模型的优点
▪ 数据模型简单，只需几条命令就能操纵数 据，易使用；
▪ 若实体间的关系固定，性能优于关系模型； ▪ 具有良好的完整性支持。
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层次模型的缺点
▪ 1.有一定存取路径，仅允许自顶向下单向查询，查询非 对称性。
▪ 2.适合表示记录间一对多联系，而描述非层次性很笨拙， 多对多和多对一联系的表示法会出现数据冗余。
系统。1971年4月CODASYL（Conference On Data System Language）组织通过 DBTG(DataBase Task Group)报告（和其后的 修改文件）规范的系统， ▪ 大部分网状数据库系统在不同程度上实现了 DBTG报告。
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网状模型
▪ 概念与结构 ▪ 网状模型其它结构 ▪ 网状模型示例 ▪ 完整性约束 ▪ 网状模型的优点 ▪ 网状模型的缺点
层次模型的概念和结构 ▪ 层次数据模型例 ▪ 层次模型的完整性约束 ▪ 层次模型的优点 ▪ 层次模型的缺点
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层次模型的概念
R0
特征：
（1）只有一个无双
亲的根结点；
R1
R2
（2）其他结点有且 只有一个双亲。
R11
R12
R21
R22
根结点为：R0。R0的子结点有：R1，R2。 R1，R2为兄弟结点。R11、 பைடு நூலகம்12的父结点是：R1。
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网状模型的概念与结构
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
网状结构特点：
▪ 1.允许多个结点无双亲， 即根结点可以有多个；
▪ 2.一个子结点可以有两 个或多个父结点。
3.两个结点间可有两种或多种联系（复合联系）。 4.可能有回路存在。
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网状模型其它结构
学生宿舍 学生
(a)
学生
(b)
课程
专业系 教研室 教师
(d)
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数据操作
▪ 数据操作用于描述数据的动态特征。 ▪ 数据操作是指对数据库中各种对象（型）的实
例（值）允许执行的操作的集合，包括操作及 有关的操作规则，主要有检索和更新（包括插 入、删除、修改）两大类操作。 ▪ 数据模型必须准确地定义这些操作的确切含义、 操作符号、操作规则（优先级）以及实现操作 的语言。