第三讲数据模型与概念模型
数据库基础知识数据模型与概念模型课件
用于表示实体、属性和联系的图形化工具， 方便进行概念模型的设计和表达。
统一建模语言（UML）在概念模型中应用
类图
用于表示实体及其属性和 操作，以及实体之间的关 系。
包图
用于对概念模型进行模块 化和组织，提高模型的可 维护性。
活动图
用于描述系统中的业务流 程和交互过程，方便进行 需求分析和系统设计。
03
权衡考虑
在选择规范化或反规范化策略时，需要综合考虑系统性能、数据一致性
、维护成本等因素，找到平衡点。
索引、视图、存储过程等优化措施
索引优化
通过创建合适的索引，提高查询速度。常见的索引类型包括主键索引、唯一索引、复合索 引等。同时，需要注意索引的维护成本和更新操作的性能影响。
视图优化
视图是从一个或多个表中导出的虚拟表，可以简化复杂的查询操作。通过创建视图，可以 隐藏底层表结构细节，提高数据安全性。但需要注意视图的性能影响，避免过度使用。
备份恢复策略
制定详细的备份恢复策略，包括备份 周期、备份方式、恢复流程等，确保 在数据丢失或损坏时能够及时恢复重 要数据，保证业务的正常运行。
访问控制和审计跟踪实践经验分享
访问控制
通过身份认证、权限管理等技术，对数据的访问进行严格控 制，确保只有经过授权的用户能够访问和操作数据。
审计跟踪
建立完善的审计跟踪机制，记录用户对数据的所有操作，包 括访问、修改、删除等，以便及时发现和处理安全问题。同 时，定期对审计日志进行分析和总结，不断优化安全策略， 提高系统的安全性。
数据模型分类
概念数据模型
用于描述数据的高层次概念和语 义，与具体的数据库管理系统无 关，如实体-联系模型（E-R模型
）。
03 第2章 数据模型与概念模型
概念模型的表示方法很多
P.P.S.Chen于1976年提出 于 年提出
实体－联系方法(简称 图法) 实体－联系方法 简称 方法 简称E-R图法 图法 图来描述现实世界的概念模型， 用E-R图来描述现实世界的概念模型，提供 图来描述现实世界的概念模型 了表示实体集、属性和联系的方法。 了表示实体集、属性和联系的方法。 E-R方法也称为 方法也称为E-R模型。 模型。 方法也称为 模型
● 1. 信息的现实世界
是指要管理的客观存在的各种事物、 是指要管理的客观存在的各种事物、事物之间的相互 各种事物 联系及事物的发生、变化过程。 联系及事物的发生、变化过程。
3) 实体集 实体集(Entity Set)及实体集间的联系 及实体集间的联系(Relationship) 及实体集间的联系 具有相同特征或能用同样特征描述的实体的集合称为实体集。 具有相同特征或能用同样特征描述的实体的集合称为实体集。 学生 工人 汽车 实体集 学生 选课 实体集之间的联系 课程
第2章 数据模型与概念模型
● 2.1 信息的三种世界及其描述 ● 2.2 概念模型及其表示
● 2.2.1 概念模型的基本概念 ● 2.2.2 概念模型的表示方法
● 2.3 常见的数据模型
● 2.3.1 ● 2.3.2 ● 2.3.3 ● 2.3.4 数据模型概述 层次模型及特点 网状模型及特点 关系模型概述
● 2.1 信息的三种世界及其描述
1
2
3
现实 世界
信息 世界
计算机 世界(数 世界 数 据世界) 据世界
Байду номын сангаас
信息流
信息流
● 1. 信息的现实世界
是指要管理的客观存在的各种事物、 是指要管理的客观存在的各种事物、事物之间的相互 各种事物 联系及事物的发生、变化过程。 联系及事物的发生、变化过程。
三级数据库考试概念模型与数据模型
概念模型与数据模型(1) 实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。
可以是具体的人、事、物或抽象的概念。
(2) 属性（Attribute）实体所具有的某一特性称为属性。
一个实体可以由若干个属性来刻画。
(3) 码（Key）唯一标识实体的属性集称为码。
(4) 域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域。
(5) 实体型（Entity Type）用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型(6) 实体集（Entity Set）同型实体的集合称为实体集，如：全体学生(7) 联系（Relationship）现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系(8)实体型间联系类型一对一联系（1:1）；一对多联系（1:n）；多对多联系（m:n）概念模型的表示方法概念模型是对信息世界的建模。
概念模型的表示方法很多，最为著名、最为常用的是P.P.S.Chen于1976年提出的实体-联系方法(Entity-Relationship approach)。
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。
E-R图提供了表示实体型、属性和联系的方法。
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，并用无向边将其与相应的实体连接起来。
联系：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型（1:1，1:n或m:n）。
E-R模型设计原则（1）属性应该存在于且只存在于某一个地方（实体或者关联）。
该原则确保了数据库中的某个数据只存储于某个数据库表中（避免同一数据存储于多个数据库表），避免了数据冗余。
（2）实体是一个单独的个体，不能存在于另一个实体中成为其属性。
该原则确保了一个数据库表中不能包含另一个数据库表，即不能出现“表中套表”的现象。
（3）同一个实体在同一个E-R图内仅出现一次。
例如同一个E-R图，两个实体间存在多种关系时，为了表示实体间的多种关系，尽量不要让同一个实体出现多次。
太空漫步——数据模型与概念模型解析
太空漫步：现实世界到计算机世界——数据模型与概念模型解析一、概念模型与数据模型关系1、概念模型概念模型是概念数据模型的简称，是按用户的观点对数据和信息进行建模，是现实世界到信息世界的第一层抽象，是整个数据模型的基础。
它强调其语义表达功能，易于用户理解，是用户和数据库设计人员交流的语言。
2、数据模型数据模型是现实世界中数据特征的抽象, 用来描述数据的基本结构及其相互间的关系以及定义在数据上的操作。
数据的抽象过程：二、概念模型概念模型侧重于描述客观世界的事物及事物之间联系，而与具体的数据库管理系统和计算机平台无关。
概念模型中有三个基本概念：实体、属性和联系。
实体：客观存在并相互区别的事物称为实体。
实体是一个抽象名词，是指一个独立的事物个体，自然界的一切具体存在的事物都可以看做一个实体。
一个学生是一个实体，一个学校也可以看做一个实体。
属性：实体所具有的某一特性。
比如学生实体可由姓名、性别、学号、联系方式等属性组成；学校实体可由学校名称、学校地址、联系电话、机构设置、校园风貌等属性组成。
联系：实体之间的联系或实体内部各属性之间的联系。
例如教师和学生之间存在着培养教育关系。
我们一般使用实体-联系图（E-R图）来表示概念模型。
实体-关系图（E-R）图使用基本的图形符号来表示数据及数据之间的关系。
比如：三、几种数据模型数据模型定义了数据库中数据的组织、描述、存储和操作规范，应该满足三方面要求：(1)能够比较真实地模拟现实世界(2)容易为人们所理解(3)便于在计算机上实现。
但是目前还没有一种数据模型能够很好地同时满足这三方面的要求。
下面分别介绍几种常见的数据模型：1、层次模型层次模型是最早的一种数据模型，它用树形结构来表示各类实体以及实体间的联系，我们可以把它看成一棵倒立的树。
如：优点：结构简单，对一对多的层次关系描述自然、直观不足：复杂关系（如多对多）用这种模型难以表示清楚。
2、网状模型网状模型中数据之间的联系像一张网，网上的连接点成为结点，结点之间是平等的。
概念模型与数据模型
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 关系如下表所示。
现实世界
信息世界
计算机世界
事物总体实体集Fra bibliotek文件事物个体
实体
记录
特征
属性
字段
事物间联系
实体模型
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。
➢ 例如，在学生数据库中，学生的年龄不得超过40岁。
1. 数据结构
数据结构用于描述系统的静态特性。 数据结构是所研究的对象类型的集合，它是刻 画一个数据模型性质最重要的方面。 在数据库系统中，人们通常按照其数据结构的 类型来命名数据模型。 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
教师名 年龄 职称
M
N
学生
选课
N
1
课程
任课
教师
年龄 籍贯
成绩
2.2 概念模型
3、E-R模型实例2
J# JName Date
P#
Color
Pname Weight
Sname
S#
Saddr
Project M P_P N Part M P_S N Supplier
Total
第三章 空间概念和数据模型
3.1 空间信息模型 三、空间对象操作
面向方位的操作：
绝对的：以全球作为参照系，如东、西、南、 北、东北等 相对的：以给定目标为参照，如左、右、前、 后、上、下等
面向度量的操作：
度量空间：集合X满足下列条件就称为一个度量 空间：如果对X中的任意一点对x、y，都存在与之 相关联的实数d(x,y)，称x到y的距离（也称为一种 度量），且对于任意x、y、z满足如下性质：
3.1 空间信息模型 六、空间对象模型小结
OGIS 标准预定义了一系列空间数据类型和操作 空间对象模型和面向对象的软件有很多相似之处 可以方便地和多种语言集成，采用类似Java, C++, Visual basic等编程实现建模（如2.1.6节中JAVA程序实 现） 和后关系数据库（Post-relational databases, e.g. OODBMS, ORDBMS）集成。
3.1 空间信息模型 二、对象模型
对象模型： 对象：空间信息中可以抽象成明确的、可识别的和 相关的事物或实体。 对象具有相应的属性和方法 以道路图为例： 对象：道路, 里程碑, ... 道路对象属性： 空间属性：位置, 如道路的多边形边界 非空间属性：道路名, 道路类型 (国道、省道等),车 道数, 限速等 道路对象的方法： 确定道路中心线,确定道路长度, 确 定道路交叉口等
Dimension
Point
Curve Surface
City
River Country
0
1 2
OGIS数据模型中的空间对象 UML表示
3.1 空间信息模型 三、空间对象操作
面向集合的：面向集合的空间操作。在所有内
嵌空间中，最简单且最通用的类型是面向集合的 内嵌空间。这种集合可以利用一些常见的关系， 即在基于集合的关系中常见的并、交、包含和属 于关系。层次关系（如森林包含林分，州立公园 包含森林，州包含州立公园）就适于用集合理论 来建模 。如两个多边形的相交操作产生一个新的 多边形。
数据库技术中的数据概念模型与逻辑模型(三)
数据库技术中的数据概念模型与逻辑模型数据库技术在信息时代的发展中发挥着重要的作用，它可以存储和管理大量的数据，并为用户提供高效的数据访问和查询服务。
数据库的设计是数据库技术的重要组成部分，其中数据概念模型和逻辑模型是设计数据库的两个重要步骤。
一、数据概念模型数据概念模型是数据库设计的起点，它用于表示和描述需求和现实世界中的数据。
数据概念模型的核心是实体和实体之间的关系。
实体代表现实世界中的某种对象或概念，它具有属性，并且具有唯一的标识符。
关系表示实体之间的关联关系，它可以是一对一、一对多或多对多的关系。
在数据概念模型的设计中，实体和关系的定义需要考虑到现实世界的需求，并遵循一定的规则和原则。
例如，实体的属性应该具有明确的意义，并符合实体的特点；关系的定义应该具有可操作性和可理解性。
数据概念模型的常用表达方式有实体-关系图（ER图）和层次模型等。
ER图通过图形的方式展示实体和关系之间的结构和关联，层次模型通过树形结构展示实体和关系之间的层次关系。
二、逻辑模型逻辑模型是在数据概念模型的基础上进行进一步的抽象和定义，它用于表示数据库的存储结构和数据操作方式。
逻辑模型将数据概念模型抽象成为数据库中的表格和字段，并定义了表格和字段之间的关系和约束。
在逻辑模型的设计中，需要考虑到数据库的性能和效率，并遵循一定的规范和原则。
例如，表格的设计应该具有合理的范式和规范化程度，字段的定义应该具有适当的类型和大小。
逻辑模型的常用表达方式有关系模型和对象模型等。
关系模型将数据库抽象成为表格和字段的集合，通过关系代数和关系演算进行数据操作和查询。
对象模型将数据库抽象成为对象和类的集合，通过面向对象的方式进行数据操作和查询。
三、数据概念模型与逻辑模型的关系数据概念模型和逻辑模型是数据库设计的紧密联系的两个方面。
数据概念模型描述了现实世界中的数据和关系，用于需求分析和表达用户的需求；逻辑模型则将数据概念模型转化为实际的数据库结构和数据操作方式，用于数据库的实现和应用。
概念模型与数据模型
2. 关系操作和关系的完整性约束条件 关系操作主要包括数据查询和插入、删除、修改数据。 关系中的数据操作是集合操作。 关系操作语言都是高度非过程的语言 关系的完整性约束条件包括三类：实体完整性、参照完整性 和用户定义的完整性。
5) 域（Domain）。属性的取值范围称为域。 6) 分量（element）。元组中的一个属性值称为分量。
7) 关系模式（Relation mode）。关系的型称为关系模式，关系
模式是对关系的描述。 关系模式一般的表示是：关系名(属性1，属性2，…，属性n).
(2) 关系模型中的数据全部用关系表示 例如，关系模型中，学生、课程、学生与课程之间的联系表示为： 学生(学号，姓名，性别，年龄，所在系)； 课程(课程号，课程名，先行课)； 选修(学号，课程号，成绩).
1) 一对一联系（1:1） 2) 一对多联系（1:n） 3) 多对多联系（m:n）
实体联系的类型
(2) 多实体集之间的联系 1) 多实体集之间的一对多联系 2) 多实体集之间的多对多联系
实体联系的类型
(3) 实体集内部的联系 一个实体集的实体之间也可以存在一对多或多对多的联系
● 常见的三种数据模型
1. 网状模型的数据结构 (1) 网状模型结构的基本特征 1) 有一个以上的结点没有双亲。 2) 结点可以有多于一个的双亲。 (2) 网状模型的数据表示方法
1) 使用记录和记录值表示实体集和实体；
2)联系(系)用结点间的有向线段表示。 2. 网状模型的完整性约束条件
1) 支持记录码的概念。码即惟一标识记录的数据项的集合。
● 数据模型概述
数据模型具有数据结构、数据操作和完整性约束条件三要素。 1. 数据模型的三要素
1) 数据结构：所研究的对象类型（Object Type）的集合。
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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。
第三讲数据模型与概念模型
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。
第三讲数据模型与概念模型
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。
第三讲数据模型与概念模型
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。
第三讲数据模型与概念模型
▪ 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
第三讲数据模型与概念模型
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
第三讲数据模型与概念模型
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。
第三讲数据模型与概念模型
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。
第三讲数据模型与概念模型
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
第三讲数据模型与概念模型
层次数据模型例
第三讲数据模型与概念模型
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
第三讲数据模型与概念模型
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。
第三讲数据模型与概念模型
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。
第三讲数据模型与概念模型
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
第三讲数据模型与概念模型
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。
第三讲数据模型与概念模型
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。
第三讲数据模型与概念模型
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)
第三讲数据模型与概念模型
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。