层次数据模型

2. 直接面向数据库的逻辑结构的数据模型,它是 现实世界的第二层抽象。这类模型涉及到计算机 系统和数据库管理系统,又称为“基本数据模型” 或“结构数据模型”。 例如, 层次、网状、关系、面向对象数据模 型”.这类模型有严格的形式化定义,以便在计算 机系统中实现。
2.1 层次数据模型 用树型（层次）结构表示实体类型及 实体间联系的数据模型称为层次数据模 型(hierarchical data model)。

基本概念和结构

记录和字段 双亲子女关系 层次数据模式 虚拟记录 层次数据的线性表示

记录和字段
记录是用来描述某个事物或事物间关系的命名的 数据单位，也是存储的数据单位。一个记录包含若干 字段。 每个字段也是命名的，字段只能是简单数据类型 （整数、实数、字符串等）。
系名
系 系号 系主任名 地点
零件
供应关系
供应商
工程项目


主要问题：数据冗余，为避免这一情况，只存 一份记录，其它引用该记录的地方用指针代替 ——这种用指针代替的记录称为虚拟记录。 用下标v表示，指针用虚线箭头表示。
课程 学生
（学生）v
（课程）v
班
运动队
学生
（学生）v

层次数据的线性表示 由于存储器是线性的，层次数据必须变换成线 性形式才能存储，层次数据模式的实例对应一棵层 次树（或森林），对层次树（或森林）按先序遍历 生成的序列称为层次序列（hierarchical sequence），规定以此作为存储次序。
班级
一班
学生
王一
李红
丁杰
型 图2-17
值 班级—学生系
具有多种类型属记录的系称为“多属系” （multimember set）
账户
存款帐
提款帐 多属系
转账
系值：3个成员的并，而非“X”
网状模型的特点：
与层次模型不同，网状模型中，一个记录型可 以成为多个首记录型的属记录——突破层次的限制； 一个记录型不能既作为一个系的首记录又作为 同一个系的属记录。
虚拟记录 非层次关系表示问题

（ 1） M ： N
张三 李四
学生： 王一 课程：
人工智能
数据库
不允许一个记录有多个双亲，需要复制记录， 导致冗余。如下图：
学生 王一 张三 李四
课程
人工智能 人工智能 数据库 人工智能 数据库
型
实例

（2）一个记录是两个以上PCR的子女
班 运动队
学生
只能表示成下图，存在冗余。
计 算 901 王 张 911 931 吴 … … … 机 班 一 三 班 班 坚 系
硬 件 教 研 组
郑 洪 … 山 流
软 件 教 研 组
…
丁 伟
层次数据模型的约束 （1）除了根记录外，任何其它记录不能离开其 双亲记录而孤立存在； （2）任何记录，不管虚实，只允许有一个双亲 记录（保证层次数据模式及其实例是树形）； （3）虚拟记录的指针必须指向一个实际存在的 记录，有虚拟记录指向的记录不得删除； （4）虚拟记录不得为根记录。
数据模型可分为两类:
1. 独立于计算机系统的数据模型,它完全不涉及信息 在计算机系统中的表示,只是用来描述某个特定组 织所关心的信息结构,这类模型称为 “概念数据模 型”。 概念模型用于建立信息世界的数据模型,强调 其语义表达能力,概念应该简单,清晰,易于用户理 解,它是现实世界的第一层抽象,是用户和数据库人 员之间进行交流的工具。最著名的是“实体联系模 型”。
学生
教师
层次数据模式
计算机系
901班 …
911班 …
921班 …
931班 …
硬件教研组 …
洪流
软件教研组 …
陈芝 丁伟
王一 张三 李四 赵立 钱英 孙玉 周新 吴坚 郑山
层次数据模式实例
在层次数据模式中，除根以外，所有的记 录型都应该有唯一的双亲，但可以有多个子女， 子女按从左到右的次序排序。

2.2 网状数据模型
用有向图（网络结构）表示实体及实体之间 联系的数据模型称为网状数据模型（network data model）。有向图中的结点是记录类型， 箭头表示从箭尾的记录类型到箭头的记录类型 间联系。
基本概念和结构
记录和数据项 数据项相当于字段，记录是数据项的有序结合。 系 系表示两个记录型间的1:N关系；对应“1”的 为首记录，对应“N”的为属记录。系是命名的， 有型值之分，例如：图2-17就是系的型和值。EMPຫໍສະໝຸດ 领导——引入联系记录
EMP
1:1 1:N
LINK
1:1表示一人担任一个领导岗位，系值见下一页图。
第2章 数据模型
本章学习要求： 1. 层次数据模型、网状数据模型 了解层次及网状数据模型的基本概念和结构。 2. 关系数据模型 掌握关系数据模型的基本概念以及关系代数操作。 了解层次、网状和关系模型之间的差别。 3. 对传统模型的评价 了解传统模型的不足之处。 4．E-R数据模型 掌握E-R模型的概念和表示。 5. 面向对象数据模型 了解面向对象数据模型的基本概念。
记录的型
计算机系 9 李西远 科技馆
记录的一个实例

双亲子女关系（Parent-Child Relationship， PCR）
反映两个记录型之间的一对多（1：N）关系 系 1 计算机系
N
班 901班 911班 921班 931班
PCR型
PCR实例

层次数据模式 层次数据模式由PCR构成
系
班 教研组

特点: 层次结构是树结构，树的结点是记录 类型，非根结点有且只有一个父结点。上一层记 录类型和下一层记录类型是1:N联系。(因此不能 表示M:N）
层次模型的优点： 记录之间的联系通过指针来实现，查询效率 较高（针对层次结构）。 层次模型的缺点： 1、只能表示1：N联系，虽然可以采用虚拟记录 描述非层次数据关系，但较复杂，用户不易掌握， 并且非层次结构的查询效率比较低； 2、由于层次顺序的严格和复杂，引起数据的查询 和更新很复杂，因此应用程序的编写也比较复杂； 3、模式描述语言较复杂，数据独立性差。
班 运动队
学生
学生

（3）多元关系
供应商 零件 工程项目
供应关系
可以用PCR表示为：
零件 供应商 工程项目
供应商
零件
…
供应商
工程项目
工程项目
零件
注意：书上图2-12不能表示三元关系，因为供 应关系与供应商，供应关系与工程项目这两个PCR 的一个双亲实例，其子女集合是并关系，而不是 迪卡尔积关系。